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目前心血管装置设计在体内测试前，体外循环血流动力学评估至关重要，但现有模拟循环回路（MCLs）存在不足。研究人员开发仿人体解剖、保波动传输的 MCL，能精准模拟人体循环生理学。这有助于心血管装置设计优化，推进该领域发展。
在心血管疾病治疗领域，机械循环支持（MCS）装置是治疗急性和慢性晚期心力衰竭的重要手段。在装置设计和验证阶段，模拟循环回路（MCL）测试和动物试验是常用工具。然而，传统 MCL 多基于简化的集总参数模型，难以准确模拟人体循环生理学特征，无法全面评估装置支持下的血流动力学。而且，随着动物福利意识增强，减少动物试验、遵循 3R 原则的需求愈发迫切。因此，开发更精准模拟人体循环的 MCL 成为心血管装置设计发展的关键。
来自台湾 3R 生命科学有限公司、成功大学等机构的研究人员开展了此项研究。他们构建了一种由一维流动模型指导设计的仿人体解剖 MCL，该 MCL 包含心脏模拟器、由 46 个相连动脉铸型组成的体循环子系统以及集总的静脉和肺循环组件，并通过参数调谐确保模拟基线与目标场景相符。研究结果表明，此 MCL 能有效模拟人体循环血流动力学，可系统评估心血管装置干预后的血流动力学，为体外模拟提供了有力工具，有助于推动心血管装置的设计和功能优化。该研究成果发表在《Cardiovascular Engineering and Technology》上。
在研究方法上，研究人员主要采用了以下关键技术：一是结合一维流动模型与集总参数模型设计 MCL，用树状弹性管结构模拟体循环；二是利用计算机控制的气动系统驱动心脏模拟器，模拟心室收缩和舒张；三是通过调整终端电阻、顺应性以及捏阀电阻和心室收缩力等参数，对 MCL 进行参数调谐。
研究结果如下：
- 大动脉脉动血流：MCL 成功模拟了大动脉的脉搏波现象，生成的压力和流速波形与临床和计算结果相符，且无高频压力振荡，真实反映了血流特征。
- 脑循环：该 MCL 对脑循环的模拟细致入微，大脑主要动脉的血流灌注与临床测量和计算结果高度吻合。
- 冠状动脉循环和波强度分析：精确模拟了冠状动脉的时相性血流，通过波强度分析（WIA）进一步验证了模拟的准确性，重现了冠状动脉灌注的特征波形。
- 心力衰竭与旋转泵支持：利用 MCL 模拟心力衰竭患者在旋转泵支持下的情况，评估了旋转泵转速调制对血管脉动性的影响，发现支持时血管脉动性明显降低。
- 主动脉内球囊反搏（IABP）支持的心力衰竭：模拟 IABP 支持的心力衰竭场景，展示了 IABP 反搏对重要器官血流灌注的影响，为评估 IABP 疗效提供了新视角。
研究结论表明，本研究构建的 MCL 能高保真模拟人体循环血流动力学，有效克服了传统 MCL 的诸多问题。通过模拟多种心脏状况，可对心血管装置的性能进行定量评估，为新型脉动式左心室辅助装置（LVAD）等的研发提供支持。同时，该 MCL 有助于深入理解装置干预后的循环血流变化，为临床治疗提供参考。此外，该 MCL 还可用于心血管教育和培训，提升医学学生对循环系统的理解，为心血管疾病研究和治疗开辟了新途径，推动了心血管领域的发展。
