聚合物心脏瓣膜初始开放形态对血流动力学性能的影响机制研究

为探究瓣膜初始形态与血流动力学性能的关联，研究人员通过建立不同开放形态的聚合物瓣膜模型，采用浸渍成型技术制备聚氨酯样本，结合有限元仿真、体外脉动流实验和粒子图像测速技术，发现初始开口面积较小的瓣膜(PHV1)反流体积更小，而开口较大的瓣膜(PHV3)具有更大的有效开口面积(EOA)和更低的血栓风险，为人工心脏瓣膜设计提供了形态学优化依据。

　　

这项研究聚焦聚合物人工心脏瓣膜初始开放形态对血流动力学性能的调控机制。基于聚氨酯材料便于加工复杂几何形状的特性，团队选取0.025秒(PHV1)、0.053秒(PHV2)和0.079秒(PHV3)三个典型时间点的瓣膜形态作为初始构型。有限元分析揭示有趣现象：收缩期PHV1的应力集中区域最显著，但舒张期其应力分布反而最均匀；峰值收缩时最大主应变呈现PHV1>PHV2>PHV3的梯度变化，而峰值舒张时该趋势发生逆转。体外实验数据证实，较小初始开口的PHV1展现出更优的反流控制能力(反流体积降低23%)，而较大开口的PHV3则具有显著提升的有效开口面积(EOA增加35%)，同时伴随更低的涡流强度和剪切应力(_maxτ_w降低18%)。这些发现为"形态-功能"权衡提供了量化证据——设计者需要在抗反流性能与血栓风险之间寻找平衡点，该研究为下一代个性化人工心脏瓣膜的形态优化提供了重要理论支撑。