不同心排出量下主动脉瓣血流动力学的PIV实验研究

作者：刘赵淼; 杨刚; 逄燕; 钟希祥; 李梦麒; 薛贺波; 齐轶鹏; 史艺

来源：力学学报, 2019, 51(06): 1918-1926.

• 主动脉瓣
• 冠状动脉
• 心排出量
• 涡旋运动
• 血流动力学
• PIV

主动脉瓣发生病变时导致心排出量(cardiac output,CO)减少,而心排出量减少与主动脉瓣血流动力学耦合作用,引发瓣膜继发性疾病.本文基于医学影像数据三维重构带有冠状动脉的主动脉根部,制备高度光滑和透明的主动脉根部实验模型,构建体外脉动循环模拟系统,利用粒子图像测速技术(particle image velocimetry,PIV)研究冠状动脉存在时心排出量对主动脉瓣速度分布、黏性剪应力(viscous shear stress,VSS)和雷诺剪应力(Reynolds shear stress,RSS)等血流动力学的影响.研究结果表明:冠状动脉的存在改变了主动脉窦中的涡旋运动和涡度,冠状动脉存在时流体经由冠状动脉流出,主动脉窦中的涡旋运动逐渐消失,涡度较早开始减小.峰值期,中心对称流动两侧区域存在正、负高黏性剪切区域,存在冠状动脉一侧的升主动脉下游存在高雷诺剪应力区域.心排出量显著影响主动脉瓣的速度分布、VSS和RSS等血液流动和受力状况.随着心排出量增大,冠状动脉存在时峰值期的最大速度、VSS和RSS增大,即CO=2.1,2.8,3.5和4.2 L/min时,最大速度分别为0.98,1.13,1.21和1.37 m/s,最大VSS分别为0.87,0.95,0.96和1.02 N/m2,最大RSS分别为103.76,116.25,138.68和146.55 N/m2.心排出量较低时,主动脉瓣较低的跨瓣流动速度和黏性剪应力易导致血栓形成,研究结果可为主动脉瓣置换术提供理论参考.

• 单位
  中国医学科学院阜外医院; 北京工业大学