窦管交界锥度几何构型对主动脉瓣关闭功能影响的生物力学研究

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大动脉调转手术是治疗新生儿完全性大动脉转位的理想手术方式。术后新生主动脉根部的几何结构是术后诱发主动脉关闭不全的重要因素,而窦管交界锥度对主动脉瓣关闭功能的影响还没有得到很好的研究。本文从数值模拟和模型实验两方面来探讨不同窦管交界锥度对主动脉瓣关闭功能的影响,以期为临床医生确定新生主动脉根部几何构型提供帮助,为手术方案的制定提供科学的参考和合理的建议。  依据主动脉根部几何关系,建立不同窦管交界锥度的主动脉根部理想化几何模型。在此基础上建立结构有限元模型和体外脉动流实验模型。以窦管交界锥度角为0度的结构有限元模型作为参考模型A,分别建立窦管交界锥度角为1度、3度、5度、7度、9度、11度的有限元模型B,C,D,E,F,G。通过有限元分析提取不同模型的瓣叶接触力,对比分析窦管交界锥度对主动脉瓣关闭功能的影响。体外脉动流实验方面,采用三维快速打印制作窦管交界锥度角分别为0度、1度、3度和5度4组主动脉根部模型A,B,C,D。依据ISO5840标准,配合人工生物瓣膜,在心输出量为2-7L/min条件下进行脉动流实验。对比分析跨瓣膜压差,返流百分比和有效开口面积等评价参数,评价窦管交界锥度对人工生物瓣膜性能的影响。  研究结果如下:一、在结构有限元分析中,与参考模型A相比,模型B,C,D,E,F,G的瓣叶接触合力分别增加了10.5%,28.2%,91.6%,97.6%,259.5%,119.9%。二、在体外脉动流实验中:(1)跨瓣膜压差均小于国内标准的10mmHg;在同一心输出量条件下,不同模型的跨瓣膜压差最大变化约为25%。(2)随着心输出量的增加,模型B的返流百分比较低,而模型C的返流百分比较高;在同一心输出量条件下,不同模型的返流百分比最大变化约为54%。(3)在心输出量较低的情况下,模型B的有效开口面积最大;在心输出量较高的情况下,模型C的有效开口面积最大。  得出以下结论:一、在结构有限元数值模拟研究方面,瓣叶接触合力随着窦管交界锥度角的增大而增大;不同窦管交界锥度角对瓣叶接触合力的影响不同。瓣叶接触合力较大可能是主动脉瓣发生关闭不全的原因。二、在体外脉动流实验研究方面:(1)较小的窦管交界锥度有利于返流百分比的下降;(2)不同窦管交界锥度对跨瓣膜压差的影响不同;(3)不同的窦管交界锥度尺寸对于有效开口面积的变化存在影响。因此,临床手术时应考虑:在心输出量较小的情况下,较小的窦管交界锥度尺寸有利于有效开口面积的增大;在心输出量较大的情况下,较大的窦管交界锥度尺寸有利于有效开口面积的增大。
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