儿童主动脉瓣叶重建后血流动力学的数值模拟

发布时间：2020-06-04 23:35

【摘要】：临床上对主动脉根部的手术方案来自于临床医生的经验,然而对术后重建主动脉根部结构在生物力学行为及手术后期主动脉根部发展状况方面缺乏相关理论分析依据。尤其是对儿童等未成年患者,瓣膜移植、置换之后,随着人体的生长,生长状态的主动脉根部直径扩张,非生长状态的移植瓣膜存在再次关闭不全的风险。针对儿童患者人群,主动脉瓣膜几何结构的设计需要对其中的生物力学机理进行进一步的分析,通过对临床医生提供的技术支持,指导以证据为基础的手术决策,防止或降低术后重建的新主动脉瓣膜出现再次出现关闭不全的几率。本课题研究不同主动脉瓣膜高度对重建主动脉根部开闭性能的影响,以及不同主动脉瓣膜高度对主动脉根部直径扩张的适应性。侧重于运用有限元软件数值模拟的方法,在主动脉瓣的结构动力学方面,设置压力、阻尼、瓣叶接触和材料等属性来模拟人体正常生理环境,建立瓣膜高度±0.5 mm增减的三维模型并模拟在主动脉根部直径26～30 mm生长范围中的状态。通过分析主动脉根部最大应力值以及位置分布、瓣膜开口面积、瓣叶对合力等有关主动脉根部瓣膜开闭性能的评价指标。对比相关文献中提供的主动脉根部结构数据以及分析结论,结合临床医生意见,提出合理的主动脉根部手术规划的应用建议。本课题的研究得到的结果:一、正常主动脉根部直径下,主动脉瓣膜的高度尺寸的差异对主动脉瓣膜关闭性能存在影响,太小或太大的瓣膜高度会减小主动脉收缩期瓣口面积,影响主动脉关闭功能,26 mm的主动脉根部直径适应的瓣膜高度尺寸在13.5～15 mm之间。二、13.5～15 mm四种不同主动脉瓣膜高度在“生长状态”主动脉根部中的适应性的研究过程中,发现不同的主动脉瓣膜高度H为13.5 mm适应根部直径在26～27 mm之间;H为14 mm适应根部直径在26～28mm之间;H为14.5 mm适应根部直径范围在26～30 mm之间,是最优的主动脉瓣膜的高度设计;H为15 mm适应根部直径范围在28～30 mm。研究发现瓣膜高度对主动脉根部直径有不同的适应性,总体优势是瓣膜高度越大,越适应生长状态的主动脉根部状态。然而儿童的身体存在差异性,需对不同患病个体设计移植主动脉瓣膜结构尺寸考虑瓣膜高度的适应性,以便获得理想的手术后期主动脉根部运动状态,减缓或避免再次手术。上述的从研究所获得的理论分析结果可助于临床医生高效率地、科学地、有理据地制定主动脉根部瓣膜移植手术方案,为医患共同提供详细的病理信息,可避免医生和患者之间的纠纷。
【图文】：

主动脉根部,尺寸关系,名称,修复手术

图 1-1 主动脉根部的名称和尺寸关系Fig. 1-1 The name and size relationship of the aortic root在临床治疗儿童主动脉瓣关闭不全，可采用主动脉瓣修复手术和替换手术两种方式诊治主动脉根部和升主动脉病变[2]。经外科手术医生多年经验，与主动脉瓣置换手术相比较，主动脉瓣修复手术在生物相容性和长期有效性方面具有较大优势，使得患者在主动脉瓣膜修复手术后的 10 年左右内，大于 90%的重建瓣膜

模型图,主动脉根部,坐标点,参数

（a）（b）图 2-1 8 参数 15 坐标点主动脉根部模型[34]（a）主动脉根部（b）主动脉瓣叶Fig. 2-1 The aortic root model with 8 parameters and 15 points(a) Line sketch of the aortic root (b) Line sketch of the aortic leaflets2.1.2 参数设置在构建主动脉根部数值模型时需要重点考量如下边界条件：（一）材料属性；结合生物学方面以及化学材料相关方向对主动脉根部血管壁组织、瓣叶材料属性总结有三种：一是线弹性材料，各向同性；二是超弹性材料，各向异性；三是线弹性材料，正交各向异性[35,36,37]。在主动脉根部生物力学方面研究，，针对模拟需要，对主动脉根部各部分可以采用相关的材料属性设置。（二）单元、网格的类型；主动脉根部的单元使设置是实现有限元分析的基
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O313;R726.5

【参考文献】