【研究前沿】SPH仿真人工心脏瓣膜血液动力学FSI流固耦合
这是一篇2024年3月发表在《Scientific Reports》上的文章。这篇文章提供了一个详细的SPH-FSI模型，用于模拟和比较自然和机械心脏瓣膜的血液动力学行为，并对相关的临床风险进行了评估。 1.研究背景 主动脉瓣膜衰竭是常见的，会导致心脏泵血功能恶化。对于晚期瓣膜衰竭，通常会植入双叶机械瓣膜（BMHV），但其非生理行为会显著改变主动脉的正常血液动力学。 2.研究目的 本研究旨在通过CFD和FSI方法，使用无网格的粒子基础平滑粒子流体动力学（SPH）技术，开发一个血液动力学模型来模拟自然和机械心脏瓣膜的功能。SPH方法因其对运动的拉格朗日描述，特别适合于FSI模拟。 3.模型描述 研究中使用了Wendland C2核的SPH方法，该方法能够捕捉到更高阶效应并提高模拟精度。研究中还提出了一种新的方法来估算壁面剪切应力（WSS）和其他相关的血液动力学参数。采用了患者特定的血管几何形状，并与传统的有限体积方法和4D磁共振成像（MRI）数据进行了成功的验证。 4.结果 研究结果表明，SPH非常适合模拟心脏瓣膜功能。通过对原生和机械主动脉瓣的血液动力学参数进行详细比较，特别强调了与机械瓣膜相关的临床风险。有效口面积（EOA）：EOA代表每个心动周期内血液流经主动脉瓣的面积。研究发现，机械瓣膜的EOA在所有时间帧中都比原生瓣膜低，这可能导致更高的流速和压力降。血液动力学指标：研究发现，机械瓣膜产生的血液流速在峰值收缩期可能高达2.5 m/s，这可能导致血液动力学的不均匀分布，并增加溶血和血栓形成的风险。临床意义：通过准确测量和分析WSS，可以为血管病理学提供有价值的见解，并帮助临床医生开发有效的预防和治疗策略。 来源：CFD饭圈
