基于动态场生物瓣膜力学性能分析及成型方法研究

心脏瓣膜病是常见的心脏病，发病率占整个心脏病的一半。主要根治的方法是用人工心脏瓣膜取代病变的瓣膜。大量的文献资料表明：提高人工心脏瓣膜的在体耐久性即寿命，是人工心瓣研究的最终目标。.课题以薄膜壳体理论为依据，模拟人体心脏瓣膜自然形态构建生物瓣膜数学模型。施加瞬态载荷开展非线性各向同性及异性瓣叶材料力学性能分析、施加动态载荷进行多片瓣叶启闭过程动力学分析。基于临床采集的主动脉血流参数，构建生物瓣膜流构耦合模型，模拟血液冲击瓣膜过程进行生物瓣膜动态场力学性能分析。客观评价超弹性材料的生物瓣膜应力分布情况，血液对红细胞破坏情况，植入瓣叶对血栓形成的影响，优化瓣叶、瓣架几何造型及参数，完成生物瓣膜的优化设计及可靠性分析。基于心瓣流体力学理论提出的生物瓣膜设计方法与技术模型，采用精密加工技术及激光焊接工艺，设计与制备结构合理的生物瓣膜。动物疲劳试验将验证其力学性能与使用寿命，为临床应用奠定坚实基础。

心脏瓣膜病的主要治疗方法是使用人工心脏瓣膜进行心脏瓣膜的替换。生物瓣膜相对于机械瓣膜有着较好的力学性能，且不需要抗凝治疗，但却存在着在体耐久性的问题。课题对以下内容进行了研究：对生物瓣膜基本理论进行研究，包括以心瓣动力学及薄膜壳体理论为基础，分析计算不同型面瓣膜受力状况。以基本理论为指导参考临床资料分析、建立了生物瓣膜数学模型；对模型进施加瞬间动态载荷进行非线性分析，构建耦合模型模拟血液冲击瓣膜的过程进行生物瓣膜动态场力学性能分析，得出应力分布情况，优化瓣叶瓣架的几何造型和参数，完成优化设计；对瓣架模具数控加工技术、瓣架精密成型方法进行研究，解决了生物瓣膜制作过程中的变形、回弹问题，制作了生物瓣膜的瓣架模具以及瓣架；基于心瓣流体力学理论提出的生物瓣膜设计方法与技术模型，对生物心脏瓣膜进行脉动流实验，实验得出该瓣膜具有较大的开口面积和较小的跨瓣压差，验证了实验条件下的受力情况基本与耦合分析的结果一致，为临床应用奠定了坚实基础。