心室辅助对主动脉血流旋动流特性影响的血流动力学研究

Heart failure is a severe and high incident cardiovascular disease. In China, more than 4.5 million patients have suffered from it, and its incidence for one year is more than 0.9% with over 60% mortality for 5 years. Currently, the left ventricular assistance, as an effective therapy for heart failure treatment, has been gradually used into the clinical applications. It is found that the aortic structure and function were significantly changed after left ventricular assistance, and the changes in aortic swirling flow characteristic were considered as the key reasons. However, the precise mechanism of left ventricular assistance on aortic swirling flow is unclear nor how to achieve it. Hence, in this project, 3 aspects of study are planning to conduct to solve these problems. Firstly, study the distribution and changes in aortic swirling and hemodynamic characteristics under left ventricular assistance by using numerical simulation method. Secondly, clarify the effect of varied left ventricular support level on swirling flow and hemodynamic states in aorta by utilizing PIV in vitro experimental method. Thirdly, model study on optimal support level was conducted to maintain the normal characteristics of aortic swirling flow. At the time when the project finished, we would promote the protective effect of swirling flow in the aorta, reduce the adverse effects of left ventricular assistance on the aorta and provide theory guide for the clinical application of left ventricular assistance.

心力衰竭是一种高发且高危的心血管疾病。我国心衰患者超过450万，发病率为0.9%，5年病死率约60%。心室辅助作为心力衰竭的有效治疗手段逐步应用于临床治疗中。研究发现心室辅助会导致主动脉结构与功能显著改变，而其对主动脉旋动流特性的改变被认为是关键原因。然而心室辅助对主动脉内旋动流特性的影响机理尚不清楚，应用层面上，保持主动脉内旋动流特性的最佳心室辅助水平也尚未确定。因此本项目计划将数值模拟、体外流体试验与模型研究相结合解决上述问题：第一，采用数值模拟方法研究心室辅助下主动脉内旋动流特性与血流动力学特性的变化规律；第二，采用体外PIV试验方法研究心室辅助水平对主动脉内旋动流特性与血流动力学特性的影响规律；第三，采用模型方法确定保持主动脉正常旋动流特性的最佳心室辅助水平。项目的完成能够充分发挥旋动流对主动脉血管的保护作用，降低心室辅助对血管的不良影响，为改善心室辅助的临床治疗效果提供理论指导。

心力衰竭是一种高发且高危的心血管疾病。心室辅助作为心力衰竭的有效治疗手段逐步应用于临床治疗中。研究发现心室辅助会导致主动脉结构与功能显著改变，而其对主动脉旋动流特性的改变被认为是关键原因。然而心室辅助对主动脉内旋动流特性的影响机理尚不清楚。针对这一问题，本项目将数值模拟、体外流体试验与模型研究相结合解决上述问题：第一，采用数值模拟方法研究心室辅助下主动脉内旋动流特性与血流动力学特性的变化规律；第二，采用体外PIV试验方法研究心室辅助水平对主动脉内旋动流特性与血流动力学特性的影响规律；第三，采用模型方法确定保持主动脉正常旋动流特性的最佳心室辅助水平。本项目按照计划顺利进行，取得如下结果。.第一，并联心室辅助能够明显改变主动脉的血流动力学环境。并联心室装置输出的旋动流成分能够降低主动脉壁面剪切应力水平并保持其有序性；第二，增加辅助水平一方面能够增加主动脉壁面剪切应力水平；第三，并联心室辅助能够明显降低主动脉壁面低密度脂蛋白的浓度水平；.第二，串联心室辅助水平与血液旋动强度呈现明显的正相关关系；串联心室辅助装置输出血流的旋动强度与旋动方向都是影响主动脉血流动力学的因素，其中输出血流的旋动强度主要影响升主动脉内的血液旋动强度；此外在串联心室辅助下主动脉壁面低密度脂蛋白浓度分布受到辅助水平与辅助方向两方面的影响，其中随着辅助水平的提高，低密度脂蛋白浓度水平显著降低。.第三，采用新工艺制备的主动脉真实几何模型能够满足PIV实验的要求。同时PIV实验结果与数值模拟结果具有较高的吻合度，证明了数值模拟的准确性与可行性。.第四，采用替代数据分析算法确定血流辅助指数、旋动流指数、面平均螺旋密度以及血流流量关于主动脉生物力学特性的相关性分别为0.80，0.68，0.30以及0.70。根据相关性确定上述4个指标的权重分别为0.33，0.27，0.12与0.28。采用非参数模型自适应控制理论建立保持主动脉正常力学功能的人工心脏控制模型。