三叶聚合物瓣膜相对流体动力学评估方案

以下实验的总体目标是演示如何使用市售的体外脉动模拟器来适配新兴的三叶瓣聚合物心脏瓣膜假体，并评估该装置的流体动力学参数。首先，通过组装管路和瓣膜支架，使脉动模拟器能够适配三叶瓣瓣膜结构；其次，将聚合物瓣膜缝合固定后进行测试，以测量其流体动力学参数。同时，还对天然猪瓣膜和机械心脏瓣膜进行测试，以验证对合成瓣膜机械设计所进行的系统硬件改进。

结果表明，改进后的脉动模拟系统可用于评估聚合物瓣膜在天然猪瓣膜和机械瓣膜流体动力学条件下的性能，从而为聚合物瓣膜设计的功能特性提供见解。通常，初次接触该方法的研究人员容易感到困惑，因为该技术操作繁琐，且涉及大量与流体动力学参数相关的概念，而这些内容在传统的工程课程中通常未被涵盖。该技术的应用前景在于推动新型心脏瓣膜假体技术的功能化发展，因为流体动力学评估能够为如何进一步优化假体瓣膜的设计特性提供指导，与Manuel共同完成。

协助他完成此项演示的是我实验室的本科生 Carl Lande bro。本实验方案从组装件的制备开始。

这包括一个用于缝合瓣膜小叶的瓣膜夹持器，以及一个用于容纳瓣膜夹持器及周围附件的管路，这些附件可将整个组件固定在脉动复制系统上。使用系统前，需先准备一套市售的脉动复制系统。在首次使用系统之前，需对整个回路进行预充，并使用肥皂和水清洁回路系统。

在此过程中，更换任何已损坏的管道。接下来，校准连接到回路的仪器，包括泵、流量探头和压力传感器。校准首先使用1%的生理盐水溶液，随后使用血液模拟物甘油溶液进行。

通常需对这些仪器进行校准，以便在心房、主动脉和心室位置进行测量。校准完成后，继续进行瓣膜的准备工作。从经A-U-S-D-A批准的屠宰场获取四个带有完整主动脉的新鲜猪心脏。

用去离子水拆包并冲洗心脏，然后将其放入盛有含1%抗真菌抗生素的PBS溶液的容器中，并置于冰上。将其运送至水动力学测试实验室。取其中一颗心脏置于解剖盘中，小心去除其心包膜。

观察腹面，检查四个心腔并定位完整主动脉上的主动脉弓。然后将心脏分为两半。在主动脉与左心室连接处的瓣环下方约四分之三英寸处水平剪切，分离出与左心室组织相连的完整主动脉段。

检查位于主动脉根部的主动脉瓣是否存在损伤或钙化。该区域位于升主动脉与下瓣环之间。若瓣膜外观良好，则在瓣环上方约2.5厘米处切开主动脉；否则弃用该组织。

然后分离瓣环下方的左心室组织段，以分离出主动脉瓣，并确保瓣膜已分离。接着进行缝合，以将瓣膜固定在瓣膜架上。首先，将瓣膜放入瓣膜架内。

将瓣膜的基部与瓣环支架的基部对齐，然后用回形针暂时固定瓣膜。注意不要损伤交界处或瓣叶。

现在，在瓣膜夹持器的底部放置缝线。将针从第一个孔穿入并向下到达底部。然后以环形方式，沿支柱将瓣膜缝合到瓣膜夹持器上。

沿支架周缘继续缝合。为增加牢固性，最后在柱状突起的顶端再加一针缝合。缝合完成后，将瓣膜固定到所有突起上。

在此演示中移除回形针。使用体外脉冲复制系统。使用其他系统时，步骤会有所不同。

首先将系统的心率设置为每分钟70次，开始评估。接下来，选择用于驱动泵的流量波形，本实验中选用S 35波形。然后打开放大器和活塞泵，预热15分钟。

测试双叶瓣膜时，将其置于系统的主动脉位置，用于缝合式瓣膜。首先，通过上下部件夹住定制组装装置中的玻璃管，并用侧向螺丝固定，将瓣膜置于玻璃管内。我们刚刚插入了聚合物瓣膜。

此操作步骤与我们植入原生瓣膜时所用的步骤相同。随后，将组件置于主动脉腔和原始主动脉瓣支架之间，并确保瓣膜处于正确位置，在所有可能泄漏的连接处涂抹真空润滑脂。接下来，向心房腔室中加入两升35%甘油生理盐水溶液。

现在系统已充满，最重要的步骤是确保所有组件都经过良好校准。两人协作完成系统的设置。现在，请确保流量传感器已设置为用于主动脉位置，并按照软件中“校准”标签下的说明将其打开，然后依次校准泵、流量传感器以及压力传感器。

校准完成后，以低转速启动泵，直至液体充满主动脉腔室。检查是否存在泄漏，并用额外的真空脂密封。将两个旋塞阀转至开启位置。

它们是主动脉和心室传感器。逐渐提高泵的转速，直至每搏输出量达到每搏80毫升。让系统持续运行10分钟，直至流量稳定。

可通过观察屏幕上的流量和压力波形来验证这一点。当各周期之间的变化不明显或非常微小时，表明系统已达到稳定状态。现在在VI测试软件中，选择采集模式，进入分析模式后点击“采集10个周期”，然后点击表格并保存文件。

此外，使用拍照功能保存波形图像。选项五，比较了四种天然猪主动脉瓣和两种双叶瓣。使用电磁流量计测量流量，该流量计连接至一个非侵入式流量探头，探头置于心室与主动脉腔的接口位置。

使用微型尖端压力换能器在心室腔内测量心室内压力，并将结果叠加显示。数据来源于文献，报告了直径为29毫米的天然瓣膜和B型瓣叶瓣膜的测量值。

使用微型尖端压力换能器在主动脉瓣位置下游不远处测量主动脉压力。同样，文中也提供了先前报道的29毫米直径瓣膜的数值。总之，许多参数均通过测得的血流和压力数据计算得出。

所测试瓣膜的尺寸平均约为每瓣叶直径22毫米。瓣膜难以获取，因此样本量较小。

掌握该技术后，包括样品制备和流体动力学评估在内的整个过程可在约两个半小时内完成。我们通过自行设计组装的装置证明，能够兼容三叶瓣膜或三叶聚合物瓣膜结构，并可将此类瓣膜或聚合物瓣膜整合至现有的商用脉动循环回路中，以进行功能性的流体动力学评估。同时，我们还证明了可将这些瓣膜与具有相同三叶几何结构的天然瓣膜进行客观比较。

在本研究中，我们使用猪的天然主动脉瓣，因为这些瓣膜与人类瓣膜非常相似。最后，通过这些方法，我们还可以拓展到其他研究领域，例如用于组织工程和心脏瓣膜用途的支架组装瓣膜的开发。