Gil Marom, et al. Aortic root numeric model: Annulus diameter prediction of effective height and coaptation in post–aortic valve repair. The Journal of Thoracic and Cardiovascular Surgery 2013
目的：研究主动脉环(AA)直径对主动脉瓣最大主应力、应变能密度、对合面积、有效高度等性能指标的影响。
方法：对6例主动脉根部直径分别为20 mm和30 mm的主动脉根部进行数值模拟。根据主动脉瓣和主动脉根部的三维流体结构相互作用模型，计算主动脉瓣和主动脉根部的对合高度和对合面积。该结构模型包括顺应性主动脉根部的柔性尖端，其材料特性与生理值相似。流体动力学模型包括左心室和升主动脉在生理性舒张压作用下的血流动力学。此外，有效高度的计算假定为零流量，类似于临床测量。在这些无流模型中，尖端加载的是跨瓣压降。所有其他参数均与流体结构相互作用模型相同。
结果：AA直径为20~26 mm的主动脉瓣模型完全关闭，AA直径为28~30 mm的主动脉瓣模型仅部分关闭。AA直径从20 mm增加到30 mm，平均对合高度和尖端接合面积分别从3.3 mm和27%下降到0.3 mm和2.8%。AA直径从20 mm增加到30 mm，有效高度从10.9 mm降低到8.0 mm。AA直径从20 mm增加到30 mm，有效高度从10.9 mm降低到8.0 mm。
结论：减少AA直径可增加对合高度和面积，从而提高手术中的有效高度，从而增加对合，改善瓣膜性能。
主动脉瓣局部几何形状对其性能有重要影响。过去，影响主动脉瓣形态的各种因素一直是众多研究的焦点。主动脉瓣对合面积和有效高度(He)已被认为是判断修复的主动脉瓣急性和远期功能的重要参数。研究发现，主动脉瘤可以减少瓣叶对合，引发主动脉瓣关闭不全，增加尖端应力，这种机制似乎是由窦管交界处和/或主动脉环(AA)扩张引起的。在保留瓣膜的主动脉置换手术中，主动脉根部被移植物取代，同时保留其固有的主动脉瓣。David和Feindel和Sarsam和Yacoub开发了两个广泛使用的术式。避免使用人工瓣膜和保留天然瓣膜尖端可以改善血流动力学，降低血栓栓塞和心内膜炎的风险，并消除抗凝的需要，从而提高整体生活质量。然而，这些术式的缺点在于，由于非生理性的开启和关闭特性，可能会降低瓣膜的耐久性，导致正常瓣膜结构的不完全恢复。由于心脏在手术过程中停跳和排空，很难根据瓣膜几何形状和功能来预测术后的最终结果。出于这个原因，诸如数字模型之类的其他工具对于为外科医生提供改进的几何信息以执行瓣膜修复或保存程序是重要的。
以前的数值模型已经被用来研究根部几何形状对有和没有主动脉窦的主动脉瓣机械性能的影响，特别是在主动脉根部瘤的保留瓣叶的手术中。在干式模型中，有人认为，主动脉窦对于减小瓣叶的应力很重要。然而，这些模型忽略了流场的影响，因此不能使用生理边界条件。Ranga和他的同事使用流体结构相互作用(FSI)模型来研究不同类型的主动脉根部。但这些模型不包括两个瓣膜之间的接触相互作用，这是一个在主动脉瓣舒张行为中起关键作用的因素，特别是在瓣膜保留手术中。
目前仍有必要进行参数模拟，为外科医生提供足够的数据以使人工血管与患者的病理相匹配。最重要的是，目前还没有关于哪种瓣膜修复结构产生的压力最小的信息。此外，应明确窦管交界和AA之间的距离。最近对二尖瓣返流重建的研究表明，AA增大是瓣膜修复中长期失败的重要预测指标。尽管在瓣膜保留手术或联合下环成形术中AA直径的改变直接影响瓣膜的动力学。目前还没有关于这些变化影响的研究报告。本研究的目的是用数值方法确定主动脉直径的改变对主动脉根部和瓣膜瓣叶的几何和动力学的影响。
96%的人有效高度小于9mm
为了防止反流，人们认为最好使瓣膜完全关闭，并有一个相对较大的对合面积。结果发现，增加主动脉瓣环的直径会降低二维切面(C-C平面)的对合高度，这一结果与超声心动图测量结果相似。这似乎是合理的，并与瓣膜保留手术中的假设和主动脉瓣修复中最近的观察结果一致。更有意义的参数可以根据当前的3D模型进行计算，这些参数是根据整个对合区域定义的。虽然这些参数与2D测量结果相似，但它们可以捕获可能隐藏在2D视图中的不连续接触，例如在28 mm的情况下发现的不连续接触。似乎许多医学界人士估计NCCA在30%至50%之间，尽管我们的研究将NCCA值定在3%至27%之间。我们目前估计的ncca值与其他计算模型有很好的相关性。
关闭的质量可以从最大主应力中看出，因为过大的应力值会损坏瓣膜并降低其耐用性。28 mm的最大主应力是26 mm的2倍。这表明部分开启的瓣膜可能具有较低的耐久性。22 mm的情况具有最低的应力。对整个瓣叶最大应力的比较表明，22、24和26毫米是较好的，应力小于500kPa(图5，虚线)，这代表了组织在该应力可能会变硬。虽然较小的主动脉瓣环直径产生较大的平均对合高度(图4)和较小的应变能(图5)，但DAA从24 mm减少到22 mm时，平均对合高度增加了3.5%，应变能降低了10%。
因此，健康的病例(24 mm)具有最佳的应力、应变能密度和对合高度的组合，据我们所知，这是一个新的重要发现，清楚地证明了最佳环径的临床意义，这一结论与建议的瓣膜保留目标一致。避免环状扩张似乎与过度矫正一样重要。
有效高度模型是从干燥模型计算出来的，发现与流体模型的结果不同，后者与对合和机械应力的结果相似。造成这些差异的主要原因显然是由尖端的压力载荷引起的。FSI模型计算的血压负荷不像传统的干式模型那样均匀。此外，干式模型通常假定心尖一侧有跨瓣膜压力负荷，但这一假设在对合区域无效，因为接触压力作用于左心室侧，而不作用于心室压。
在进行瓣膜手术的过程中提高有效高度还可以增加对合，提高瓣膜的性能，特别是对于非脱垂的瓣膜的几何形状。非全封闭的28 mm和30 mm的DAA病例，无论是干的还是FSI模型，都与有效高度小于9 mm的瓣膜的活体测量结果相似。这些案例也显示出最大的应力。
因此，非常低的有效高度值可能表示瓣膜脱垂，瓣膜的耐久性可能会降低。该模型中的观测结果表明，单独减小环形直径可能会增加He，从而使瓣膜形状正常化。
本模型仅代表了可用于常规外科实践的临床指南的第一步。然而，尽管有效高度和瓣膜对合之间的相关性为外科手术提供了一种实用的工具，但仍应进行更多的研究，以调查在环状直径上过度对合是否能在临床环境中达到同样的效果。
结果表明，减小AA直径会增加对合高度和面积。此外，我们的结果还表明，术中测量对合高度与术后对合和改善瓣膜性能密切相关。
