基于设计的主动脉瓣流固耦合模型
摘要：一种新的方法用于建模主动脉瓣的力学，并模拟其与血液的相互作用。模型构建尽可能地基于第一原理，但与实验观测一致。我们要求在叶片中的张力必须支撑压力，然后推导出控制其力学平衡的偏微分方程组。这些偏微分方程的解被称为预测的加载配置；它包括所需的加载叶片几何形状、纤维取向和张力，以支撑所规定的负载。从这个配置中，我们推导出参考配置和本构定律。在液-固相互作用的模拟中，使用浸没边界法，该模型在生理压力下可靠地封闭，并且在多个心脏周期内自由地打开。而且，该模型对于极度低血压和高血压压力也具有鲁棒性。然后，利用这种模型构建的独特特点，我们对参考配置、本构定律和总体形态进行了实验。这些实验得出了以下结论，直接适用于人工主动脉瓣的设计。(1) 预测的加载几何形状、张力和切线模量主要决定模型的功能。(2) 如果预测的加载配置相同，对参考配置的改变几乎没有影响。(3) 叶片必须具有足够非线性的材料响应，以适应各种压力。(4) 瓣膜性能对于自由边缘长度和叶片高度非常敏感。为将来使用，我们的主动脉瓣建模框架在病人特定的心脏流动模型中提供了灵活性。
作者：Alexander D. Kaiser, Rohan Shad, William Hiesinger, Alison L. Marsden
论文ID：2010.02346
分类：Tissues and Organs
分类简称：q-bio.TO
提交时间：2021-10-15