主动脉瓣疾病是全世界发病率和致死率较高的典型心血管疾病之一,严重影响寿命和生活质量。主动脉瓣置换术(Surgical aortic valve replacement,SAVR)是主动脉瓣疾病重症患者的主要治疗方式之一,但术后易出现压力梯度升高、返流和血栓形成等。血流动力学研究在评估主动脉瓣置换术后溶血、血栓形成和继发性疾病方面起着关键作用。主动脉瓣倾斜角度、旋转角度和心排出量是影响主动脉瓣血流动力学的重要因素。本文利用粒子图像测速(Particle image velocimetry,PIV)实验研究了主动脉瓣倾斜角度、旋转角度和心排出量对主动脉根部及主动脉窦的速度、涡度、黏性剪应力(Viscous shear stress,VSS)和雷诺剪应力(Reynolds shear stress,RSS)分布等血流动力学参数的影响,揭示了主动脉瓣置换后角度错位和心排出量对主动脉瓣血流动力学的影响机理,为临床主动脉瓣置换术提供流体力学参考依据。(1)主动脉瓣倾斜角度对主动脉根部血流动力学的影响。通过实验研究了不同倾斜角度下主动脉根部的血流动力学,分析了不同倾斜角度对主动脉根部和主动脉窦速度和粘性剪应力分布的影响规律。主动脉瓣角度正常时,心动周期内跨瓣血液流动为中心对称流动,主动脉窦中血液流动速度先增大后减小,涡旋运动促进瓣叶关闭。主动脉瓣角度存在倾斜时,改变跨瓣血液流动方向,使血液冲击升主动脉壁。同时,主动脉根部的高黏性剪应力区域向升主动脉壁倾斜。随着倾斜角度增大,主动脉窦血液流动速度增大,涡旋也更向主动脉窦底部运动,主动脉窦中的黏性剪应力值和面积增大。(2)主动脉瓣旋转角度对主动脉窦血流动力学的影响。研究了不同旋转角度下主动脉窦的血流动力学,深入分析了主动脉窦的速度、涡度和黏性剪应力分布。旋转角度显著改变主动脉窦血液流动状况和剪切环境。θ=0°时,收缩晚期后涡旋位于主动脉窦中部,而θ=10°、θ=20°和θ=30°时涡旋靠近主动脉窦壁面,且θ=20°和θ=30°时舒张早期至峰值期主动脉窦的血液流动速度较大。θ=0°和θ=10°时,加速期主动脉瓣瓣叶口血液流动边缘处出现剪切层和高黏性剪切区域,在峰值期涡度和黏性剪切力达到最大值。当θ=20°和θ=30°时,在收缩早期就出现剪切层和高黏性剪切区域,涡度和黏性剪应力在收缩早期至晚期保持较高的水平。(3)心排出量对主动脉根部血流动力学的影响。研究了冠状动脉存在对主动脉窦速度和涡度的影响,并在冠状动脉存在的条件下分析了不同心排出量下主动脉根部的速度、粘性剪应力和雷诺剪应力分布。冠状动脉存在时,主动脉窦中的涡旋运动逐渐消失,涡度较早开始减小。峰值期,中心对称流动两侧区域存在正、负高黏性剪切区域,存在冠状动脉一侧的升主动脉下游存在高雷诺剪应力区域。心排出量显著影响主动脉瓣的速度分布、黏性剪应力和雷诺剪应力等血液流动和受力状况。随着心排出量增加,冠状动脉存在时峰值期的最大速度、黏性剪应力和雷诺剪应力增加。