BACKGROUND:Heart failure (HF) is a common disease globally. Ventricular assist devices (VADs) are widely used to treat HF. In contrast to the natural heart, different VADs generate different blood flow waves in the aorta. OBJECTIVE:To explore whether the different inflow rate waveforms from the ascending aorta generate far-reaching hemodynamic influences on the human aortic arch. METHODS:An aortic geometric model was reconstructed based on computed tomography data of a patient with HF. A total of five numerical simulations were conducted, including a case with the inflow rate waveforms from the ascending aorta with normal physiological conditions, two HF, and two with typical VAD support. The hemodynamic parameters, wall shear stress (WSS), oscillatory shear index (OSI), relative residence time (RRT), and the strength of the helical flow, were calculated. RESULTS:In contrast to the natural heart, numerical simulation showed HF decreasing WSS and inducing higher OSI and RRT. Moreover, HF weakened helical flow strength. Pulsatile flow VADs will elevated the WSS, inducing some helical flow, while continuous flow VAD could not produce any helical flow. CONCLUSIONS:HF leads to an adverse hemodynamic environment by decreasing WSS and reducing the helical flow strength. Pulsatile flow VADs are more advantageous than the continuous flow VADs on hemodynamic effects. Thus, pulsatile flow VADs may be a better option for patients with HF.

中文翻译：

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不同升主动脉入口流速波形对人体主动脉弓的血流动力学影响：数值研究

背景：心力衰竭（HF）是一种全球常见的疾病。心室辅助装置 (VAD) 广泛用于治疗 HF。与自然心脏相比，不同的 VAD 在主动脉中产生不同的血流波。目的：探讨升主动脉的不同流入流速波形是否对人体主动脉弓产生深远的血流动力学影响。方法：基于 HF 患者的计算机断层扫描数据重建主动脉几何模型。总共进行了五次数值模拟，包括一个具有正常生理条件的升主动脉流入速率波形、两个 HF 和两个具有典型 VAD 支持的情况。血液动力学参数、壁剪切应力 (WSS)、振荡剪切指数 (OSI)、相对停留时间 (RRT) 和螺旋流强度，被计算。结果：与自然心脏相比，数值模拟显示 HF 降低 WSS 并诱导更高的 OSI 和 RRT。此外，HF 削弱了螺旋流动强度。脉动流 VAD 会升高 WSS，引起一些螺旋流，而连续流 VAD 不会产生任何螺旋流。结论：HF 通过降低 WSS 和降低螺旋流动强度导致不利的血流动力学环境。脉动流 VAD 比连续流 VAD 在血流动力学效应方面更有优势。因此，脉动流 VAD 可能是 HF 患者的更好选择。而连续流 VAD 不能产生任何螺旋流。结论：HF 通过降低 WSS 和降低螺旋流动强度导致不利的血流动力学环境。脉动流 VAD 比连续流 VAD 在血流动力学效应方面更有优势。因此，脉动流 VAD 可能是 HF 患者的更好选择。而连续流 VAD 不能产生任何螺旋流。结论：HF 通过降低 WSS 和降低螺旋流动强度导致不利的血流动力学环境。脉动流 VAD 比连续流 VAD 在血流动力学效应方面更有优势。因此，脉动流 VAD 可能是 HF 患者的更好选择。