血液循環過程包含著血液流動、血管變形、血液和血管相互作用等力學現象。心血管系統可以看作是一個以心臟為中心的力學系統，心血管系統生物力學結合醫學影像、先進的計算流體力學和流場測試技術，進行心血管系統建模與定量分析，研究心血管功能新的無創檢測技術和個體化治療手術設計，以及心血管植介入體與心血管系統的相互作用及其優化創新設計，為心血管疾病的診斷、治療和預警提供生物力學的解決方案。

本次“心血管生物力學專欄”共收錄論文 8 篇，來自我國主要的心血管生物力學研究團隊。這些研究主要包括血管力學性質、心血管植介入器械，以及心血管系統建模仿真及其應用等。

在血管生物力學方面，許多學者研究了血管的被動力學性能，但是對主動力學性能的研究還相當有限。不同于主要由彈性蛋白和膠原纖維調控的被動應變，主動應變反映了平滑肌細胞主動舒縮現象。上海交通大學霍云龍團隊的《動脈血管壁主動和被動力學性能實驗測量和建模分析》綜述了近年來血管壁力學性質不同維度的測量方法，介紹了利用實驗數據進行數學建模的研究進展，并對豬的冠狀動脈血管進行了雙軸沖壓拉伸實驗，利用無鈣離子溶液（可以使平滑肌細胞充分舒張，血管沒有主動應力）和鉀離子溶液（平滑肌細胞充分收縮，主動應力最大）刺激血管，在周向和軸向上獲得血管的應力-應變關系。動脈粥樣硬化是一個復雜的、多因素作用的病理過程，動脈粥樣硬化易損斑塊的發展與其構成組分、形態結構和受力狀況密切相關。東南大學李志勇團隊《動脈粥樣硬化斑塊的生物力學模型和數值模擬研究》將醫學影像、生物實驗、力學建模有機地結合起來，利用生物力學模型研究和分析影響斑塊易損性的相關力學因素，定量表述了斑塊內微環境的動態變化，包括細胞和非細胞組分的分布及其受到的周圍微環境的調控，從理論上闡釋了脂質沉積、炎癥反應、新生血管等病理過程的相互作用。

在心血管植介入器械方面，生物可降解支架成為了當前研究熱點。生物可降解支架是經皮冠狀動脈介入治療的一個里程碑，其中生物可降解聚合物支架由于其生物相容性好、降解速度適中、降解產物無毒副作用受到普遍關注。支架降解與血管重建之間形成的動態耦合關系，不僅影響到支架和血管的結構形態和力學性能，而且影響到支架內再狹窄的形成。北京工業大學喬愛科團隊《支架降解與血管重建耦合作用的生物力學建模分析研究綜述》介紹了支架降解和血管重建方面的生物力學建模分析研究成果，提出了若干值得關注的研究前景問題，建立了基于支架損失函數和血管生長函數的支架-血管動態耦合模型，同時提出了匹配度和風險系數的概念，用于評測支架治療效果。由于聚合物材料力學性能較差，影響了聚合物支架的臨床應用，四川大學蔣文濤團隊《生物可降解聚合物支架構型設計與力學性能研究》從支架構型設計入手，研究通過構型設計來提高聚合物支架的徑向支撐力、柔順性，以及減小回縮率，并以支架數值模擬、體外實驗和動物實驗等結果為依據，介紹了聚合物支架的構型設計對結果的影響和相關力學性能研究，以期為今后聚合物支架的研究發展提供參考。血管支架的虛擬釋放在心腦血管疾病的介入治療手術規劃、風險評估中具有非常重要的作用。復旦大學王盛章團隊《支架植入的有限元仿真及其在出血型心腦血管疾病手術規劃中的應用》基于有限元方法建立了編織型支架和覆膜支架虛擬釋放的數值仿真平臺，利用該仿真平臺模擬了血流導向裝置植入治療腦動脈瘤的整個過程，并分析了血管的變形以及血管壁上的應力和應變等力學參數，為腦動脈瘤介入治療手術規劃以及血流導向裝置的優化設計提供了依據。血管外支架是冠脈搭橋術中用于約束靜脈橋形變和降低管壁應力從而提高橋血管長期通暢率的潛在手段。上海交通大學梁夫友團隊《冠狀動脈搭橋術中血管外支架與靜脈橋力學耦合的數值模擬研究》數值模擬了支架約束下靜脈橋的膨脹收縮過程，量化評價了支架尺寸對靜脈橋徑向變形和管壁應力的影響。

心血管系統的建模仿真是心血管生物力學最重要的研究方法，主要方法包括用于描述整體血管系統的集中參數模型和一維分布參數模型，用于描述局部流場信息的三維分布參數模型，以及現在流行的、可描述局部流場與整體循環系統之間相互作用的多尺度模型。上海交通大學梁夫友團隊《生物力學建模仿真在無創心血管檢測技術與設備研發中的應用》利用生物力學建模仿真方法，針對心血管檢測的普及率和可靠性總體偏低的問題，介紹了幾種典型心血管指標（如外周/中心動脈血壓、動脈僵硬度）的無創測量原理及相關技術進展，重點闡述了生物力學建模仿真在測量原理驗證、影響因素分析及技術改良或創新方面的應用。北京工業大學劉有軍團隊《血流動力學優化在人工心臟設計中的應用》針對人工心臟的血液相容性，對人工心臟血流動力學優化以及體外溶血評價方面的研究進展進行綜述，并介紹了作者團隊在相關領域的研究成果與進展。

縱觀本次心血管生物力學專欄，論文基本上反映了國內各單位的研究方向和大體水平，大部分的綜述文章都是以作者團隊的研究成果為主來介紹的，對我國心血管生物力學研究者，特別是廣大研究生同學對心血管生物力學的入門學習具有較好的指導作用。

心血管生物力學研究將生物醫學基礎研究的精細定量化與力學的模型數學化有機結合，體現了學科交叉和綜合，深化了生物力學學科前沿研究的內涵。將來，在強調生物力學研究用于解決心血管系統關鍵科學問題、明確力學因素在心血管疾病發生發展和治療中作用的同時，更要面向醫學臨床應用，致力于發展相關的新方法、新技術和新裝備，重點在心血管系統無創測量（如 FFR、血壓）、基于血流動力學優化的心血管手術規劃（如 CABG、FONTAN）、植介入體優化創新設計（如支架、瓣膜）等方面取得更多的應用性突破，為心血管疾病防治做出生物力學應有的貢獻。

最后，在心血管系統建模仿真方面，基于大樣本數值模擬和機器學習的血流動力學流場信息重建是一個特別值得關注的方向，目前該方法已嘗試應用于冠脈血流儲備分數的無創計算，用以取代基于冠脈 CTA 圖像和幾何多尺度血流動力學數值模擬的復雜、耗時 CFD 計算。我們相信，心血管生物力學與人工智能的結合，將會進一步加快促進心血管生物力學在臨床心血管醫學工程中發揮積極的作用。

利益沖突聲明：本文全體作者均聲明不存在利益沖突。

血液循環過程包含著血液流動、血管變形、血液和血管相互作用等力學現象。心血管系統可以看作是一個以心臟為中心的力學系統，心血管系統生物力學結合醫學影像、先進的計算流體力學和流場測試技術，進行心血管系統建模與定量分析，研究心血管功能新的無創檢測技術和個體化治療手術設計，以及心血管植介入體與心血管系統的相互作用及其優化創新設計，為心血管疾病的診斷、治療和預警提供生物力學的解決方案。

本次“心血管生物力學專欄”共收錄論文 8 篇，來自我國主要的心血管生物力學研究團隊。這些研究主要包括血管力學性質、心血管植介入器械，以及心血管系統建模仿真及其應用等。

在血管生物力學方面，許多學者研究了血管的被動力學性能，但是對主動力學性能的研究還相當有限。不同于主要由彈性蛋白和膠原纖維調控的被動應變，主動應變反映了平滑肌細胞主動舒縮現象。上海交通大學霍云龍團隊的《動脈血管壁主動和被動力學性能實驗測量和建模分析》綜述了近年來血管壁力學性質不同維度的測量方法，介紹了利用實驗數據進行數學建模的研究進展，并對豬的冠狀動脈血管進行了雙軸沖壓拉伸實驗，利用無鈣離子溶液（可以使平滑肌細胞充分舒張，血管沒有主動應力）和鉀離子溶液（平滑肌細胞充分收縮，主動應力最大）刺激血管，在周向和軸向上獲得血管的應力-應變關系。動脈粥樣硬化是一個復雜的、多因素作用的病理過程，動脈粥樣硬化易損斑塊的發展與其構成組分、形態結構和受力狀況密切相關。東南大學李志勇團隊《動脈粥樣硬化斑塊的生物力學模型和數值模擬研究》將醫學影像、生物實驗、力學建模有機地結合起來，利用生物力學模型研究和分析影響斑塊易損性的相關力學因素，定量表述了斑塊內微環境的動態變化，包括細胞和非細胞組分的分布及其受到的周圍微環境的調控，從理論上闡釋了脂質沉積、炎癥反應、新生血管等病理過程的相互作用。

在心血管植介入器械方面，生物可降解支架成為了當前研究熱點。生物可降解支架是經皮冠狀動脈介入治療的一個里程碑，其中生物可降解聚合物支架由于其生物相容性好、降解速度適中、降解產物無毒副作用受到普遍關注。支架降解與血管重建之間形成的動態耦合關系，不僅影響到支架和血管的結構形態和力學性能，而且影響到支架內再狹窄的形成。北京工業大學喬愛科團隊《支架降解與血管重建耦合作用的生物力學建模分析研究綜述》介紹了支架降解和血管重建方面的生物力學建模分析研究成果，提出了若干值得關注的研究前景問題，建立了基于支架損失函數和血管生長函數的支架-血管動態耦合模型，同時提出了匹配度和風險系數的概念，用于評測支架治療效果。由于聚合物材料力學性能較差，影響了聚合物支架的臨床應用，四川大學蔣文濤團隊《生物可降解聚合物支架構型設計與力學性能研究》從支架構型設計入手，研究通過構型設計來提高聚合物支架的徑向支撐力、柔順性，以及減小回縮率，并以支架數值模擬、體外實驗和動物實驗等結果為依據，介紹了聚合物支架的構型設計對結果的影響和相關力學性能研究，以期為今后聚合物支架的研究發展提供參考。血管支架的虛擬釋放在心腦血管疾病的介入治療手術規劃、風險評估中具有非常重要的作用。復旦大學王盛章團隊《支架植入的有限元仿真及其在出血型心腦血管疾病手術規劃中的應用》基于有限元方法建立了編織型支架和覆膜支架虛擬釋放的數值仿真平臺，利用該仿真平臺模擬了血流導向裝置植入治療腦動脈瘤的整個過程，并分析了血管的變形以及血管壁上的應力和應變等力學參數，為腦動脈瘤介入治療手術規劃以及血流導向裝置的優化設計提供了依據。血管外支架是冠脈搭橋術中用于約束靜脈橋形變和降低管壁應力從而提高橋血管長期通暢率的潛在手段。上海交通大學梁夫友團隊《冠狀動脈搭橋術中血管外支架與靜脈橋力學耦合的數值模擬研究》數值模擬了支架約束下靜脈橋的膨脹收縮過程，量化評價了支架尺寸對靜脈橋徑向變形和管壁應力的影響。

心血管系統的建模仿真是心血管生物力學最重要的研究方法，主要方法包括用于描述整體血管系統的集中參數模型和一維分布參數模型，用于描述局部流場信息的三維分布參數模型，以及現在流行的、可描述局部流場與整體循環系統之間相互作用的多尺度模型。上海交通大學梁夫友團隊《生物力學建模仿真在無創心血管檢測技術與設備研發中的應用》利用生物力學建模仿真方法，針對心血管檢測的普及率和可靠性總體偏低的問題，介紹了幾種典型心血管指標（如外周/中心動脈血壓、動脈僵硬度）的無創測量原理及相關技術進展，重點闡述了生物力學建模仿真在測量原理驗證、影響因素分析及技術改良或創新方面的應用。北京工業大學劉有軍團隊《血流動力學優化在人工心臟設計中的應用》針對人工心臟的血液相容性，對人工心臟血流動力學優化以及體外溶血評價方面的研究進展進行綜述，并介紹了作者團隊在相關領域的研究成果與進展。

縱觀本次心血管生物力學專欄，論文基本上反映了國內各單位的研究方向和大體水平，大部分的綜述文章都是以作者團隊的研究成果為主來介紹的，對我國心血管生物力學研究者，特別是廣大研究生同學對心血管生物力學的入門學習具有較好的指導作用。

心血管生物力學研究將生物醫學基礎研究的精細定量化與力學的模型數學化有機結合，體現了學科交叉和綜合，深化了生物力學學科前沿研究的內涵。將來，在強調生物力學研究用于解決心血管系統關鍵科學問題、明確力學因素在心血管疾病發生發展和治療中作用的同時，更要面向醫學臨床應用，致力于發展相關的新方法、新技術和新裝備，重點在心血管系統無創測量（如 FFR、血壓）、基于血流動力學優化的心血管手術規劃（如 CABG、FONTAN）、植介入體優化創新設計（如支架、瓣膜）等方面取得更多的應用性突破，為心血管疾病防治做出生物力學應有的貢獻。

最后，在心血管系統建模仿真方面，基于大樣本數值模擬和機器學習的血流動力學流場信息重建是一個特別值得關注的方向，目前該方法已嘗試應用于冠脈血流儲備分數的無創計算，用以取代基于冠脈 CTA 圖像和幾何多尺度血流動力學數值模擬的復雜、耗時 CFD 計算。我們相信，心血管生物力學與人工智能的結合，將會進一步加快促進心血管生物力學在臨床心血管醫學工程中發揮積極的作用。

利益沖突聲明：本文全體作者均聲明不存在利益沖突。