血液循环过程包含着血液流动、血管变形、血液和血管相互作用等力学现象。心血管系统可以看作是一个以心脏为中心的力学系统，心血管系统生物力学结合医学影像、先进的计算流体力学和流场测试技术，进行心血管系统建模与定量分析，研究心血管功能新的无创检测技术和个体化治疗手术设计，以及心血管植介入体与心血管系统的相互作用及其优化创新设计，为心血管疾病的诊断、治疗和预警提供生物力学的解决方案。

本次“心血管生物力学专栏”共收录论文 8 篇，来自我国主要的心血管生物力学研究团队。这些研究主要包括血管力学性质、心血管植介入器械，以及心血管系统建模仿真及其应用等。

在血管生物力学方面，许多学者研究了血管的被动力学性能，但是对主动力学性能的研究还相当有限。不同于主要由弹性蛋白和胶原纤维调控的被动应变，主动应变反映了平滑肌细胞主动舒缩现象。上海交通大学霍云龙团队的《动脉血管壁主动和被动力学性能实验测量和建模分析》综述了近年来血管壁力学性质不同维度的测量方法，介绍了利用实验数据进行数学建模的研究进展，并对猪的冠状动脉血管进行了双轴冲压拉伸实验，利用无钙离子溶液（可以使平滑肌细胞充分舒张，血管没有主动应力）和钾离子溶液（平滑肌细胞充分收缩，主动应力最大）刺激血管，在周向和轴向上获得血管的应力-应变关系。动脉粥样硬化是一个复杂的、多因素作用的病理过程，动脉粥样硬化易损斑块的发展与其构成组分、形态结构和受力状况密切相关。东南大学李志勇团队《动脉粥样硬化斑块的生物力学模型和数值模拟研究》将医学影像、生物实验、力学建模有机地结合起来，利用生物力学模型研究和分析影响斑块易损性的相关力学因素，定量表述了斑块内微环境的动态变化，包括细胞和非细胞组分的分布及其受到的周围微环境的调控，从理论上阐释了脂质沉积、炎症反应、新生血管等病理过程的相互作用。

在心血管植介入器械方面，生物可降解支架成为了当前研究热点。生物可降解支架是经皮冠状动脉介入治疗的一个里程碑，其中生物可降解聚合物支架由于其生物相容性好、降解速度适中、降解产物无毒副作用受到普遍关注。支架降解与血管重建之间形成的动态耦合关系，不仅影响到支架和血管的结构形态和力学性能，而且影响到支架内再狭窄的形成。北京工业大学乔爱科团队《支架降解与血管重建耦合作用的生物力学建模分析研究综述》介绍了支架降解和血管重建方面的生物力学建模分析研究成果，提出了若干值得关注的研究前景问题，建立了基于支架损失函数和血管生长函数的支架-血管动态耦合模型，同时提出了匹配度和风险系数的概念，用于评测支架治疗效果。由于聚合物材料力学性能较差，影响了聚合物支架的临床应用，四川大学蒋文涛团队《生物可降解聚合物支架构型设计与力学性能研究》从支架构型设计入手，研究通过构型设计来提高聚合物支架的径向支撑力、柔顺性，以及减小回缩率，并以支架数值模拟、体外实验和动物实验等结果为依据，介绍了聚合物支架的构型设计对结果的影响和相关力学性能研究，以期为今后聚合物支架的研究发展提供参考。血管支架的虚拟释放在心脑血管疾病的介入治疗手术规划、风险评估中具有非常重要的作用。复旦大学王盛章团队《支架植入的有限元仿真及其在出血型心脑血管疾病手术规划中的应用》基于有限元方法建立了编织型支架和覆膜支架虚拟释放的数值仿真平台，利用该仿真平台模拟了血流导向装置植入治疗脑动脉瘤的整个过程，并分析了血管的变形以及血管壁上的应力和应变等力学参数，为脑动脉瘤介入治疗手术规划以及血流导向装置的优化设计提供了依据。血管外支架是冠脉搭桥术中用于约束静脉桥形变和降低管壁应力从而提高桥血管长期通畅率的潜在手段。上海交通大学梁夫友团队《冠状动脉搭桥术中血管外支架与静脉桥力学耦合的数值模拟研究》数值模拟了支架约束下静脉桥的膨胀收缩过程，量化评价了支架尺寸对静脉桥径向变形和管壁应力的影响。

心血管系统的建模仿真是心血管生物力学最重要的研究方法，主要方法包括用于描述整体血管系统的集中参数模型和一维分布参数模型，用于描述局部流场信息的三维分布参数模型，以及现在流行的、可描述局部流场与整体循环系统之间相互作用的多尺度模型。上海交通大学梁夫友团队《生物力学建模仿真在无创心血管检测技术与设备研发中的应用》利用生物力学建模仿真方法，针对心血管检测的普及率和可靠性总体偏低的问题，介绍了几种典型心血管指标（如外周/中心动脉血压、动脉僵硬度）的无创测量原理及相关技术进展，重点阐述了生物力学建模仿真在测量原理验证、影响因素分析及技术改良或创新方面的应用。北京工业大学刘有军团队《血流动力学优化在人工心脏设计中的应用》针对人工心脏的血液相容性，对人工心脏血流动力学优化以及体外溶血评价方面的研究进展进行综述，并介绍了作者团队在相关领域的研究成果与进展。

纵观本次心血管生物力学专栏，论文基本上反映了国内各单位的研究方向和大体水平，大部分的综述文章都是以作者团队的研究成果为主来介绍的，对我国心血管生物力学研究者，特别是广大研究生同学对心血管生物力学的入门学习具有较好的指导作用。

心血管生物力学研究将生物医学基础研究的精细定量化与力学的模型数学化有机结合，体现了学科交叉和综合，深化了生物力学学科前沿研究的内涵。将来，在强调生物力学研究用于解决心血管系统关键科学问题、明确力学因素在心血管疾病发生发展和治疗中作用的同时，更要面向医学临床应用，致力于发展相关的新方法、新技术和新装备，重点在心血管系统无创测量（如 FFR、血压）、基于血流动力学优化的心血管手术规划（如 CABG、FONTAN）、植介入体优化创新设计（如支架、瓣膜）等方面取得更多的应用性突破，为心血管疾病防治做出生物力学应有的贡献。

最后，在心血管系统建模仿真方面，基于大样本数值模拟和机器学习的血流动力学流场信息重建是一个特别值得关注的方向，目前该方法已尝试应用于冠脉血流储备分数的无创计算，用以取代基于冠脉 CTA 图像和几何多尺度血流动力学数值模拟的复杂、耗时 CFD 计算。我们相信，心血管生物力学与人工智能的结合，将会进一步加快促进心血管生物力学在临床心血管医学工程中发挥积极的作用。

利益冲突声明：本文全体作者均声明不存在利益冲突。

血液循环过程包含着血液流动、血管变形、血液和血管相互作用等力学现象。心血管系统可以看作是一个以心脏为中心的力学系统，心血管系统生物力学结合医学影像、先进的计算流体力学和流场测试技术，进行心血管系统建模与定量分析，研究心血管功能新的无创检测技术和个体化治疗手术设计，以及心血管植介入体与心血管系统的相互作用及其优化创新设计，为心血管疾病的诊断、治疗和预警提供生物力学的解决方案。

本次“心血管生物力学专栏”共收录论文 8 篇，来自我国主要的心血管生物力学研究团队。这些研究主要包括血管力学性质、心血管植介入器械，以及心血管系统建模仿真及其应用等。

在血管生物力学方面，许多学者研究了血管的被动力学性能，但是对主动力学性能的研究还相当有限。不同于主要由弹性蛋白和胶原纤维调控的被动应变，主动应变反映了平滑肌细胞主动舒缩现象。上海交通大学霍云龙团队的《动脉血管壁主动和被动力学性能实验测量和建模分析》综述了近年来血管壁力学性质不同维度的测量方法，介绍了利用实验数据进行数学建模的研究进展，并对猪的冠状动脉血管进行了双轴冲压拉伸实验，利用无钙离子溶液（可以使平滑肌细胞充分舒张，血管没有主动应力）和钾离子溶液（平滑肌细胞充分收缩，主动应力最大）刺激血管，在周向和轴向上获得血管的应力-应变关系。动脉粥样硬化是一个复杂的、多因素作用的病理过程，动脉粥样硬化易损斑块的发展与其构成组分、形态结构和受力状况密切相关。东南大学李志勇团队《动脉粥样硬化斑块的生物力学模型和数值模拟研究》将医学影像、生物实验、力学建模有机地结合起来，利用生物力学模型研究和分析影响斑块易损性的相关力学因素，定量表述了斑块内微环境的动态变化，包括细胞和非细胞组分的分布及其受到的周围微环境的调控，从理论上阐释了脂质沉积、炎症反应、新生血管等病理过程的相互作用。

在心血管植介入器械方面，生物可降解支架成为了当前研究热点。生物可降解支架是经皮冠状动脉介入治疗的一个里程碑，其中生物可降解聚合物支架由于其生物相容性好、降解速度适中、降解产物无毒副作用受到普遍关注。支架降解与血管重建之间形成的动态耦合关系，不仅影响到支架和血管的结构形态和力学性能，而且影响到支架内再狭窄的形成。北京工业大学乔爱科团队《支架降解与血管重建耦合作用的生物力学建模分析研究综述》介绍了支架降解和血管重建方面的生物力学建模分析研究成果，提出了若干值得关注的研究前景问题，建立了基于支架损失函数和血管生长函数的支架-血管动态耦合模型，同时提出了匹配度和风险系数的概念，用于评测支架治疗效果。由于聚合物材料力学性能较差，影响了聚合物支架的临床应用，四川大学蒋文涛团队《生物可降解聚合物支架构型设计与力学性能研究》从支架构型设计入手，研究通过构型设计来提高聚合物支架的径向支撑力、柔顺性，以及减小回缩率，并以支架数值模拟、体外实验和动物实验等结果为依据，介绍了聚合物支架的构型设计对结果的影响和相关力学性能研究，以期为今后聚合物支架的研究发展提供参考。血管支架的虚拟释放在心脑血管疾病的介入治疗手术规划、风险评估中具有非常重要的作用。复旦大学王盛章团队《支架植入的有限元仿真及其在出血型心脑血管疾病手术规划中的应用》基于有限元方法建立了编织型支架和覆膜支架虚拟释放的数值仿真平台，利用该仿真平台模拟了血流导向装置植入治疗脑动脉瘤的整个过程，并分析了血管的变形以及血管壁上的应力和应变等力学参数，为脑动脉瘤介入治疗手术规划以及血流导向装置的优化设计提供了依据。血管外支架是冠脉搭桥术中用于约束静脉桥形变和降低管壁应力从而提高桥血管长期通畅率的潜在手段。上海交通大学梁夫友团队《冠状动脉搭桥术中血管外支架与静脉桥力学耦合的数值模拟研究》数值模拟了支架约束下静脉桥的膨胀收缩过程，量化评价了支架尺寸对静脉桥径向变形和管壁应力的影响。

心血管系统的建模仿真是心血管生物力学最重要的研究方法，主要方法包括用于描述整体血管系统的集中参数模型和一维分布参数模型，用于描述局部流场信息的三维分布参数模型，以及现在流行的、可描述局部流场与整体循环系统之间相互作用的多尺度模型。上海交通大学梁夫友团队《生物力学建模仿真在无创心血管检测技术与设备研发中的应用》利用生物力学建模仿真方法，针对心血管检测的普及率和可靠性总体偏低的问题，介绍了几种典型心血管指标（如外周/中心动脉血压、动脉僵硬度）的无创测量原理及相关技术进展，重点阐述了生物力学建模仿真在测量原理验证、影响因素分析及技术改良或创新方面的应用。北京工业大学刘有军团队《血流动力学优化在人工心脏设计中的应用》针对人工心脏的血液相容性，对人工心脏血流动力学优化以及体外溶血评价方面的研究进展进行综述，并介绍了作者团队在相关领域的研究成果与进展。

纵观本次心血管生物力学专栏，论文基本上反映了国内各单位的研究方向和大体水平，大部分的综述文章都是以作者团队的研究成果为主来介绍的，对我国心血管生物力学研究者，特别是广大研究生同学对心血管生物力学的入门学习具有较好的指导作用。

心血管生物力学研究将生物医学基础研究的精细定量化与力学的模型数学化有机结合，体现了学科交叉和综合，深化了生物力学学科前沿研究的内涵。将来，在强调生物力学研究用于解决心血管系统关键科学问题、明确力学因素在心血管疾病发生发展和治疗中作用的同时，更要面向医学临床应用，致力于发展相关的新方法、新技术和新装备，重点在心血管系统无创测量（如 FFR、血压）、基于血流动力学优化的心血管手术规划（如 CABG、FONTAN）、植介入体优化创新设计（如支架、瓣膜）等方面取得更多的应用性突破，为心血管疾病防治做出生物力学应有的贡献。

最后，在心血管系统建模仿真方面，基于大样本数值模拟和机器学习的血流动力学流场信息重建是一个特别值得关注的方向，目前该方法已尝试应用于冠脉血流储备分数的无创计算，用以取代基于冠脉 CTA 图像和几何多尺度血流动力学数值模拟的复杂、耗时 CFD 计算。我们相信，心血管生物力学与人工智能的结合，将会进一步加快促进心血管生物力学在临床心血管医学工程中发挥积极的作用。

利益冲突声明：本文全体作者均声明不存在利益冲突。