心臟由右心房、右心室、左心房以及左心室四個彈性腔室組成。心房與心室之間及心室與動脈之間依次有三尖瓣、肺動脈瓣、二尖瓣及主動脈瓣。這四個瓣膜作為血液形成單向流動的生物閥門，對心臟正常地推動血液循環(huán)起著極其重要的作用。可見，只有心臟瓣膜準確而有效地執(zhí)行而不發(fā)生返留。若心臟瓣膜發(fā)生障礙或病變，將會逐漸發(fā)生粘連、增厚、變硬，從而出現(xiàn)瓣膜口狹窄、縮小等癥狀，導致嚴重的血液循環(huán)障礙，甚至會危機人的生命。

早在20世紀初期，心臟瓣膜疾病的外科治療就已經(jīng)開始。但早期的瓣膜成形手術(shù)并不能徹底改變瓣膜的病理損害，療效有限。1953年，Gibbon成功地運用人工心肺機進行心內(nèi)直視手術(shù)，為置換人工心臟瓣膜創(chuàng)造了條件。1960年，Harken醫(yī)師首先用人造球籠式機械瓣，置于主動脈瓣生理位置，即冠狀動脈開口下方、主動脈瓣環(huán)上，獲得成功，引起人們的重視。同年，Starr用改進了的球籠式機械瓣為患者施行二尖瓣膜提換術(shù)，同樣取得成功。從此，開創(chuàng)了用人工心臟瓣膜替換術(shù)治療心臟膜病的新時代。

目前，臨床上應用的人工心臟膜主要有機械瓣和生物瓣兩大類。機械瓣的主體用非生物人工材料制成，也就是應用金屬（如鈦合金、不銹鋼、低溫熱解碳、高分子材料等）按機械原理設(shè)計、加工制成，具有單向閥血流功能，縫置于心臟瓣膜區(qū)，可代替已病損、喪失功能的原有人體自然心臟瓣膜功能的器件。應用機械瓣置換心臟瓣膜后必須長期存活的重要因素。生物瓣的主體采用生物組織材料，并按照人類半月瓣的結(jié)構(gòu)原理制成。利用生物薄膜制成的三個瓣葉，或直接將人或動物的主動脈瓣（包括瓣葉及瓣環(huán)）剝出并鑲在特制的瓣架上。生物瓣所使用的生物材料有動物的半月瓣或僅適用其他種的組織薄膜（牛心包、豬主動脈等）。從流體學性能來看，由于生物瓣口中心無任何活動提阻擋，血流最近似生理流型，加之生物膜材料與血液的接觸而不易形成血栓，因此，生物瓣收到廣泛的重視。但當時生物瓣的耐久性察，直到1968年，CARPENTIER使用戊二醛處理生物組織材料之后顯著增加了使用壽命，生物瓣在臨床上才得到廣泛地應用。但生物瓣置換術(shù)后，盡管無需長期的抗凝治療，但術(shù)后一番生生物瓣鈣化和衰敗，導致植入的生物瓣發(fā)生功能障礙，而需再次手術(shù)置換。隨著生物醫(yī)學工程的發(fā)展，應用生物課降解的聚合物支架構(gòu)建組織工程心臟瓣膜。隨著生物醫(yī)學工程的發(fā)展，應用生物可降解和聚合物支架構(gòu)建組織主要應解決如支架材料的選擇與構(gòu)建和種子細胞的選擇等問題。DoFnnen等報告應用組織工程心臟瓣膜為施行Ross手術(shù)的病人置換肺動脈瓣成功，而且經(jīng)過超聲動圖觀察1年，瓣膜活動良好，沒有鈣化。組織工程瓣膜是近年來在發(fā)達國家研究的新課題，在我國幾個醫(yī)療中心也已經(jīng)起步。

無論哪一種瓣膜，在設(shè)計制造時都應重視以下幾個問題：

• 材料與基體組織相容性要好，不易凝血，對血球破壞性要小；

• 堅固耐用，能保持其生物性能和幾何學特性數(shù)十年；

• 要符合血流動力學規(guī)律，對前進血流不產(chǎn)生阻礙，壓力差要小；

• 瓣膜開閉迅速，閉合要相對完全；

• 瓣環(huán)縫制固定時，要易于操作，使縫合安全、可靠；

• 瓣膜開閉的聲音要小，不刺激病人。