人工心脏瓣膜是一种治疗心脏瓣膜疾病或缺损的心脏植介入医疗器械。1960年人工心脏首次应用于临床，之后经历了机械瓣、生物组织瓣、介入瓣等阶段，已成为心血管治疗领域一种非常重要的医疗器械。

机械瓣自诞生之日起先后经历了球笼瓣和笼碟瓣、斜碟瓣、双叶瓣三大类。

具有代表性的球笼瓣有Starr-Edwards 瓣、Smeloff-Cutter瓣和 Magovern 瓣等。这种机械瓣采用一个较小的球笼限制球体赤道线在缝合环的位置。球体的外缘有一个很小的空隙，方便球体通过瓣膜孔。这个微小的空隙还可以造成一个微小的反流，这种微小的反流可能会起到抑制血栓形成的作用。球笼瓣体积较大，在一定程度上限值了其使用。于是更为小巧的笼碟瓣应运而生。具有代表性的笼碟瓣有Kay-Shiley 瓣和 Beall瓣。主要用于二尖瓣的瓣膜置换手术。不过由于笼碟瓣血流动力学特征比较差，已经很少使用了。

Bjork-Shiley 和 Lillehei-Kaster两种斜碟瓣的出现成为机械瓣发展历史上的重要事件。两种心瓣均采用了“活”的浮动式碟片，在瓣膜打开的时候，碟片在支架的限制下倾斜到预先设定的角度。两种机械瓣均实现了在关闭状态时封堵碟片与血流入口圆周良好配合，几乎没有重叠。因此也就降低了对红细胞的机械损伤。使用中少量的血液回流可以对残留血液和血小板产生“冲刷”作用，在理论上可以降低血栓的发生率。虽然后来出现的Medtronic Hall瓣进一步改进了其性能，血流动力学特性明显优于球笼瓣和笼碟瓣。

双叶瓣为最新的机械瓣设计，主要基于St. Jude Medical, Inc公司于1978年开发的双叶全PYC瓣。双叶瓣有2个叶片，瓣叶打开合理，开口面积大，为中心血流型，是目前应用最广泛的机械瓣。由于不同公司的设计不同，双叶瓣在材料选择和结构设计上稍微有所差别，有的是金属瓣环配合热解碳瓣叶、有的是瓣环瓣叶全为热解碳涂层、有的是瓣环瓣叶为全热解碳、有的是瓣叶为含钨热解碳。具有代表性的双叶瓣有St. Jude瓣、CαrboMedics瓣、Sorin Bicarbon瓣、ATS Open Pivot瓣、On-X瓣等。

生物组织瓣分为同种生物瓣和异种生物瓣两种。生物组织瓣通常具有良好的生物相容性和血流动力学特性，在临床中应用广泛。

第一例同种移植手术由Ross在1962年完成，临床效果良好。通体生物瓣移植可以采用患者自身其他部位的瓣膜（如将肺动脉瓣到主动脉），也可以采用自身其他组织来代替（如将自体取下的阔筋膜）。

异种移植心瓣多以牛心包或猪心包组织取出，经化学处理后可防止异体排异反应，增加组织强度。随着处理技术、固定技术及抗钙化处理技术的不断改进，异种移植瓣膜不断涌现。具有代表性的有：Hancock porcine xenograft生物瓣和Carpentier-Edwards生物瓣。

介入瓣又叫支架瓣膜，是随着介入心脏病学的迅速发展而产生的微创介入心瓣。相对于外科手术，介入治疗对人体的创伤微小、术后恢复快、不留疤痕、不损伤劳动力，解除了很多患者的疾苦。20世纪90年代，人们尝试着将导管介入术应用在瓣膜置换上，尤其在2000年，Bonhoeffer等率先报道了带瓣膜支架成功进行肺动脉瓣膜置换术的临床应用；继后于2002年，Cribier等报道了首例人体经皮主动脉瓣膜置换术病例。经导管瓣膜病介入治疗方法的出现开创了经导管瓣膜置换的新时代，并取得满意临床疗效。

目前，每年有超过180000个人工心瓣被植入到世界各地的患者体内。目前临床使用的支架主要分成5个基本大类：

心瓣制造商们不断设计新的机械瓣和组织瓣。但是“理想”的心瓣还未出现，将来也不可能出现。一般认为，“理想”的心瓣应该具有如下特征：

考虑到特定的瓣膜组织特性，心脏瓣膜设计需考虑如下三个方面的工程问题：

最初，人工心瓣血流动力学特性是设计者首要关注的方面。后来猪心包瓣在临床上的出现解决了这一问题，它的血流动力学特性等于或优于某些机械瓣。目前临床已经积累了心瓣长期耐久性的数据，而后发现生物瓣的长期临床耐久性成为其临床应用的最大障碍。对于来源于猪和牛的生物心瓣来说，可以通过创新支撑支架的设计来减少应力集中，还要改进固定和安装方式，引入更加柔韧的组织材料。

如果前面提到的设计中的挑战都能够解决，那么生物瓣将可以同时具备良好的耐久性和抗血栓能力（也正因如此，患者不再需要接受抗血栓治疗），这势必带来生物瓣临床使用的逆袭。

介入心瓣因其微创植入方式降低了手术风险而被医生和患者普遍接受。现在介入心瓣技术已经不止用于危重病人的治疗，还可以作为外科手术治疗的替代方案用于普通病人的治疗。为了更好地实现这一目标，人们已经开始关注介入瓣自身的一些缺点和不足，例如瓣膜侧漏和植入过程中的影像引导等。

如果要比较不同人工心瓣的“综合”特征和表现是非常困难的，甚至是不可能的事情。不同的研究对人工心瓣的评价标准也各有不同。如果要研究人工心瓣的长期特性，还需要对大样本量的患者进行长期的观察。在当前阶段，我们需要在心瓣材料、设计、治疗方法等多个方面进行改进和创新。心瓣植入患者以及潜在的心瓣疾病发病人群的年龄对于瓣膜选择和使用寿命的估计是非常重要的一个数据。适合于主动脉瓣置换的人工心瓣也许并不适合二尖瓣的置换。因此，不可能确定一个标准来判断哪种设计是“最好”的人工心瓣。目前所用的人工心瓣，无论是机械瓣还是生物瓣，都会产生相对较大的湍流应力（可以引起红细胞和血小板的致命性或半致命性损伤）以及比正常心瓣更大的压力梯度和逆流体积。

因此，我们可以总结出三个可能的人工心瓣发展方向（同时也是人工心瓣设计面临的三个挑战）：

虽然现有的人工心瓣还有很大的改进和提高空间。但对广大患者来说，在不久的将来更加高级和先进的人工心脏瓣膜还是非常值得期待。