[发明专利]一种药物洗脱支架药物缓释模拟及优化方法

说明书

本发明一种药物洗脱支架药物缓释模拟及优化方法属于医疗器械技术领域，涉及一种药物洗脱支架药物缓释过程模拟及其释药效果优化的方法。该方法建立了研究药物洗脱支架药物缓释过程的二维简化模型，用一个直或弯曲矩形来表示血管域，用n_i个正方形或圆形或多边形来表示载药涂层支架。采用Kriging代理模型优化算法建立有效释药时间与涂层、支架参数之间的近似函数关系。用EI期望函数用来平衡局部和全局搜索，当优化过程满足所设定的收敛条件时，优化停止。该方法通过有限元仿真及代理模型优化方法进行药物洗脱支架的参数优化，有效的避免了体内、外实验所需的大量人力、物力，缩短了药物洗脱支架的研发周期，并提高了药物洗脱支架的功效。

技术领域

本发明属于医疗器械技术领域，涉及一种药物洗脱支架药物缓释过程模拟及其释药效果优化的方法。

背景技术

据世界卫生组织统计，预计到2030年，全球每年将会有约2360万人死于心脑血管疾病。随着微创介入治疗血管疾病技术的发展，血管支架植入术目前已经发展成为治疗心血管狭窄类疾病最有效的方法之一。药物洗脱支架除了在血管腔内起到支撑血管、疏通血流的作用。同时，通过释放抑制免疫、抗增殖的药物，有效的抑制了支架内再狭窄现象。近年来，国内外学者对于药物洗脱支架的研究多是采用体、内外实验或是随访跟踪调研，不但消耗大量的人力、物力，而且实验结果不易测量，且药物洗脱支架研发周期长，不利于血管支架技术的进一步发展。此外，药物洗脱支架的涂层属性也会对支架释药效果有一定的影响，涂层初始载药量过高会对血管细胞产生毒性，涂层初始载药量过低则起不到治疗效果；涂层的降解速率过快，药物还没有被组织完全吸收就已经在管腔内流失，造成载药量的浪费，涂层的降解速率过慢，则起不到抑制免疫炎症反应的效果。

目前已知的血管支架模拟方法，如发明人陈端端等的专利“支架模拟方法”，公开号：CN105243686A，在该专利中只考虑了模拟支架的力学性能，而没有对载药支架的释药过程进行模拟。

Kriging优化算法作为线性回归的一种改进技术，对于传统的参数化模型而言，通常都需要选择一个参数化的数学模型，并必须确定其待定系数，而Kriging方法作为一种半参数化的插值技术，需要确定一个待定的数学模型，其应用更加方便和灵活。此外，Kriging方法属于基于黑箱插值技术的一种，因此该方法建立的代理模型不具有固定的显式函数形式，其模型信息很少。对于不同的系统，Kriging方法建立的代理模型可以是非线性、多形态或不连续的。而Kriging方法利用代理模型来替代目标问题模型所需要的计算量就要小很多。因此Kriging方法能够更加方便地应用于工程优化问题中，特别是复杂非线性问题。

因此，提出有效的药物洗脱支架药物缓释过程分析方法，并且结合工程优化方法，对支架涂层的属性参数进行优化，可以有效的缩短药物洗脱支架的研发周期，同时，揭示了药物缓释动力学过程的影响因素，其研究结果对于未来药物洗脱支架的设计及临床实验研究具有一定的参考价值。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术存在的缺陷，发明一种药物洗脱支架药物缓释模拟及优化方法。该方法首先建立求解药物在支架涂层、血液和血管壁组织内释放过程的二维简化计算模型及其控制方程，用以揭示载药涂层支架的药物释放规律。采用优化拉丁超立方取样方法用来在设计空间内抽取初始样本点，用EI期望函数来平衡局部和全局搜索。并采用Kriging代理模型优化算法对涂层参数进行优化设计，来实现载药涂层支架药效时间的可控性与可预测性，提高药物洗脱支架的功效。当优化过程满足所设定的收敛条件时，优化停止。通过采用有限元仿真及代理模型优化方法进行药物洗脱支架的参数优化，有效的避免了体内、外实验所需的大量人力、物力，有效的缩短了药物洗脱支架的研发周期。