数字双胞胎启用心血管支架优化:一个虚拟现实驱动的方法,以减轻血管形成术相关的变形

科学领域:

• 生物医学工程 生物医学工程
• 材料科学 材料科学 材料科学
• 计算力学 计算力学 计算力学

背景情况:

• 穿皮透光血管造形术与支架是对动脉样硬化的常见治疗方法.
• 支架的部署可能会被狗骨,缩短和反弹所复杂化,可能会损害动脉.
• 传统的支架设计依赖于专业知识和经验,缺乏对机械行为的优化.

研究的目的:

• 使用数字双胞胎 (DT) 技术设计和制造心血管支架 (CS).
• 优化材料和加工参数,以最大限度地减少不良的支架行为 (狗骨,缩短,反弹).
• 为了实现所需的性能特征,以改善支架部署和动脉兼容性.

主要方法:

• 使用基于固体力学的虚拟现实 (VR) 开发了心血管支架 (CS) 的高度动态数字双胞胎 (DT).
• 采用全球灵敏度分析 (GSA) 和动态响应优化 (DRO) 来完善材料属性 (模量,接触模量,波桑比率,密度,收益应力).
• 使用从DT模拟中获得的优化参数制造了一个原型支架.

主要成果:

• 由尼丁醇制成的优化CS在最大膨胀过程中表现出最小的狗骨和缩短.
• 气球移除后,支架显示了受控的纵向反弹 (-0.9%) 和辐射反弹 (距离0.4%,中心0.7%).
• 原型实验验证实了DT能够预测和实现所需的支架机械行为的能力.

结论:

• 数字双胞胎技术为心血管支架设计提供了数据驱动的方法,超越了传统方法.
• 从DT模拟中获得的优化材料和加工参数显著提高了支架性能.
• 这种方法可以开发出具有增强部署特性和减少动脉并发症的心血管支架.