[發明專利]一種藥物洗脫支架藥物緩釋模擬及優化方法

在審

• 申請號: 201910178807.7
• 申請日: 2019-03-11
• 公開（公告）號: CN109753764A
• 公開（公告）日: 2019-05-14
• 發明（設計）人: 李紅霞;賈永鑫;趙丹陽;趙英良;王敏杰
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 關慧貞

本發明一種藥物洗脫支架藥物緩釋模擬及優化方法屬于醫療器械技術領域，涉及一種藥物洗脫支架藥物緩釋過程模擬及其釋藥效果優化的方法。該方法建立了研究藥物洗脫支架藥物緩釋過程的二維簡化模型，用一個直或彎曲矩形來表示血管域，用n_i個正方形或圓形或多邊形來表示載藥涂層支架。采用Kriging代理模型優化算法建立有效釋藥時間與涂層、支架參數之間的近似函數關系。用EI期望函數用來平衡局部和全局搜索，當優化過程滿足所設定的收斂條件時，優化停止。該方法通過有限元仿真及代理模型優化方法進行藥物洗脫支架的參數優化，有效的避免了體內、外實驗所需的大量人力、物力，縮短了藥物洗脫支架的研發周期，并提高了藥物洗脫支架的功效。

技術領域

本發明屬于醫療器械技術領域，涉及一種藥物洗脫支架藥物緩釋過程模擬及其釋藥效果優化的方法。

背景技術

據世界衛生組織統計，預計到2030年，全球每年將會有約2360萬人死于心腦血管疾病。隨著微創介入治療血管疾病技術的發展，血管支架植入術目前已經發展成為治療心血管狹窄類疾病最有效的方法之一。藥物洗脫支架除了在血管腔內起到支撐血管、疏通血流的作用。同時，通過釋放抑制免疫、抗增殖的藥物，有效的抑制了支架內再狹窄現象。近年來，國內外學者對于藥物洗脫支架的研究多是采用體、內外實驗或是隨訪跟蹤調研，不但消耗大量的人力、物力，而且實驗結果不易測量，且藥物洗脫支架研發周期長，不利于血管支架技術的進一步發展。此外，藥物洗脫支架的涂層屬性也會對支架釋藥效果有一定的影響，涂層初始載藥量過高會對血管細胞產生毒性，涂層初始載藥量過低則起不到治療效果；涂層的降解速率過快，藥物還沒有被組織完全吸收就已經在管腔內流失，造成載藥量的浪費，涂層的降解速率過慢，則起不到抑制免疫炎癥反應的效果。

目前已知的血管支架模擬方法，如發明人陳端端等的專利“支架模擬方法”，公開號：CN105243686A，在該專利中只考慮了模擬支架的力學性能，而沒有對載藥支架的釋藥過程進行模擬。

Kriging優化算法作為線性回歸的一種改進技術，對于傳統的參數化模型而言，通常都需要選擇一個參數化的數學模型，并必須確定其待定系數，而Kriging方法作為一種半參數化的插值技術，需要確定一個待定的數學模型，其應用更加方便和靈活。此外，Kriging方法屬于基于黑箱插值技術的一種，因此該方法建立的代理模型不具有固定的顯式函數形式，其模型信息很少。對于不同的系統，Kriging方法建立的代理模型可以是非線性、多形態或不連續的。而Kriging方法利用代理模型來替代目標問題模型所需要的計算量就要小很多。因此Kriging方法能夠更加方便地應用于工程優化問題中，特別是復雜非線性問題。

因此，提出有效的藥物洗脫支架藥物緩釋過程分析方法，并且結合工程優化方法，對支架涂層的屬性參數進行優化，可以有效的縮短藥物洗脫支架的研發周期，同時，揭示了藥物緩釋動力學過程的影響因素，其研究結果對于未來藥物洗脫支架的設計及臨床實驗研究具有一定的參考價值。

發明內容

本發明要解決的技術問題是克服現有技術存在的缺陷，發明一種藥物洗脫支架藥物緩釋模擬及優化方法。該方法首先建立求解藥物在支架涂層、血液和血管壁組織內釋放過程的二維簡化計算模型及其控制方程，用以揭示載藥涂層支架的藥物釋放規律。采用優化拉丁超立方取樣方法用來在設計空間內抽取初始樣本點，用EI期望函數來平衡局部和全局搜索。并采用Kriging代理模型優化算法對涂層參數進行優化設計，來實現載藥涂層支架藥效時間的可控性與可預測性，提高藥物洗脫支架的功效。當優化過程滿足所設定的收斂條件時，優化停止。通過采用有限元仿真及代理模型優化方法進行藥物洗脫支架的參數優化，有效的避免了體內、外實驗所需的大量人力、物力，有效的縮短了藥物洗脫支架的研發周期。