血管疾病藥物支架治療的力學機理與最佳化設計

《血管疾病藥物支架治療的力學機理與最佳化設計》是依託大連理工大學,由王希誠擔任醒目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：血管疾病藥物支架治療的力學機理與最佳化設計
• 依託單位：大連理工大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：王希誠

項目摘要

本課題重點研究血管疾病藥物支架治療中的力學機理和系統最佳化設計方法。在力學機理方面，建立藥物支架全過程仿真計算模型，分析支架植入和服役過程（包括植入膨脹，接觸，大變形、使用壽命，血流動力學，支架與血液、血管壁間的相互作用、藥物支架的藥物釋放效應等）中的生物力學回響。在最佳化設計上，將在以力學機理研究的基礎上發展系統最佳化方法，包括建立最佳化（支架結構最佳化，塗層工藝最佳化，多靶標塗層藥物設計等）模型，研究適應於結構大變形、接觸以及流固耦合問題和多靶標塗層藥物設計的最佳化方法，改變依賴臨床/經驗和實驗修正的傳統設計模式，對從支架結構和塗層藥物諸方面進行最佳化設計。在研究工作上，將立足於研究組形成的多學科交叉研究基礎，發揮力學、化學、生物、藥物分子設計和計算機科學等相關學科優勢，並加強與醫藥研究機構的合作，取得有特色的研究成果，豐富血管疾病微創介入治療的理論和技術，為治療心腦血管疾病服務。

結題摘要

本課題立足當前心血管疾病治療技術發展的需要，重點研究了藥物支架的力學機理與系統最佳化設計方法，並進行了藥物支架多靶點藥物分子設計方法的研究。在力學機理研究上，建立了藥物支架力學特性分析的一體化仿真計算模型，並分析了支架在狹窄血管內擴張變形、接觸與流固耦合、服役期的疲勞壽命分析以及藥物支架的藥物釋放效應等一體化過程，揭示了支架擴張的力學特性、支架內血流動力學狀況以及血液與支架和血管的相互作用特徵，並在此基礎上對冠脈支架在血流作用下的疲勞壽命進行了評估。此外，還考察分析了冠脈支架的彎曲性能，指出連線支柱對支架彎曲性能的重要性，為冠脈支架設計技術研究提供了理論指導。在最佳化設計上，基於支架力學機理的研究基礎建立了支架結構最佳化和塗層工藝最佳化的單目標與多目標模型，研究設計了針對高度非線性以及多目標最佳化問題的求解方法，在此基礎上進行了支架結構和藥物支架塗層諸方面的多層次以及系統最佳化設計，顯著提高了支架的性能，為冠脈支架的設計提供了新思路和新方法。在藥物支架多靶點藥物分子設計方法的研究上，首先進行了蛋白質活性區域預測方法的研究，為基於結構的藥物設計方法奠定了基礎，然後針對支架藥物需同時滿足多個目標的特點，研究了基於藥效團的多靶點藥物分子設計方法，這些方法豐富了計算機輔助藥物分子設計的理論和方法，並為支架藥物的選擇提供了依據和工具。本課題立足於傳統學科與新興學科的交叉，通過設計開發新的模擬體系、算法以及模型，使其適應血管支架分析的需要，獲得更為合理的模擬結果，並結合現代最佳化方法用以指導血管支架的設計。本課題的實施為數值模擬計算在心血管疾病治療領域中的套用提供了有力的支撐。