朝着针对病变的支架植入策略迈进：一个用于验证球囊扩张型支架应用的计算框架

《Annals of Biomedical Engineering》：Toward Lesion-specific Stenting Strategies: A Computational Framework to Validate the Deployment of Balloon-expandable Stents

本研究针对临床难以预测的支架内再狭窄问题，建立有限元仿真与实验验证相结合的计算框架，通过调整材料非线性及边界条件构建混合保真度模型，验证结果表明高保真模型与实验数据高度吻合（均方根误差0.21mm，相关系数0.99），为提升在 silico 工具临床转化应用提供了有效方法。

　　

摘要

目的

与支架内再狭窄相关的临床失败率难以预测和管理，尤其是在患者个体层面。研究表明，生物力学因素与局部疾病的发展和进展有关，这表明基于物理学的有限元（FE）方法模拟具有降低支架失败率的潜力。然而，由于缺乏足够的验证来评估模型预测的准确性，这些模型在临床应用中的可信度受到限制。在此，我们通过整合可靠的模拟方法和严谨的实验方法，建立了一个用于验证血管支架释放过程的计算框架。

方法

实验测试分析了市面上一种商用 balloon-expandable 支架系统的瞬态变形情况，并对高分辨率图像数据进行了后处理，以创建一个具有代表性的有限元模型。通过改变非线性材料行为和物理边界条件，我们构建了不同保真度的模型，以评估建模假设对支架变形指标的影响。

结果

对支架释放阶段的定性比较表明，高保真度的有限元模型能够准确捕捉到支架边缘的开启特征，随后是支架中心区域的展开过程。从压力-直径曲线得出的定量指标显示出高度一致性，近端、中部和远端直径的均方根误差及一致性相关系数值分别介于 0.31 mm 和 0.96（最低保真度）到 0.21 mm 和 0.99（最高保真度）之间。对更高阶指标（如支架变形的异常形态、缩短现象）的分析也进一步证明了这种一致性。

结论

该框架成功建立了血管支架释放过程的验证方案，分析了模型开发中的错误，并展示了定量评估的实用性，有望提高计算机模拟工具的临床应用能力，同时降低设备失败率。