基于数字孪生（DT）与虚拟现实（VR）优化心血管支架，减轻血管成形术相关形变的创新探索

《Medical & Biological Engineering & Computing》：Digital twin-enabled cardiovascular stent optimization: a virtual reality-driven approach to mitigate angioplasty-related deformations

为解决心血管支架（CS）扩张及球囊移除后出现的狗骨样变形（db?）、缩短（fs?）、纵向回缩（lr?）和径向回缩（Rr?）问题，研究人员开展基于 DT 技术的 CS 设计制造研究。结果显示优化参数的镍钛诺 CS 性能良好，有助于提升治疗效果。

　　经皮腔内血管成形术并支架置入术被广泛用于治疗动脉粥样硬化。然而，在心血管支架（CS）扩张至最大以及充气球囊移除后，常出现狗骨样变形（db?）、缩短（fs?）、纵向回缩（lr?）和径向回缩（Rr?）现象，这会损伤动脉并造成定位困难。本文中，CS 的设计与制造基于数字孪生（DT）技术，而非传统的基于专业知识和经验的方法。首先，从预先提出的几何构型、固体力学控制方程和边界条件推导出 CS 的高动力学模型，并通过虚拟现实（VR）构建其数字孪生模型。随后，进行全局敏感性分析（GSA）和动态响应优化（DRO），优化包括杨氏模量（E）、各向同性切线模量（Et?）、泊松比（ν）、密度（ρ）和初始屈服应力（σ）在内的材料和加工参数，以满足对db?、fs?、lr?和Rr?影响的性能要求。原型实验结果表明，由形状记忆镍钛诺制成的 CS，其通过 VR 模拟从数字孪生模型获得的最优材料和加工参数（ρ=7050kgm?3，ν=0.27，E=205GPa，Et?=675.13MPa，σ=198.49MPa），能展现出理想的性能特征，比如在 CS 扩张至最大时db?和fs?的影响较弱，在充气球囊移除后lr?为 -0.9%，远端Rr?为 0.4%，中部Rr?为 0.7%。