A lebomló fonott kétkomponensű húgycső sztentje film-szál arányának intelligens optimalizálása

Xiaoyan Liu

Feng Li

Yongsheng Ding

Ting Zou

2 Kulcsfontosságú textiltudományi és technológiai laboratórium, Oktatási Minisztérium, Textilkollégium, Donghua Egyetem, Sanghaj 201620, Kína; moc.liamxof@uhdgnituoz (T.Z.); nc.ude.uhd@ulgnaw (L.W.)

Lu Wang

Kuangrong Hao

Absztrakt

Hierarchikus támogató vektor-regressziós (SVR) modellt (HSVRM) alkalmaztunk a poli (tejsav-ko-glikolsav) (PGLA) filmből és poli (glikolsav) (PGA) szálakból álló kétkomponensű sztentek összetételének és mechanikai tulajdonságainak korrelálására. húgycső javítása először. A PGLA film és a PGA szálak jó nyomó- és húzó tulajdonságokkal rendelkező ureter stenteket biztosíthatnak. A kétkomponensű stentekben a magas filmtartalom nagy merevséghez vezetett, míg a magas rosttartalom gyenge nyomási tulajdonságokat eredményezett. A stentekben a PGLA film és a PGA szál arányának optimalizálásához szükséges eljárások egyszerűsítése érdekében hierarchikus támogatási vektor regressziós modellt (HSVRM) és részecske raj optimalizálás (PSO) algoritmust alkalmaztunk a film/rost tömeg arány és a a sztentek mért nyomó/húzó tulajdonságai. A kísérleti adatok és a szimulált adatok jól illeszkednek, bizonyítva, hogy a HSVRM szorosan tükrözheti az ureter stentek komponensaránya és teljesítménytulajdonságai közötti kapcsolatot.

1. Bemutatkozás

Az ureterek keskeny vastag falú csövek, amelyek a vizeletet a veséktől a húgyhólyagokig viszik. A trauma, a veleszületett rendellenességek, a daganat és a fogkő elzárhatja az uretereket. Húgycső sztent területi típusú tubuláris orvostechnikai eszköz, amely helyreállítja az elzáródott vagy károsodott uretereket. Azonban a jelenleg forgalomban lévő húgycső-sztentek biológiailag nem bomlanak le, hátrányai például az ureterfertőzés, a kalkuláris ülepedés, a derékfájás, a hasi kellemetlenségek, a vér vizelete, a stent törése, a vizelet visszatérése és egyéb tünetek [1,2]. A sztentek eltávolításához általában másodlagos műtétre van szükség, amely komplikációkat okozhat.

Nagy figyelmet fordítottak a biológiailag lebontható ureterális sztentek kifejlesztésére, amelyek lebomlanak és később ürülhetnek a károsodott ureter helyreállítása után, és így elkerülhetők a másodlagos műtétek [3,4]. Az asszimilálható ureterális sztentek anyagainak azonban biokompatibiliseknek, szabályozhatóan biológiailag lebonthatónak kell lenniük a nem mérgező bomlástermékekkel és mechanikailag robusztusaknak kell lenniük.

E fent említett problémák enyhítése érdekében két vagy több típusú biológiailag lebontható szintetikus polimert lehet keverni az ureterális sztentek kifejlesztéséhez. Chew és mtsai. [13,14] kielégítő klinikai hatást mutatott állatmodellekben, PLGA-val (80LA: 20GA) és PEG-vel (Pol Med) előállított, szabadalmaztatott Utiprene sztentek alkalmazásával. A bonyolult előkészítés és a stentek minőségének következetlensége azonban korlátozta azok széles körű alkalmazását. Wang és mtsai. [15,16] biológiailag lebontható ureterális sztentet készített PGA és PGLA alkalmazásával. Zou és mtsai. [17] ötféle PGLA/PGA sztent mechanikai tulajdonságait vizsgálta, és jelezte, hogy a stentek jó nyomó- és húzó tulajdonságokkal rendelkeznek, amikor a PGA aránya a PLA-hoz 1: 1.

Az optimalizálási kísérleteket nehéz elvégezni a laboratóriumban, mivel a folyamatok időigényesek, drágák és munkaigényesek. A számítási szimuláció kompenzálhatja a költségek, az idő és a munka megtakarításával. Szimulációval megjósolhatók voltak a különböző szerkezetű, különböző körülmények között előállított sztentek mechanikai tulajdonságai, míg a PLA és PGLA komponensaránya és a stentek készítéséhez szükséges fonási paraméterek mindaddig, amíg a szükséges mechanikai tulajdonságokat javasolják. Néhány példa igazolta a szimuláció hatékonyságát az orvosbiológiai eszközök mechanikai tulajdonságainak vizsgálatában. Xiao és mtsai. [18] bemutatja a Support Vector Machine (SVM) által továbbfejlesztett részecske raj optimalizálási hibrid algoritmust a szénszálas termelési folyamat kétirányú előrejelzésére, amely a szénszálak teljesítményének előrejelzésének és az új szénszálas módszer megtervezésének tekinthető. Termelés. Kétirányú predikciós megközelítést dolgoztak ki a differenciálszálak termelési paramétereinek és teljesítményének előrejelzésére ideghálózatok és többcélú evolúciós algoritmus alapján [19].

Ebben a cikkben hierarchikus támogatási vektor regressziós (SVR) modellt (HSVRM) javasoltak a PGLA/PGA kétkomponensű ureter stentek fonási folyamatának szimulálására. Az elsődleges és a magas szintű SVR modelleket használták a keverés és a fonás folyamatának, illetve a hőkezelés folyamatának szimulálására. A kétkomponensű ureterális sztent optimális komponensarányának elérése érdekében meghatároztuk a teljesítményértékelési mutatókat; mindeközben a részecske raj optimalizálás (PSO) algoritmust alkalmazták az optimális keverési arány eléréséhez.

Ez a cikk a következőképpen szerveződik: A 2. szakasz a többkomponensű sztent és a HSVRM elveinek szintézisét írja le. A 3. szakasz egy folyamatos referencia-eltérés teljesítményértékelési indexet javasol, amely az összetevők aránya az optimális keresési probléma felépítéséhez a megoldandó PSO algoritmus segítségével. A 4. szakasz az eredményeket és a vitát mutatja be, míg az 5. szakasz a következtetéseket és a jövő kilátásait mutatja be.

2. Kétkomponensű fonott húgycső sztent modellezése

2.1. Anyagok és minták

A PGA és PGLA többszálas fonalakat a Shanghai Tianqing Biomaterials Co. Ltd. (Sanghaj, Kína) szállította. A PGLA a tejsav/glikolsav kopolimere volt 1: 9 mólarányban. A mechanikus tulajdonságok összehasonlítása céljából a kereskedelmi forgalomba kerülő 6Fr kettős pigtail Percuflexs ® Plus biostabil poliuretán sztentet választottuk kontrollként. Három különböző stentet (1. táblázat) fontak egy 32 orsófonó gépen a Donghua Egyetem Biomedical Textile Material Research Laboratóriumában. Valamennyi sztentet ugyanabba a struktúrába, feszültségbe és fonási szögbe fonjuk egy politetrafluor-etilén (PTFE) zsinórokból készült központi mag körül annak biztosítása érdekében, hogy az összes sztent egyenletes lumenű legyen, belső átmérője 1,6 mm. A fonal összekeverését a fonás előtt végeztük (1. ábra). Ezt követően a 2. és 3. számú prototípusokat 0,3 percig melegítettük 210 ° C-on, amely a PGA és (225 ° C) és a PGA olvadási hőmérséklete között volt (205 ° C). A kezelés után a PGLA rostok folytonos fóliává olvadnak, míg a PGA rostok megtartják rostos szerkezetüket. Az 1. ábra bemutatja a kétkomponensű ureterális sztentek előállítási folyamatát.