Сяоян Лю

Фън Ли

Yongsheng Ding

Тинг Зоу

2 Ключова лаборатория по текстилна наука и технологии, Министерство на образованието, Колеж по текстил, Университет Донгхуа, Шанхай 201620, Китай; moc.liamxof@uhdgnituoz (T.Z.); nc.ude.uhd@ulgnaw (L.W.)

оптимизация

Лу Уанг

2 Ключова лаборатория по текстилна наука и технологии, Министерство на образованието, Колеж по текстил, Университет Донгхуа, Шанхай 201620, Китай; moc.liamxof@uhdgnituoz (T.Z.); nc.ude.uhd@ulgnaw (L.W.)

Куангронг Хао

Резюме

Използван е модел на йерархична регресия на опорен вектор (SVR) (HSVRM) за корелация на състава и механичните свойства на двукомпонентни стентове, съставени от поли (млечно-ко-гликолова киселина) (PGLA) филм и поли (гликолова киселина) (PGA) влакна за ремонт на уретрата за първи път. PGLA филмът и PGA влакната могат да осигурят уретерални стентове, съответно с добри компресионни и опънни свойства. В двукомпонентните стентове високото съдържание на филм доведе до висока твърдост, докато високото съдържание на влакна доведе до лоши компресионни свойства. За да се опростят процедурите за оптимизиране на съотношението на PGLA филм и PGA влакно в стентовете, беше използван йерархичен регресионен модел на поддържащ вектор (HSVRM) и алгоритъм за оптимизиране на роя на частици (PSO) за изграждане на връзките между съотношението тегло на филма към влакното и измерените свойства на компресия/опън на стентовете. Експерименталните данни и симулираните данни се вписват добре, доказвайки, че HSVRM може да отразява тясно връзката между съотношението на компонентите и експлоатационните свойства на уретералните стентове.

1. Въведение

Уретерите са чифт тесни дебелостенни тръби, които пренасят урина от бъбреците до пикочните мехури. Травма, вродена малформация, тумор и камъни могат да запушат уретерите. Стентове на уретера тип тръбно медицинско устройство, което възстановява запушените или увредени уретери. Повечето стентове на уретерите, които се предлагат в момента на пазара, са неразградими с недостатъци като причиняване на инфекция на уретера, утаяване на камъни, болка в кръста, дискомфорт в корема, кръвна урина, счупване на стента, връщане на урината и други симптоми [1,2]. За отстраняване на стентовете обикновено се изисква вторична операция, която има потенциал да причини усложнения.

Много внимание е отделено на разработването на биоразградими стентове на уретерите, които могат да бъдат разградени и впоследствие изхвърлени след възстановяване на увредения уретер и по този начин да помогнат за избягване на вторична операция [3,4]. Материалите за асимилируеми стентове за уретера трябва да са биосъвместими, контролируемо биоразградими с нетоксични продукти на разграждане и механично здрави.

За да се облекчат тези проблеми, споменати по-горе, два или повече вида биоразградими синтетични полимери могат да бъдат смесени за развитието на уретерални стентове. Chew et al. [13,14] демонстрира задоволителни клинични ефекти при животински модели, използващи патентовани стентове от утипрен, произведени с PLGA (80LA: 20GA) и PEG (Pol Med). Сложната подготовка и несъответствието в качеството на стентовете обаче ограничават широкото им приложение. Wang et al. [15,16] произвежда биоразградим уретерален стент, използвайки PGA и PGLA. Zou et al. [17] изследва механичните свойства на пет вида PGLA/PGA стентове и показва, че стентовете имат както добри свойства на компресия, така и опън, когато съотношението на PGA спрямо PLA е 1: 1.

Трудно е да се завършат експериментите за оптимизация в лаборатория, тъй като процесите са трудоемки, скъпи и трудоемки. Изчислителната симулация може да компенсира чрез спестяване на разходи, време и труд. Използвайки симулация, могат да се предвидят механичните свойства на стентовете с различни структури, приготвени при различни условия, докато съотношението на компонентите на PLA и PGLA и параметрите на оплитане за подготовката на стентове могат да се предвидят, докато се предлагат необходимите механични свойства. Няколко примера доказаха ефективността на симулацията при изследване на механичните свойства на биомедицинските устройства. Xiao et al. [18] представя хибридния алгоритъм за оптимизиране на роя на частици, подобрен на машината за поддръжка на векторни машини (SVM) за двупосочно прогнозиране на производствения процес за въглеродни влакна, което може да се разглежда като предсказване на ефективността на въглеродните влакна и проектиране на метод за новото въглеродно влакно производство. Разработен е двупосочен подход за прогнозиране, за да се предскажат производствените параметри и производителността на диференциалните влакна въз основа на невронни мрежи и многоцелеви еволюционен алгоритъм [19].

В тази статия е предложен модел на йерархична регресия на опорния вектор (SVR) (HSVRM), за да се симулира процесът на сплитане на двукомпонентни стентове на уретера PGLA/PGA. Основните и високо ниво SVR модели бяха използвани за симулиране на процеса на смесване и оплитане и процеса на термична обработка, съответно. За да се получи оптималното съотношение на компонентите за двукомпонентния стент на уретера, бяха определени индекси за оценка на ефективността; междувременно алгоритъмът за оптимизиране на роя на частиците (PSO) беше използван, за да се получи оптималното съотношение на смесване.

Тази статия е организирана по следния начин: Раздел 2 описва синтеза на принципите на многокомпонентния стент и HSVRM. Раздел 3 предлага непрекъснат референтен индекс за оценка на отклонението на производителността, съотношението на компонентите за изграждане на оптимален проблем с търсенето с PSO алгоритъма за решаване. Раздел 4 представя резултатите и дискусията, докато Раздел 5 показва заключения и бъдещи перспективи.

2. Двукомпонентно плетено уретерално моделиране на стента

2.1. Материали и проби

Мултифиламентните прежди PGA и PGLA са доставени от Shanghai Tianqing Biomaterials Co. Ltd. (Шанхай, Китай). PGLA е съполимер на млечна киселина/гликолова киселина при молно съотношение 1: 9. Търговският биоустойчив полиуретанов стент Percuflexs ® Plus с двоен пигтейл Percuflexs ® Plus е избран като контрола за сравнение на механичните свойства. Три различни стента (Таблица 1) бяха плетени на машина за оплитане на калерчета от 32 кабини в лабораторията за изследване на биомедицински текстилни материали на университета Донгхуа. Всички стентове бяха оплетени в една и съща структура, опън и ъгъл на оплетка около централно ядро, направено от шнурове от политетрафлуоретилен (PTFE), за да се гарантира, че всички стентове имат еднакъв лумен с вътрешен диаметър от 1,6 mm. Смесването на преждата се извършва преди сплитане (Фигура 1). Впоследствие прототипите № 2 и № 3 се нагряват за 0,3 минути при 210 ° C, което е между температурата на топене на PGA и (225 ° C) и тази на PGA (205 ° C). След обработката влакната PGLA се топят до непрекъснат филм, докато влакната PGA запазват влакнестата си структура. Фигура 1 демонстрира процеса на приготвяне на двукомпонентни уретерални стентове.