输尿管支架管的混合建模与性能智能优化

发布时间：2018-11-11 21:04

【摘要】：输尿管支架管是用来修复输尿管阻塞或损伤的重要医疗器械,主要起到支撑和引流的作用,保证输尿管的通畅。可降解输尿管支架管在置入人体内一段时间后充分降解并随尿液排出,可以克服不可降解的支架管留置引起的诸多并发症,同时避免了二次手术的损伤,是目前输尿管支架管的研究热点,可控降解性、良好的力学性质和生物相容性是可降解输尿管的关键性指标,也是该研究领域亟待解决的关键性问题。通过使用双组份,可降解输尿管的降解时间和力学性质能可以比较容易的进行调控。本论文以探寻具有优异力学性质的可降解输尿管为目的,对双组份可降解输尿管的力学性质和性能进行了一系列分析和优化研究,主要内容如下:(1)针对现有可降解输尿管支架管存在的问题,基于临床使用要求,从结构设计、原料选择、编织工艺和后处理工艺等四个方面出发,设计输尿管支架管。选择聚乙交酯(PGA)和聚乙交酯-丙交脂(PGLA(90:10))为原料,选用编织工艺为成型工艺,通过配置不同纱线组合得到不同结构、配比的可降解输尿管支架管。(2)径向压缩性是输尿管支架管的重要力学性能之一,良好的径向性能可以保证支架管具有一定的支撑效果。论文深入讨论了双组份输尿管支架的编织结构和不同组分对支架管径向压缩性能的影响,构建了不同织物组织及编制角等编制工艺参数的双组份支架管的压缩机理模型,探讨了设计结构和制备工艺与支架管径向压缩性能的关系,为得到具有理想力学性能的双组份支架管提供了一定的理论支撑。通过引入粒子群算法(PSO)以求解基于参考偏差意义下的最优编织角和原材料组合,针对各组实验样品的模型参数,通过五折交叉验证,调整参数得到了支架管的泛化模型。为了提高泛化模型的精度能力,我们进一步考虑通过反馈校正实验数据,然后再用校正后的数据来获得基于PSO算法的泛化模型,以提高模型的精度。基于给出的泛化模型,通过数值模拟的方法,定性地分析了编织角对于双组份支架管压缩性能的影响,通过与实测数据的对比分析证明了模型和方法的正确性。与传统结构力学模型相比,所提模型对于不同工艺下的支架管压缩性能模拟效果更为理想。(3)良好的轴向拉伸性能关系着手术置入可降解输尿管支架管的手术的难易程度,若支架管没有足够的轴向拉伸强度,则有可能在手术过程中断裂,大大加大了手术的困难程度,此外,支架管若以任何形式在预期时间之前断裂,也不能起到很好的引流作用。本论文深入讨论了双组份输尿管支架的编织结构和不同组分对支架管轴向拉伸性能的影响,构建了不同织物组织及编织角等编制工艺参数的的双组份支架管的拉伸机理模型;将PSO算法引入以求解基于参考偏差意义下的最优编织角和原材料组合,通过实验发现PSO优化的拉伸模型对于拉伸过程的中段及后端的模拟效果较好,但在拉伸测试的初期阶段的模拟的误差较大。为此通过引入多种群思想到PSO算法,多种群间共享信息、协同进化,提出了多阶段拉伸模型的协同粒子群优化(CPSO)算法,并将其用于拉伸过程的初期、中段及后期等3个阶段的模型优化。通过与PSO算法运算结果及实测数据的对比分析证明了所提出多阶段拉伸CPSO模型和方法的可行性。(4)针对双组份支架管制备的编织和热处理两个主要环节,提出了一种分层支持向量机回归模型(HSVRM)来模拟双组份支架管的制备过程。其中,原材料混合和编织过程采用初级SVR模型模拟,后期热处理过程被作为一个将输入变量增广后的高层SVR模型。同时为了进一步地得到双组份支架管组份的最优配比,定义了一个基于参考偏差的性能评价指标,采用PSO算法求解在该设定下的最优组份配比。从实验结果可以可看出,HSVRM不仅能来模拟双组份支架管制备过程,并且可以合理地确定双组份的最优配比率。不同于实验测试方法,该模型提出的性能指标不仅能保证产品的终端特性,且使过渡性能收敛于参考性能。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：东华大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R318.6

【相似文献】