机械刺激与几何交互作用下可降解支架降解与血管重塑耦合模型的构建与生物力学分析

针对可降解血管支架(BVS)临床应用中机械性能与血管重塑时空匹配的难题，北京工业大学团队建立了首个融合多腐蚀因子支架降解模型与动脉应力(AS)刺激血管重塑模型的有限元耦合系统。研究发现动态机械刺激使支架断裂时间延迟4%，几何交互作用通过新生内膜覆盖使断裂时间延长24%，为优化BVS支撑性能与降解速率提供了生物力学依据。

　　

在心血管介入治疗领域，可降解血管支架(BVS)被誉为第四次技术革命，其核心优势在于完成血管支撑使命后能自动降解，避免传统药物洗脱支架(DES)导致的晚期血栓和再狭窄(ISR)等并发症。然而理想很丰满现实很骨感——支架降解太快会导致血管塌陷，降解太慢又可能引发炎症反应，这个"黄金降解期"的把握成为临床应用的阿喀琉斯之踵。更复杂的是，支架降解与血管重塑这两个看似独立的过程，实际上通过机械刺激和几何交互形成精密的耦合系统：支架腐蚀会改变动脉应力分布，而新生内膜覆盖又会反作用于腐蚀环境，这种动态博弈直接影响临床预后。

北京工业大学的研究团队在《Computer Methods and Programs in Biomedicine》发表的研究，首次构建了融合多物理场的耦合模型。他们采用有限元分析方法，通过三阶段建模策略：首先模拟支架植入的初始状态，继而分别建立考虑应力腐蚀/点蚀的支架降解模型和AS驱动的血管重塑模型，最后通过迭代算法实现时空耦合。关键技术包括基于单元状态标记的动态材料属性更新、腐蚀表面渐进更新算法，以及应力-生长耦合方程的数值求解。

【The effects of mechanical stimuli on stent degradation】结果显示：相比恒定应力刺激，动态AS使支架断裂时间延迟4%，因应力腐蚀减弱使冠部腐蚀程度降低；同时动态AS通过减轻动脉损伤，使新生内膜体积增长趋势从线性增长转为渐进收敛。

【Discussions】部分揭示几何交互的"盾牌效应"：新生内膜对支架的覆盖形成保护层，使腐蚀环境从血液接触变为组织接触，最终使支架断裂时间延长达24%。这种时空耦合效应解释了临床中观察到的支架支撑性能"衰减拐点"现象。

该研究的突破性在于首次量化了机械-几何耦合的协同效应：动态AS通过双重机制（降低应力腐蚀因子和动脉损伤程度）优化耦合过程；而几何交互的时空调控使支架在降解后期获得"保护性延迟"。这些发现为BVS的力学设计提供了新范式——不仅要考虑初始支撑强度，更要预判服役过程中的动态力学环境变化。未来通过耦合模型的反向优化，有望实现支架降解曲线与血管重塑进程的精准匹配，为"个性化降解图谱"的临床转化奠定理论基础。正如作者Aike Qiao强调的，这项跨尺度建模方法可扩展应用于其他生物可降解植入物的性能预测，标志着计算生物力学在医疗器械研发中进入协同优化新阶段。