Razglasitev rezultatov

Inovativna oblika vzorca-v obliki reže omogoča natančno mehansko kontrolo pol{1}}toge spodnje cevi. Revolucionarno smo predstavili novo vrsto pol{3}}toge spodnje cevi v obliki utora-, ki temelji na kompozitni strukturi "vijačnega utora s spremenljivim korakom" in "prepletenih ojačitvenih reber," s čimer dosežemo optimalno ravnovesje med upogibno fleksibilnostjo in aksialno togostjo. Z natančnim izračunom vzorca utorov je gradientna sprememba upogibne togosti nadzorovana v 5 %, aksialna tlačna togost se poveča za 45 %, torzijska togost pa se poveča za 38 %. Z biomehanskim testiranjem predvidljivost upogibnega radija nove spodnje cevi doseže 98 % in se lahko vrne v ravno konturo v 0,1 sekunde po sprostitvi bremena, kar zagotavlja izjemno raven natančnega nadzora za kompleksno anatomsko navigacijo po poti.

Izzivi ozadja raziskav in razvoja

Tradicionalna oblika reže ima tri glavne strukturne pomanjkljivosti: Prvič, nepredvidljivost mehanskih lastnosti. Večina zasnov temelji na empiričnih formulah, parametri reže (širina, globina, korak) pa so v nejasnem razmerju z mehanskimi lastnostmi (upogibna togost, torzijska togost, aksialna togost), kar ima za posledico nihanje zmogljivosti do ±20 % med serijami; Drugič, lokalna koncentracija napetosti. Tradicionalni utori z enakim{3}}naklonom imajo neenakomerno porazdelitev napetosti, ko so upognjeni, in vrhovi napetosti nastanejo na koncih utorov, kar postane izvor razpok zaradi utrujenosti; Tretjič, ena-funkcionalnost. Isti tip utora je težko hkrati izpolniti več zahtev glede sile vbrizgavanja, prenosa navora in fleksibilnosti pri upogibanju. Analiza končnih elementov kaže, da tradicionalna vijačna zasnova utora ustvari faktor koncentracije napetosti do 4,5-krat, ko je upognjena, medtem ko se lahko nova kompozitna zasnova zmanjša pod 2,2. Klinične povratne informacije kažejo, da je pojavnost "zavozlanja" naprave zaradi nerazumne zasnove reže približno 7 %, stopnja napak med delovanjem v zvitih krvnih žilah pa se poveča za trikrat.

Temeljna tehnološka inovacija

Algoritem za parametrično optimizacijo topologije:Razvijte inteligentno konstrukcijsko platformo, ki temelji na analizi končnih elementov in genetskem algoritmu, vnesite ciljne mehanske lastnosti (razpon upogibne togosti, torzijske togosti, aksialne togosti) in algoritem samodejno optimizira parametre reže. Platforma vsebuje 127 konstrukcijskih spremenljivk (širina reže, globina reže, naklon, kot, oblika itd.) in z več-ciljno optimizacijo najde Pareto optimalno rešitev. Načrtovalni cikel je skrajšan s tradicionalnih 4-6 tednov na 3-5 dni, stopnja točnosti napovedi delovanja pa je nad 95 %.

Zasnova reže s spremenljivim naklonom:Inovativno oblikujte korak in globino reže, ki se spreminjata po dolžini cevi. Proksimalni odsek (odsek za vstavljanje) ima velik korak (2-3 mm) in majhno globino reže (30 % debeline stene), kar zagotavlja visoko aksialno togost in prenos navora; srednji del (prehodni del) ima srednji korak (1-2 mm) in srednjo globino reže (50 % debeline stene), kar uravnoteži silo vbrizgavanja in fleksibilnost pri upogibanju; distalni odsek (delovni odsek) ima majhen korak (0,5-1 mm) in globoko globino reže (70 % debeline stene), s čimer doseže odklon velikega kota. S spremembo gradienta je porazdelitev napetosti bolj enakomerna, največja napetost pa se zmanjša za 60 %.

Bionska prepletena ojačitvena struktura:Po navdihu fasetnih sklepov človeške hrbtenice oblikujte mikro prepletena ojačitvena rebra med režami. Ojačitvena rebra imajo višino 10-15% debeline stene in širino 20-30% širine utora, ki tvorijo mehansko med seboj. Ko se cev upogne, se ojačitvena rebra med seboj dotaknejo, da porazdelijo obremenitev in preprečijo čezmerno deformacijo; ko se vrne v raven položaj, se ojačitvena rebra ločijo, ne da bi to vplivalo na elastično okrevanje. Ta zasnova poveča torzijsko togost za 35 %, hkrati pa ohranja fleksibilnost pri upogibanju.

Mehanizem delovanja

Jedro inovativne zasnove reže je v "mehanskem ločevanju in optimizaciji." Na ravni upogibne mehanike zasnova s ​​spremenljivim korakom doseže porazdelitev gradienta togosti: proksimalni konec z visoko togostjo zagotavlja učinkovit prenos sile vbrizgavanja, s čimer se izogne ​​"učinku potisne-niti"; distalni konec z visoko fleksibilnostjo se prilagaja kompleksnemu anatomskemu upogibu, pri čemer najmanjši radij upogiba doseže 1,5-kratnik premera cevi. Na ravni torzijske mehanike prepletena ojačitvena rebra tvorijo pot prenosa navora. Ko se proksimalni konec vrti, pridejo nagnjene površine ojačitvenih reber v stik, pri čemer se ustvari tangencialna sila, s čimer se doseže prenos navora 1:1, pri čemer je kot zaostanka manjši od 1 stopinje. Na ravni mehanike utrujanja sta optimizirana polmer ukrivljenosti konca reže (R0,05-0,1 mm) in porazdelitev napetosti, kar zmanjša koeficient koncentracije napetosti s 3,5-4,5 tradicionalne zasnove na 2,0-2,5 in poveča življenjsko dobo ob utrujanju za 3-4-krat. Računalniška simulacija dinamike tekočin kaže, da optimizirana vrsta reže zmanjša upor pretoka, pri čemer se hitrost pretoka poveča za 30 % v pogojih perfuzije, jasnost vidnega polja pa je izboljšana.

Preverjanje učinkovitosti

V simulacijskem anatomskem modelu se je novi kateter-vrste reže izkazal izjemno dobro: v simulacijskem modelu segmenta sifona notranje karotidne arterije se je stopnja uspešnosti instrumenta, ki gre skozi ukrivljeni odsek, povečala s 85 % na 99 %; v simulacijskem modelu leve sprednje descendentne koronarne arterije se je čas prihoda katetra skrajšal za 40 %; preskus upogibne togosti je pokazal, da je linearna stopnja gradienta togosti R² večja od 0,99, napaka napovedi upogibnega kota pa manjša od 2 %. Pri preskusu utrujenosti pri upogibu ±90 stopinj in pogojih 4Hz je imela nova zasnova življenjsko dobo 1,5 milijona ciklov, kar je bilo trikrat več kot pri tradicionalni zasnovi. Multicentrične klinične študije so pokazale, da se je pri nevrointervencijskih operacijah pojavnost zvijanja mikrokatetra v zavitih krvnih žilah zmanjšala s 6,8 % na 0,9 %; pri operacijah perkutane nefrolitotomije se je učinkovitost sile injiciranja instrumenta povečala za 42 %; pri operacijah ablacije atrijske fibrilacije se je stabilnost stika katetra s tkivom povečala za 35 %. Raziskave izkušenj zdravnikov z operacijami so pokazale, da je 94 % kirurgov menilo, da je nova zasnova izboljšala natančnost in predvidljivost nadzora, krivulja učenja pa se je skrajšala za 50 %.

Raziskovalna in razvojna strategija in filozofija

Zagovarjamo inovativen koncept "struktura služi funkciji, zasnova izvira iz klinične prakse" in vzpostavljamo CDIO (klinično povpraševanje - načrt - izvedba - delovanje) zaprt{3}}sistem raziskav in razvoja. V fazi kliničnega povpraševanja je bilo s kirurško video analizo in intervjuji z zdravniki izločenih 156 ključnih točk povpraševanja in kvantificiranih v 23 inženirskih parametrov; v fazi načrtovanja sta bila sprejeta optimizacija topologije in generativno načrtovanje, da bi našli optimalno strukturo pod funkcionalnimi omejitvami; v fazi implementacije so bile izvedene hitre iteracije prototipov z aditivno proizvodnjo, s čimer se je vsak cikel načrtovanja skrajšal na 2 tedna; v fazi operacije je bila vzpostavljena zbirka podatkov o kliničnih povratnih informacijah, ki je vsako leto zbrala več kot 800 kirurških podatkov, kar je spodbudilo iteracijo izdelka. Vzpostavili smo partnerstva z 28 vrhunskimi medicinskimi centri po vsem svetu, ki tvorijo dvosmerni-mehanizem povratnih informacij »kliničnega{11}}inženiringa«. Istočasno smo razvili platformo za virtualno testiranje, ki temelji na končnih elementih, ki lahko napove delovanje izdelka pred proizvodnjo, kar zmanjša fizično testiranje za 75%.

Obeti za prihodnost

Zasnova reže se bo razvijala v smeri inteligence, prilagodljivosti in več-funkcionalnosti. Razvijamo reže za "spremenljivo togost", s katerimi je mogoče doseči-nastavitev togosti v realnem času med delovanjem prek zlitin s spominom oblike ali elektroaktivnih polimerov; razvoj "več-načinskih" rež, ki jih je mogoče neodvisno odkloniti v več ravninah s krmiljenjem kombinacije žic; raziskovanje "fluid{4}}poganjanih" rež, ki lahko spremenijo geometrijo rež s hidravličnim ali pnevmatskim pritiskom, da dosežejo ne-manipulacijo z žico. Leta 2028 bomo lansirali inteligentne spodnje cevi z "mehanskim zaznavanjem", ki lahko spremljajo porazdelitev deformacij v realnem času z uporabo mrežnih senzorjev iz optičnih vlaken in posredujejo informacije nazaj upravljalnemu ročaju, da dosežejo povratno kontrolo sile. Če pogledamo naprej, bodo na podlagi 4D-tiskanja postale možne reže "-tipa rasti". Instrumenti lahko prilagodljivo spreminjajo parametre reže glede na anatomsko okolje v telesu, s čimer dosežejo pravo "inteligentno prilagajanje", kar prinaša revolucionarne spremembe v operacije naravnih odprtin.