Ogłoszenie wyników

Innowacyjny wzór w kształcie szczeliny-umożliwia precyzyjną mechaniczną kontrolę półsztywnej dolnej rury. W rewolucyjny sposób wprowadziliśmy nowy typ półsztywnej rury dolnej-w kształcie szczeliny-, oparty na kompozytowej strukturze „spiralnego rowka o zmiennym skoku” i „zazębiających się żeber wzmacniających”, osiągając optymalną równowagę pomiędzy elastycznością zginania a sztywnością osiową. Dzięki precyzyjnemu obliczeniu wzoru rowka kontrolowana jest zmiana gradientu sztywności zginania w zakresie 5%, osiowa sztywność na ściskanie zwiększa się o 45%, a sztywność skrętna zwiększa się o 38%. Dzięki testom biomechanicznym przewidywalność promienia zgięcia nowej dolnej rury sięga 98% i może ona powrócić do prostego konturu w ciągu 0,1 sekundy po zwolnieniu obciążenia, zapewniając niespotykany dotąd poziom precyzyjnej kontroli przy złożonej nawigacji po ścieżce anatomicznej.

Wyzwania związane z badaniami i rozwojem

Tradycyjna konstrukcja szczeliny ma trzy główne wady konstrukcyjne: Po pierwsze, nieprzewidywalność właściwości mechanicznych. Większość projektów opiera się na wzorach empirycznych, a parametry szczeliny (szerokość, głębokość, podziałka) mają niejasny związek z właściwościami mechanicznymi (sztywność zginania, sztywność skrętna, sztywność osiowa), co skutkuje wahaniami wydajności do ±20% pomiędzy partiami; Po drugie, lokalna koncentracja naprężeń. Tradycyjne szczeliny-o równym skoku mają nierówny rozkład naprężeń po zgięciu, a na końcach szczelin tworzą się szczyty naprężeń, które stają się przyczyną pęknięć zmęczeniowych; Po trzecie, pojedyncza funkcjonalność. Ten sam typ szczeliny jest trudny do jednoczesnego spełnienia wielu wymagań dotyczących siły wtrysku, przenoszenia momentu obrotowego i elastyczności zginania. Analiza elementów skończonych pokazuje, że tradycyjna konstrukcja ze spiralną szczeliną generuje współczynnik koncentracji naprężeń do 4,5 razy podczas zginania, podczas gdy nowa konstrukcja kompozytowa może zostać zmniejszona do poniżej 2,2. Z opinii klinicznych wynika, że ​​częstość występowania „zaplątania się” urządzenia w wyniku nierozsądnej konstrukcji szczeliny wynosi około 7%, a wskaźnik awaryjności podczas operacji w krętych naczyniach krwionośnych wzrasta trzykrotnie.

Podstawowa innowacja technologiczna

• Algorytm optymalizacji topologii parametrycznej:Opracuj inteligentną platformę projektową opartą na analizie elementów skończonych i algorytmie genetycznym, wprowadź docelowe właściwości mechaniczne (zakres sztywności zginania, sztywność skrętna, sztywność osiowa), a algorytm automatycznie optymalizuje parametry szczeliny. Platforma zawiera 127 zmiennych projektowych (szerokość szczeliny, głębokość szczeliny, nachylenie, kąt, kształt itp.), a dzięki optymalizacji wielo-celowej znajduje optymalne rozwiązanie w sensie Pareto. Cykl projektowy ulega skróceniu z tradycyjnych 4-6 tygodni do 3-5 dni, a dokładność przewidywania wydajności przekracza 95%.
• Konstrukcja szczeliny o zmiennym nachyleniu:Innowacyjne projektowanie rozstawu i głębokości szczelin zmieniających się na całej długości rury. Sekcja bliższa (część wprowadzająca) ma duży skok (2-3 mm) i małą głębokość szczeliny (30% grubości ścianki), co zapewnia wysoką sztywność osiową i przenoszenie momentu obrotowego; sekcja środkowa (sekcja przejściowa) przyjmuje średni skok (1-2 mm) i średnią głębokość szczeliny (50% grubości ścianki), równoważąc siłę wtrysku i elastyczność zginania; część dystalna (sekcja robocza) przyjmuje mały skok (0,5-1 mm) i głęboką głębokość szczeliny (70% grubości ścianki), uzyskując ugięcie pod dużym kątem. Dzięki zmianie gradientu rozkład naprężeń jest bardziej równomierny, a maksymalne naprężenie zmniejsza się o 60%.
• Bioniczna, blokująca struktura wzmacniająca:Zainspirowany fasetowymi stawami ludzkiego kręgosłupa, zaprojektuj mikroblokujące, wzmacniające żebra pomiędzy szczelinami. Żebra wzmacniające mają wysokość 10-15% grubości ścianki i szerokość 20-30% szerokości szczeliny, tworząc mechaniczne zazębienie. Kiedy rura się zgina, żebra wzmacniające stykają się ze sobą, dzieląc obciążenie i zapobiegając nadmiernym odkształceniom; po powrocie do pozycji wyprostowanej żebra wzmacniające oddzielają się, nie wpływając na powrót sprężysty. Konstrukcja ta zwiększa sztywność skrętną o 35% przy jednoczesnym zachowaniu elastyczności zginania.

Mechanizm działania

Istota innowacyjnej konstrukcji gniazda leży w „mechanicznym oddzieleniu i optymalizacji”. Na poziomie mechaniki zginania konstrukcja o zmiennym skoku pozwala uzyskać rozkład gradientu sztywności: bliższy koniec o dużej sztywności zapewnia skuteczne przenoszenie siły wtrysku, unikając „efektu-napinania”; koniec dystalny charakteryzuje się dużą elastycznością i dostosowuje się do skomplikowanych zgięć anatomicznych, przy minimalnym promieniu zgięcia sięgającym 1,5 średnicy rury. Na poziomie mechaniki skrętnej zazębiające się żebra wzmacniające tworzą ścieżkę przenoszenia momentu obrotowego. Kiedy koniec bliższy obraca się, nachylone powierzchnie żeber wzmacniających stykają się, wytwarzając siłę styczną, osiągając przeniesienie momentu obrotowego w stosunku 1:1, przy kącie opóźnienia mniejszym niż 1 stopień. Na poziomie mechaniki zmęczeniowej zoptymalizowany promień krzywizny końca szczeliny (R0,05-0,1 mm) i rozkład naprężeń są zoptymalizowane, zmniejszając współczynnik koncentracji naprężeń z 3,5-4,5 w tradycyjnej konstrukcji do 2,0-2,5 i zwiększając trwałość zmęczeniową 3-4 razy. Symulacja obliczeniowa dynamiki płynów pokazuje, że zoptymalizowany typ szczeliny zmniejsza opór przepływu, przy czym prędkość przepływu wzrasta o 30% w warunkach perfuzji, a przejrzystość pola widzenia poprawia się.

Weryfikacja skuteczności

W symulacyjnym modelu anatomicznym nowy cewnik-szczelinowy spisał się wyjątkowo dobrze: w modelu symulacyjnym odcinka syfonu tętnicy szyjnej wewnętrznej skuteczność przejścia instrumentu przez zakrzywiony odcinek wzrosła z 85% do 99%; w modelu symulacyjnym lewej tętnicy wieńcowej przedniej zstępującej czas wprowadzenia cewnika skrócił się o 40%; badanie sztywności zginania wykazało, że stopień liniowy gradientu sztywności R² był większy od 0,99, a błąd przewidywania kąta zginania był mniejszy niż 2%. W teście zmęczeniowym, przy zginaniu ± 90 stopni i przy częstotliwości 4 Hz, żywotność nowej konstrukcji wyniosła 1,5 miliona cykli, czyli trzykrotnie więcej niż w przypadku konstrukcji tradycyjnej. Wieloośrodkowe badania kliniczne wykazały, że w operacjach neurointerwencyjnych częstość załamań mikrocewnika w krętych naczyniach krwionośnych spadła z 6,8% do 0,9%; w operacjach przezskórnej nefrolitotomii skuteczność siły wtrysku narzędzia wzrosła o 42%; w operacjach ablacji migotania przedsionków stabilność kontaktu cewnika z tkanką wzrosła o 35%. Badania doświadczeń lekarzy w zakresie operacji wykazały, że 94% chirurgów uważa, że ​​nowy projekt poprawił dokładność i przewidywalność kontroli, a krzywa uczenia się skróciła się o 50%.

Strategia i filozofia badań i rozwoju

Opowiadamy się za innowacyjną koncepcją „struktura służy funkcji, projekt wywodzi się z praktyki klinicznej” i ustanawiamy system badawczo-rozwojowy z zamkniętą-pętlą CDIO (zapotrzebowanie kliniczne - projektowanie - wdrażanie - eksploatacja). Na etapie zapotrzebowania klinicznego, poprzez analizę wideo zabiegu chirurgicznego i wywiady z lekarzami, wyodrębniono 156 kluczowych punktów zapotrzebowania i zakwalifikowano je do 23 parametrów inżynieryjnych; na etapie projektowania zastosowano optymalizację topologii i projektowanie generatywne w celu znalezienia optymalnej struktury przy istniejących ograniczeniach funkcjonalnych; na etapie wdrożenia przeprowadzono iteracje szybkiego prototypowania poprzez produkcję przyrostową, skracając każdy cykl projektowy do 2 tygodni; na etapie operacyjnym utworzono bazę danych klinicznych, w której co roku gromadzono ponad 800 danych chirurgicznych, co umożliwiło iterację produktu. Nawiązaliśmy współpracę z 28 czołowymi ośrodkami medycznymi na całym świecie, tworząc dwukierunkowy mechanizm-inżynierii klinicznej. Jednocześnie opracowaliśmy wirtualną platformę testową opartą na elementach skończonych, która może przewidzieć wydajność produktu przed produkcją, redukując testy fizyczne o 75%.

Perspektywa przyszłości

Projekt gniazda będzie ewoluował w kierunku inteligencji, możliwości adaptacji i wielofunkcyjności. Opracowujemy szczeliny o „zmiennej sztywności”, które umożliwiają dostosowanie sztywności-w czasie rzeczywistym podczas operacji za pomocą stopów z pamięcią kształtu lub polimerów elektroaktywnych; opracowanie szczelin „wielo-modowych”, które można niezależnie odchylać w wielu płaszczyznach poprzez sterowanie kombinacją przewodów; badanie szczelin „napędzanych{{4}płynem”, które mogą zmieniać geometrię szczelin pod wpływem ciśnienia hydraulicznego lub pneumatycznego, aby uzyskać-manipulację drutem. W 2028 r. wprowadzimy na rynek inteligentne dolne rurki z „percepcją mechaniczną”, które będą w stanie monitorować rozkład naprężeń w czasie rzeczywistym za pomocą czujników siatki światłowodowej i przekazywać informacje z powrotem do uchwytu operacyjnego, aby uzyskać kontrolę ze sprzężeniem zwrotnym siły. Patrząc dalej w przyszłość, w oparciu o druk 4D możliwe staną się szczeliny typu „wzrostowego”. Instrumenty potrafią adaptacyjnie zmieniać parametry szczeliny w zależności od środowiska anatomicznego w organizmie, osiągając prawdziwą „inteligentną adaptację”, wprowadzając rewolucyjne zmiany w operacjach naturalnych otworów.