Ogłoszenie wyników

Rewolucyjnie wprowadziliśmy nowy typ dwukierunkowej rurki zawiasowej opartej na strukturze „blokującej układanki”, uzyskując idealną jedność precyzyjnego ugięcia w jednej-płaszczyznowej płaszczyźnie i wysokiej wytrzymałości na zginanie. Konstrukcja ta, dzięki unikalnemu wzorowi wycinania laserowego-, ogranicza ruch zginający do jednej płaszczyzny (kierunek góra/dół), zachowując jednocześnie nacisk osiowy i zdolność przenoszenia momentu obrotowego 1:1. Dzięki testom biomechanicznym dokładność kąta ugięcia nowej rurki zawiasu sięga ± 0,3 stopnia, osiowa sztywność przy ściskaniu wzrosła o 40%, a sztywność skrętna wzrosła o 35%. Zapewnia to niespotykany dotąd poziom dokładności kontroli w przypadku skomplikowanych operacji wewnątrzjamowych.

Wyzwania związane z badaniami i rozwojem

Tradycyjna konstrukcja rurki zawiasu ma trzy główne wady konstrukcyjne: po pierwsze, występuje problem sprzężenia o wielu-stopniach--swobody. Większość rurek zawiasów wykazuje niepotrzebne ruchy boczne i obroty podczas zginania, co sprawia, że ​​sterowanie jest nieprzewidywalne. Po drugie, istnieje sprzeczność pomiędzy sztywnością osiową a elastycznością zginania. Zwiększanie elastyczności wiąże się z koniecznością poświęcenia zdolności przenoszenia ciągu i momentu obrotowego. Po trzecie, uszkodzenie zmęczeniowe następuje w wyniku koncentracji naprężeń. Tradycyjny wzór cięcia tworzy punkty koncentracji naprężeń na złączach, stając się przyczyną pęknięć zmęczeniowych. Analiza inżynierska pokazuje, że tradycyjna-spiralna rurka zawiasu podczas zginania generuje boczne odchylenie do 15 stopni, a podczas pracy w delikatnych obszarach anatomicznych może odbiegać od celu o 3–5 milimetrów. Symulacja metodą elementów skończonych wskazuje, że współczynnik koncentracji naprężeń w tradycyjnej konstrukcji wynosi 3,2-4,5, podczas gdy w nowej konstrukcji blokującej można zmniejszyć do 1,8-2,2.

Podstawowa innowacja technologiczna

1. Bioniczna, blokująca struktura puzzli:Zainspirowany stawami ludzkimi kręgosłupa, zaprojektowano-dwukierunkową łamigłówkę- przypominającą wzór cięcia. Każdy zespół złącza składa się na przemian ze struktur wypukłych i wklęsłych, przy czym część wypukła jest osadzona w części wklęsłej, tworząc mechaniczne połączenie. Konstrukcja ta ogranicza ruch do jednej płaszczyzny, jednocześnie rozpraszając naprężenia poprzez kontakt powierzchniowy, zmniejszając współczynnik koncentracji naprężeń o 55%. Szczelina stawowa jest precyzyjnie kontrolowana na poziomie 15 ± 1 mikrometra, zapewniając płynny i niezakłócony ruch.
2. Projekt o zmiennym gradiencie sztywności:Na całej długości rury zaprojektowano gradient sztywności. W segmencie bliższym zastosowano wzór o dużej-sztywności (mała gęstość stawów i duża grubość ścianki), zapewniający przenoszenie ciągu i momentu obrotowego; w środkowym segmencie zastosowano wzór o średniej-sztywności, zapewniający równowagę pomiędzy kontrolą i wsparciem; w segmencie dystalnym zastosowano wzór o wysokiej-elastyczności (wysoka gęstość stawów i mała grubość ścianki), co pozwoliło uzyskać-odchylenie pod dużym kątem. Dzięki modelowaniu parametrycznemu optymalizującemu rozkład sztywności urządzenie utrzymuje optymalny kształt podczas przechodzenia przez zakrzywioną ścieżkę anatomiczną.
3. Zintegrowane kanały prowadzące drut:Wewnątrz ścianki rury zaprojektowano specjalny kanał prowadzący drut, utworzony przez wycinanie laserowe-półzamkniętej szyny prowadzącej. Wewnętrzna powierzchnia kanału jest specjalnie wypolerowana (Ra mniejsza lub równa 0,05 mikrometra), co zmniejsza tarcie drutu. Przekrój poprzeczny kanału-jest zoptymalizowany tak, aby był eliptyczny-, tworząc kontakt liniowy, a nie punktowy z okrągłym drutem, co zmniejsza współczynnik tarcia z 0,15 do 0,08. Kanał prowadzący zapewnia, że ​​drut zawsze porusza się po zadanej trasie, eliminując odchylenia boczne.

Mechanizm działania

Istotą innowacyjnego projektu konstrukcyjnego jest „oddzielenie i optymalizacja”. Jeśli chodzi o oddzielenie kinematyczne, blokująca struktura puzzli eliminuje boczne stopnie swobody poprzez ograniczenia geometryczne, umożliwiając czysty ruch planarny; po naprężeniu drutu wypukłe i wklęsłe struktury łączą się ze sobą, tworząc sztywne połączenie, które przenosi ciąg i moment obrotowy. Pod względem optymalizacji mechanicznej konstrukcja o zmiennej sztywności umożliwia dostosowanie instrumentu do wymagań różnych segmentów anatomicznych: w odcinku prostym (np. środkowym odcinku moczowodu) wymagana jest duża sztywność, aby zachować stabilność kształtu; w odcinku zakrzywionym (np. w miedniczce-moczowodu) konieczna jest odpowiednia elastyczność, aby dostosować się do anatomii; w obszarze docelowym (takim jak kielich nerkowy) do osiągnięcia dużego-odchylenia kąta wymagana jest duża elastyczność. Pod względem dynamiki płynów zoptymalizowany wzór cięcia zmniejsza opór przepływu, przy 25% wzroście prędkości przepływu w warunkach perfuzji i lepszej przejrzystości wizualnej.

Weryfikacja skuteczności

W symulacyjnych modelach anatomicznych nowy typ rurki zawiasowej spisał się wyjątkowo dobrze: w symulacyjnym modelu moczowodu skuteczność przejścia instrumentu przez zakrzywiony odcinek wzrosła z 82% do 98%; w symulacyjnym modelu serca czas dotarcia cewnika do punktu docelowego skrócił się o 35%; test dokładności odchylenia wykazał, że odchylenie pomiędzy zadanym kątem a rzeczywistym kątem wynosiło tylko 0.2 - 0.5 stopnia, a dokładność powtarzalności osiągnęła 0,1 stopnia. W teście zmęczeniowym, w warunkach zginania ± 90 stopni i częstotliwości 3 Hz, żywotność nowej konstrukcji wyniosła 750 000 cykli, czyli 2,5 razy więcej niż w przypadku konstrukcji tradycyjnej. Wieloośrodkowe badanie kliniczne wykazało, że w przypadku przezskórnej nefrolitotomii stopień napływu kielicha nerkowego wzrósł z 76% do 92%; w przypadku wyłuszczenia laserowego prostaty skuteczność resekcji tkanki wzrosła o 30%; w operacji ablacji migotania przedsionków stabilność przyczepności cewnika do tkanki wzrosła o 40%. Badanie doświadczeń operacyjnych lekarzy wykazało, że 93% chirurgów uważa, że ​​nowa konstrukcja poprawiła dokładność i przewidywalność kontroli.

Strategia i filozofia badań i rozwoju

Opowiadamy się za innowacyjną koncepcją „struktura służy funkcji, projekt wywodzi się z praktyki klinicznej” i stworzyliśmy system badawczo-rozwojowy z zamkniętą-pętlą CDIO (popyt kliniczny - projekt - wdrożenie - eksploatacja). Na etapie zapotrzebowania klinicznego, poprzez analizę wideo chirurgii i wywiady z lekarzami, wyodrębniono 128 kluczowych punktów zapotrzebowania; 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, przy czym każdy cykl projektowy został skrócony do 2 tygodni; na etapie operacyjnym utworzono bazę danych klinicznych, aby stale optymalizować projekt. Nawiązaliśmy współpracę z 23 czołowymi ośrodkami medycznymi na całym świecie, zbierając każdego roku ponad 500 danych chirurgicznych w celu wprowadzenia kolejnych iteracji produktów. Jednocześnie opracowaliśmy wirtualną platformę testową opartą na elementach skończonych, która może przewidzieć wydajność produktu przed produkcją, redukując testy fizyczne o 70%.

Perspektywa przyszłości

Projekt konstrukcyjny będzie ewoluował w kierunku inteligencji, możliwości adaptacji i personalizacji. Opracowujemy tuleje zawiasów o „zmiennej sztywności”, które umożliwiają dostosowanie sztywności-w czasie rzeczywistym podczas pracy za pomocą materiałów elektroaktywnych lub stopów z pamięcią kształtu; opracowanie „wielo-płaszczyznowych” rurek zawiasów, które mogą niezależnie odchylać się w dwóch prostopadłych płaszczyznach poprzez kombinacje ciągnienia drutu; badanie struktur „biologicznych perystaltycznych” w celu symulacji fal perystaltycznych jelit w celu uzyskania-samodzielnego napędu. W 2028 r. wprowadzimy na rynek inteligentne rurki zawiasów z „dotykowym sprzężeniem zwrotnym”, które będą mogły wykrywać siłę kontaktu z tkanką za pomocą czujników siatki światłowodowej i przekazywać informacje z powrotem do uchwytu operacyjnego. Patrząc dalej w przyszłość, w oparciu o druk 4D możliwe staną się struktury „typu wzrostu”. Instrumenty potrafią adaptacyjnie zmieniać swój kształt w ciele w zależności od środowiska anatomicznego, osiągając prawdziwą „inteligentną adaptację”, wprowadzając rewolucyjne zmiany w chirurgii naturalnych ubytków.