Vyhlásenie výsledkov

Revolučne sme predstavili nový typ obojsmernej závesovej trubice založenej na štruktúre „prepletaného puzzle“, čím sme dosiahli dokonalú jednotu presného vychýlenia jednej-roviny a vysokého odporu v ohybe. Tento dizajn prostredníctvom jedinečného laserového-rezu obmedzuje ohybový pohyb na jednu rovinu (smer hore/dole), pričom zachováva axiálny ťah a schopnosť prenosu krútiaceho momentu 1:1. Prostredníctvom biomechanického testovania dosahuje presnosť uhla vychýlenia novej závesovej rúrky ±0,3 stupňa, axiálna tuhosť v tlaku sa zvýši o 40 % a torzná tuhosť sa zvýši o 35 %. To poskytuje bezprecedentnú úroveň presnosti kontroly pre zložité intrakavitárne operácie.

Výzvy na pozadí výskumu a vývoja

Tradičný dizajn závesovej rúrky má tri hlavné štrukturálne nedostatky: Po prvé, je tu problém viac{0}}stupňového-spájania-voľnosti. Väčšina rúrok závesov vykazuje počas ohýbania zbytočné bočné pohyby a rotácie, vďaka čomu je ovládanie nepredvídateľné. Po druhé, existuje rozpor medzi axiálnou tuhosťou a flexibilitou v ohybe. Zvýšenie flexibility nevyhnutne obetuje kapacitu prenosu ťahu a krútiaceho momentu. Po tretie, k únavovému zlyhaniu dochádza v dôsledku koncentrácie stresu. Tradičný vzor rezu vytvára body koncentrácie napätia v spojoch, čím sa stávajú zdrojom únavových trhlín. Technická analýza ukazuje, že tradičná špirálovito{9}}rezaná trubica závesu generuje počas ohýbania bočný výkyv až 15 stupňov a pri práci v jemnej anatomickej oblasti sa môže odchyľovať od cieľa o 3 až 5 milimetrov. Simulácia konečných prvkov naznačuje, že koeficient koncentrácie napätia pri tradičnom dizajne je 3,2-4,5, zatiaľ čo nový dizajn s blokovaním môže byť znížený na 1,8-2,2.

Základná technologická inovácia

1. Bionická do seba zapadajúca skladačka:Inšpirovaný fazetovými kĺbmi ľudskej chrbtice bol navrhnutý obojsmerným{0}}do seba zapadajúcim hlavolamom-ako rezný vzor. Každá spojovacia jednotka sa skladá striedavo z konvexných a konkávnych štruktúr, pričom konvexná časť je zapustená do konkávnej časti, aby vytvorila mechanické spojenie. Tento dizajn obmedzuje pohyb do jednej roviny a zároveň rozptyľuje napätie prostredníctvom kontaktu s povrchom, čím sa znižuje koeficient koncentrácie napätia o 55 %. Kĺbová medzera je presne kontrolovaná na 15 ± 1 mikrometre, čo zaisťuje hladký a ničím nerušený pohyb.
2. Dizajn s premenlivým gradientom tuhosti:Po dĺžke rúry je navrhnutý gradient tuhosti. Proximálny segment využíva vzor s vysokou-tuhosťou (nízka hustota spoja a veľká hrúbka steny), ktorý poskytuje prenos ťahu a krútiaceho momentu; stredný segment používa vzor strednej{2}}tuhosti, vyváženie kontroly a podpory; distálny segment využíva vzor s vysokou-flexibilitou (vysoká hustota spoja a malá hrúbka steny), čím sa dosahuje veľký-uhol vychýlenia. Prostredníctvom parametrického modelovania na optimalizáciu rozloženia tuhosti si zariadenie zachováva optimálny tvar pri prechode zakrivenou anatomickou dráhou.
3. Integrované kanály na vedenie drôtu:Vnútri steny rúrky je navrhnutý vyhradený kanál na vedenie drôtu, ktorý je vyrezaný laserom do polouzavretej vodiacej lišty. Vnútorný povrch kanála je špeciálne leštený (Ra menšie alebo rovné 0,05 mikrometra), čím sa znižuje trenie drôtu. Prierez-kanála je optimalizovaný tak, aby bol eliptický{5}}, pričom vytvára skôr čiarový kontakt než bodový kontakt s kruhovým drôtom, čím sa znižuje koeficient trenia z 0,15 na 0,08. Vodiaci kanál zaisťuje, že sa drôt vždy pohybuje po vopred nastavenej dráhe, čím sa eliminuje bočná odchýlka.

Mechanizmus účinku

Jadro inovatívneho konštrukčného dizajnu spočíva v „oddelení a optimalizácii“. Pokiaľ ide o kinematické oddelenie, prepletená skladačka eliminuje bočné stupne voľnosti prostredníctvom geometrických obmedzení, čo umožňuje čistý rovinný pohyb; keď je drôt utiahnutý, konvexné a konkávne štruktúry do seba zapadnú a vytvoria pevné spojenie, ktoré prenáša ťah a krútiaci moment. Pokiaľ ide o mechanickú optimalizáciu, konštrukcia s premenlivou tuhosťou umožňuje nástroju prispôsobiť sa požiadavkám rôznych anatomických segmentov: v priamom segmente (ako je stredný segment močovodu) je potrebná vysoká tuhosť na udržanie tvarovej stability; v zakrivenom segmente (ako je obličková panvička-prechod močovodu) je potrebná primeraná flexibilita na prispôsobenie sa anatómii; v cieľovej oblasti (ako je obličkový kalich) je potrebná vysoká flexibilita na dosiahnutie veľkého-uhlového vychýlenia. Pokiaľ ide o dynamiku tekutín, optimalizovaný rezný vzor znižuje odpor prúdenia s 25% zvýšením rýchlosti prúdenia za podmienok perfúzie a zlepšenou vizuálnou čistotou.

Overenie účinnosti

V simulačných anatomických modeloch sa novému typu závesnej trubice darilo mimoriadne dobre: ​​v simulačnom modeli močovodu sa miera úspešnosti prechodu nástroja cez zakrivený úsek zvýšila z 82 % na 98 %; v simulačnom modeli srdca sa čas na dosiahnutie cieľového bodu katétra skrátil o 35 %; test presnosti odchýlky ukázal, že odchýlka medzi prikázaným uhlom a skutočným uhlom bola iba 0.2 - 0.5 stupňa a presnosť opakovateľnosti dosiahla 0,1 stupňa. V únavovom teste, za podmienky ohybu ±90 stupňov a 3 Hz, mal nový dizajn životnosť 750 000 cyklov, čo je 2,5-krát viac ako pri tradičnom dizajne. Multicentrická klinická štúdia ukázala, že pri perkutánnej nefrolitotómii sa rýchlosť vstupu obličkového kalicha zvýšila zo 76 % na 92 ​​%; pri laserovej enukleácii prostaty sa účinnosť resekcie tkaniva zvýšila o 30 %; pri ablačnej operácii fibrilácie predsiení sa stabilita priľnutia katétra k tkanivu zvýšila o 40 %. Prieskum operačných skúseností lekárov ukázal, že 93 % chirurgov verí, že nový dizajn zlepšil presnosť a predvídateľnosť kontroly.

Stratégia výskumu a vývoja a filozofia

Sme zástancami inovatívneho konceptu „štruktúra slúži funkcii, dizajn pochádza z klinickej praxe“ a zaviedli sme CDIO (Clinical Demand - Design - Implementation - Operation) uzavretý-systém výskumu a vývoja. V štádiu klinického dopytu bolo pomocou chirurgickej videoanalýzy a rozhovorov s lekárom extrahovaných 128 kľúčových bodov dopytu; v štádiu návrhu bola prijatá optimalizácia topológie a generatívny dizajn, aby sa našla optimálna štruktúra pri funkčných obmedzeniach; vo fáze implementácie sa vykonali iterácie rýchleho prototypovania prostredníctvom aditívnej výroby, pričom každý cyklus návrhu sa skrátil na 2 týždne; v štádiu prevádzky bola vytvorená databáza klinickej spätnej väzby, aby sa neustále optimalizoval dizajn. Nadviazali sme partnerstvá s 23 špičkovými medicínskymi centrami po celom svete, pričom každý rok zhromažďujeme viac ako 500 chirurgických údajov, aby sme podporili opakovanie produktov. Zároveň sme vyvinuli virtuálnu testovaciu platformu založenú na konečných prvkoch, ktorá dokáže predpovedať výkonnosť produktu pred výrobou, čím sa zníži fyzické testovanie o 70 %.

Výhľad do budúcnosti

Štrukturálny dizajn sa bude vyvíjať smerom k inteligencii, prispôsobivosti a personalizácii. Vyvíjame rúrky závesov s "variabilnou tuhosťou", ktoré dokážu v reálnom čase-nastaviť tuhosť počas prevádzky pomocou elektroaktívnych materiálov alebo zliatin s tvarovou pamäťou; vývoj „viac{2}}rovinných“ závesných rúrok, ktoré sa môžu nezávisle vychyľovať v dvoch kolmých rovinách prostredníctvom kombinácií ťahania drôtov; skúmanie „biologických peristaltických“ štruktúr na simuláciu črevných peristaltických vĺn pre vlastný-pohon. V roku 2028 uvedieme na trh inteligentné závesné trubice s „hmatovou spätnou väzbou“, ktoré dokážu snímať kontaktnú silu tkaniva prostredníctvom mriežkových senzorov z optických vlákien a odovzdávať informácie späť do ovládacej rukoväte. Pri pohľade do budúcnosti budú na základe 4D tlače možné štruktúry „rastového-typu“. Nástroje dokážu adaptívne meniť svoje tvary v tele podľa anatomického prostredia, dosahujúc tak skutočne „inteligentné prispôsobenie“, čím prinášajú revolučné zmeny do prirodzených dutín.