Annuncio dei risultati

L'innovativo design del modello a forma di fessura- consente un controllo meccanico preciso del tubo inferiore semi-rigido. Abbiamo introdotto in modo rivoluzionario un nuovo tipo di tubo inferiore semirigido a forma di fessura-semi-basato sulla struttura composita di "scanalatura elicoidale a passo variabile" e "nervature di rinforzo ad incastro", ottenendo l'equilibrio ottimale tra flessibilità di flessione e rigidità assiale. Attraverso il calcolo preciso del disegno della scanalatura, la variazione del gradiente della rigidità alla flessione è controllata entro il 5%, la rigidità alla compressione assiale è aumentata del 45% e la rigidità torsionale del 38%. Attraverso test biomeccanici, la prevedibilità del raggio di curvatura del nuovo tubo inferiore raggiunge il 98% e può ritornare ad un contorno rettilineo entro 0,1 secondi dopo aver rilasciato il carico, fornendo un livello senza precedenti di controllo preciso per la navigazione del percorso anatomico complesso.

Sfide di fondo di ricerca e sviluppo

Il design tradizionale delle scanalature presenta tre principali difetti strutturali: in primo luogo, l'imprevedibilità delle proprietà meccaniche. La maggior parte dei progetti si basa su formule empiriche e i parametri della fessura (larghezza, profondità, passo) hanno una relazione poco chiara con le proprietà meccaniche (rigidità alla flessione, rigidità torsionale, rigidità assiale), con conseguente fluttuazione delle prestazioni fino a ±20% tra i lotti; In secondo luogo, la concentrazione dello stress locale. Le tradizionali cave a passo uguale- hanno una distribuzione non uniforme delle sollecitazioni quando piegate e si formano picchi di sollecitazione alle estremità delle cave, diventando l'origine delle cricche da fatica; In terzo luogo, la funzionalità unica. È difficile che lo stesso tipo di fessura soddisfi simultaneamente i molteplici requisiti di forza di iniezione, trasmissione della coppia e flessibilità di flessione. L'analisi degli elementi finiti mostra che il tradizionale design della fessura elicoidale genera un fattore di concentrazione delle sollecitazioni fino a 4,5 volte quando piegato, mentre il nuovo design composito può essere ridotto al di sotto di 2,2. Il feedback clinico indica che l'incidenza di "annodamenti" del dispositivo a causa di un design irragionevole della fessura è di circa il 7% e il tasso di fallimento durante il funzionamento in vasi sanguigni tortuosi aumenta di tre volte.

Innovazione tecnologica fondamentale

• Algoritmo di ottimizzazione della topologia parametrica:Sviluppa una piattaforma di progettazione intelligente basata sull'analisi degli elementi finiti e su un algoritmo genetico, inserisci le proprietà meccaniche target (intervallo di rigidità alla flessione, rigidità torsionale, rigidità assiale) e l'algoritmo ottimizza automaticamente i parametri della fessura. La piattaforma contiene 127 variabili di progettazione (larghezza della fessura, profondità della fessura, inclinazione, angolo, forma, ecc.) e, attraverso l'ottimizzazione multi-obiettivo, trova la soluzione Pareto ottimale. Il ciclo di progettazione è stato ridotto dalle tradizionali 4-6 settimane a 3-5 giorni e il tasso di precisione della previsione delle prestazioni è superiore al 95%.
• Design dello slot con gradiente a passo variabile:Progetta in modo innovativo il passo e la profondità delle fessure che variano lungo la lunghezza del tubo. La sezione prossimale (sezione di inserimento) adotta un passo ampio (2-3 mm) e una profondità della fessura ridotta (30% dello spessore della parete), garantendo elevata rigidità assiale e trasmissione della coppia; la sezione centrale (sezione di transizione) adotta un passo medio (1-2 mm) e una profondità della fessura media (50% dello spessore della parete), bilanciando la forza di iniezione e la flessibilità di flessione; la sezione distale (sezione di lavoro) adotta un passo piccolo (0,5-1 mm) e una profondità della fessura profonda (70% dello spessore della parete), ottenendo una deflessione ad ampio angolo. Attraverso il cambiamento del gradiente, la distribuzione dello stress è più uniforme e lo stress massimo viene ridotto del 60%.
• Struttura di rinforzo ad incastro bionico:Ispirato alle faccette articolari della colonna vertebrale umana, progetta micro nervature di rinforzo ad incastro tra le fessure. Le nervature di rinforzo hanno un'altezza pari al 10-15% dello spessore della parete e una larghezza pari al 20-30% della larghezza della fessura, formando un incastro meccanico. Quando il tubo si piega, le nervature di rinforzo entrano in contatto tra loro per condividere il carico ed evitare deformazioni eccessive; quando ritorna in posizione diritta le nervature di rinforzo si separano senza compromettere il recupero elastico. Questo design aumenta la rigidità torsionale del 35% mantenendo la flessibilità di flessione.

Meccanismo d'azione

Il nucleo dell'innovativo design degli slot risiede nel "disaccoppiamento e ottimizzazione meccanica". A livello della meccanica di flessione, il design a passo variabile raggiunge una distribuzione del gradiente di rigidità: l'estremità prossimale con elevata rigidità garantisce l'efficace trasmissione della forza di iniezione, evitando l'effetto "push-stringa"; l'estremità distale con elevata flessibilità si adatta a flessioni anatomiche complesse, con il raggio di curvatura minimo che raggiunge 1,5 volte il diametro del tubo. A livello della meccanica torsionale, le nervature di rinforzo ad incastro formano un percorso di trasmissione della coppia. Quando l'estremità prossimale ruota, le superfici inclinate delle nervature di rinforzo entrano in contatto, generando una forza tangenziale, ottenendo una trasmissione della coppia 1:1, con l'angolo di ritardo inferiore a 1 grado. A livello di meccanica della fatica, il raggio di curvatura dell'estremità della cava (R0,05-0,1 mm) e la distribuzione delle sollecitazioni sono ottimizzati, riducendo il coefficiente di concentrazione delle sollecitazioni da 3,5-4,5 del design tradizionale a 2,0-2,5 e aumentando la durata a fatica di 3-4 volte. La simulazione fluidodinamica computazionale mostra che il tipo di fessura ottimizzata riduce la resistenza al flusso, con un aumento della velocità del flusso del 30% in condizioni di perfusione e la chiarezza del campo visivo è migliorata.

Verifica dell'efficacia

Nel modello anatomico di simulazione, il nuovo catetere a fessura- ha funzionato eccezionalmente bene: nel modello di simulazione del segmento del sifone dell'arteria carotide interna, la percentuale di successo dello strumento che passa attraverso la sezione curva è aumentata dall'85% al ​​99%; nel modello di simulazione dell'arteria coronaria discendente anteriore sinistra, il tempo di arrivo del catetere è stato ridotto del 40%; il test di rigidità alla flessione ha mostrato che il grado lineare del gradiente di rigidità R² era maggiore di 0,99 e l'errore di previsione dell'angolo di piegatura era inferiore al 2%. Nel test di fatica, in condizioni di flessione di ±90 gradi e 4 Hz, il nuovo design ha avuto una durata di 1,5 milioni di cicli, ovvero tre volte quella del design tradizionale. Studi clinici multicentrici hanno dimostrato che negli interventi neurointerventistici l’incidenza di attorcigliamento del microcatetere nei vasi sanguigni tortuosi è diminuita dal 6,8% allo 0,9%; negli interventi di nefrolitotomia percutanea, l'efficienza della forza di iniezione dello strumento è aumentata del 42%; negli interventi di ablazione della fibrillazione atriale, la stabilità del contatto del catetere con il tessuto è aumentata del 35%. I sondaggi sull'esperienza operatoria dei medici hanno indicato che il 94% dei chirurghi ritiene che il nuovo design abbia migliorato l'accuratezza e la prevedibilità del controllo e che la curva di apprendimento sia stata accorciata del 50%.

Strategia e filosofia di ricerca e sviluppo

Sosteniamo il concetto innovativo "la struttura è al servizio della funzione, la progettazione ha origine dalla pratica clinica" e stabiliamo un sistema di ricerca e sviluppo a ciclo chiuso CDIO (Clinical Demand - Design - Implementation - Operation). Nella fase della domanda clinica, attraverso l'analisi video chirurgica e le interviste ai medici, sono stati estratti e quantificati 156 punti chiave della domanda in 23 parametri ingegneristici; in fase di progettazione sono state adottate l'ottimizzazione della topologia e la progettazione generativa per trovare la struttura ottimale sotto vincoli funzionali; in fase di implementazione sono state condotte iterazioni di prototipazione rapida tramite produzione additiva, riducendo ogni ciclo di progettazione a 2 settimane; nella fase operativa, è stato creato un database di feedback clinico, che raccoglieva oltre 800 dati chirurgici ogni anno, guidando l'iterazione del prodotto. Abbiamo stabilito partnership con 28 importanti centri medici in tutto il mondo, formando un meccanismo di feedback bidirezionale di "ingegneria-clinica"-. Allo stesso tempo, abbiamo sviluppato una piattaforma di test virtuale basata su elementi finiti, in grado di prevedere le prestazioni del prodotto prima della produzione, riducendo i test fisici del 75%.

Prospettive future

Il design degli slot si evolverà verso intelligenza, adattabilità e multi-funzionalità. Stiamo sviluppando slot a "rigidità variabile", che possono ottenere una regolazione della rigidità in tempo reale-durante l'operazione attraverso leghe a memoria di forma o polimeri elettroattivi; sviluppo di slot "multi-mode", che possono essere deviati in modo indipendente su più piani attraverso il controllo della combinazione di cavi; esplorare le scanalature "azionate dal fluido-", che possono modificare la geometria della scanalatura mediante pressione idraulica o pneumatica per ottenere una manipolazione non-del filo. Nel 2028 lanceremo tubi inferiori intelligenti con “percezione meccanica”, in grado di monitorare la distribuzione della deformazione in tempo reale utilizzando sensori a reticolo in fibra ottica e restituire le informazioni alla maniglia operativa per ottenere il controllo del feedback di forza. Guardando più avanti, sulla base della stampa 4D, diventeranno possibili slot di "tipo-crescita". Gli strumenti possono modificare in modo adattivo i parametri dello slot in base all'ambiente anatomico all'interno del corpo, ottenendo un vero "adattamento intelligente", apportando cambiamenti rivoluzionari agli interventi chirurgici sugli orifizi naturali.