Bekendmaking van de resultaten

Het innovatieve sleuf-vormige patroonontwerp maakt nauwkeurige mechanische controle van de half-stijve onderbuis mogelijk. We hebben op revolutionaire wijze een nieuw type sleuf-vormige half-stijve onderbuis geïntroduceerd, gebaseerd op de composietstructuur van 'helische groef met variabele spoed' en 'in elkaar grijpende versterkingsribben', waardoor de optimale balans tussen buigflexibiliteit en axiale stijfheid wordt bereikt. Door de nauwkeurige berekening van het groefpatroon wordt de gradiëntverandering van de buigstijfheid binnen 5% geregeld, wordt de axiale drukstijfheid met 45% verhoogd en wordt de torsiestijfheid met 38% verbeterd. Door middel van biomechanische tests bereikt de voorspelbaarheid van de buigradius van de nieuwe onderste pijp 98%, en kan deze binnen 0,1 seconde na het loslaten van de belasting terugkeren naar een rechte contour, wat een ongekend niveau van nauwkeurige controle oplevert voor complexe anatomische padnavigatie.

Achtergronduitdagingen op het gebied van onderzoek en ontwikkeling

Het traditionele slotontwerp heeft drie grote structurele tekortkomingen: ten eerste de onvoorspelbaarheid van mechanische eigenschappen. De meeste ontwerpen zijn gebaseerd op empirische formules, en de parameters van de sleuf (breedte, diepte, steek) hebben een onduidelijke relatie met mechanische eigenschappen (buigstijfheid, torsiestijfheid, axiale stijfheid), resulterend in een prestatiefluctuatie van maximaal ± 20% tussen batches; Ten tweede, lokale stressconcentratie. De traditionele gleuven met gelijke steek- hebben een ongelijkmatige spanningsverdeling wanneer ze worden gebogen, en spanningspieken vormen zich aan de uiteinden van de sleuf, wat de oorzaak wordt van vermoeiingsscheuren; Ten derde de enkele functionaliteit. Het is moeilijk om met hetzelfde sleuftype tegelijkertijd te voldoen aan de vele vereisten van injectiekracht, koppeloverdracht en buigflexibiliteit. Uit eindige-elementenanalyse blijkt dat het traditionele ontwerp met spiraalvormige sleuven een spanningsconcentratiefactor genereert van maximaal 4,5 keer bij buigen, terwijl het nieuwe composietontwerp kan worden teruggebracht tot minder dan 2,2. Klinische feedback geeft aan dat de incidentie van "knopen" van het apparaat als gevolg van een onredelijk sleufontwerp ongeveer 7% bedraagt, en dat het percentage mislukkingen tijdens gebruik in kronkelige bloedvaten met drie keer toeneemt.

Kern technologische innovatie

• Optimalisatie-algoritme voor parametrische topologie:Ontwikkel een intelligent ontwerpplatform op basis van eindige elementenanalyse en genetisch algoritme, voer de beoogde mechanische eigenschappen in (buigstijfheidsbereik, torsiestijfheid, axiale stijfheid) en het algoritme optimaliseert automatisch de sleufparameters. Het platform bevat 127 ontwerpvariabelen (sleufbreedte, sleufdiepte, steek, hoek, vorm, enz.) en door middel van multi--optimalisatie vindt het de optimale Pareto-oplossing. De ontwerpcyclus wordt verkort van de traditionele 4-6 weken naar 3-5 dagen en de nauwkeurigheid van de prestatievoorspellingen ligt boven de 95%.
• Gleufontwerp met variabele steekgradiënt:Ontwerp op een innovatieve manier de sleufsteek en -diepte die variëren over de lengte van de buis. Het proximale gedeelte (inbrenggedeelte) heeft een grote steek (2-3 mm) en een ondiepe sleufdiepte (30% van de wanddikte), wat een hoge axiale stijfheid en koppeloverdracht oplevert; het middengedeelte (overgangsgedeelte) heeft een gemiddelde spoed (1-2 mm) en een gemiddelde sleufdiepte (50% van de wanddikte), waardoor de injectiekracht en buigflexibiliteit in evenwicht zijn; het distale gedeelte (werkgedeelte) heeft een kleine steek (0,5-1 mm) en een diepe sleufdiepte (70% van de wanddikte), waardoor een grote hoekafbuiging wordt bereikt. Door de gradiëntverandering is de spanningsverdeling uniformer en wordt de maximale spanning met 60% verminderd.
• Bionische in elkaar grijpende versterkingsstructuur:Geïnspireerd door de facetgewrichten van de menselijke wervelkolom, ontwerp micro-in elkaar grijpende verstevigingsribben tussen de sleuven. De verstevigingsribben hebben een hoogte van 10-15% van de wanddikte en een breedte van 20-30% van de sleufbreedte, waardoor ze mechanisch in elkaar grijpen. Wanneer de buis buigt, maken de versterkingsribben contact met elkaar om de belasting te verdelen en overmatige vervorming te voorkomen; wanneer het terugkeert naar de rechte positie, scheiden de versterkende ribben zich zonder het elastische herstel te beïnvloeden. Dit ontwerp verhoogt de torsiestijfheid met 35% terwijl de buigflexibiliteit behouden blijft.

Mechanisme van actie

De kern van het innovatieve sleufontwerp ligt in "mechanische ontkoppeling en optimalisatie". Op het niveau van de buigmechanica bereikt het ontwerp met variabele steek een stijfheidsgradiëntverdeling: het proximale uiteinde met hoge stijfheid zorgt voor de effectieve overdracht van injectiekracht, waardoor het "duw-snaareffect" wordt vermeden; het distale uiteinde met hoge flexibiliteit past zich aan complexe anatomische buigingen aan, waarbij de minimale buigradius 1,5 keer de buisdiameter bereikt. Op het niveau van de torsiemechanica vormen de in elkaar grijpende versterkingsribben een koppeloverdrachtspad. Wanneer het proximale uiteinde roteert, komen de hellende oppervlakken van de verstevigingsribben in contact, waardoor een tangentiële kracht wordt gegenereerd, waardoor een koppeloverdracht van 1:1 wordt bereikt, met een vertragingshoek van minder dan 1 graad. Op het niveau van de vermoeiingsmechanica zijn de geoptimaliseerde kromtestraal van het gleufeinde (R0,05-0,1 mm) en de spanningsverdeling geoptimaliseerd, waardoor de spanningsconcentratiecoëfficiënt wordt verlaagd van 3,5-4,5 bij het traditionele ontwerp naar 2,0-2,5, en de levensduur van de vermoeiing met 3-4 keer wordt verlengd. Computersimulatie van de vloeistofdynamica laat zien dat het geoptimaliseerde sleuftype de stromingsweerstand vermindert, waarbij de stroomsnelheid onder perfusieomstandigheden met 30% toeneemt, en dat de helderheid van het gezichtsveld wordt verbeterd.

Werkzaamheidsverificatie

In het anatomische simulatiemodel presteerde de nieuwe katheter van het type slot- uitzonderlijk goed: in het simulatiemodel van het sifonsegment van de interne halsslagader nam het slagingspercentage van het instrument dat door het gebogen gedeelte ging toe van 85% naar 99%; in het simulatiemodel van de linker voorste dalende kransslagader werd de aankomsttijd van de katheter met 40% verkort; Uit de buigstijfheidstest bleek dat de lineaire mate van de stijfheidsgradiënt R² groter was dan 0,99 en dat de voorspellingsfout van de buighoek minder dan 2% was. In de vermoeiingstest, onder ±90 graden buiging en 4 Hz-omstandigheden, had het nieuwe ontwerp een levensduur van 1,5 miljoen cycli, wat drie keer zo lang was als die van het traditionele ontwerp. Uit multicenter klinische onderzoeken is gebleken dat bij neuro-interventionele operaties de incidentie van knikken van de microkatheter in kronkelige bloedvaten daalde van 6,8% naar 0,9%; bij percutane nefrolithotomieoperaties nam de efficiëntie van de instrumentinjectiekracht toe met 42%; bij ablatieoperaties door atriale fibrillatie nam de stabiliteit van het contact van de katheter met het weefsel toe met 35%. Uit onderzoeken naar de operatie-ervaring van artsen bleek dat 94% van de chirurgen van mening was dat het nieuwe ontwerp de controlenauwkeurigheid en voorspelbaarheid verbeterde, en dat de leercurve met 50% werd verkort.

Onderzoeks- en ontwikkelingsstrategie en filosofie

We pleiten voor het innovatieve concept van 'structuur dient functie, ontwerp komt voort uit de klinische praktijk' en zetten een CDIO (Clinical Demand - Design - Implementation - Operation) gesloten- R&D-systeem op. In de fase van de klinische vraag werden door middel van chirurgische videoanalyse en interviews met artsen 156 belangrijke vraagpunten geëxtraheerd en gekwantificeerd in 23 technische parameters; in de ontwerpfase werden topologie-optimalisatie en generatief ontwerp toegepast om de optimale structuur te vinden onder functionele beperkingen; in de implementatiefase werden snelle prototype-iteraties door middel van additieve productie uitgevoerd, waardoor elke ontwerpcyclus tot twee weken werd teruggebracht; in de operatiefase werd een database met klinische feedback opgezet, die jaarlijks meer dan 800 chirurgische gegevens verzamelt, wat de productiteratie stimuleert. We zijn partnerschappen aangegaan met 28 vooraanstaande medische centra over de hele wereld, waardoor we een 'klinisch-technisch' twee-feedbackmechanisme vormen. Tegelijkertijd hebben we een virtueel testplatform ontwikkeld op basis van eindige elementen, dat de productprestaties vóór productie kan voorspellen, waardoor het fysieke testen met 75% wordt verminderd.

Toekomstperspectief

Het slotontwerp zal evolueren in de richting van intelligentie, aanpassingsvermogen en multi-functionaliteit. We ontwikkelen 'variabele stijfheid'-slots, waarmee real{2}}stijfheidsaanpassingen tijdens de operatie kunnen worden bereikt door middel van vormgeheugenlegeringen of elektroactieve polymeren; het ontwikkelen van "multi-mode"-slots, die onafhankelijk in meerdere vlakken kunnen worden afgebogen door middel van draadcombinatiecontrole; het verkennen van 'vloeistof-aangedreven' sleuven, die de sleufgeometrie kunnen veranderen door hydraulische of pneumatische druk om niet-draadmanipulatie te bewerkstelligen. In 2028 lanceren we intelligente onderbuizen met ‘mechanische perceptie’, die de spanningsverdeling in realtime kunnen monitoren met behulp van glasvezelroostersensoren en de informatie terugsturen naar de bedieningshendel om forcefeedback-controle te bereiken. Als we verder vooruitkijken, zullen er op basis van 4D-printen groei-segmenten mogelijk worden. De instrumenten kunnen de slotparameters adaptief veranderen op basis van de anatomische omgeving in het lichaam, waardoor een echte ‘intelligente aanpassing’ wordt bereikt, wat revolutionaire veranderingen teweegbrengt in operaties aan de natuurlijke openingen.