Обявяване на резултатите

Иновативният модел с{0}}оформена прорез позволява прецизно механично управление на полу{1}}твърдата долна тръба. Ние революционно въведохме нов тип полу{3}}оформена полу{4}}твърда долна тръба, базирана на композитната структура от „спирален жлеб с променлива стъпка“ и „заключващи се подсилващи ребра“, постигайки оптимален баланс между гъвкавостта на огъване и аксиалната твърдост. Чрез прецизното изчисляване на модела на канала градиентната промяна на твърдостта на огъване се контролира в рамките на 5%, аксиалната твърдост на натиск се увеличава с 45%, а твърдостта на усукване се подобрява с 38%. Чрез биомеханични тестове предсказуемостта на радиуса на огъване на новата долна тръба достига 98% и тя може да се върне към прав контур в рамките на 0,1 секунди след освобождаване на товара, осигурявайки безпрецедентно ниво на прецизен контрол за сложна навигация по анатомичен път.

Основни предизвикателства за научноизследователска и развойна дейност

Традиционният дизайн на слота има три основни структурни недостатъка: Първо, непредсказуемостта на механичните свойства. Повечето дизайни се основават на емпирични формули и параметрите на процепа (ширина, дълбочина, стъпка) имат неясна връзка с механичните свойства (коравина на огъване, коравина при усукване, аксиална коравина), което води до колебание в производителността до ±20% между партидите; Второ, локална концентрация на напрежение. Традиционните канали с еднаква стъпка имат неравномерно разпределение на напрежението при огъване и пикове на напрежението се образуват в краищата на канала, което се превръща в източник на пукнатини от умора; Трето, единствената-функционалност. Един и същи тип слот е трудно да отговори едновременно на множеството изисквания за инжектиране на сила, предаване на въртящ момент и гъвкавост на огъване. Анализът на крайните елементи показва, че традиционният спирален дизайн на прореза генерира коефициент на концентрация на напрежението до 4,5 пъти при огъване, докато новият композитен дизайн може да бъде намален до под 2,2. Клиничната обратна връзка показва, че честотата на "възли" на устройството поради неразумна конструкция на слота е приблизително 7%, а процентът на неуспех по време на работа в извити кръвоносни съдове се увеличава три пъти.

Основни технологични иновации

Параметричен алгоритъм за оптимизация на топологията:Разработете платформа за интелигентен дизайн, базирана на анализ на крайните елементи и генетичен алгоритъм, въведете целевите механични свойства (диапазон на твърдост на огъване, твърдост на усукване, аксиална твърдост) и алгоритъмът автоматично оптимизира параметрите на слота. Платформата съдържа 127 дизайнерски променливи (широчина на слота, дълбочина на слота, стъпка, ъгъл, форма и т.н.) и чрез много{3}}обективна оптимизация намира оптималното решение по Парето. Цикълът на проектиране е съкратен от традиционните 4-6 седмици на 3-5 дни, а степента на точност на прогнозиране на производителността е над 95%.

Дизайн на слота с градиент на променлива стъпка:Иновативно проектиране на стъпката и дълбочината на слота, които варират по дължината на тръбата. Проксималната секция (секция за вмъкване) приема голяма стъпка (2-3 mm) и плитка дълбочина на прореза (30% от дебелината на стената), осигурявайки висока аксиална коравина и предаване на въртящия момент; средната секция (преходна секция) приема средна стъпка (1-2 mm) и средна дълбочина на прореза (50% от дебелината на стената), балансирайки силата на инжектиране и гъвкавостта на огъване; дисталната секция (работна секция) приема малка стъпка (0,5-1 мм) и дълбока дълбочина на процепа (70% от дебелината на стената), постигайки отклонение под голям ъгъл. Чрез промяната на градиента разпределението на напрежението е по-равномерно и максималното напрежение се намалява с 60%.

Бионична взаимосвързана подсилваща структура:Вдъхновени от фасетните стави на човешкия гръбначен стълб, проектирайте микрозаключващи подсилващи ребра между слотовете. Укрепващите ребра са с височина 10-15% от дебелината на стената и ширина 20-30% от ширината на шлица, образувайки механично зацепване. Когато тръбата се огъва, подсилващите ребра се допират едно до друго, за да споделят натоварването и да предотвратят прекомерна деформация; когато се върне в права позиция, подсилващите ребра се отделят, без да се засяга еластичното възстановяване. Този дизайн увеличава устойчивостта на усукване с 35%, като същевременно запазва гъвкавостта на огъване.

Механизъм на действие

Ядрото на иновативния дизайн на слота се крие в "механичното отделяне и оптимизиране." На ниво механика на огъване, дизайнът с променлива стъпка постига градиентно разпределение на твърдостта: проксималният край с висока твърдост осигурява ефективното предаване на силата на инжектиране, като се избягва „ефектът на -струната на натискане“; дисталният край с висока гъвкавост се адаптира към сложно анатомично огъване, като минималният радиус на огъване достига 1,5 пъти диаметъра на тръбата. На ниво механика на усукване взаимосвързаните укрепващи ребра образуват път за предаване на въртящия момент. Когато проксималният край се върти, наклонените повърхности на укрепващите ребра влизат в контакт, генерирайки тангенциална сила, постигайки предаване на въртящ момент 1:1, с ъгъл на закъснение по-малък от 1 градус. На ниво механика на умора, оптимизираният краен радиус на кривина на слота (R0,05-0,1 mm) и разпределението на напрежението са оптимизирани, намалявайки коефициента на концентрация на напрежението от 3,5-4,5 на традиционния дизайн до 2,0-2,5 и увеличавайки живота на умора с 3-4 пъти. Изчислителната симулация на динамиката на течността показва, че оптимизираният тип слот намалява съпротивлението на потока, като скоростта на потока се увеличава с 30% при перфузионно състояние и яснотата на зрителното поле е подобрена.

Проверка на ефикасността

В симулационния анатомичен модел новият катетър от-тип слот се представи изключително добре: в симулационния модел на сегмента на сифона на вътрешната каротидна артерия процентът на успех на инструмента, преминаващ през извитата секция, се увеличи от 85% на 99%; в симулационния модел на лявата предна низходяща коронарна артерия, времето за пристигане на катетъра е съкратено с 40%; тестът за твърдост на огъване показа, че линейната степен на градиента на твърдост R² е по-голяма от 0,99, а грешката на прогнозиране на ъгъла на огъване е по-малка от 2%. При теста за умора, при условия на огъване на ±90 градуса и 4Hz, новият дизайн има живот от 1,5 милиона цикъла, което е три пъти повече от традиционния дизайн. Многоцентрови клинични проучвания показват, че при невроинтервенционални операции, честотата на прегъване на микрокатетъра в извити кръвоносни съдове е намаляла от 6,8% на 0,9%; при операции с перкутанна нефролитотомия ефективността на силата на инжектиране на инструмента се е увеличила с 42%; при операции за аблация на предсърдно мъждене, стабилността на контакта на катетъра с тъканта се увеличава с 35%. Проучванията на лекарския опит показват, че 94% от хирурзите вярват, че новият дизайн подобрява точността и предвидимостта на контрола и кривата на обучение е съкратена с 50%.

Стратегия и философия за научни изследвания и развитие

Ние защитаваме иновативната концепция за „структурата служи на функцията, дизайнът произлиза от клиничната практика“ и създаваме CDIO (клинично търсене - дизайн - внедряване - операция) затворена-система за научноизследователска и развойна дейност. В клиничния етап на търсене, чрез хирургичен видео анализ и интервюта с лекар, 156 ключови точки на търсене бяха извлечени и количествено определени в 23 инженерни параметъра; в етапа на проектиране бяха приети оптимизация на топологията и генеративен дизайн, за да се намери оптималната структура при функционални ограничения; в етапа на внедряване бяха проведени бързи повторения на прототипиране чрез адитивно производство, намалявайки всеки цикъл на проектиране до 2 седмици; в етапа на операцията беше създадена клинична база данни за обратна връзка, събираща над 800 хирургични данни всяка година, стимулирайки итерацията на продукта. Установихме партньорства с 28 водещи медицински центъра по света, образувайки двупосочен механизъм за обратна-клинична-инженерна връзка. В същото време разработихме платформа за виртуално тестване, базирана на крайни елементи, която може да предвиди производителността на продукта преди производството, намалявайки физическото тестване със 75%.

Бъдеща перспектива

Дизайнът на слота ще се развие към интелигентност, адаптивност и мулти-функционалност. Ние разработваме слотове с „променлива твърдост“, които могат да постигнат-регулиране на твърдостта в реално време по време на работа чрез сплави с памет на формата или електроактивни полимери; разработване на "мулти-режимни" слотове, които могат да бъдат независимо отклонявани в множество равнини чрез контрол на комбинация от проводници; изследване на „задвижвани от течности“ слотове, които могат да променят геометрията на слота чрез хидравлично или пневматично налягане, за да постигнат не-манипулация с проводници. През 2028 г. ще пуснем интелигентни долни тръби с „механично възприятие“, които могат да наблюдават разпределението на напрежението в реално време с помощта на сензори с оптична решетка и да подават информацията обратно към ръкохватката за управление, за да постигнат контрол на обратната сила. Гледайки по-напред, на базата на 4D принтиране ще станат възможни слотове от тип{-разрастване“. Инструментите могат адаптивно да променят параметрите на слота според анатомичната среда в тялото, постигайки истинска "интелигентна адаптация", внасяйки революционни промени в операциите на естествения отвор.