Официално издание на постиженията

Като дефинитор и производител на основните технологии за ехо-игли, ние официално разкриваме душата, определяща ултразвуковата им видимост - собствена технология за полимерно покритие с микромехурчета. Нарушавайки ограниченията на конвенционалната повърхностна модификация, ние прецизно настройваме полимерните формули и процесите на капсулиране на микромехурчета, за да изградим композитно покритие с дебелина 10–30 μm върху повърхностите на иглата, съдържащо милиони еднакви по размер (1–5 μm) запечатани микромехурчета. Това покритие повишава интензитета на ултразвуковото ехо на иглите от неръждаема стомана с повече от 20 dB, осигурявайки висококонтрастна визуализация на фона на сложни тъкани и оформяйки незаменима основа за визуална навигация за интервенционни процедури, насочвани с ултразвук.

История на научноизследователската и развойна дейност и ключови болкови точки

При ултразвукова пункция, конвенционалните метални игли произвеждат слаби, дифузни ехо сигнали поради гладките си повърхности и акустичен импеданс близо до околните тъкани, често изглеждащи като бледи, прекъснати призрачни линии на сонограми. Особено при дълбоки пробиви, вмъкване под нисък ъгъл или случаи със съседни хиперехогенни структури (напр. фасция, мастна тъкан), иглите лесно изчезват от ултразвуковите изображения. Хирурзите трябва да разчитат на индиректни признаци (напр. изместване на тъкан) или многократно сондиране, което сериозно компрометира успеваемостта на първото преминаване, прецизността и безопасността, удължава времето за операция и увеличава дискомфорта и усложненията на пациента рискове. От клинична гледна точка има спешно търсене на игли за пробиване, които ясно се самомаркират като маяци под ултразвук.

Основни технологични иновации

Нашата иновация се крие в дизайна на материала и процеса на прецизно покритие на aмикробалонно матрично покритие:

• Многофазна композитна полимерна системаПокритието не е единичен материал, а внимателно проектирана композитна система. Матрицата използва биосъвместими медицински полиуретанови или силиконови полимери със силна метална адхезия, за да осигури механична здравина и свързване на покритието. Ядрото за изображения се състои от милиони запечатани микромехурчета, равномерно разпръснати в матрицата; затвореният вътре газ (напр. въздух, азот) създава голямо несъответствие на акустичния импеданс с околните тъкани/течности, генерирайки силно ехо. Специални силанови свързващи агенти действат като подобрители на интерфейса, образувайки здрави химически връзки между повърхности от неръждаема стомана и полимерни матрици, за да предотвратят отлепване на покритието след многократни пробиви, огъване и стерилизация под високо налягане.
• Прецизен контрол на размера и разпределението на микромехурчетатаНие използваме комбиниран процес на пенообразуване на място – механично емулгиране. Чрез прецизно регулиране на вискозитета на преполимера, вида и концентрацията на пенообразувателя и силата на срязване на емулсията, диаметрите на микромехурчетата са стриктно контролирани в рамките на 1–5 μm. Много по-малки от ултразвуковите дължини на вълните, тези микромехурчета произвеждат интензивно Релеево разсейване, действайки като идеални източници на обратно разсейване. Междувременно персонализираните дизайни на канали за поток осигуряват изключително равномерно разпределение на мехурчетата в напречните сечения на покритието и надлъжните посоки, елиминирайки слепите петна за изображения.
• Прецизно покритие и процес на втвърдяванеКомпютърно контролирани техники за микроразпръскване или повдигане на потапяне нанасят полимерни суспензии, заредени с микромехурчета, равномерно върху въртящи се игли. След това се извършва поетапно втвърдяване при прецизно контролирана температура и влажност. Този процес гарантира пълно омрежване за оптимална механична производителност, като същевременно предотвратява сливането, излизането или разкъсването на микромехурчета, за да поддържа стабилен размер и разпределение.

Механизми на действие

Неговият основен принцип на работа разчита на активно усилване на ултразвукови ехо сигнали чрезнесъответствие на акустичния импеданс и ефекти на многократно разсейване. Ултразвуковото изображение по същество открива ехото, отразено от интерфейсите на тъканите. Конвенционалните гладки метални повърхности произвеждат огледално отражение, като ехото е само перпендикулярно на получената сонда, което води до слаби сигнали. Нашето покритие с микромехурчета създава различни акустични интерфейси: милиони микромехурчета действат като безброй малки акустични огледала. Голямата разлика в импеданса между вътрешния газ и околния полимер/тъкан генерира силно обратно разсейване на падащи ултразвукови вълни. Равномерно разпределената матрица на микромехурчетата гарантира изобилие от мехурчета по траекториите на ултразвуковия лъч, независимо от ъгъла на падане, разпръсквайки ехото обратно към сондата. Специфичната дебелина на покритието допълнително задейства конструктивна интерференция между ехото, отразено на повърхността покритие-метал и тези, разпръснати от микромехурчета, усилвайки общите ехо сигнали. Следователно иглите се появяват като непрекъснати, ярки, рязко очертани хиперехогенни линии на ултразвукови екрани.

Проверка на ефикасността

При стандартизирани ултразвукови фантомни тестове нашите ехо-игли постигнаха значително по-високи резултати за видимост (оценени на сляпо от старши сонолози) в сравнение с иглите без покритие и наличните в търговската мрежа алтернативи с покритие при често използвани ултразвукови честоти 5–12 MHz. В експерименти със симулирана тъканна пункция, хирурзите потвърдиха поставянето на целевата игла с 35 % по-бързо с нашите ехо-игли, с 50 % по-малко опити за пункция. Публикуваните клинични проучвания показват, че за ултразвукова катетеризация на вътрешна югуларна вена нашите ехо-игли повишиха степента на успеваемост на първата пункция от 78 % на 96 %, значително намалявайки усложнения като случайна артериална пункция. При биопсии на дълбоки тъкани (напр. трансректална биопсия на простатата) видимостта на цялата игла позволява на хирурзите да коригират прецизно траекториите, избягвайки кръвоносните съдове и нервите, подобрявайки точността на вземане на проби и намалявайки рисковете от кървене.

Стратегия и философия за научноизследователска и развойна дейност

Ние твърдо вярваме:При интервенционалния ултразвук виждането означава контролиране.Нашата стратегия за научноизследователска и развойна дейност възприема интердисциплинарна интеграция, дълбоко комбинирайки науката за полимерните материали, акустичната физика и прецизното производство. Преминавайки отвъд основната повърхностна обработка, ние се ангажираме да проектираме и конструираме функционални интерфейси с оптимални акустични свойства на молекулярно ниво. Ние се стремим не просто да направим иглите видими, но и да ги превърнем в незабележими ясни маркери на ултразвукови изображения.

Бъдеща перспектива

Продължавайки напред, ние ще напредваме къминтелигентни изображения и функционално интегрирани покрития. Изследователските посоки включват разработване на акустично реагиращи покрития с регулируема ехогенност чрез ултразвуков механичен индекс (MI): стелт режим с нисък MI за намаляване на артефактите и ярък режим с висок MI за прецизна локализация; терапевтични покрития, натоварени с микромехурчета с контрастен агент, които освобождават локални лекарства, когато се разкъсат от високоенергиен ултразвук след поставяне на иглата; зависещи от посоката изображения покрития, които показват ориентацията на въртене на иглата в сонограми. Нашата цел е да развием ехо-иглите от пасивни инструменти за изображения в интелигентни интервенционни терминали, които взаимодействат с ултразвукови устройства и доставят многоизмерна информация.