اعلام نتایج

طراحی الگوی ابتکاری-شاخه، کنترل مکانیکی دقیق لوله‌های نیمه سفت-را ممکن می‌سازد. ما به‌طور انقلابی نوع جدیدی از لوله‌های تحتانی نیمه صلب به شکل شیار-شکل- را بر اساس ساختار ترکیبی "شیار مارپیچ گام متغیر" و "دنده‌های تقویت‌کننده در هم قفل شده" معرفی کرده‌ایم، که به تعادل بهینه بین انعطاف‌پذیری خمشی و سختی محوری دست می‌یابد. از طریق محاسبه دقیق الگوی شیار، تغییر گرادیان سختی خمشی در 5٪ کنترل می شود، سفتی فشاری محوری تا 45٪ افزایش می یابد، و سختی پیچشی تا 38٪ افزایش می یابد. از طریق آزمایش بیومکانیکی، قابلیت پیش‌بینی شعاع خمش لوله پایینی جدید به 98 درصد می‌رسد و می‌تواند در عرض 0.1 ثانیه پس از رها کردن بار به یک خط مستقیم بازگردد و سطح بی‌سابقه‌ای از کنترل دقیق را برای ناوبری مسیر تشریحی پیچیده فراهم می‌کند.

چالش های پیشینه تحقیق و توسعه

طراحی سنتی شکاف دارای سه نقص ساختاری اصلی است: اول، غیر قابل پیش بینی بودن خواص مکانیکی. اکثر طرح ها بر اساس فرمول های تجربی هستند و پارامترهای شکاف (عرض، عمق، گام) رابطه نامشخصی با خواص مکانیکی (سفتی خمشی، سختی پیچشی، سختی محوری) دارند که منجر به نوسان عملکرد تا 20±% بین دسته ها می شود. دوم، تمرکز استرس موضعی. شکاف‌های سنتی مساوی{3}}در هنگام خم شدن، توزیع تنش نابرابر دارند و پیک‌های تنش در انتهای شیارها شکل می‌گیرند که منشاء ترک‌های خستگی می‌شوند. ثالثاً، عملکرد تک-. پاسخگویی همزمان به نیازهای چندگانه نیروی تزریق، انتقال گشتاور، و انعطاف پذیری خمشی، دشوار است. تجزیه و تحلیل المان محدود نشان می دهد که طراحی سنتی شکاف مارپیچ ضریب تمرکز تنش را تا 4.5 برابر در هنگام خم شدن ایجاد می کند، در حالی که طراحی ترکیبی جدید را می توان به زیر 2.2 کاهش داد. بازخورد بالینی نشان می دهد که بروز "گره شدن" دستگاه به دلیل طراحی نامعقول شکاف تقریباً 7٪ است و میزان شکست در حین کار در رگ های خونی پرپیچ و خم سه برابر افزایش می یابد.

نوآوری فناوری اصلی

الگوریتم بهینه سازی توپولوژی پارامتری:یک پلت فرم طراحی هوشمند مبتنی بر تجزیه و تحلیل المان محدود و الگوریتم ژنتیک ایجاد کنید، ویژگی های مکانیکی هدف (محدوده سختی خمشی، سختی پیچشی، سختی محوری) را وارد کنید و الگوریتم به طور خودکار پارامترهای شکاف را بهینه می کند. این پلت فرم شامل 127 متغیر طراحی (عرض شکاف، عمق شکاف، گام، زاویه، شکل و غیره) است و از طریق بهینه سازی چند هدفه، راه حل بهینه پارتو را پیدا می کند. چرخه طراحی از 4-6 هفته سنتی به 3-5 روز کوتاه شده است و میزان دقت پیش بینی عملکرد بالای 95٪ است.

طراحی شیب شیب زمین متغیر:گام شیار و عمقی که در طول لوله متفاوت است را به صورت خلاقانه طراحی کنید. بخش پروگزیمال (بخش درج) یک گام بزرگ (2{7}}3 میلی‌متر) و عمق شکاف کم (30٪ ضخامت دیواره) دارد که سفتی محوری و انتقال گشتاور بالایی را فراهم می‌کند. بخش میانی (بخش انتقال) دارای گام متوسط ​​(1-2 میلی متر) و عمق شکاف متوسط ​​(50٪ ضخامت دیواره) است که نیروی تزریق و انعطاف پذیری خمشی را متعادل می کند. بخش دیستال (بخش کار) یک گام کوچک (0.5-1 میلی متر) و یک عمق شکاف عمیق (70٪ ضخامت دیوار) را اتخاذ می کند و به انحراف زاویه بزرگ دست می یابد. از طریق تغییر گرادیان، توزیع تنش یکنواخت تر است و حداکثر تنش 60٪ کاهش می یابد.

ساختار تقویت کننده به هم پیوسته بیونیک:با الهام از مفاصل فاست ستون فقرات انسان، دنده های تقویت کننده ریز به هم پیوسته بین شکاف ها طراحی کنید. دنده های تقویت کننده دارای ارتفاع 10-15٪ ضخامت دیواره و عرض 20-30٪ از عرض شکاف هستند و به هم پیوستگی مکانیکی را تشکیل می دهند. هنگامی که لوله خم می شود، دنده های تقویت کننده با یکدیگر تماس می گیرند تا بار را به اشتراک بگذارند و از تغییر شکل بیش از حد جلوگیری کنند. هنگامی که به حالت مستقیم برمی گردد، دنده های تقویت کننده بدون تأثیر بر بازیابی الاستیک از هم جدا می شوند. این طراحی با حفظ انعطاف پذیری خمشی، سفتی پیچشی را تا 35 درصد افزایش می دهد.

مکانیسم عمل

هسته اصلی طراحی نوآورانه اسلات در "جداسازی مکانیکی و بهینه سازی" نهفته است. در سطح مکانیک خمشی، طراحی گام متغیر به توزیع گرادیان سختی دست می‌یابد: انتهای نزدیک با سختی بالا، انتقال مؤثر نیروی تزریق را تضمین می‌کند و از "فشار-اثر رشته" اجتناب می‌کند. انتهای دیستال با انعطاف پذیری بالا با خمش آناتومیک پیچیده سازگار است، با حداقل شعاع خمشی که به 1.5 برابر قطر لوله می رسد. در سطح مکانیک پیچشی، دنده های تقویت کننده به هم پیوسته یک مسیر انتقال گشتاور را تشکیل می دهند. هنگامی که انتهای پروگزیمال می‌چرخد، سطوح شیب‌دار دنده‌های تقویت‌کننده با هم تماس پیدا می‌کنند و نیروی مماسی ایجاد می‌کنند و به انتقال گشتاور 1:1 با زاویه تاخیر کمتر از 1 درجه دست می‌یابند. در سطح مکانیک خستگی، شعاع انحنای انتهای شکاف بهینه شده (R0.05-0.1mm) و توزیع تنش بهینه شده است، ضریب تمرکز تنش را از طراحی سنتی 3.5-4.5 به 2.0-2.5 کاهش می دهد و عمر خستگی را 3-4 برابر افزایش می دهد. شبیه‌سازی دینامیک سیالات محاسباتی نشان می‌دهد که نوع شکاف بهینه‌شده مقاومت جریان را کاهش می‌دهد، با افزایش سرعت جریان 30٪ در شرایط پرفیوژن، و وضوح میدان دید بهبود می‌یابد.

تایید اثربخشی

در مدل تشریحی شبیه‌سازی، کاتتر نوع جدید اسلات-به‌طور استثنایی عمل کرد: در مدل شبیه‌سازی بخش سیفون شریان کاروتید داخلی، میزان موفقیت ابزار عبور از بخش منحنی از 85% به 99% افزایش یافت. در مدل شبیه سازی شریان کرونر نزولی قدامی چپ، زمان رسیدن کاتتر 40 درصد کوتاه شد. تست سفتی خمشی نشان داد که درجه خطی گرادیان سختی R2 بیشتر از 0.99 بود و خطای پیش‌بینی زاویه خمش کمتر از 2٪ بود. در تست خستگی، تحت شرایط خمش 90 ± درجه و 4 هرتز، طراحی جدید دارای طول عمر 1.5 میلیون چرخه بود که سه برابر طراحی سنتی بود. مطالعات بالینی چند مرکزی نشان داد که در جراحی‌های مداخله‌ای عصبی، بروز پیچ خوردگی میکروکاتتر در رگ‌های خونی پرپیچ‌وخم از 6.8% به 0.9% کاهش یافته است. در جراحی‌های نفرولیتوتومی از راه پوست، بازده نیروی تزریق ابزار تا 42 درصد افزایش یافت. در جراحی‌های ابلیشن فیبریلاسیون دهلیزی، پایداری تماس کاتتر با بافت 35 درصد افزایش یافت. نظرسنجی‌های تجربه عمل جراحی پزشک نشان داد که 94٪ از جراحان معتقد بودند که طراحی جدید دقت کنترل و قابلیت پیش‌بینی را بهبود می‌بخشد و منحنی یادگیری تا 50٪ کوتاه می‌شود.

تحقیق و توسعه استراتژی و فلسفه

ما از مفهوم نوآورانه "ساختار در خدمت عملکرد است، طراحی از عملکرد بالینی نشات می گیرد" دفاع می کنیم و یک CDIO (تقاضای بالینی - طراحی - پیاده سازی - عملیات) حلقه بسته-سیستم تحقیق و توسعه ایجاد می کنیم. در مرحله تقاضای بالینی، از طریق تجزیه و تحلیل ویدئویی جراحی و مصاحبه با پزشک، 156 نقطه تقاضای کلیدی استخراج و به 23 پارامتر مهندسی کمی سازی شد. در مرحله طراحی، بهینه‌سازی توپولوژی و طراحی مولد برای یافتن ساختار بهینه تحت محدودیت‌های عملکردی اتخاذ شد. در مرحله اجرا، تکرارهای نمونه سازی سریع از طریق ساخت افزودنی انجام شد و هر چرخه طراحی را به 2 هفته کاهش داد. در مرحله عمل، یک پایگاه داده بازخورد بالینی ایجاد شد که هر سال بیش از 800 داده جراحی را جمع آوری می کند و باعث تکرار محصول می شود. ما با 28 مرکز پزشکی برتر در سراسر جهان شراکت ایجاد کرده‌ایم که مکانیزم بازخورد دوطرفه{11}مهندسی بالینی{12}} را تشکیل می‌دهد. در همان زمان، ما یک پلت فرم آزمایش مجازی مبتنی بر عناصر محدود ایجاد کردیم که می تواند عملکرد محصول را قبل از تولید پیش بینی کند و آزمایش فیزیکی را تا 75٪ کاهش دهد.

چشم انداز آینده

طراحی شکاف به سمت هوشمندی، سازگاری، و چند{0}}کارکردی تکامل خواهد یافت. ما در حال توسعه شکاف‌های «سفتی متغیر» هستیم که می‌تواند{2}}تنظیم سختی واقعی را در حین کار از طریق آلیاژهای حافظه شکل یا پلیمرهای الکترواکتیو انجام دهد. ایجاد شکاف های "چند حالتی" که می توانند به طور مستقل در چندین صفحه از طریق کنترل ترکیبی سیم منحرف شوند. کاوش در اسلات‌های «سیال{4}}رانده، که می‌تواند هندسه شکاف را با فشار هیدرولیک یا پنوماتیک تغییر دهد تا به دست‌کاری بدون سیم- دست یابد. در سال 2028، ما لوله‌های پایینی هوشمندی را با "ادراک مکانیکی" راه اندازی خواهیم کرد، که می تواند توزیع کرنش را در زمان واقعی با استفاده از سنسورهای توری فیبر نوری نظارت کند و اطلاعات را به دسته عملیاتی برگرداند تا کنترل بازخورد نیرو را به دست آورد. با نگاهی بیشتر به آینده، بر اساس چاپ 4 بعدی، اسلات‌های «نوع{10}}رشد ممکن می‌شوند. این ابزارها می توانند پارامترهای شکاف را مطابق با محیط آناتومیکی بدن تغییر دهند و به "انطباق هوشمند" واقعی دست یابند و تغییرات انقلابی را در جراحی های دهانه طبیعی ایجاد کنند.