Eredményhirdetés

Forradalmian bevezettünk egy új típusú kétirányú csuklópántcsövet, amely a „reteszelő rejtvény” szerkezeten alapul, és a precíz egysíkú -elhajlás és a nagy hajlítási ellenállás tökéletes egységét éri el. Ez a kialakítás az egyedülálló lézeres{2}}vágási mintán keresztül egyetlen síkra korlátozza a hajlítási mozgást (fel/le irányba), miközben fenntartja az axiális tolóerőt és az 1:1 nyomatékátviteli képességet. A biomechanikai teszteléssel az új csuklós cső elhajlási szögpontossága eléri a ±0,3 fokot, az axiális kompressziós merevség 40%-kal, a torziós merevség pedig 35%-kal nő. Ez példátlan szintű ellenőrzési pontosságot biztosít bonyolult intracavitaris műtéteknél.

Kutatási és fejlesztési háttér kihívásai

A hagyományos zsanércső-kialakításnak három fő szerkezeti hibája van: Először is a több-szabadságfokú-szabadság-csatlakozás problémája. A legtöbb zsanércső szükségtelen oldalirányú mozgásokat és elfordulásokat mutat hajlítás közben, ami kiszámíthatatlanná teszi a vezérlést. Másodszor, ellentmondás van a tengelyirányú merevség és a hajlítási rugalmasság között. A rugalmasság növelése szükségszerűen feláldozza a tolóerő és a nyomaték átviteli kapacitását. Harmadszor, a fáradtság meghibásodása a stresszkoncentráció miatt következik be. A hagyományos forgácsolási minta feszültségkoncentrációs pontokat képez az illesztéseknél, amelyek a fáradási repedések eredetét képezik. A mérnöki elemzések azt mutatják, hogy a hagyományos spirálisan{9}}vágott zsanércső hajlításkor akár 15 fokos oldalirányú kilengést is generál, és a finom anatómiai területen végzett munka során 3-5 milliméterrel eltérhet a céltól. A végeselemes szimuláció azt jelzi, hogy a hagyományos kialakítás feszültségkoncentrációs együtthatója 3,2-4,5, míg az új reteszelő kialakítás 1,8-2,2-re csökkenthető.

Alapvető technológiai innováció

1. Bionikus reteszelő puzzle szerkezete:Az emberi gerinc fazett ízületei által ihletett, kétirányú{0}}rejtvény-szerű vágási mintát terveztek. Minden egyes csatlakozási egység felváltva domború és konkáv szerkezetekből áll, a domború rész pedig a homorú részbe van beágyazva, hogy mechanikus reteszelést képezzen. Ez a kialakítás egyetlen síkra korlátozza a mozgást, miközben a felületi érintkezés révén eloszlatja a feszültséget, 55%-kal csökkentve a feszültségkoncentrációs együtthatót. Az illesztési hézag 15 ± 1 mikrométeren pontosan szabályozott, biztosítva a sima és akadálytalan mozgást.
2. Változó merevségű gradiens kialakítás:A cső hossza mentén merevségi gradiens van kialakítva. A proximális szegmens nagy-merevségű mintát használ (alacsony hézagsűrűség és nagy falvastagság), biztosítva a tolóerő és a nyomaték átvitelét; a középső szegmens közepes-merevségű mintát használ, kiegyensúlyozva a vezérlést és a támogatást; a disztális szegmens nagy-rugalmasságú mintázatot használ (nagy ízületi sűrűség és kis falvastagság), nagy-szögelhajlást érve el. A merevség-eloszlás optimalizálását célzó parametrikus modellezés révén a készülék megtartja az optimális formát, amikor áthalad az íves anatómiai úton.
3. Integrált huzalvezető csatornák:A cső falán belül egy dedikált huzalvezető csatorna van kialakítva, amelyet lézeres vágással egy félig{0}}zárt vezetősínre alakítanak ki. A csatorna belső felülete speciálisan polírozott (Ra kisebb vagy egyenlő, mint 0,05 mikrométer), csökkentve a huzalsúrlódást. A csatorna keresztmetszete úgy van optimalizálva, hogy elliptikus-szerű legyen, és inkább vonalérintkezőt képezzen, nem pedig pontszerű érintkezést a kör alakú huzallal, így a súrlódási tényező 0,15-ről 0,08-ra csökken. A vezetőcsatorna biztosítja, hogy a huzal mindig az előre beállított útvonalon mozogjon, kiküszöbölve az oldalirányú eltérést.

Hatásmechanizmus

Az innovatív szerkezeti tervezés magja a "leválasztásban és optimalizálásban" rejlik. A kinematikus szétkapcsolás szempontjából az egymásba reteszelő puzzle szerkezet geometriai kényszerek révén kiküszöböli az oldalirányú szabadságfokokat, lehetővé téve a tiszta síkbeli mozgást; a huzal meghúzásakor a domború és konkáv szerkezetek egymásba illeszkednek, merev kapcsolatot képezve, amely továbbítja a tolóerőt és a nyomatékot. A mechanikai optimalizálás szempontjából a változó merevségű kialakítás lehetővé teszi, hogy a műszer alkalmazkodjon a különböző anatómiai szegmensek követelményeihez: az egyenes szegmensben (például az ureter középső szegmensében) nagy merevség szükséges az alakstabilitás fenntartásához; az ívelt szegmensben (például a vesemedence{2}}uréter csomópontjában) megfelelő rugalmasságra van szükség az anatómiához igazodva; a célterületen (például a vesekhelyen) nagy rugalmasság szükséges a nagy-szögelhajlás eléréséhez. A folyadékdinamikát tekintve az optimalizált vágási minta csökkenti az áramlási ellenállást, 25%-kal növeli az áramlási sebességet perfúziós körülmények között, és javítja a vizuális tisztaságot.

Hatékonyság ellenőrzése

A szimulációs anatómiai modellekben az új típusú csuklócső kiemelkedően jól teljesített: a szimulációs ureter modellben az íves szakaszon áthaladó műszer sikeressége 82%-ról 98%-ra nőtt; a szimulációs szívmodellben 35%-kal lerövidült az idő, amíg a katéter eléri a célpontot; az eltérés pontossági tesztje azt mutatta, hogy a parancsolt szög és a tényleges szög közötti eltérés csak 0.2 - 0.5 fok, az ismételhetőségi pontosság pedig elérte a 0,1 fokot. A kifáradási tesztben ±90 fokos hajlítás és 3 Hz mellett az új kivitel élettartama 750 000 ciklus volt, ami 2,5-szerese a hagyományos kivitelnek. A multicentrikus klinikai vizsgálat kimutatta, hogy a perkután nephrolithotomia során a vesekésze bejutásának aránya 76%-ról 92%-ra nőtt; prosztata lézeres enukleáció esetén a szövetreszekció hatékonysága 30%-kal nőtt; pitvarfibrillációs ablációs műtét során a katéter szövethez való tapadásának stabilitása 40%-kal nőtt. Az orvosok műtéti tapasztalatainak felmérése azt mutatta, hogy a sebészek 93%-a vélte úgy, hogy az új konstrukció javítja az ellenőrzés pontosságát és kiszámíthatóságát.

Kutatási és fejlesztési stratégia és filozófia

Támogatjuk a „struktúra a funkciót szolgálja, a tervezés a klinikai gyakorlatból ered” innovatív koncepcióját, és létrehoztunk egy CDIO (Clinical Demand - Design - Implementation - Operation) zártkörű K+F rendszert. A klinikai kereslet szakaszában sebészeti videoelemzés és orvosi interjúk révén 128 kulcsfontosságú keresleti pontot sikerült kiemelni; a tervezési szakaszban a topológia optimalizálását és a generatív tervezést alkalmazták, hogy megtalálják az optimális szerkezetet funkcionális korlátok mellett; a megvalósítás szakaszában gyors prototípus-iterációkat hajtottak végre additív gyártás révén, minden tervezési ciklus 2 hétre lerövidült; a műtéti szakaszban egy klinikai visszajelzési adatbázist hoztak létre a tervezés folyamatos optimalizálása érdekében. Világszerte 23 vezető egészségügyi központtal építettünk ki partnerséget, és évente több mint 500 sebészeti adatot gyűjtünk össze a termékismétlések előmozdítása érdekében. Ugyanakkor kifejlesztettünk egy véges elemekre épülő virtuális tesztelési platformot, amely a gyártás előtt képes előre jelezni a termék teljesítményét, 70%-kal csökkentve a fizikai tesztelést.

Jövőbeli kilátások

A szerkezeti kialakítás az intelligencia, az alkalmazkodóképesség és a személyre szabottság irányába fog fejlődni. "Változtatható merevségű" csuklópántcsöveket fejlesztünk, amelyek valós idejű merevség-beállítást tesznek lehetővé a művelet során elektroaktív anyagok vagy alakmemóriaötvözetek segítségével; "többsíkú" csuklócsövek fejlesztése, amelyek egymástól függetlenül képesek két merőleges síkban elhajolni a huzalhúzás kombinációi révén; "biológiai perisztaltikus" struktúrák feltárása a bélperisztaltikus hullámok szimulálására az önhajtás érdekében. 2028-ban intelligens csuklópántcsöveket vezetünk be "tapintható visszacsatolás"-al, amelyek érzékelik a szöveti érintkezési erőt a száloptikás rácsérzékelőkön keresztül, és visszaadják az információt a kezelőkarba. Tovább tekintve a 4D nyomtatáson alapuló "növekedési típusú" struktúrák válnak lehetővé. A műszerek adaptívan változtathatják alakjukat a testben az anatómiai környezetnek megfelelően, igazi "intelligens alkalmazkodást" érve el, forradalmi változásokat hozva a természetes üreges műtétekbe.