Kunngjøring av resultater

Vi har revolusjonerende introdusert en ny type toveis hengselrør basert på "sammenlåsende puslespill"-strukturen, og oppnår en perfekt enhet av presis enkelt-plansavbøyning og høy bøyemotstand. Denne designen, gjennom et unikt laser-kuttemønster, begrenser bøyebevegelsen til et enkelt plan (opp/ned retning), samtidig som aksial skyvekraft og 1:1 dreiemomentoverføring opprettholdes. Gjennom biomekanisk testing når avbøyningsvinkelnøyaktigheten til det nye hengselrøret ±0,3 grader, den aksiale kompresjonsstivheten økes med 40 %, og torsjonsstivheten økes med 35 %. Dette gir et enestående nivå av kontrollnøyaktighet for komplekse intrakavitære operasjoner.

Forskning og utvikling Bakgrunnsutfordringer

Den tradisjonelle hengselrørdesignen har tre store strukturelle feil: For det første er det problemet med kobling med flere-grader-av-frihet. De fleste hengselrør viser unødvendige sidebevegelser og rotasjoner under bøyning, noe som gjør kontrollen uforutsigbar. For det andre er det en motsetning mellom aksial stivhet og bøyefleksibilitet. Økt fleksibilitet ofrer nødvendigvis overføringskapasiteten for skyvekraft og dreiemoment. For det tredje oppstår tretthetssvikt på grunn av stresskonsentrasjon. Det tradisjonelle skjæremønsteret danner spenningskonsentrasjonspunkter ved leddene, og blir opphavet til utmattelsessprekker. Teknisk analyse viser at det tradisjonelle spiral-hengselrøret genererer en sidesving på opptil 15 grader under bøyning, og når den opererer i det fine anatomiske området, kan det avvike fra målet med 3-5 millimeter. Finite element-simulering indikerer at spenningskonsentrasjonskoeffisienten for den tradisjonelle designen er 3,2-4,5, mens den nye sammenlåsende designen kan reduseres til 1,8-2,2.

Kjerneteknologisk innovasjon

1. Bionic sammenlåsende puslespillstruktur:Inspirert av fasettleddene til den menneskelige ryggraden ble det designet et to-sammenlåsende puslespill-lignende skjæremønster. Hver leddenhet er sammensatt vekselvis av konvekse og konkave strukturer, med den konvekse delen innebygd i den konkave delen for å danne mekanisk sammenlåsing. Denne utformingen begrenser bevegelse til et enkelt plan mens stress spres gjennom overflatekontakt, og reduserer spenningskonsentrasjonskoeffisienten med 55 %. Leddgapet er nøyaktig kontrollert ved 15 ± 1 mikrometer, noe som sikrer jevn og uhindret bevegelse.
2. Variabel stivhetsgradientdesign:En stivhetsgradient er utformet langs lengden av røret. Det proksimale segmentet bruker et mønster med høy-stivhet (lav fugetetthet og stor veggtykkelse), som gir skyve- og dreiemomentoverføring; midtsegmentet bruker et middels-stivhetsmønster, balanserende kontroll og støtte; det distale segmentet bruker et høy-fleksibilitetsmønster (høy leddtetthet og liten veggtykkelse), og oppnår stor-vinkelavbøyning. Gjennom parametrisk modellering for å optimalisere stivhetsfordelingen, opprettholder enheten den optimale formen når den passerer gjennom den buede anatomiske banen.
3. Integrerte ledningsføringskanaler:En dedikert ledningsføringskanal er utformet på innsiden av rørveggen, dannet ved laserskjæring i en semi-lukket styreskinne. Den indre overflaten av kanalen er spesielt polert (Ra mindre enn eller lik 0,05 mikrometer), noe som reduserer trådfriksjonen. Tverrsnittet av kanalen er optimalisert til å være elliptisk-, og danner linjekontakt i stedet for punktkontakt med den sirkulære ledningen, noe som reduserer friksjonskoeffisienten fra 0,15 til 0,08. Føringskanalen sikrer at ledningen alltid beveger seg langs den forhåndsinnstilte banen, og eliminerer sideavvik.

Virkningsmekanisme

Kjernen i innovativ strukturell design ligger i "frakobling og optimalisering". Når det gjelder kinematisk frakobling, eliminerer den sammenlåsende puslespillstrukturen laterale frihetsgrader gjennom geometriske begrensninger, noe som muliggjør ren plan bevegelse; når ledningen strammes, låses de konvekse og konkave strukturene sammen, og danner en stiv forbindelse, som overfører skyvekraft og dreiemoment. Når det gjelder mekanisk optimalisering, gjør den variable stivhetsdesignen det mulig for instrumentet å tilpasse seg kravene til ulike anatomiske segmenter: i det rette segmentet (som det midtre segmentet av urinlederen) kreves det høy stivhet for å opprettholde formstabiliteten; i det buede segmentet (som nyrebekkenet-ureterovergangen) er det nødvendig med passende fleksibilitet for å tilpasse anatomien; i målområdet (som nyrebegeret) kreves høy fleksibilitet for å oppnå stor-vinkelavbøyning. Når det gjelder væskedynamikk, reduserer det optimaliserte skjæremønsteret strømningsmotstanden, med en 25 % økning i strømningshastigheten under perfusjonsforhold og forbedret visuell klarhet.

Effektverifisering

I de anatomiske simuleringsmodellene presterte den nye typen hengselrør eksepsjonelt godt: i simuleringsuretermodellen økte suksessraten for instrumentet som passerte gjennom den buede seksjonen fra 82 % til 98 %; i simuleringshjertemodellen ble tiden for kateteret å nå målpunktet forkortet med 35 %; avviksnøyaktighetstesten viste at avviket mellom den beordrede vinkelen og den faktiske vinkelen var bare 0.2 - 0.5 grader, og repeterbarhetsnøyaktigheten nådde 0,1 grad. I tretthetstesten, under betingelser med ±90 graders bøyning og 3Hz, hadde den nye designen en levetid på 750 000 sykluser, som var 2,5 ganger den tradisjonelle designen. Den multisenter kliniske studien viste at ved perkutan nefrolitotomi økte frekvensen av nyrebegerinntrengning fra 76 % til 92 %; i prostata laser enucleation, vev reseksjon effektiviteten økte med 30%; ved atrieflimmerablasjonskirurgi økte stabiliteten av kateterets adhesjon til vevet med 40 %. Undersøkelsen av legers operasjonelle erfaring viste at 93 % av kirurgene mente at det nye designet forbedret kontrollnøyaktigheten og forutsigbarheten.

Forsknings- og utviklingsstrategi og filosofi

Vi tar til orde for det innovative konseptet "struktur tjener funksjon, design stammer fra klinisk praksis", og har etablert et CDIO (Clinical Demand - Design - Implementation - Operation) lukket-R&D-system. I det kliniske etterspørselsstadiet, gjennom kirurgisk videoanalyse og legeintervjuer, ble 128 viktige etterspørselspunkter hentet ut; i designstadiet ble topologioptimalisering og generativ design tatt i bruk for å finne den optimale strukturen under funksjonelle begrensninger; i implementeringsstadiet ble raske prototyping-iterasjoner utført gjennom additiv produksjon, med hver designsyklus forkortet til 2 uker; i operasjonsfasen ble det etablert en klinisk tilbakemeldingsdatabase for kontinuerlig å optimalisere designet. Vi har etablert partnerskap med 23 toppmedisinske sentre over hele verden, og samler inn over 500 kirurgiske data hvert år for å drive produktiterasjoner. Samtidig har vi utviklet en virtuell testplattform basert på endelige elementer, som kan forutsi produktytelse før produksjon, noe som reduserer fysisk testing med 70 %.

Fremtidsutsikter

Den strukturelle designen vil utvikle seg mot intelligens, tilpasningsevne og personalisering. Vi utvikler hengselrør med «variabel stivhet», som kan oppnå sanntidsjustering av stivhet under operasjonen gjennom elektroaktive materialer eller formminnelegeringer; utvikle "fler-plan" hengselrør, som uavhengig kan avbøyes i to ortogonale plan gjennom trådtrekkekombinasjoner; utforske "biologiske peristaltiske" strukturer for å simulere intestinale peristaltiske bølger for selv-fremdrift. I 2028 vil vi lansere intelligente hengselrør med "taktil tilbakemelding", som kan registrere vevskontaktkraft gjennom fiberoptiske gittersensorer og føre informasjonen tilbake til betjeningshåndtaket. Ser vi lenger fremover, basert på 4D-utskrift, vil strukturer av «vekst-type» bli mulig. Instrumentene kan adaptivt endre formene sine i kroppen i henhold til det anatomiske miljøet, og oppnå ekte "intelligent tilpasning", noe som gir revolusjonerende endringer i naturlige hulromsoperasjoner.