Annonce des résultats

La conception innovante en forme de fente-permet un contrôle mécanique précis du tuyau inférieur semi-rigide. Nous avons révolutionnairement introduit un nouveau type de tube inférieur semi-rigide en forme de fente-semi-basé sur la structure composite d'une « rainure hélicoïdale à pas variable » et de « nervures de renforcement imbriquées », permettant d'obtenir l'équilibre optimal entre flexibilité en flexion et rigidité axiale. Grâce au calcul précis du motif de rainure, le changement de gradient de la rigidité en flexion est contrôlé dans les 5 %, la rigidité en compression axiale est augmentée de 45 % et la rigidité en torsion est améliorée de 38 %. Grâce aux tests biomécaniques, la prévisibilité du rayon de courbure du nouveau tube inférieur atteint 98 % et il peut revenir à un contour droit en 0,1 seconde après le relâchement de la charge, offrant un niveau de contrôle précis sans précédent pour la navigation sur des chemins anatomiques complexes.

Défis de base en matière de recherche et de développement

La conception traditionnelle des fentes présente trois défauts structurels majeurs : Premièrement, l’imprévisibilité des propriétés mécaniques. La plupart des conceptions sont basées sur des formules empiriques et les paramètres de la fente (largeur, profondeur, pas) ont une relation peu claire avec les propriétés mécaniques (rigidité en flexion, rigidité en torsion, rigidité axiale), ce qui entraîne une fluctuation des performances allant jusqu'à ± 20 % entre les lots ; Deuxièmement, la concentration locale du stress. Les fentes traditionnelles à pas égal-ont une répartition inégale des contraintes lorsqu'elles sont pliées, et des pics de contrainte se forment aux extrémités des fentes, devenant ainsi l'origine de fissures de fatigue ; Troisièmement, la fonctionnalité unique. Il est difficile pour le même type de fente de répondre simultanément aux multiples exigences de force d'injection, de transmission de couple et de flexibilité de flexion. L'analyse par éléments finis montre que la conception traditionnelle des fentes hélicoïdales génère un facteur de concentration de contraintes allant jusqu'à 4,5 fois lorsqu'elle est pliée, tandis que la nouvelle conception composite peut être réduite à moins de 2,2. Les retours cliniques indiquent que l'incidence des « nouages » du dispositif dus à une conception déraisonnable des fentes est d'environ 7 % et que le taux d'échec lors du fonctionnement dans des vaisseaux sanguins tortueux est multiplié par trois.

Innovation technologique de base

• Algorithme d'optimisation de topologie paramétrique :Développez une plate-forme de conception intelligente basée sur l'analyse par éléments finis et un algorithme génétique, saisissez les propriétés mécaniques cibles (plage de rigidité en flexion, rigidité en torsion, rigidité axiale) et l'algorithme optimise automatiquement les paramètres de fente. La plate-forme contient 127 variables de conception (largeur de fente, profondeur de fente, pas, angle, forme, etc.) et grâce à une optimisation multi-objectif, elle trouve la solution optimale de Pareto. Le cycle de conception est raccourci des 4 à 6 semaines traditionnelles à 3 à 5 jours, et le taux de précision des prévisions de performances est supérieur à 95 %.
• Conception de fente à gradient de pas variable :Concevez de manière innovante le pas et la profondeur de la fente qui varient sur la longueur du tuyau. La section proximale (section d'insertion) adopte un pas important (2-3 mm) et une faible profondeur de fente (30 % de l'épaisseur de la paroi), offrant une rigidité axiale et une transmission de couple élevées ; la section centrale (section de transition) adopte un pas moyen (1-2 mm) et une profondeur de fente moyenne (50 % de l'épaisseur de paroi), équilibrant la force d'injection et la flexibilité de flexion ; la section distale (section de travail) adopte un petit pas (0,5-1 mm) et une profondeur de fente profonde (70 % de l'épaisseur de la paroi), permettant une déviation à grand angle. Grâce au changement de gradient, la répartition des contraintes est plus uniforme et la contrainte maximale est réduite de 60 %.
• Structure de renfort bionique emboîtable :Inspiré par les facettes articulaires de la colonne vertébrale humaine, concevez des micro-nervures de renforcement imbriquées entre les fentes. Les nervures de renfort ont une hauteur de 10 à 15 % de l'épaisseur de la paroi et une largeur de 20 à 30 % de la largeur de la fente, formant un verrouillage mécanique. Lorsque le tuyau se plie, les nervures de renfort se touchent pour partager la charge et éviter une déformation excessive ; lorsqu'il revient en position droite, les nervures de renfort s'écartent sans affecter la reprise élastique. Cette conception augmente la rigidité en torsion de 35 % tout en conservant la flexibilité en flexion.

Mécanisme d'action

Le cœur de la conception innovante des fentes réside dans « le découplage et l’optimisation mécaniques ». Au niveau de la mécanique de flexion, la conception à pas variable permet d'obtenir une répartition du gradient de rigidité : l'extrémité proximale à haute rigidité assure la transmission efficace de la force d'injection, évitant ainsi « l'effet de chaîne de poussée » ; l'extrémité distale à haute flexibilité s'adapte aux courbures anatomiques complexes, le rayon de courbure minimum atteignant 1,5 fois le diamètre du tuyau. Au niveau de la mécanique de torsion, les nervures de renforcement imbriquées forment un chemin de transmission de couple. Lorsque l'extrémité proximale tourne, les surfaces inclinées des nervures de renforcement entrent en contact, générant une force tangentielle, permettant une transmission de couple de 1:1, avec un angle de décalage inférieur à 1 degré. Au niveau de la mécanique de fatigue, le rayon de courbure optimisé de l'extrémité de la fente (R0,05-0,1 mm) et la répartition des contraintes sont optimisés, réduisant le coefficient de concentration de contraintes de 3,5-4,5 pour la conception traditionnelle à 2,0-2,5 et augmentant la durée de vie en fatigue de 3 à 4 fois. La simulation informatique de la dynamique des fluides montre que le type de fente optimisé réduit la résistance à l'écoulement, la vitesse d'écoulement augmentant de 30 % dans des conditions de perfusion, et la clarté du champ de vision est améliorée.

Vérification de l'efficacité

Dans le modèle anatomique de simulation, le nouveau cathéter de type fente-a fonctionné exceptionnellement bien : dans le modèle de simulation du segment de siphon de l'artère carotide interne, le taux de réussite de l'instrument passant à travers la section incurvée a augmenté de 85 % à 99 % ; dans le modèle de simulation de l'artère coronaire descendante antérieure gauche, le temps d'arrivée du cathéter a été raccourci de 40 % ; le test de rigidité en flexion a montré que le degré linéaire du gradient de rigidité R² était supérieur à 0,99 et que l'erreur de prédiction de l'angle de flexion était inférieure à 2 %. Lors du test de fatigue, dans des conditions de flexion de ±90 degrés et de 4 Hz, la nouvelle conception avait une durée de vie de 1,5 million de cycles, soit trois fois celle de la conception traditionnelle. Des études cliniques multicentriques ont montré que dans les chirurgies neurointerventionnelles, l'incidence de torsion du microcathéter dans les vaisseaux sanguins tortueux a diminué de 6,8 % à 0,9 % ; dans les chirurgies de néphrolithotomie percutanée, l'efficacité de la force d'injection de l'instrument a augmenté de 42 % ; dans les chirurgies d'ablation par fibrillation auriculaire, la stabilité du contact du cathéter avec les tissus a augmenté de 35 %. Les enquêtes sur l'expérience des médecins en matière d'opérations ont indiqué que 94 % des chirurgiens pensaient que la nouvelle conception améliorait la précision et la prévisibilité du contrôle, et que la courbe d'apprentissage était raccourcie de 50 %.

Stratégie et philosophie de recherche et développement

Nous préconisons le concept innovant selon lequel « la structure sert la fonction, la conception provient de la pratique clinique » et établissons un système de R&D en boucle fermée CDIO (Clinical Demand - Design - Implementation - Operation). Au stade de la demande clinique, grâce à l'analyse vidéo chirurgicale et aux entretiens avec des médecins, 156 points de demande clés ont été extraits et quantifiés en 23 paramètres d'ingénierie ; au stade de la conception, l'optimisation de la topologie et la conception générative ont été adoptées pour trouver la structure optimale sous des contraintes fonctionnelles ; lors de la phase de mise en œuvre, des itérations de prototypage rapide via la fabrication additive ont été réalisées, réduisant chaque cycle de conception à 2 semaines ; au cours de la phase opérationnelle, une base de données de retours cliniques a été créée, collectant plus de 800 données chirurgicales chaque année, pilotant l'itération du produit. Nous avons établi des partenariats avec 28 centres médicaux de premier plan dans le monde, formant un mécanisme de rétroaction bidirectionnelle -d'« ingénierie clinique ». Parallèlement, nous avons développé une plateforme de tests virtuels basée sur des éléments finis, capable de prédire les performances du produit avant la production, réduisant ainsi les tests physiques de 75 %.

Perspectives d'avenir

La conception des machines à sous évoluera vers l'intelligence, l'adaptabilité et la multifonctionnalité-. Nous développons des fentes à « rigidité variable », qui peuvent permettre un ajustement de la rigidité en temps réel- pendant l'opération grâce à des alliages à mémoire de forme ou des polymères électroactifs ; développer des fentes « multi-modes », qui peuvent être déviées indépendamment dans plusieurs plans grâce au contrôle de combinaison de fils ; explorer les fentes « à fluide-entraînées », qui peuvent modifier la géométrie de la fente par pression hydraulique ou pneumatique pour obtenir une manipulation sans -fil. En 2028, nous lancerons des tubes inférieurs intelligents dotés d'une « perception mécanique », capables de surveiller la répartition des contraintes en temps réel à l'aide de capteurs à réseau à fibre optique et de renvoyer les informations à la poignée de commande pour obtenir un contrôle par retour de force. À plus long terme, grâce à l'impression 4D, des créneaux de type "croissance-deviendront possibles. Les instruments peuvent modifier de manière adaptative les paramètres des fentes en fonction de l'environnement anatomique du corps, réalisant ainsi une véritable « adaptation intelligente », apportant des changements révolutionnaires aux chirurgies des orifices naturels.