Công bố chính thức thành tích

Với tư cách là người xác định các công nghệ cốt lõi cho kim Chiba, lần đầu tiên chúng tôi xây dựng một cách có hệ thống linh hồn xác định hiệu suất đâm thủng của chúng - hình dạng của đầu vát. Thông qua các mô phỏng cơ sinh học tính toán và hàng chục nghìn thí nghiệm chọc thủng mô trong ống nghiệm, chúng tôi đã tối ưu hóa chính xác sự kết hợp tối ưu củabán kính chuyển tiếp đường cong cạnh cắt góc xiênphù hợp với các loại mô khác nhau (ví dụ: gan, tuyến tụy, tuyến giáp) và mục đích đâm thủng. Công nghệ mài vát tiến bộ ba vùng của chúng tôi cách mạng hóa vát góc đơn thông thường thành một cấu trúc hình học thông minh có các chức năng xuyên thấu chính xác, tách mịn và đi qua có lực cản thấp, đẩy khả năng kiểm soát đâm thủng và chấn thương mô xuống giới hạn lý thuyết.

Bối cảnh R&D và những điểm yếu chính

Hiệu suất đâm thủng của kim Chiba không chỉ được xác định bằng độ sắc bén. Các thiết kế vát một góc truyền thống (thường là 15 độ –30 độ) có nhiều nhược điểm. Các đầu có góc quá nhỏ (quá sắc) có xu hướng uốn cong và biến dạng khi tiếp xúc với các màng cứng như bao gan hoặc thành mạch máu, dẫn đến mô bị đẩy ra thay vì xuyên thấu. Góc quá lớn mang lại khả năng chống đâm thủng cao, đòi hỏi lực đẩy lớn hơn và tăng độ đột ngột trong quá trình thao tác. Quan trọng hơn, các cạnh cắt thô sẽ xé các sợi mô giống như cưa siêu nhỏ trong khi đâm thủng, gây ra các vết thương kênh lớn hơn đường kính kim và làm tăng nguy cơ xuất huyết và di căn khối u. Bác sĩ phẫu thuật yêu cầu đầu kim thông minh có thể cảm nhận được mật độ mô, cắt mô trơn tru thay vì xé rách và đưa ra phản hồi đột phá rõ ràng.

Đổi mới công nghệ cốt lõi

Sự đổi mới của chúng tôi coi đầu kim như một hệ thống dao mổ phẫu thuật thu nhỏ với thiết kế chức năng được khoanh vùng:

• Cấu trúc vát lũy tiến ba vùngChúng tôi chia chính xác góc xiên của đầu kim thành ba vùng chức năng.
• Vùng I (Vùng thâm nhập): Đỉnh siêu mịn được hình thành thông qua quá trình mài không đối xứng với góc đâm ban đầu cực nhỏ, chịu trách nhiệm xuyên qua bề mặt mô với áp suất tối thiểu.
• Vùng II (Vùng mở rộng cắt): Góc xiên chính tiếp theo có góc được tối ưu hóa (ví dụ: 22,5 độ cổ điển), có lưỡi cắt sử dụng đường cong vi lồi đặc biệt thay vì đường thẳng. Trong quá trình đâm thủng, đường cong này tạo ra lực cắt mịn phía sau, giúp mở rộng kênh dần dần giống như dựng một chiếc lều nhỏ lên, thay vì buộc phải tách mô.
• Vùng III (Vùng chuyển tiếp trơn): Một vòng cung chuyển tiếp bán kính lớn, trơn tru được gia công tại điểm nối của trục kim vát và trục kim trụ, đảm bảo việc đi xuyên qua thân kim một cách liền mạch sau khi xuyên hoàn toàn đầu kim và tránh cắt thứ cấp.
• Xử lý răng cưa vi mô quy mô nano cho các cạnh cắtDưới kính hiển vi có độ phóng đại cao, các cạnh cắt của chúng tôi không hoàn toàn nhẵn nhưng có các cấu trúc răng cưa vi mô quy mô nano được sắp xếp đều đặn, được hình thành thông qua các quy trình chuyên biệt. Những răng cưa siêu nhỏ này bám chặt và cắt theo hướng các bó sợi collagen hiệu quả hơn trong quá trình đâm thủng, giảm đáng kể lực đẩy dọc trục cần thiết để cắt, cho phép đâm thủng dễ dàng hơn và có thể kiểm soát được đồng thời giảm thiểu hiện tượng rách mô bên.
• Thư viện đầu kim dành riêng cho môDựa trên phân tích dữ liệu lớn, chúng tôi đã thiết lập một thư viện gồm các thông số đầu tip ưa thích cho các cơ quan đích khác nhau. Ví dụ, thiết kế có đỉnh xuyên thấu sắc nét hơn và vùng chuyển tiếp mượt mà hơn được khuyến nghị cho các vết thủng gan có nhiều mạch máu để giảm vết rách thành mạch máu; các đầu có răng cưa vi cạnh nâng cao được áp dụng cho các mô xơ dày đặc để đảm bảo tỷ lệ đâm thủng thành công.

Cơ chế hoạt động

Cơ chế cốt lõi của hình dạng đầu mũi được tối ưu hóa nằm ở việc kiểm soát và hướng dẫn giải phóng năng lượng trong quá trình tương tác giữa mô và kim. Một vết đâm lý tưởng có tính năng giải phóng năng lượng liên tục và ổn định. Đỉnh xuyên thấu và góc vát được tối ưu hóa giúp giảm lực đột phá đỉnh cao, giúp bác sĩ phẫu thuật cảm nhận được những thay đổi điện trở một cách tinh tế hơn. Các cạnh cắt cong vi lồi chuyển đổi hiệu quả lực đẩy dọc trục thành lực cắt ngang trơn tru trong quá trình tiến, tách các sợi mô với mức tiêu tán năng lượng tối thiểu thay vì ép hoặc làm đứt chúng, trực tiếp làm giảm vết thương do đè ép và vùng xuất huyết xung quanh các rãnh đâm. Các vùng chuyển tiếp trơn tru giúp loại bỏ hiệu ứng piston trong quá trình di chuyển kim, tránh hút áp suất âm hoặc ép đùn áp suất dương trong các kênh được hình thành, bảo vệ các mẫu tế bào được thu hoạch và ngăn chặn sự đùn và khuếch tán không thích hợp của các chất trong tổn thương. Răng cưa vi mô quy mô nano cải thiện hơn nữa hiệu quả sử dụng năng lượng thông qua cơ học cắt răng cưa quy mô vi mô.

Xác minh hiệu quả

Thử nghiệm lực đâm thủng bằng cách sử dụng vật liệu mô phỏng mô polyme có mật độ khác nhau cho thấy rằng các đầu mũi được tối ưu hóa của chúng tôi giảm lực đâm tối đa trung bình xuống 30% so với các thiết kế thông thường, có đường cong lực mượt mà hơn mà không giảm đột ngột nhằm nâng cao khả năng kiểm soát quy trình. Các phần bệnh học từ thí nghiệm đâm thủng gan động vật cho thấy độ rộng của vùng xuất huyết và hoại tử nghiền nát tế bào gan xung quanh các vùng thủng do đầu nhọn của chúng tôi tạo ra giảm khoảng 40%. Trong các vết chọc nhân tuyến giáp mô phỏng, siêu âm cho thấy quỹ đạo kim thẳng hơn với độ lệch ít hơn do trượt nhân tuyến giáp. Các bác sĩ phẫu thuật thường báo cáo rằng việc chọc vào nhân dễ dàng hơn, phản hồi xúc giác rõ ràng hơn và độ tin cậy cao hơn trong việc kiểm soát đường đâm.

Chiến lược và triết lý R&D

Chúng tôi tin tưởng chắc chắn:Đâm thủng là một nghệ thuật tinh tế của lực và mô, với đầu kim là nét vẽ duy nhất.Chiến lược R&D của chúng tôi giải mã triệt để chuyển động đâm thủng lâm sàng và tái tạo lại nó bằng cách sử dụng các nguyên tắc kỹ thuật bao gồm cơ học, khoa học vật liệu và động lực học chất lỏng. Đầu tư vào nền tảng mô phỏng đâm thủng tiên tiến và thiết bị cảm biến lực tần số cao, chúng tôi xác định phản hồi xúc giác tối ưu thông qua dữ liệu thay vì trải nghiệm. Chúng tôi cố gắng phát triển đầu kim Chiba từ một hình dạng hình học đơn thuần thành một giải pháp dựa trên cơ chế sinh học.

Triển vọng tương lai

Trong tương lai, chúng tôi sẽ khám phá các đầu kim có khả năng thích ứng linh hoạt và được hướng dẫn bằng hình ảnh. Các hướng nghiên cứu bao gồm phát triển các đầu nhọn có góc thay đổi bằng cách sử dụng gốm áp điện hoặc hợp kim bộ nhớ hình dạng tự động điều chỉnh hình thái góc xiên để đáp ứng với điện trở khác nhau; tích hợp các đầu dò siêu âm thu nhỏ ở các đầu để cho phép chụp ảnh mặt trước theo thời gian thực trong quá trình đâm thủng để có được hiệu suất "nhìn thấy như bạn đâm thủng" thực sự; và nghiên cứu các hiệu ứng tạo bọt có kiểm soát gây ra bởi hình dạng đầu nhọn chuyên dụng để tách mô xâm lấn tối thiểu không gây chấn thương. Tầm nhìn của chúng tôi là biến một vết đâm duy nhất bằng kim Chiba thành một quy trình can thiệp công nghệ cao tích hợp cảm biến thông minh, ra quyết định thích ứng và thực hiện chính xác.