Pomiar małych ruchów igły i strzykawki

Moje pytanie dotyczy sposobu pomiaru bardzo małych ruchów igły i strzykawki podczas wstrzykiwania. Kiedy lekarze wstrzykują znieczulenie miejscowe, zawsze najpierw aspirują (odsysają), aby upewnić się, że nie znajdują się w naczyniu krwionośnym. Uważam, szczególnie jeśli aspiracja odbywa się jedną ręką, że zmiana kierunku sił na kombinację igły / strzykawki podczas aspiracji powoduje znaczny ruch końca igły - prawdopodobnie o kilka mm - co neguje cel aspiracji w pierwsze miejsce.

Chcę zrobić badanie in vitro, w którym mam kombinację igły i strzykawki i wstrzykuję kawałek mięsa lub podobny - a następnie zachęcam ochotników do aspiracji / wstrzyknięcia w 3 okolicznościach:

1. ustabilizować drugą ręką i wstrzyknąć bezpośrednio
2. ustabilizować drugą ręką, odessać, a następnie wstrzyknąć
3. odessać jedną ręką, a następnie wstrzyknąć

Uderzyłem w blok pod względem metody pomiaru tych ruchów końcówki igły do ​​około 0,1 mm. Pomyślałem, że akcelerometr może być dobrym rozwiązaniem, ale nie znalazłem niczego na tyle małego, aby można go było zamontować na końcu igły.

Jedynym innym sposobem, w jaki o tym pomyślałem, było użycie kamery zamontowanej z boku na końcu igły, która wystawałaby przez jakąś sztuczną „skórę”, a następnie miałaby skalibrowaną siatkę do pomiaru odległości.

Akcelerometr jest zdecydowanie poza poziomem hałasu.

Mechaniczny system ramienia, choć potencjalnie wystarczająco dokładny, może równie dobrze wpłynąć na scenariusz iniekcji, aby Twoje wyniki były bez znaczenia. Podejrzewam, że uczeń walczący o kontrolę pozycji małej strzykawki byłby rozproszony przez duże ramię pomiarowe, bez względu na to, jak dobrze wyważone i małe tarcie.

$^*$

Oznaczenie strzykawki na obu końcach cylindra powinno być możliwe za pomocą markerów odniesienia. Rozdzielczość, którą można osiągnąć, jest ograniczona optyką do kierowania wielu kamer na cel. Jeśli miejsce testowe jest małe, a lokalizacja dobrze określona, ​​możesz użyć optyki zoomu, aby obraz wypełnił znaczną część ramki. Kamery HD i subpikselowa lokalizacja fiduciali przez coś takiego jak OpenCV powinny umożliwić osiągnięcie docelowej rozdzielczości.

$^*$

Oderwałbym się od akcelerometru. Uzyskanie przesunięcia z akcelerometru oznacza dwukrotne zintegrowanie - jeden raz, aby uzyskać prędkość, i jeszcze raz, aby uzyskać pozycję. Oznacza to, że błędy kumulują się. Ponadto akcelerometr musiałby być przymocowany do igły, i prawdopodobnie lepiej byłoby użyć igły i strzykawki, które wyglądają i czują się jak najbardziej normalnie dla ochotnika.

Pomysł z aparatem brzmi dla mnie lepiej. Prawdopodobnie chcesz zmierzyć wszystkie osie ruchu igły i strzykawki - czyli wszystkie trzy kierunki ruchu i wszystkie trzy kierunki obrotu. Powinieneś być w stanie to zrobić dość łatwo dzięki dwóm kamerom, z których jeden patrzy na powierzchnię „skóry”, a drugi patrzy w dół z góry. Umieść aparaty z dala od obiektu i użyj długiego obiektywu, który zmniejszy efekty perspektywy. Jeśli umieścisz kilka jaskrawo kolorowych kropek na pomalowanej na czarno strzykawce, dość łatwo będzie je wyśledzić na filmie za pomocą czegoś takiego jak ImageJ i wtyczka śledząca. Następnie można użyć ruchu tych punktów, aby zrekonstruować ruch całej strzykawki.

Pamiętaj, że przygotowanie tego badania będzie wielką sprawą. Właściwe oprzyrządowanie będzie studium samo w sobie. Sugeruję przeglądanie Medline lub Google Scholar przez kilka dni, aby sprawdzić, czy ktoś zrobił coś podobnego. Przejrzyj artykuły, które przeczytałeś i które prowadzą cię do tego obszaru badań w celu uzyskania wskazówek.

Osobiście szukałbym obrazowania ultrasonograficznego, aby powiedzieć ci, co musisz wiedzieć. Podejrzewam, że tak właśnie anestezjolog zwykle kieruje igłami, a gdyby końcówka poruszała się za bardzo podczas aspiracji, prawdopodobnie już to wiedzą.

Nie lubię wiadomości typu „google is your friend”, ale dodam, że wyszukiwanie „pomiaru ruchu igły” w google scholar daje mnóstwo trafień, a pierwsze trafienie rzeczywiście wskazuje na ultradźwięki: http: / /scitation.aip.org/content/aapm/journal/medphys/33/8/10.1118/1.2218061

Sprzeciwiam się, że jedynymi środkami były optyczne lub stałe mocowanie do systemu pomiarowego. Proponuję inne podejście:

Wykrywanie rezystancyjne

Obok naczynia krwionośnego przymocuj pasek z szeregiem elektrod. Na strzykawkę przykładane jest małe napięcie. Po kalibracji i opracowaniu dobrego algorytmu myślę, że możliwe jest dokładne określenie położenia końcówki igły poprzez analizę zmiany prądu / napięcia na różnych elektrodach. Aby utrzymać niskie efekty fizjologiczne, możesz użyć napięć RF powyżej 300 kHz. Pozwala to również na ocenę fazy zwiększającej niezawodność tej metody.

wada: obszar, w którym należy przeprowadzić badanie, może być zasłonięty przez pasek.

wykrywanie indukcyjne

Obrazowanie szeregu czujników indukcyjnych umieszczonych w pobliżu naczynia krwionośnego. Powinny być w stanie dostarczyć dane 3D igły.

Oba podejścia wymagają obszernych prac rozwojowych. Chociaż rezultatem może być system zdolny w ogóle do zastąpienia procesu aspiracji.

Istnieje wiele potencjalnych metod.
Udoskonalenie problemu zwiększy szanse na znalezienie dobrego systemu.

Jeżeli ruch igły jest związany z celem (mięso, osoba itp.), A więc długość siatki igły wewnątrz celu jest różna, wówczas pomiar oporu (DC, AC, ...) igły do ​​ścieżki celu może umożliwić wykrycie ruchu. Wartość bezwzględna prawie na pewno nie będzie dokładnie powtarzalna między „przebiegami”, ale ruch delta powinien być możliwy do zaobserwowania przy bardzo małych ruchach.

Jeżeli przejście igły względem powierzchni docelowej nastąpi podczas cofania, wówczas czujnik, który mierzy bezwzględne położenie igły względem płaszczyzny docelowej w punkcie wejścia, można osiągnąć różnymi sposobami. Jedną z kilku jest umieszczenie „dysku na igle blisko powierzchni i pomiar zmiany pojemności - niewielki w wartościach bezwzględnych, ale możliwy do wykonania.

Jeśli symulator wtrysku może być nieco nierealistyczny z wyglądu przy dokładnym modelowaniu kluczowych wymaganych działań, możesz telemetrować ruch w komórkach hali lub czujnikach i magnesach GMR, czujnikach LVDT, sprzężeniach mechanicznych, ...

tzn. wydaje się, że chodzi przede wszystkim o dokładne zrozumienie drobnych szczegółów dokładnie tego, co chcesz zmierzyć, a następnie podłączenie do niego jednego z wielu czujników.

Nie sądzę, aby w twoim poście było pytanie dotyczące projektu elektrycznego, ale myślę, że szukasz 6-osiowej maszyny do pomiaru współrzędnych. To jak znane 6-osiowe roboty stosowane w produkcji samochodów, ale nie ma silników - tylko enkodery do odczytu pozycji.

Rysunek 1. 6-osiowy system pomiaru współrzędnych Mitutoyo z ramieniem obrotowym Apex Series .

Nie przeczytałem dokumentu, ale potrzebujesz czegoś z luźnymi stawami, aby urządzenie pomiarowe nie stabilizowało igły ani nie dodawało żadnej bezwładności do operacji.

Czujniki do rozważenia: LVDT, tensometr, piezo. Wykrywanie wszystkich z nich musiałoby być wykonane na końcu mocowania igły, a nie na końcu. Zakładam, że możesz zmodyfikować swoją „igłę testową” za pomocą tego oprzyrządowania ... wewnątrz korpusu igły (części trzymanej w ręku) powinno być wystarczająco dużo miejsca, aby pomieścić takie czujniki. Montaż mechaniczny i sprzęganie tych czujników nie są tematami właściwymi dla tej witryny.
Spośród nich czujniki LVDT są bardzo solidne i mogą być nieprzepuszczalne dla środowiska ciekłego. I wiele z nich ma doskonałą czułość. Jeden z wielu przykładów: http://www.disensors.com/downloads/products/MHR%20Miniature%20LVDT_521.pdf