Измерение небольших движений иглы и шприца

Мой вопрос заключается в том, как измерить очень маленькие движения иглы и шприца при инъекции. Когда врачи вводят местную анестезию, они всегда сначала отсасывают (откачивают), чтобы убедиться, что они не находятся в кровеносном сосуде. Мое утверждение, особенно если аспирация выполняется одной рукой, заключается в том, что изменение направления усилий на комбинации игла / шприц во время аспирации вызывает значительное перемещение конца иглы - возможно, несколько мм - что сводит на нет цель аспирации в первое место.

Я хочу провести исследование in vitro, в котором я использую комбинацию иглы и шприца и делаю инъекцию в кусочек мяса или что-то подобное, а затем заставляю добровольцев аспирировать / вводить инъекцию при 3 обстоятельствах:

1. стабилизировать с другой стороны и вводить напрямую
2. стабилизировать с другой стороны, аспирировать и затем ввести
3. аспирировать одной рукой, а затем ввести

Я ударил блок с точки зрения нахождения метода измерения этих движений кончика иглы до, возможно, 0,1 мм. Я думал, что акселерометр мог бы быть способом, но не нашел ничего достаточно маленького, чтобы быть установленным на наконечнике иглы.

Единственный другой способ, которым я думал об этом, - это использовать камеру, установленную на кончике иглы, которая будет проходить через какую-то искусственную «кожу», а затем калибровать сетку для измерения перемещаемого расстояния.

Акселерометр определенно с точки зрения шума.

Система механических рычагов, хотя и потенциально достаточно точная, может достаточно влиять на сценарий инъекции, чтобы сделать ваши результаты бессмысленными. Я подозреваю, что студент, изо всех сил пытающийся контролировать положение маленького шприца, будет отвлечен большой измерительной рукой, независимо от того, насколько хорошо сбалансирован и низкий коэффициент трения.

$^*$

Должна быть возможность пометить шприц на обоих концах цилиндра фидуциальными маркерами. Разрешение, которое вы можете достичь, ограничено оптикой для наведения нескольких камер на цель. Если тестовый участок небольшой и местоположение четко определено, то вы можете использовать зум-оптику, чтобы изображение заполняло значительную часть кадра. HD-камеры и субпиксельное расположение опорных точек через что-то вроде OpenCV должны сделать ваше целевое разрешение достижимым.

$^*$

Я бы отклонился от акселерометра. Получить смещение от акселерометра - значит интегрировать дважды - один раз, чтобы получить скорость, и снова, чтобы получить положение. Это означает, что ошибки имеют тенденцию накапливаться. Кроме того, акселерометр должен быть прикреплен к игле, и, вероятно, было бы лучше использовать иглу и шприц, который выглядит и чувствует себя как можно более нормально для добровольца.

Идея с камерой звучит лучше для меня. Вы, вероятно, хотите измерить все оси движения иглы и шприца - так что все три направления движения и все три направления вращения. Вы должны быть в состоянии сделать это довольно легко с двумя камерами, одна смотрит на поверхность «кожи», а другая смотрит сверху вниз. Расположите камеры на достаточном расстоянии от объекта и используйте длинный объектив, который уменьшит эффект перспективы. Если вы поместите несколько ярких точек на шприц, окрашенный в черный цвет, будет довольно легко отследить их в видео, используя что-то вроде ImageJ и плагин для отслеживания. Затем вы можете использовать движение этих точек, чтобы восстановить движение всего шприца.

Обратите внимание, что организация этого исследования будет иметь большое значение. Получение правильного инструментария само по себе будет изучением. Я предлагаю в течение нескольких дней просмотреть Medline или Google Scholar, чтобы узнать, не делал ли кто-нибудь что-либо подобное. Посмотрите на документы, которые вы прочитали, которые приведут вас к этой области исследований для руководства.

Лично я бы посмотрел на ультразвуковое исследование, чтобы рассказать вам, что вам нужно знать. На самом деле, я подозреваю, что именно так анестезиологи обычно направляют иглы, и если бы кончик слишком сильно двигался во время аспирации, они, вероятно, уже знали бы это.

Мне не нравятся сообщения типа «google is your friend», но я добавлю, что поиск «измерения движения иглы» в google scholar дает массу попаданий, и первый удар для меня действительно указывает на ультразвук: http: / /scitation.aip.org/content/aapm/journal/medphys/33/8/10.1118/1.2218061

Я возражаю, что единственным средством было оптическое или фиксированное крепление к измерительной системе. Я предлагаю другой подход:

Резистивное зондирование

Рядом с кровеносным сосудом прикрепляют полоску с массивом электродов. На шприц подается небольшое напряжение. После калибровки и разработки хорошего алгоритма я думаю, что можно точно определить положение кончика иглы, анализируя изменение тока / напряжения на разных электродах. Для поддержания низкого физиологического эффекта вы можете использовать высокочастотные напряжения выше 300 кГц. Это также позволяет оценить этап повышения надежности этого метода.

Недостаток: область, где должно проводиться испытание, может быть закрыта полосой.

индуктивное зондирование

Визуализация ряда индуктивных датчиков, расположенных в непосредственной близости от кровеносного сосуда. Они должны быть в состоянии доставить трехмерные данные иглы.

Оба подхода включают в себя обширную работу по разработке. Хотя результатом может быть система, способная заменить процесс аспирации вообще.

Есть много потенциальных методов.
Уточнение проблемы увеличит шансы найти хорошую систему.

Если движение иглы относительно цели (мясо, человек и т. Д.) Так, что чистая длина иглы внутри мишени изменяется, то измерение сопротивления (DC, AC, ...) иглы к траектории цели может позволить обнаружить движение. Абсолютное значение почти наверняка не будет точно повторяться между «прогонами», но дельта-движение должно наблюдаться при очень небольших движениях.

Если прохождение иглы относительно поверхности мишени происходит во время обратного хода, тогда датчик, который измеряет абсолютное положение иглы относительно плоскости мишени в точке входа, может быть достигнут различными способами. Один из нескольких заключается в том, чтобы иметь «диск» на игле рядом с поверхностью и измерять изменение емкости - маленькое в абсолютном выражении, но выполнимое.

Если симулятор впрыска может быть несколько нереалистичным по внешнему виду при точном моделировании ключевых требуемых действий, вы можете телеметрировать движение в клетках зала или датчиках и магнитах GMR, датчиках LVDT, механических соединениях, ....

то есть кажется, что в основном нужно понять мелкие детали того, что именно вы хотите измерить, и затем подключить к нему один из нескольких датчиков.

Я не думаю, что в вашем посте есть вопрос о дизайне электрооборудования, но я думаю, что вы ищете 6-осевую машину для измерения координат. Это похоже на знакомые 6-осевые роботы, используемые в автомобилестроении, но у них нет двигателей - только датчики для считывания положения.

Рис. 1. 6-осевая система координат с 6- осевым координатным приводом Apex серии Mitutoyo .

Я не читал документ, но вам нужно что-то со свободными соединениями, чтобы измерительное устройство не стабилизировало иглу и не добавляло инерции к операции.

Датчики для рассмотрения: LVDT, тензодатчик, пьезо. Обнаружение всего этого должно быть сделано на конце иглы, а не на конце. Я предполагаю, что вы можете модифицировать свою «испытательную иглу» с помощью этой аппаратуры ... должно быть достаточно места внутри корпуса иглы (ручная часть) для размещения датчиков, подобных этому. Механический монтаж и соединение этих датчиков не являются темами, подходящими для этого сайта.
Из них датчики LVDT очень прочны и могут быть непроницаемы для жидкой среды. И многие имеют отличную чувствительность. Пример один из многих: http://www.disensors.com/downloads/products/MHR%20Miniature%20LVDT_521.pdf