Misurazione di piccoli movimenti di un ago e una siringa

La mia domanda è come misurare i movimenti molto piccoli di un ago e una siringa durante l'iniezione. Quando i medici iniettano anestetico locale, aspirano sempre (aspirano) prima per assicurarsi che non siano in un vaso sanguigno. La mia tesi, in particolare se l'aspirazione viene eseguita con una sola mano, è che il cambiamento di direzione delle forze sulla combinazione ago / siringa durante l'aspirazione provoca un movimento significativo dell'estremità dell'ago - probabilmente diversi mm - che nega lo scopo dell'aspirazione in il primo posto.

Voglio fare uno studio in vitro, in cui ho una combinazione di ago e siringa e iniettare in un pezzo di carne o simile - e quindi ottenere volontari per aspirare / iniettare in 3 circostanze:

1. stabilizzare con l'altra mano e iniettare direttamente
2. stabilizzare con l'altra mano, aspirare e quindi iniettare
3. aspirare con una mano e poi iniettare

Ho colpito un blocco in termini di ricerca di un metodo per misurare questi movimenti della punta dell'ago fino a forse 0,1 mm. Ho pensato che un accelerometro potesse essere la strada ma non ho trovato nulla di abbastanza piccolo da poter essere montato sulla punta dell'ago.

L'unico altro modo in cui ho pensato di farlo è stato quello di utilizzare una telecamera montata lateralmente sulla punta dell'ago che sporgerebbe attraverso una sorta di "pelle" artificiale e quindi fare calibrare un reticolo per misurare la distanza percorsa.

Un accelerometro è decisamente fuori dal punto di vista del rumore.

Un sistema a braccio meccanico, sebbene potenzialmente sufficientemente accurato, può ben influenzare lo scenario di iniezione abbastanza da rendere insignificanti i risultati. Sospetto che uno studente che lotta per controllare la posizione di una piccola siringa venga distratto da un ampio braccio di misurazione, non importa quanto ben bilanciato e basso attrito.

L'unico vero opzioni che hai sono ottiche.$^*$

Dovrebbe essere possibile contrassegnare la siringa su entrambe le estremità della canna con pennarelli fiduciali. La risoluzione che puoi ottenere è limitata dall'ottica per puntare più telecamere verso il bersaglio. Se il sito di prova è piccolo e la posizione ben definita, è possibile utilizzare l'ottica zoom per fare in modo che l'immagine riempia una parte significativa della cornice. Le telecamere HD e la posizione sub-pixel dei fiduciali tramite qualcosa come OpenCV dovrebbero rendere raggiungibile la tua risoluzione target.

$^*$ reale => basso costo, mantiene chiaro il volume di imaging ed è evidente come si otterrebbe la risoluzione. Esistono molte altre modalità, ad esempio risonanza magnetica, tomografia PET, ultrasuoni, tomografia magnetica, radiografia a raggi X, tomografia resistiva - che richiedono variamente calibrazione, sviluppo, costose apparecchiature ecc.

Vorrei errare lontano da un accelerometro. Ottenere uno spostamento da un accelerometro significa integrarsi due volte: una volta per ottenere la velocità e di nuovo per ottenere la posizione. Ciò significa che gli errori tendono ad accumularsi. Inoltre, l'accelerometro dovrebbe essere attaccato all'ago e probabilmente sarebbe meglio usare un ago e una siringa che appaiano e si sentano il più normali possibile per il volontario.

L'idea con la fotocamera mi suona meglio. Probabilmente vuoi misurare tutti gli assi di movimento dell'ago e della siringa, quindi tutte e tre le direzioni di movimento e tutte e tre le direzioni di rotazione. Dovresti essere in grado di farlo abbastanza facilmente con due telecamere, una che guarda attraverso la superficie della "pelle" e l'altra che guarda dall'alto in basso. Metti le fotocamere ben lontane dal soggetto e usa un obiettivo lungo, che ridurrà gli effetti di prospettiva. Se metti alcuni punti dai colori vivaci su una siringa dipinta di nero, sarà abbastanza facile seguirli in un video usando qualcosa come ImageJ e un plugin di tracciamento. È quindi possibile utilizzare il movimento di quei punti per ricostruire il movimento dell'intera siringa.

Si noti che la creazione di questo studio sarà un grosso problema. Ottenere la strumentazione giusta sarà uno studio in sé e per sé. Suggerisco di esaminare Medline o Google Scholar per alcuni giorni per vedere se qualcuno ha fatto qualcosa di simile. Guarda i documenti che hai letto che ti guidano in quest'area di ricerca a scopo di orientamento.

Personalmente, guarderei all'ecografia per dirti cosa devi sapere. In realtà, sospetto che questo sia il modo in cui l'anestesista di solito guida gli aghi, e se la punta si muovesse troppo durante l'aspirazione, probabilmente lo saprebbero già.

Non mi piacciono i messaggi di tipo "google is your friend", ma aggiungerò che la ricerca di "misurazione del movimento dell'ago" nello studioso di google produce tonnellate di hit, e il primo hit per me punta davvero agli ultrasuoni: http: / /scitation.aip.org/content/aapm/journal/medphys/33/8/10.1118/1.2218061

Mi oppongo al fatto che l'unico mezzo fosse il montaggio ottico o fisso su un sistema di misurazione. Propongo un approccio diverso:

Rilevamento resistivo

Accanto al vaso sanguigno attaccare una striscia con una serie di elettrodi. Sulla siringa viene applicata una piccola tensione. Dopo la calibrazione e lo sviluppo di un buon algoritmo, penso che sia possibile determinare accuratamente la posizione della punta dell'ago analizzando il cambiamento di corrente / tensione sui diversi elettrodi. Per mantenere bassi gli effetti fisiologici è possibile utilizzare tensioni RF superiori a 300 kHz. Ciò consente anche la valutazione della fase aumentando l'affidabilità di questo metodo.

svantaggio: l'area in cui dovrebbe aver luogo il test potrebbe essere oscurata dalla striscia.

rilevamento induttivo

Imaging di un numero di sensori induttivi collocati nella vincinità di un vaso sanguigno. Dovrebbero essere in grado di fornire dati 3D dell'ago.

Entrambi gli approcci prevedono un ampio lavoro di sviluppo. Sebbene il risultato possa essere un sistema in grado di sostituire il processo di aspirazione.

Esistono molti metodi potenziali.
Affinare il problema migliorerà le possibilità di trovare un buon sistema.

Se il movimento dell'ago è relativo al target (carne, persona, ecc.) In modo che la lunghezza netta dell'ago all'interno del target vari, la misurazione della resistenza (DC, AC, ...) dell'ago rispetto al percorso del target può consentire il rilevamento del movimento. Il valore assoluto non sarà quasi certamente ripetibile con precisione tra le "corse", ma il delta-movimento dovrebbe essere osservabile per movimenti molto piccoli.

Se durante l'estrazione si verifica il passaggio dell'ago rispetto alla superficie del bersaglio, un sensore che misura la posizione assoluta dell'ago rispetto al piano del bersaglio nel punto di entrata potrebbe essere ottenuto con vari mezzi. Uno dei tanti è avere un "disco sull'ago vicino alla superficie e misurare il cambiamento di capacità - piccolo in termini assoluti ma fattibile.

Se il simulatore di iniezione può avere un aspetto un po 'irrealistico mentre modella accuratamente le azioni chiave necessarie, è possibile telemetrizzare il movimento con celle hall o sensori e magneti GMR, sensori LVDT, accoppiamenti meccanici, ....

cioè sembra principalmente una questione di capire davvero i dettagli precisi di ciò che si desidera misurare e quindi accoppiare uno dei numerosi sensori ad esso.

Non penso che ci sia una domanda di progettazione elettrica nel tuo post, ma penso che tu stia cercando una macchina di misurazione delle coordinate a 6 assi. Questo è come i familiari robot a 6 assi utilizzati nella produzione automobilistica, ma non ha motori - solo encoder per leggere la posizione.

Figura 1. Un sistema di misurazione delle coordinate a 6 assi serie Apex a braccio rotante Mitutoyo .

Non ho letto il documento ma avresti bisogno di qualcosa con articolazioni allentate in modo che il dispositivo di misurazione non stabilizzasse l'ago o aggiungesse inerzia all'operazione.

Sensori da considerare: LVDT, estensimetro, piezo. Il rilevamento su tutti questi dovrebbe essere fatto all'estremità del supporto dell'ago, non sulla punta. Suppongo che tu possa modificare il tuo "ago di prova" con questa strumentazione ... ci dovrebbe essere abbastanza spazio all'interno del corpo dell'ago (parte tenuta in mano) per accogliere sensori come questo. Il montaggio meccanico e l'accoppiamento di questi sensori non sono argomenti appropriati per questo sito.
Di questi, i sensori LVDT sono molto robusti e possono essere impermeabili in un ambiente liquido. E molti hanno un'eccellente sensibilità. Uno dei tanti esempi: http://www.disensors.com/downloads/products/MHR%20Miniature%20LVDT_521.pdf