Messen kleiner Bewegungen einer Nadel und einer Spritze

Meine Frage ist, wie man sehr kleine Bewegungen einer Nadel und einer Spritze beim Injizieren misst. Wenn Ärzte Lokalanästhetika injizieren, saugen sie immer zuerst an (saugen zurück), um sicherzustellen, dass sie sich nicht in einem Blutgefäß befinden. Meine Behauptung, insbesondere wenn die Aspiration mit einer Hand durchgeführt wird, ist, dass die Änderung der Richtung der Kräfte auf die Nadel / Spritze-Kombination während der Aspiration eine signifikante Bewegung des Nadelendes verursacht - wahrscheinlich mehrere mm - was den Zweck der Aspiration in Frage stellt den ersten Platz.

Ich möchte eine In-vitro-Studie durchführen, bei der ich eine Nadel-Spritzen-Kombination habe und in ein Stück Fleisch oder ähnliches spritze. Dann möchte ich die Freiwilligen dazu bringen, unter drei Umständen zu aspirieren / spritzen:

1. mit der anderen hand stabilisieren und direkt spritzen
2. Mit der anderen Hand stabilisieren, aspirieren und dann injizieren
3. Mit einer Hand aspirieren und dann injizieren

Ich habe einen Block getroffen, um eine Methode zum Messen dieser Bewegungen der Nadelspitze auf etwa 0,1 mm zu finden. Ich dachte, dass ein Beschleunigungsmesser der Weg sein könnte, habe aber nichts gefunden, das klein genug ist, um an der Nadelspitze angebracht zu werden.

Die einzige andere Möglichkeit, die mir in den Sinn kam, war die Verwendung einer seitlich an der Nadelspitze angebrachten Kamera, die durch eine Art künstliche "Haut" ragte und dann ein Raster zur Messung der zurückgelegten Strecke kalibrierte.

Ein Beschleunigungsmesser ist definitiv rauschfrei.

Ein mechanisches Armsystem ist zwar möglicherweise genau genug, kann jedoch das Injektionsszenario so stark beeinflussen, dass Ihre Ergebnisse bedeutungslos werden. Ich vermute, dass ein Student, der Schwierigkeiten hat, die Position einer kleinen Spritze zu kontrollieren, von einem großen Messarm abgelenkt wird, egal wie ausgewogen und reibungsarm er ist.

Das einzig wahre ∗$^*$ Optionen, die Sie haben, sind optisch.

Die Spritze sollte an beiden Enden des Zylinders mit Passermarken markiert werden können. Die Auflösung, die Sie erzielen können, ist durch die Optik zum Ausrichten mehrerer Kameras auf das Ziel begrenzt. Wenn die Teststelle klein und die Position gut definiert ist, können Sie mithilfe der Zoomoptik das Bild so einstellen, dass es einen erheblichen Teil des Rahmens ausfüllt. HD-Kameras und die Subpixel-Lokalisierung der Passermarken über OpenCV sollten Ihre Zielauflösung erreichbar machen.

$^*$

Ich würde mich von einem Beschleunigungsmesser entfernen. Eine Verschiebung von einem Beschleunigungsmesser zu erhalten, bedeutet, zweimal zu intergrieren - einmal, um die Geschwindigkeit zu erhalten, und noch einmal, um die Position zu erhalten. Dies bedeutet, dass sich Fehler häufen. Außerdem müsste der Beschleunigungsmesser an der Nadel befestigt werden, und es wäre wahrscheinlich besser, eine Nadel und eine Spritze zu verwenden, die für den Freiwilligen so normal wie möglich aussehen und sich so anfühlen.

Die Idee mit der Kamera klingt für mich besser. Sie möchten wahrscheinlich alle Bewegungsachsen von Nadel und Spritze messen - also alle drei Bewegungsrichtungen und alle drei Drehrichtungen. Dies sollte mit zwei Kameras relativ einfach möglich sein, von denen eine über die Oberfläche der "Haut" schaut und die andere von oben nach unten. Stellen Sie die Kameras weit vom Motiv entfernt auf und verwenden Sie ein langes Objektiv, um die Perspektiveneffekte zu verringern. Wenn Sie ein paar bunte Punkte auf eine schwarz lackierte Spritze setzen, ist es ziemlich einfach, sie mit ImageJ und einem Tracking-Plugin in einem Video zu verfolgen. Sie können dann die Bewegung dieser Punkte verwenden, um die Bewegung der gesamten Spritze zu rekonstruieren.

Beachten Sie, dass die Einrichtung dieser Studie eine große Sache sein wird. Das richtige Instrumentarium zu finden, ist eine Selbststudie. Ich schlage vor, ein paar Tage lang über Medline oder Google Scholar zu stöbern, um festzustellen, ob jemand etwas Ähnliches getan hat. Schauen Sie sich die von Ihnen gelesenen Artikel an, die Sie zu diesem Forschungsgebiet führen.

Persönlich würde ich in Richtung Ultraschallbildgebung schauen, um Ihnen zu sagen, was Sie wissen müssen. Tatsächlich vermute ich, dass Anästhesisten auf diese Weise die Nadeln normalerweise führen, und wenn sich die Spitze während des Aspirierens zu stark bewegt, würden sie es wahrscheinlich bereits wissen.

Ich mag keine Nachrichten vom Typ "Google ist dein Freund", aber ich möchte hinzufügen, dass die Suche nach "Nadelbewegungsmessung" in Google Scholar Unmengen von Treffern erbringt und der erste Treffer für mich tatsächlich auf Ultraschall verweist: http: / /scitation.aip.org/content/aapm/journal/medphys/33/8/10.1118/1.2218061

Ich wende ein, dass die einzigen Mittel die optische oder feste Befestigung an einem Messsystem waren. Ich schlage einen anderen Ansatz vor:

Widerstandserfassung

Befestigen Sie neben dem Blutgefäß einen Streifen mit einer Reihe von Elektroden. An die Spritze wird eine kleine Spannung angelegt. Nach der Kalibrierung und der Entwicklung eines guten Algorithmus ist es meines Erachtens möglich, die Position der Nadelspitze genau zu bestimmen, indem die Änderung von Strom / Spannung an den verschiedenen Elektroden analysiert wird. Um die physiologischen Auswirkungen gering zu halten, können HF-Spannungen über 300 kHz verwendet werden. Dies ermöglicht auch die Bewertung der phasenerhöhenden Zuverlässigkeit dieses Verfahrens.

Nachteil: Der Bereich, in dem der Test stattfinden soll, kann durch den Streifen verdeckt werden.

induktive Abtastung

Abbildung mehrerer induktiver Sensoren in der Nähe eines Blutgefäßes. Sie sollten in der Lage sein, 3D-Daten der Nadel zu liefern.

Beide Ansätze beinhalten umfangreiche Entwicklungsarbeiten. Das Ergebnis kann jedoch ein System sein, das den Aspirationsprozess überhaupt ersetzen kann.

Es gibt viele mögliche Methoden.
Eine Verfeinerung des Problems verbessert die Chancen, ein gutes System zu finden.

Wenn die Nadelbewegung relativ zum Ziel (Fleisch, Person usw.) ist, so dass die Nettolänge der Nadel im Ziel variiert, kann die Messung des Widerstands (Gleichstrom, Wechselstrom, ...) der Nadel zum Zielpfad die Erkennung von Bewegungen ermöglichen. Der Absolutwert wird mit ziemlicher Sicherheit zwischen "Läufen" nicht genau reproduzierbar sein, aber die Delta-Bewegung sollte für sehr kleine Bewegungen beobachtbar sein.

Wenn der Durchgang der Nadel relativ zur Zieloberfläche während des Zurückziehens auftritt, könnte ein Sensor, der die absolute Nadelposition relativ zur Zielebene am Eintrittspunkt misst, auf verschiedene Weise erreicht werden. Eine von mehreren besteht darin, eine "Scheibe" an der Nadel in der Nähe der Oberfläche anzubringen und die Kapazitätsänderung zu messen - absolut gesehen klein, aber machbar.

Wenn der Injektionssimulator etwas unrealistisch aussieht, während die wichtigsten erforderlichen Aktionen genau modelliert werden, können Sie eine Telemeter-Bewegung mit Hall-Zellen oder GMR-Sensoren und -Magneten, LVDT-Sensoren, mechanischen Kupplungen usw. durchführen.

dh es scheint hauptsächlich darum zu gehen, die Feinheiten genau zu verstehen, was Sie messen möchten, und dann einen von mehreren Sensoren daran anzuschließen.

Ich glaube nicht, dass Ihr Beitrag eine Frage zum elektrischen Design enthält, aber ich glaube, Sie suchen nach einem 6-Achsen-Koordinatenmessgerät. Dies ist wie bei den bekannten 6-Achs-Robotern, die im Automobilbau eingesetzt werden, hat jedoch keine Motoren - nur Encoder zum Ablesen der Position.

Abbildung 1. Ein 6-Achsen-Koordinatenmesssystem der Mitutoyo Spin-Arm Apex-Serie .

Ich habe das Dokument nicht gelesen, aber Sie würden etwas mit losen Gelenken benötigen, damit das Messgerät die Nadel nicht stabilisiert oder die Operation träge macht.

Zu berücksichtigende Sensoren: LVDT, Dehnungsmessstreifen, Piezo. Das Abtasten all dieser Elemente müsste am Ende der Nadel und nicht an der Spitze erfolgen. Ich gehe davon aus, dass Sie mit dieser Instrumentierung Ihre "Testnadel" modifizieren können ... im Inneren des Nadelkörpers (Handteil) sollte genügend Platz für solche Sensoren sein. Die mechanische Montage und Kopplung dieser Sensoren ist kein Thema, das für diese Site geeignet ist.
Von diesen sind LVDT-Sensoren sehr robust und können für eine flüssige Umgebung undurchlässig sein. Und viele haben eine ausgezeichnete Empfindlichkeit. Eines von vielen Beispielen: http://www.disensors.com/downloads/products/MHR%20Miniature%20LVDT_521.pdf