Mengukur gerakan kecil jarum dan jarum suntik

Pertanyaan saya adalah bagaimana mengukur gerakan jarum dan jarum suntik yang sangat kecil saat menyuntikkan. Ketika dokter menyuntikkan anestesi lokal, mereka selalu menyedot (menghisap kembali) terlebih dahulu untuk memastikan mereka tidak berada dalam pembuluh darah. Pendapat saya, terutama jika aspirasi dilakukan dengan satu tangan, adalah bahwa perubahan arah kekuatan pada kombinasi jarum / jarum suntik sementara aspirasi menyebabkan gerakan signifikan ujung jarum - mungkin beberapa mm - yang meniadakan tujuan aspirasi dalam posisi pertama.

Saya ingin melakukan penelitian in vitro, di mana saya memiliki kombinasi jarum dan jarum suntik dan menyuntikkan ke sepotong daging atau sejenisnya - dan kemudian meminta sukarelawan untuk membuat aspirasi / menyuntikkan dalam 3 keadaan:

1. menstabilkan dengan tangan lain dan menyuntikkan langsung
2. stabilkan dengan tangan lain, aspirasi lalu suntik
3. aspirasi dengan satu tangan dan kemudian menyuntikkan

Saya telah menemukan satu blok dalam hal menemukan metode untuk mengukur pergerakan ujung jarum hingga 0,1mm. Saya pikir akselerometer mungkin jalan tetapi belum menemukan sesuatu yang cukup kecil untuk dipasang di ujung jarum.

Satu-satunya cara lain yang saya pikirkan untuk melakukannya adalah menggunakan kamera yang dipasang di sisi ke ujung jarum yang akan menonjol melalui semacam 'kulit' buatan dan kemudian memiliki graticule yang dikalibrasi untuk mengukur jarak perpindahan.

Akselerometer jelas keluar dalam hal kebisingan.

Sistem lengan mekanis, walaupun berpotensi cukup akurat, mungkin cukup mempengaruhi skenario injeksi untuk membuat hasil Anda tidak berarti. Saya menduga seorang siswa yang berjuang untuk mengontrol posisi jarum suntik kecil akan terganggu oleh kelompok pengukuran besar, tidak peduli seberapa seimbang dan gesekannya rendah.

Satu-satunya opsi ∗ nyata yang Anda miliki adalah optik.$^*$

Seharusnya memungkinkan untuk menandai jarum suntik di kedua ujung laras dengan spidol fidusia. Resolusi yang dapat Anda capai dibatasi oleh optik untuk mengarahkan beberapa kamera ke target. Jika situs uji kecil dan lokasinya terdefinisi dengan baik, maka Anda dapat menggunakan zoom optik untuk membuat gambar mengisi sejumlah besar bingkai. Kamera HD, dan lokasi sub-pixel fidusia melalui sesuatu seperti OpenCV seharusnya membuat resolusi target Anda tercapai.

nyata => biaya rendah, menjaga volume gambar tetap jelas, dan jelas bagaimana Anda akan mendapatkan resolusi. Ada banyak modalitas lain, misalnya MRI, tomografi PET, ultrasound, tomografi magnetik, Xray CT, tomografi resistif - yang membutuhkan berbagai kalibrasi, pengembangan, peralatan mahal, dll.$^*$

Saya akan menjauh dari accelerometer. Untuk mendapatkan perpindahan dari accelerometer berarti melakukan intergrating dua kali - satu kali untuk mendapatkan kecepatan, dan sekali lagi untuk mendapatkan posisi. Ini berarti kesalahan cenderung menumpuk. Juga, akselerometer perlu dipasang pada jarum, dan mungkin akan lebih baik menggunakan jarum dan jarum suntik yang terlihat dan terasa senormal mungkin bagi sukarelawan.

Gagasan dengan kamera terdengar lebih baik bagi saya. Anda mungkin ingin mengukur semua sumbu gerakan jarum dan jarum suntik - jadi ketiga arah gerakan dan ketiga arah putaran. Anda harus dapat melakukannya dengan cukup mudah dengan dua kamera, satu memandang ke permukaan "kulit" yang lain melihat ke bawah dari atas. Kembalikan kamera dengan baik dari subjek dan gunakan lensa panjang, yang akan mengurangi efek perspektif. Jika Anda meletakkan beberapa titik berwarna cerah pada jarum suntik yang dicat hitam, itu akan cukup mudah untuk melacaknya dalam video menggunakan sesuatu seperti ImageJ dan plugin pelacakan. Anda kemudian dapat menggunakan gerakan titik-titik itu untuk merekonstruksi gerakan seluruh jarum suntik.

Perhatikan bahwa menyiapkan studi ini akan menjadi masalah besar. Mendapatkan instrumentasi yang benar akan menjadi pembelajaran tersendiri. Saya sarankan meneliti Medline atau Google Cendekia selama beberapa hari untuk melihat apakah ada yang melakukan hal serupa. Lihatlah makalah yang telah Anda baca yang mengarahkan Anda ke bidang penelitian ini untuk panduan.

Secara pribadi, saya akan mencari pencitraan ultrasound untuk memberi tahu Anda apa yang perlu Anda ketahui. Bahkan, saya curiga ini adalah bagaimana ahli anestesi biasanya memandu jarum, dan jika ujungnya bergerak terlalu banyak selama aspirasi, mereka mungkin sudah mengetahuinya.

Saya tidak suka "google is your friend" - ketik pesan, tetapi saya akan menambahkan bahwa mencari "pengukuran gerakan jarum" di google scholar menghasilkan banyak klik, dan hit pertama bagi saya memang menunjuk ke ultrasound: http: / /scitation.aip.org/content/aapm/journal/medphys/33/8/10.1118/1.2218061

Saya keberatan bahwa satu-satunya cara adalah optik atau memperbaiki pemasangan ke sistem pengukuran. Saya mengusulkan pendekatan yang berbeda:

Sensing resistif

Di samping pembuluh darah menempelkan strip dengan berbagai elektroda. Pada spuit, voltase kecil diberikan. Setelah kalibrasi dan mengembangkan algoritma yang baik, saya pikir mungkin untuk menentukan posisi ujung jarum secara akurat dengan menganalisis perubahan arus / tegangan pada berbagai elektroda. Untuk menjaga efek fisiologis rendah, Anda mungkin menggunakan tegangan RF di atas 300 kHz. Ini juga memungkinkan evaluasi fase peningkatan keandalan metode ini.

Kelemahan: Area di mana tes harus dilakukan dapat dikaburkan oleh strip.

pengindraan induktif

Pencitraan sejumlah sensor induktif ditempatkan di dekat pembuluh darah. Mereka harus dapat memberikan data 3D dari jarum.

Kedua pendekatan tersebut melibatkan pekerjaan pengembangan yang luas. Padahal hasilnya mungkin suatu sistem yang mampu menggantikan proses aspirasi sama sekali.

Ada banyak metode potensial.
Memperbaiki masalah akan meningkatkan peluang menemukan sistem yang baik.

Jika gerakan jarum relatif terhadap target (daging, orang, dll) sehingga panjang jaring jarum di dalam target bervariasi, maka pengukuran resistensi (DC, AC, ...) dari jarum ke jalur target dapat memungkinkan gerakan terdeteksi. Nilai absolut hampir pasti tidak akan dapat diulangi secara akurat antara "berjalan" tetapi delta-gerak harus diamati untuk gerakan yang sangat kecil.

Jika lewatnya jarum relatif ke permukaan target, maka sensor yang mengukur posisi jarum absolut relatif terhadap bidang target pada titik masuk dapat dicapai dengan berbagai cara. Salah satu dari beberapa adalah memiliki "disk pada jarum di dekat permukaan dan mengukur perubahan kapasitansi - kecil secara absolut tetapi dapat dilakukan.

Jika simulator injeksi mungkin agak tidak realistis dalam penampilan sementara secara akurat memodelkan tindakan yang diperlukan Anda dapat telemeter gerakan dengan sel aula atau sensor GMR dan magnet, sensor LVDT, kopling mekanis, ....

yaitu tampaknya terutama masalah benar-benar memahami detail halus dari apa yang ingin Anda ukur dan kemudian memasangkan salah satu dari sejumlah sensor untuk itu.

Saya tidak berpikir ada pertanyaan desain listrik di posting Anda, tetapi saya pikir Anda sedang mencari mesin pengukuran koordinat 6-sumbu. Ini seperti robot 6-sumbu yang biasa digunakan dalam pembuatan mobil tetapi tidak memiliki motor - hanya pembuat enkode untuk membaca posisi.

Gambar 1. Sistem pengukuran koordinat 6 sumbu sumbu Aputoyo Apex Seri 6.

Saya tidak membaca dokumen tetapi Anda akan memerlukan sesuatu dengan sambungan longgar sehingga perangkat pengukuran tidak menstabilkan jarum atau menambah inersia ke operasi.

Sensor yang perlu dipertimbangkan: LVDT, strain gage, piezo. Merasakan semua ini harus dilakukan di ujung pemasangan jarum, bukan di ujung. Saya berasumsi bahwa Anda dapat memodifikasi "jarum uji" dengan instrumen ini ... harus ada ruang yang cukup di dalam tubuh jarum (bagian genggam) untuk mengakomodasi sensor seperti ini. Pemasangan mekanis dan pemasangan sensor ini bukanlah topik yang sesuai untuk situs ini.
Dari jumlah tersebut, sensor LVDT sangat kuat, dan dapat tahan terhadap lingkungan cair. Dan banyak yang memiliki sensitivitas yang sangat baik. Contoh satu-dari-banyak: http://www.disensors.com/downloads/products/MHR%20Miniature%20LVDT_521.pdf