Tulemuste väljakuulutamine:

Interventsioonilise ultraheli visualiseerimise tehnoloogia rakendamise pioneeridena oleme süstemaatiliselt selgitanud, kuidas kajanõela akustiline disain lahendab täielikult ultraheli{0}}juhitavate punktsiooniprotseduuride "ruumi segaduse" probleemi. Kolmemõõtmelise akustilise simulatsiooni ja nõela korpuse pinna mikrostruktuuri optimeerimise abil saavutasime mitte ainult nõela korpuse suure-kontrastsuse, vaid parandasime uuenduslikult ka nõela otsa ja nõela korpuse pikitelje eristamist. Meie "kahe{5}}tsooni täiustamise" tehnoloogia muudab nõela otsa ainulaadse "komeedi saba" või "esiletõstmise" märgi ja nõela korpusel on pidev särav "valgussamba" märk. See võimaldab operaatoril selgelt ja reaalajas tajuda kolme-mõõtmelist ruumilist asendit, sisestusnurka ja nõela korpuse sügavust kahe-mõõtmelise ultrahelipildi puhul, tõstes punktsiooni "intuitsioonil põhinevast katsest ja veast" "visualiseeritud täpse navigeerimiseni".

Uurimis- ja arendustegevuse tausta valupunktid:

Ultraheli{0}}juhitava punktsiooni põhiülesanne seisneb kolme-ruumilise operatsiooni kaardistamises kahe-mõõtmelise kujutisega. Traditsiooniline nõel näitab ebaselget kujutist, mille tulemuseks on kaks peamist teavet:

Ebaselge nõela otsa asukoht:Nõela ots on operatsiooni põhipunkt, kuid selle kaja seguneb sageli nõela kehaga või on koe taustal, mistõttu operaatoril ei ole võimalik kontrollida, kas nõela ots on täpselt jõudnud sihtpunkti (nt tsüsti keskele või närvi kõrvale), mis viib kergesti liigse või ebapiisava punktsioonini.

Nõela korpuse aksiaalne desorientatsioon:Kui nõela korpuse ja ultrahelikiire vaheline nurk on väike (nt kui torketee on helikiirega peaaegu paralleelne), muutub nõela korpuse kaja äärmiselt nõrgaks või isegi kaob, mistõttu operaator kaotab võime täielikult hinnata nõela liikumistee suunda ja saab ainult pimesi kohaneda. See toob kaasa suure hulga tarbetuid torkekatseid, koekahjustusi ja operatsiooniaja pikenemist ning kujutab endast äärmiselt suuri riske oluliste veresoonte ja närvide läheduses tegutsedes.

Põhiline tehnoloogiline innovatsioon:

Meie uuendus seisneb "nõela otsa" ja "nõela korpuse" erinevas akustilises struktuuris, mis parandab teavet:

"Akustiline lääts" otsas ja mikro{0}}harja struktuur:Kujundasime spetsiaalsed pinna mikrostruktuurid otsa kaldpinnale ja selle taha umbes 2-3 mm kaugusele. Üks võimalus on valmistada seeria mikromeetri-suuruses mikro-harja massiive täpselt arvutatud sügavuste ja vahedega. Need servad toimivad miniatuursete resonaatoritena, suurendades spetsiifilise sagedusega ultrahelilainete hajumist ja resonantsi, põhjustades nõela korpusega võrreldes sonogrammi otsa heledama "esile". Teine lähenemine on katta nõela otsa piirkond gradientkattega, mis sisaldab erineva suurusega mikromulle, luues "akustilise läätse" efekti, mis kontsentreerib hajutatud helienergia efektiivsemalt sondi suuna suunas.

Nõela korpuse makroskoopiline spiraalne muster või katkendlik riba:Nõela korpuse pinnale lõime laser- või täppisvaltsimise teel lisaks mikromullkattele ka madalad spiraalsed mustrid või perioodilised katkendlikud ringikujulised sooned. Nendel makroskoopilistel struktuuridel on kaks funktsiooni: Esiteks häirivad nad nõela keha pinna optilist siledust, suurendades helilainete hajusat peegeldust, võimaldades mõnel kajal naasta sondi isegi väikese nurga all, säilitades nõela korpuse põhinähtavuse. Teiseks moodustavad need mustrid või sooned ultrahelipildil iseloomulikud "rist-rõngad" või "punkt-taolised" kajad, mis on sarnased joonlaua märgistusega, mis aitab operaatoril määrata nõela sisestamise sügavuse.

Katte "akustilise impedantsi gradiendi" disain:Kontrollisime mikro{0}}mullide tiheduse jaotust kattekihis, et moodustada nõela korpuse proksimaalse otsa (operaatori lähedal) ja distaalse otsa (nõela otsa lähedal) lähedal kerge akustilise impedantsi gradient. Tihedus proksimaalses otsas on veidi väiksem, mistõttu kajad on veidi nõrgemad; distaalses otsas (eriti nõela otsa piirkonnas) on tihedus kõige suurem, mille tulemuseks on tugevaim kaja. See gradiendi muutus annab ultrahelipildile täiendavaid suunanäitajaid.

Toimemehhanism:

Selle toimimise põhimehhanism on kolmemõõtmelise ruumiteabe kodeerimine kahe-mõõtmelises kujutises, lisades iseloomulikud akustilised hajutajad. Nõela otsa täiustamine võimaldab pildistada, "kus on lõpp-punkt". Unikaalne mikrostruktuur annab hajumissignaalile iseloomulikud tunnused, mistõttu on nõelakehast ja ümbritsevatest kudedest lihtne eristada. Kui nõela ots puutub kokku sihtmärgiga, muutuvad selle kaja karakteristikud (nt järsk heledus või kuju muutus), mis annab operaatorile visuaalse kinnituse lisaks kompimisaistingule. Nõela korpuse makroskoopiline struktuur ja katte gradient lahendavad probleemi "kus on tee". Sellised konstruktsioonid nagu spiraalsed mustrid tagavad selle, et nõela korpus ei "kao" täielikult ühegi nurga all. Pildil kujutatud pidevad kõrge -kaja "valgustulbad" ja neile iseloomulikud mustrid joonistavad selgelt välja nõela keha sirge trajektoori. Koos ultrahelisondi ruumilise asendiga saab operaator täpselt rekonstrueerida nõela keha kolmemõõtmelise orientatsiooni, nurga ja sügavuse ajukoes, saavutades tõeliselt „perspektiivsed{11}}operatsioonid.

Tõhususe kontrollimine:

Veresoonte punktsioonitreeningu simulatsioonis saavutas koolitatavate täpsus, et otsustada, kas nõela ots on sattunud veresoonte õõnsusse, 98% -ni, kui kasutate meie "topelt{1}}tsooni suurendamise" kajanõela, samas kui tavalist kajanõela kasutades oli see ainult 85%. Ultraheli-juhitud närviblokaadi kliinilistes uuringutes sai meie nõela kasutav operaator täpsemalt jälgida "vee eraldamise" efekti, kui nõela ots lähenes närvikestale, ja lokaalanesteetikumi difusiooni jälgimine reaalajas oli selgem. Ploki õnnestumise protsent suurenes ja tööaeg lühenes keskmiselt 25%. Mitmekeskuseline uuring näitas, et perkutaanse nefrolitotoomia (PCNL) punktsiooni tegemise faasis, kasutades meie nõela, paranes märkimisväärselt sihtmärk-neerutupp ühekordse punktsiooni osakaal ning röntgenfluoroskoopia kasutuskordade arv ja kogu kiirgusdoos operatsiooni ajal vähenesid oluliselt.

Teadus- ja arendustegevuse strateegia ja filosoofia:

Usume: "Ultraheli juhtimise põhiolemus seisneb sondi "silmade" pikendamises nõela otsani." Meie uurimis- ja arendusstrateegia põhineb vastupidisel mõtlemisel, mis ei lähtu materjalidest, vaid arstide visuaalsetest kognitiivsetest vajadustest. Uurisime põhjalikult kognitiivse koormuse ja ruumilise hinnangu probleeme, millega kirurgid ultraheliekraani ees silmitsi seisid, ning seejärel lahendasime need akustilise inseneri keele abil. See, mida me kavandasime, ei olnud lihtsalt nõel, vaid täielik "visuaalne keelesüsteem", mis võimaldab nõelal pildil "rääkida", teavitades kirurge selgelt selle asukohast, suunast ja olekust.

Tuleviku väljavaade:

Tulevikus uurime ultraheliseadmetega seotud "aktiivse pildistamise" ja "ruumilise positsioneerimise" tehnoloogiaid. Uurimissuunad hõlmavad järgmist: integreeritud mikro-ultrahelimuunduritega nõelakehade väljatöötamine, et saavutada edasisuunaline ultrahelikujutis nõela otsast; kattematerjalide sobitamise uurimine ultrahelisüsteemi emissioonijärjestusega, et saavutada ülieraldusvõimega pildistamine spetsiifilise kodeeritud ergastuse korral; elektromagnetiliste või optiliste positsioneerimisandurite kombinatsiooni uurimine, et asetada nõela keha kolmemõõtmelised ruumilised koordinaadid ultrahelipildile või reaalajas kolmemõõtmelisele rekonstrueerimismudelile, et saavutada tõeline liitreaalsuse navigeerimine. Meie eesmärk on muuta kajanõel intelligentseks ja interaktiivseks navigatsioonisõlmeks interventsionaalses ultrahelikirurgias, mitte lihtsalt vaadeldavaks objektiks.