Medición de pequeños movimientos de una aguja y una jeringa.

Mi pregunta es cómo medir movimientos muy pequeños de una aguja y una jeringa al inyectar. Cuando los médicos inyectan anestesia local, siempre aspiran (aspiran) primero para asegurarse de que no estén en un vaso sanguíneo. Mi opinión, particularmente si la aspiración se realiza con una sola mano, es que el cambio en la dirección de las fuerzas en la combinación aguja / jeringa mientras se aspira provoca un movimiento significativo del extremo de la aguja, probablemente varios mm, lo que niega el propósito de la aspiración en El primer lugar.

Quiero hacer un estudio in vitro, en el que tengo una combinación de aguja y jeringa e inyectar en un trozo de carne o similar, y luego conseguir voluntarios para aspirar / inyectar en 3 circunstancias:

1. estabilizar con otra mano e inyectar directamente
2. estabilizar con otra mano, aspirar y luego inyectar
3. aspirar con una mano y luego inyectar

He tocado un bloque en términos de encontrar un método para medir estos movimientos de la punta de la aguja hasta unos 0.1 mm. Pensé que un acelerómetro podría ser el camino, pero no he encontrado nada lo suficientemente pequeño como para montarlo en la punta de la aguja.

La única otra forma en que pensé en hacerlo era usar una cámara montada lateralmente en la punta de la aguja que sobresaliría a través de algún tipo de 'piel' artificial y luego calibrar una retícula para medir la distancia recorrida.

Un acelerómetro definitivamente está fuera en términos de ruido.

Un sistema de brazo mecánico, aunque sea lo suficientemente preciso, puede influir en el escenario de inyección lo suficiente como para que sus resultados no tengan sentido. Sospecho que un estudiante que lucha por controlar la posición de una jeringa pequeña se distraería con un brazo de medición grande, sin importar qué tan bien equilibrado y de baja fricción.

La única verdadera * opciones que tiene son óptico.$^*$

Debería ser posible marcar la jeringa en ambos extremos del barril con marcadores fiduciales. La resolución que puede lograr está limitada por la óptica para apuntar varias cámaras al objetivo. Si el sitio de prueba es pequeño y la ubicación está bien definida, puede usar la óptica de zoom para hacer que la imagen llene una cantidad significativa del marco. Las cámaras HD y la ubicación subpíxel de los fiduciales a través de algo como OpenCV deberían hacer posible la resolución de su objetivo.

$^*$

Me equivocaría lejos de un acelerómetro. Obtener el desplazamiento de un acelerómetro significa integrarse dos veces, una para obtener la velocidad y otra para obtener la posición. Esto significa que los errores tienden a acumularse. Además, el acelerómetro necesitaría estar conectado a la aguja, y probablemente sería mejor usar una aguja y una jeringa que se vea y se sienta lo más normal posible para el voluntario.

La idea con la cámara me suena mejor. Probablemente quiera medir todos los ejes de movimiento de la aguja y la jeringa, de modo que las tres direcciones de movimiento y las tres direcciones de rotación. Debería poder hacerlo con bastante facilidad con dos cámaras, una mirando a través de la superficie de la "piel" y la otra mirando hacia abajo desde arriba. Coloque las cámaras lejos del sujeto y use una lente larga, que reducirá los efectos de perspectiva. Si coloca algunos puntos de colores brillantes en una jeringa pintada de negro, será bastante fácil rastrearlos en un video usando algo como ImageJ y un complemento de seguimiento. Luego puede usar el movimiento de esos puntos para reconstruir el movimiento de toda la jeringa.

Tenga en cuenta que establecer este estudio será un gran problema. Obtener la instrumentación correcta será un estudio en sí mismo. Sugiero leer detenidamente Medline o Google Scholar durante unos días para ver si alguien ha hecho algo similar. Mire los documentos que ha leído que lo guían a esta área de investigación para obtener orientación.

Personalmente, estaría buscando imágenes de ultrasonido para decirle lo que necesita saber. De hecho, sospecho que así es como los anestesiólogos suelen guiar las agujas, y si la punta se moviera demasiado durante la aspiración, probablemente ya lo sabrían.

No me gustan los mensajes de tipo "google is your friend", pero agregaré que la búsqueda de "medición del movimiento de la aguja" en google scholar produce toneladas de golpes, y el primer golpe para mí apunta a ultrasonido: http: / /scitation.aip.org/content/aapm/journal/medphys/33/8/10.1118/1.2218061

Objeto que el único medio era el montaje óptico o fijo en un sistema de medición. Propongo un enfoque diferente:

Detección resistiva

Junto al vaso sanguíneo, adhiera una tira con una serie de electrodos. En la jeringa se aplica un pequeño voltaje. Después de la calibración y el desarrollo de un buen algoritmo, creo que es posible determinar con precisión la posición de la punta de la aguja analizando el cambio de corriente / voltaje en los diferentes electrodos. Para mantener bajos los efectos fisiológicos, puede usar voltajes de RF superiores a 300 kHz. Esto también permite la evaluación de la fase aumentando la fiabilidad de este método.

inconveniente: el área donde debe realizarse la prueba puede estar oscurecida por la tira.

detección inductiva

Imágenes de una serie de sensores inductivos colocados en la vinculación de un vaso sanguíneo. Deben poder entregar datos 3D de la aguja.

Ambos enfoques implican un amplio trabajo de desarrollo. Aunque el resultado puede ser un sistema capaz de reemplazar el proceso de aspiración en absoluto.

Hay muchos métodos potenciales.
Refinar el problema mejorará las posibilidades de encontrar un buen sistema.

Si el movimiento de la aguja es relativo al objetivo (carne, persona, etc.) de modo que la longitud neta de la aguja dentro del objetivo varía, entonces la medición de la resistencia (CC, CA, ...) de la trayectoria de la aguja al objetivo puede permitir que se detecte movimiento. El valor absoluto casi seguramente no será repetible con precisión entre "carreras", pero el movimiento delta debe ser observable para movimientos muy pequeños.

Si se produce el paso de la aguja con respecto a la superficie objetivo durante el retroceso, entonces se podría lograr un sensor que mide la posición absoluta de la aguja con respecto al plano objetivo en el punto de entrada por varios medios. Una de varias es tener un "disco en la aguja cerca de la superficie y medir el cambio de capacitancia, pequeño en términos absolutos pero factible.

Si el simulador de inyección puede ser algo poco realista en apariencia mientras modela con precisión las acciones clave requeridas, podría telemedir el movimiento con células de pasillo o sensores e imanes GMR, sensores LVDT, acoplamientos mecánicos, ....

es decir, parece principalmente una cuestión de comprender realmente los detalles finos de exactamente lo que desea medir y luego acoplar uno de varios sensores.

No creo que haya una pregunta de diseño eléctrico en su publicación, pero creo que está buscando una máquina de medición de coordenadas de 6 ejes. Esto es como los conocidos robots de 6 ejes utilizados en la fabricación de automóviles, pero no tiene motores, solo codificadores para leer la posición.

Figura 1. Un Mitutoyo sistema de medición de coordenadas de 6 ejes de la serie Apex de brazo .

No leí el documento, pero necesitaría algo con articulaciones sueltas para que el dispositivo de medición no estabilice la aguja ni agregue ninguna inercia a la operación.

Sensores a considerar: LVDT, galga extensométrica, piezoeléctrico. La detección de todo esto debería hacerse en el extremo de montaje de la aguja, no en la punta. Supongo que puede modificar su "aguja de prueba" con esta instrumentación ... debe haber suficiente espacio dentro del cuerpo de la aguja (parte de mano) para acomodar sensores como este. El montaje mecánico y el acoplamiento de estos sensores no son temas apropiados para este sitio.
De estos, los sensores LVDT son muy robustos y pueden ser impermeables a un entorno líquido. Y muchos tienen una excelente sensibilidad. Ejemplo uno de muchos: http://www.disensors.com/downloads/products/MHR%20Miniature%20LVDT_521.pdf