針と注射器の小さな動きを測定する

私の質問は、注射時の針と注射器の非常に小さな動きを測定する方法です。医師が局所麻酔薬を注射するとき、彼らは血管内にいないことを確認するために常に最初に吸引（吸い戻し）します。私の主張は、特に吸引が片手で行われる場合、針/注射器の組み合わせにかかる力の方向の変化が、吸引中に針の端-おそらく数mm-の吸引の目的を否定する大きな動きを引き起こすということです最初の場所。

私は、針と注射器の組み合わせを持ち、肉片などに注射するin vitro試験を行いたいです-そして、3つの状況下でボランティアに吸引/注射させます：

1. もう一方の手で安定させて直接注入する
2. もう一方の手で安定させ、吸引してから注入する
3. 片手で吸引してから注入する

針先のこれらの動きを0.1mmまで測定する方法を見つけるという点で、私はブロックを打った。私は加速度計が道であるかもしれないと思ったが、針先に取り付けるのに十分な小さなものを見つけていない。

私がそれを考えた唯一の他の方法は、ある種の人工的な「皮膚」から突き出ている針の先端にカメラを取り付けた側を使用し、移動距離を測定するために目盛りを較正することでした。

加速度計はノイズの観点から間違いなく出ています。

メカニカルアームシステムは、十分に正確である可能性がありますが、注入シナリオに影響を与え、結果を無意味にすることができます。小さなシリンジの位置を制御するのに苦労している学生は、バランスのとれた低摩擦であっても、大きな測定アームによって注意散漫になると思います。

唯一の実際の*オプションは光学式です。$^*$

バレルの両端にある基準マーカーでシリンジにマークを付けることができるはずです。達成できる解像度は、複数のカメラをターゲットに向ける光学系によって制限されます。テストサイトが小さく、場所が明確に定義されている場合は、ズームオプティクスを使用して、フレームのかなりの量を画像で埋めることができます。HDカメラ、およびOpenCVのようなものを介した基準のサブピクセル位置は、目標の解像度を達成できるはずです。

real =>低コストで、イメージングボリュームが明確に保たれ、解像度がどのように得られるかは明らかです。他にも、MRI、PETトモグラフィー、超音波、磁気トモグラフィー、X線CT、抵抗性トモグラフィーなどのさまざまなモダリティがあり、これらにはさまざまなキャリブレーション、開発、高価な機器などが必要です。$^*$

私は加速度計から誤解します。加速度計から変位を取得するということは、2回統合することを意味します。1回は速度を取得し、もう1回は位置を取得します。これは、エラーが蓄積する傾向があることを意味します。また、加速度計を針に取り付ける必要があります。ボランティアにとっては、できる限り普通に見える針と注射器を使用する方が良いでしょう。

カメラを使ったアイデアは、私にとっては良いと思います。おそらく、針と注射器のすべての運動軸を測定する必要があります。したがって、3つすべての移動方向と3つすべての回転方向を測定します。これは、2つのカメラでかなり簡単に実行できるはずです。1台は「スキン」の表面を、もう1台は上から見下ろしています。カメラを被写体から十分に戻し、長いレンズを使用します。これにより、遠近効果が軽減されます。黒塗りの注射器にいくつかの明るい色のドットを置くと、ImageJや追跡プラグインなどを使用して、ビデオでそれらを簡単に追跡できます。次に、これらのポイントの動きを使用して、シリンジ全体の動きを再構築できます。

この調査の設定は大したことになることに注意してください。計測器を正しく取得することは、それ自体が研究になります。MedlineまたはGoogle Scholarを数日間熟読して、同様のことを誰かが行ったかどうかを確認することをお勧めします。あなたが読んだ論文を見て、指導のためにこの研究分野にあなたを導いてください。

個人的に、私はあなたが知っておくべきことをあなたに伝えるために超音波イメージングに目を向けているでしょう。実際、麻酔科医が針を導くのはこれが一般的であり、吸引中に先端が動きすぎていれば、おそらく既に知っているはずです。

「google is your friend」は好きではありません-メッセージを入力しますが、Google scholarで「針の動きの測定」を検索すると大量のヒットが発生し、最初のヒットは実際に超音波を指していることを追加します：http：/ /scitation.aip.org/content/aapm/journal/medphys/33/8/10.1118/1.2218061

私は唯一の手段が光学的であるか、測定システムへの取り付けを修正することに異議を唱えます。私は別のアプローチを提案します：

抵抗センシング

血管と並んで、電極の配列を備えたストリップを取り付けます。シリンジに小さな電圧が印加されます。キャリブレーションと優れたアルゴリズムの開発の後、異なる電極での電流/電圧の変化を分析することで、針の先端の位置を正確に決定できると思います。生理的影響を低く抑えるには、300 kHzを超えるRF電圧を使用することがあります。これにより、この方法の信頼性を高めるフェーズの評価も可能になります。

欠点：テストが行​​われる領域は、ストリップによって隠されている場合があります。

誘導センシング

血管の近くに配置された多数の誘導センサーのイメージング。針の3Dデータを提供できる必要があります。

どちらのアプローチも十分な開発作業を伴います。結果は、吸引プロセスをまったく置き換えることができるシステムかもしれません。

多くの潜在的な方法があります。
問題を改善することで、優れたシステムを見つける可能性が高まります。

針の動きがターゲット（肉、人など）に対して相対的であり、ターゲット内の針の正味の長さが変化する場合、針のターゲットパスへの抵抗（DC、AC、...）を測定すると、動きを検出できる場合があります。絶対値は、ほぼ確実に「実行」間で正確に再現可能ではありませんが、デルタモーションは非常に小さな動きで観察できるはずです。

引き戻し中にターゲット表面に対する針の通過が発生した場合、入口点でターゲット平面に対する針の絶対位置を測定するセンサーをさまざまな手段で実現できます。いくつかの方法の1つは、「表面近くの針にディスクを配置し、静電容量の変化を測定することです。絶対的な意味では小さいが実行可能です。

注入シミュレーターの外観がやや非現実的であり、主要な必要なアクションを正確にモデリングしている場合、ホールセルまたはGMRセンサーと磁石、LVDTセンサー、機械的カップリングなどの動きをテレメーターできます。

すなわち、それは主に、あなたが測定したいものの正確な詳細を本当に理解し、それからいくつかのセンサーの1つをそれに結合することの問題のようです。

あなたの投稿には電気設計の質問はないと思いますが、6軸座標測定機を探していると思います。これは、自動車製造で使用されている使い慣れた6軸ロボットに似ていますが、モーターはなく、位置を読み取るためのエンコーダーのみがあります。

図1.ミツトヨスピンアームApexシリーズ 6軸座標測定システム。

私はドキュメントを読みませんでしたが、測定デバイスが針を安定させたり、操作に慣性を加えたりしないように、ゆるい接合部が必要になります。

考慮すべきセンサー：LVDT、ひずみゲージ、ピエゾ。これらのすべてのセンシングは、先端ではなく、ニードルマウント端で行う必要があります。この計測器を使用して「テストニードル」を変更できると想定しています...このようなセンサーに対応するために、ニードルボディ（ハンドヘルド部分）内に十分なスペースが必要です。これらのセンサーの機械的な取り付けと結合は、このサイトに適したトピックではありません。
これらのうち、LVDTセンサーは非常に堅牢であり、液体環境に対して不浸透性です。そして、多くは優れた感度を持っています。多数の例：http : //www.disensors.com/downloads/products/MHR%20Miniature%20LVDT_521.pdf