Medindo pequenos movimentos de uma agulha e seringa

Minha pergunta é como medir movimentos muito pequenos de uma agulha e seringa ao injetar. Quando os médicos injetam anestésico local, eles sempre aspiram (sugam de volta) primeiro para garantir que não estejam em um vaso sanguíneo. Minha opinião, particularmente se a aspiração for realizada com uma mão, é que a mudança na direção das forças na combinação agulha / seringa durante a aspiração causa um movimento significativo do final da agulha - provavelmente vários mm - o que nega a finalidade da aspiração. o primeiro lugar.

Quero fazer um estudo in vitro, no qual possuo uma combinação de agulha e seringa e injeto em um pedaço de carne ou similar - e depois faço voluntários para aspirar / injetar em três circunstâncias:

1. estabilizar com a outra mão e injetar diretamente
2. estabilize com a outra mão, aspire e injete
3. aspirar com uma mão e depois injetar

Eu bati um bloco em termos de encontrar um método para medir esses movimentos da ponta da agulha para talvez 0,1 mm. Eu pensei que um acelerômetro poderia ser o caminho, mas não encontrei nada pequeno o suficiente para ser montado na ponta da agulha.

A única outra maneira que pensei em fazê-lo foi usar uma câmera montada lateralmente na ponta da agulha que se projetaria através de algum tipo de 'pele' artificial e, em seguida, calibrar uma gratícula para medir a distância percorrida.

Um acelerômetro definitivamente está fora em termos de ruído.

Um sistema de braço mecânico, embora potencialmente preciso o suficiente, pode influenciar o cenário de injeção o suficiente para tornar seus resultados sem sentido. Suspeito que um aluno que luta para controlar a posição de uma seringa pequena seja distraído por um grande braço de medição, não importa quão equilibrado e com baixo atrito.

O único real * opções que você tem são óptica.$^*$

Deve ser possível marcar a seringa nas duas extremidades do barril com marcadores fiduciais. A resolução que você pode alcançar é limitada pela ótica para apontar várias câmeras para o alvo. Se o local do teste for pequeno e o local estiver bem definido, você poderá usar a ótica do zoom para fazer a imagem preencher uma quantidade significativa do quadro. As câmeras HD e a localização sub-pixel dos fiduciais através de algo como o OpenCV devem tornar sua resolução-alvo possível.

$^*$ real => baixo custo, mantém o volume da imagem limpo e é evidente como você obteria a resolução. Existem muitas outras modalidades, por exemplo, ressonância magnética, tomografia PET, ultra-som, tomografia magnética, tomografia por raios X, tomografia resistiva - que precisam de calibração, desenvolvimento, equipamentos caros de várias formas etc.

Eu me afastaria de um acelerômetro. Obter deslocamento de um acelerômetro significa integrar duas vezes - uma vez para obter a velocidade e novamente para obter a posição. Isso significa que os erros tendem a se acumular. Além disso, o acelerômetro precisaria ser conectado à agulha e provavelmente seria melhor usar uma agulha e uma seringa que pareçam e pareçam o mais normal possível para o voluntário.

A ideia com a câmera soa melhor para mim. Você provavelmente deseja medir todos os eixos de movimento da agulha e da seringa - de modo que todas as três direções de movimento e todas as três direções de rotação. Você deve conseguir fazer isso facilmente com duas câmeras, uma olhando através da superfície da "pele" e a outra olhando de cima para baixo. Afaste as câmeras do assunto e use uma lente longa, que reduzirá os efeitos de perspectiva. Se você colocar alguns pontos coloridos em uma seringa pintada de preto, será bem fácil rastreá-los em um vídeo usando algo como ImageJ e um plug-in de rastreamento. Você pode usar o movimento desses pontos para reconstruir o movimento de toda a seringa.

Observe que a criação deste estudo será importante. Acertar a instrumentação será um estudo por si só. Sugiro examinar o Medline ou o Google Scholar por alguns dias para ver se alguém fez algo semelhante. Veja os documentos que você leu que o levam a essa área de pesquisa para orientação.

Pessoalmente, eu estaria procurando imagens de ultra-som para lhe dizer o que você precisa saber. De fato, suspeito que é assim que o anestesiologista normalmente guia as agulhas e, se a ponta estivesse se movendo demais durante a aspiração, provavelmente já a saberiam.

Não gosto de mensagens do tipo "o google é seu amigo", mas acrescentarei que a pesquisa por "medição do movimento da agulha" no google scholar gera toneladas de hits, e o primeiro hit para mim realmente aponta para o ultra-som: http: / /scitation.aip.org/content/aapm/journal/medphys/33/8/10.1118/1.2218061

Oponho que os únicos meios eram ópticos ou fixavam a montagem em um sistema de medição. Proponho uma abordagem diferente:

Sensoriamento resistivo

Ao lado do vaso sanguíneo, prenda uma tira com uma série de eletrodos. Na seringa, é aplicada uma pequena voltagem. Após a calibração e o desenvolvimento de um bom algoritmo, acho possível determinar com precisão a posição da ponta da agulha analisando a mudança de corrente / tensão nos diferentes eletrodos. Para manter baixos os efeitos fisiológicos, você pode usar tensões de RF acima de 300 kHz. Isso também permite a avaliação da fase, aumentando a confiabilidade desse método.

desvantagem: A área onde o teste deve ocorrer pode ser obscurecida pela faixa.

detecção indutiva

Imagem de um número de sensores indutivos colocados na proximidade de um vaso sanguíneo. Eles devem poder fornecer dados 3D da agulha.

Ambas as abordagens envolvem amplo trabalho de desenvolvimento. Embora o resultado possa ser um sistema capaz de substituir o processo de aspiração.

Existem muitos métodos possíveis.
Refinar o problema aumentará as chances de encontrar um bom sistema.

Se o movimento da agulha for relativo ao alvo (carne, pessoa etc.), de modo que o comprimento líquido da agulha dentro do alvo varie, a medição da resistência (CD, CA, ...) da agulha ao caminho do alvo poderá permitir a detecção de movimento. O valor absoluto quase certamente não será repetível com precisão entre as "corridas", mas o movimento delta deve ser observável para movimentos muito pequenos.

Se a passagem da agulha em relação à superfície alvo ocorrer durante a retirada, um sensor que mede a posição absoluta da agulha em relação ao plano alvo no ponto de entrada pode ser alcançado por vários meios. Uma das várias é ter um "disco na agulha perto da superfície e medir a alteração da capacitância - pequena em termos absolutos, mas factível.

Se o simulador de injeção pode ser um tanto irreal na aparência ao modelar com precisão as principais ações necessárias, você pode telemetrar as células do salão ou sensores e ímãs GMR, sensores LVDT, acoplamentos mecânicos, ....

isto é, parece principalmente uma questão de realmente entender os detalhes precisos do que você deseja medir e depois conectar um de vários sensores a ele.

Não acho que haja uma pergunta sobre projeto elétrico em sua postagem, mas acho que você está procurando uma máquina de medição de coordenadas de 6 eixos. É como os familiares robôs de 6 eixos usados ​​na fabricação de carros, mas não têm motores - apenas codificadores para ler a posição.

Figura 1. Sistema de medição de coordenadas de 6 eixos Mitutoyo Apex Series de braço giratório .

Não li o documento, mas você precisaria de algo com juntas frouxas para que o dispositivo de medição não estabilize a agulha ou adicione inércia à operação.

Sensores a serem considerados: LVDT, strain gage, piezo. A detecção de tudo isso teria que ser feita na extremidade da agulha, não na ponta. Suponho que você possa modificar sua "agulha de teste" com esta instrumentação ... deve haver espaço suficiente dentro do corpo da agulha (peça de mão) para acomodar sensores como este. A montagem e o acoplamento mecânicos desses sensores não são tópicos apropriados para este site.
Desses, os sensores LVDT são muito robustos e podem ser impermeáveis ​​a um ambiente líquido. E muitos têm excelente sensibilidade. Um exemplo de muitos: http://www.disensors.com/downloads/products/MHR%20Miniature%20LVDT_521.pdf