Rezultātu paziņošana:

Kā intervences ultraskaņas vizualizācijas tehnoloģijas pielietošanas pionieri esam sistemātiski skaidrojuši, kā atbalss adatas akustiskais dizains pilnībā atrisina "telpas neskaidrības" problēmu ultraskaņas vadītās punkciju procedūrās. Izmantojot trīs-dimensiju akustisko simulāciju un adatas korpusa virsmas mikrostruktūras optimizāciju, mēs ne tikai panācām augstu-kontrastisku adatas korpusa attēlojumu, bet arī inovatīvi uzlabojām adatas gala un adatas korpusa garās ass atšķirību. Mūsu "divu-zonu uzlabošanas" tehnoloģija liek adatas galam parādīt unikālu "komētas astes" vai "izcelšanas" zīmi, savukārt adatas korpusā ir nepārtraukta spilgta "gaismas kolonnas" zīme. Tas ļauj operatoram skaidri un reāllaikā uztvert trīs-dimensiju telpisko stāvokli, ievietošanas leņķi un adatas korpusa dziļumu divu-dimensiju ultraskaņas attēlā, paaugstinot punkciju no "uz intuīciju balstītas pārbaudes un kļūdas" uz "vizualizētu precīzu navigāciju".

Pētniecības un attīstības fona sāpju punkti:

Ultraskaņas-vadītās punkcijas galvenais izaicinājums ir trīsdimensiju telpiskās darbības kartēšana div-dimensiju attēlā. Tradicionālā adata parāda neskaidru attēlu, kā rezultātā tiek zaudēta divas galvenās informācijas daļas:

Neskaidrs adatas gala novietojums:Adatas gals ir operācijas galvenais punkts, taču tā atbalss bieži saplūst ar adatas korpusu vai ir iegremdēta audu fonā, padarot operatoram neiespējamu pārliecināties, vai adatas gals ir precīzi sasniedzis mērķa punktu (piemēram, cistas centru vai blakus nervam), viegli izraisot pārmērīgu vai nepietiekamu punkciju.

Adatas korpusa aksiālā dezorientācija:Ja leņķis starp adatas korpusu un ultraskaņas staru ir mazs (piemēram, kad caurduršanas ceļš ir gandrīz paralēls skaņas staram), adatas korpusa atbalss kļūst ārkārtīgi vāja vai pat pazūd, kā rezultātā operators zaudē spēju pilnībā spriest par adatas ceļa virzienu un var tikai akli pielāgoties. Tas noved pie daudziem nevajadzīgiem punkciju mēģinājumiem, audu bojājumiem un paildzina operācijas laiku, kā arī rada ārkārtīgi lielus riskus, strādājot tuvu svarīgiem asinsvadiem un nerviem.

Galvenās tehnoloģiskās inovācijas:

Mūsu inovācija slēpjas atšķirīgā akustiskās struktūras dizainā "adatas galam" un "adatas korpusam", panākot informācijas uzlabošanu:

"Akustiskā lēca" galā un mikro{0}}kores struktūra:Mēs izstrādājām īpašas virsmas mikrostruktūras uzgaļa slīpajā virsmā un zonā aiz tās, aptuveni 2-3 mm attālumā. Viena pieeja ir izgatavot virkni mikrometru-izmēra mikro-kores masīvu ar precīzi aprēķinātiem dziļumiem un atstarpēm. Šie izciļņi darbojas kā miniatūri rezonatori, uzlabojot specifiskas frekvences ultraskaņas viļņu izkliedi un rezonansi, liekot galam veidot spilgtāku "izceltu" sonogrammā, salīdzinot ar adatas korpusu. Vēl viena pieeja ir adatas galu laukuma pārklāšana ar gradienta pārklājumu, kas satur dažāda lieluma mikroburbuļus, radot "akustiskās lēcas" efektu, kas efektīvāk koncentrē izkliedēto skaņas enerģiju zondes virzienā.

Adatas korpusa makroskopiskais "spirālveida raksts" vai "pārtraukta josla":Uz adatas korpusa virsmas, papildus mikroburbuļu pārklājumam, ar lāzera vai precīzas velmēšanas apstrādi mēs izveidojām arī seklus spirālveida rakstus vai periodiskas pārtrauktas apļveida rievas. Šīm makroskopiskajām struktūrām ir divas funkcijas: Pirmkārt, tās izjauc adatas korpusa virsmas optisko gludumu, palielinot skaņas viļņu difūzo atstarošanos, ļaujot dažām atbalsīm atgriezties zondē pat nelielos leņķos, saglabājot adatas korpusa pamata redzamību. Otrkārt, šie raksti vai rievas veido raksturīgus "šķērs-gredzenus" vai "punktam-līdzīgus" atbalsis ultraskaņas attēlā, līdzīgi kā marķējumi uz lineāla, kas palīdz operatoram noteikt adatas ievietošanas dziļumu.

Pārklājuma "akustiskās pretestības gradienta" dizains:Mēs kontrolējām mikro-burbuļu blīvuma sadalījumu pārklājumā, lai izveidotu nelielu akustiskās pretestības gradientu adatas korpusa proksimālā gala (tuvu operatoram) un distālā gala (tuvu adatas galam). Blīvums proksimālajā galā ir nedaudz mazāks, kā rezultātā atbalsis ir nedaudz vājāks; distālajā galā (īpaši adatas galu zonā) blīvums ir vislielākais, kā rezultātā ir visspēcīgākās atbalsis. Šīs gradienta izmaiņas nodrošina papildu virziena norādes ultraskaņas attēlā.

Darbības mehānisms:

Tās darbības galvenais mehānisms ir trīsdimensiju telpiskās informācijas kodēšana divdimensiju-attēlā, ieviešot raksturīgus akustiskos izkliedētājus. Adatas uzgaļa uzlabošana ļauj attēlot "kur atrodas galapunkts". Unikālā mikrostruktūra piešķir izkliedes signālam raksturīgās iezīmes, ļaujot to viegli atšķirt no adatas korpusa un apkārtējiem audiem. Kad adatas gals saskaras ar mērķi, mainās tā atbalss raksturlielumi (piemēram, pēkšņs spilgtuma pieaugums vai formas maiņa), sniedzot operatoram vizuālu apstiprinājumu ārpus taustes sajūtas. Adatas korpusa makroskopiskā struktūra un pārklājuma gradients atrisina problēmu "kur ir ceļš". Tādas struktūras kā spirālveida raksti nodrošina, ka adatas korpuss pilnībā "nepazūd" nevienā leņķī. Attēlā redzamās nepārtrauktas augstas -atbalss "gaismas kolonnas" un raksturīgie raksti uz tām skaidri iezīmē adatas korpusa taisno trajektoriju. Apvienojumā ar ultraskaņas zondes telpisko stāvokli operators var precīzi rekonstruēt adatas korpusa trīsdimensiju orientāciju, leņķi un dziļumu smadzeņu audos, panākot patiesi "perspektīvas{11}}līdzīgas" darbības.

Efektivitātes pārbaude:

Asinsvadu punkcijas apmācības simulācijā apmācāmo precizitātes līmenis, novērtējot, vai adatas gals ir iekļuvis asinsvadu dobumā, sasniedza 98%, izmantojot mūsu "dubultās-zonas uzlabošanas" atbalss adatu, savukārt, izmantojot parasto atbalss adatu, tas bija tikai 85%. Ultraskaņas-vadāmās nervu blokādes klīniskajā izpētē operators, kurš izmantoja mūsu adatu, varēja precīzāk novērot "ūdens atdalīšanas" efektu, kad adatas gals tuvojās nerva apvalkam, un vietējās anestēzijas līdzekļa difūzijas pārraudzība reālajā laikā{5}} bija skaidrāka. Bloka veiksmes rādītājs palielinājās, un darbības laiks tika saīsināts vidēji par 25%. Daudzcentru pētījums parādīja, ka perkutānās nefrolitotomijas (PCNL) punkcijas noteikšanas fāzē, izmantojot mūsu adatu, tika ievērojami uzlabots vienā reizē veiktās mērķtiecīgās nieres kausiņu punkcijas īpatsvars, kā arī tika ievērojami samazināts rentgena fluoroskopijas gadījumu skaits un kopējā starojuma deva operācijas laikā.

Pētniecības un attīstības stratēģija un filozofija:

Mēs uzskatām: "Ultraskaņas vadības būtība slēpjas zondes" acu" pagarināšanā līdz adatas galam." Mūsu pētniecības un attīstības stratēģija ir balstīta uz apgrieztu domāšanu, nevis sākot no materiāliem, bet gan no klīnicistu vizuālajām kognitīvajām vajadzībām. Mēs padziļināti pētījām kognitīvās slodzes un telpiskās sprieduma problēmas, ar kurām ķirurgi saskārās ultraskaņas ekrāna priekšā, un pēc tam atrisinājām tās, izmantojot akustiskās inženierijas valodu. Tas, ko mēs izstrādājām, nebija tikai adata, bet gan pilnīga "vizuālās valodas sistēma", kas ļauj adatai "runāt" uz attēla, skaidri informējot ķirurgus par tās pozīciju, virzienu un statusu.

Nākotnes perspektīva:

Nākotnē mēs pētīsim "aktīvās attēlveidošanas" un "telpiskās pozicionēšanas" tehnoloģijas, kas ir saistītas ar ultraskaņas iekārtām. Pētījuma virzieni ietver: adatu korpusu izstrāde ar integrētiem mikro-ultraskaņas devējiem, lai panāktu ultraskaņas attēlveidošanu no adatas gala; pētot pārklājuma materiālu atbilstību ultraskaņas sistēmas emisijas secībai, lai panāktu super-izšķirtspējas attēlveidošanu ar īpašu kodētu ierosmi; elektromagnētisko vai optisko pozicionēšanas sensoru kombinācijas izpēte, lai uzliktu adatas korpusa trīsdimensiju telpiskās koordinātas ultraskaņas attēlam vai trīsdimensiju rekonstrukcijas modelim reāllaikā, lai panāktu īstu "paplašinātās realitātes" navigāciju. Mūsu mērķis ir padarīt atbalss adatu par inteliģentu un interaktīvu navigācijas mezglu intervences ultraskaņas ķirurģijā, nevis tikai objektu, kas jānovēro.