Tulosjulkistus:

Interventioultraäänivisualisointitekniikan edelläkävijöitä olemme järjestelmällisesti selittäneet, kuinka kaikuneulan akustinen rakenne ratkaisee täysin "tilan hämmennyksen" ultraääni{0}}ohjatuissa pistotoimenpiteissä. Kolmiulotteisen akustisen simulaation ja neulan rungon pinnan mikrorakenteen optimoinnin avulla saavutimme neulan rungon korkean-kontrastisen näytön, mutta myös paransimme innovatiivisesti neulan kärjen ja neulan rungon pitkän akselin erottelua. "Dual{5}}zone enhancement" -teknologiamme tekee neulan kärjestä ainutlaatuisen "komeetan hännän" tai "korosta" -merkin ja neulan rungossa jatkuvan kirkkaan "valopylväs" -merkin. Tämän ansiosta käyttäjä pystyy havaitsemaan selkeästi ja reaaliajassa kolmiulotteisen avaruudellisen sijainnin, sisäänvientikulman ja neulan rungon syvyyden kaksi-ultraäänikuvassa, mikä nostaa pistoksen "intuitioon perustuvasta kokeilusta ja erehdyksestä" "visualisoituun tarkkaan navigointiin".

Tutkimus- ja kehitystyön taustakipukohdat:

Ultraääniohjatun puhkaisun ydinhaaste on-kolmiulotteisen tilaoperaation kartoittaminen kaksiulotteiseksi-kuvaksi. Perinteinen neula näyttää epäselvää kuvantamista, mikä johtaa kahden keskeisen tiedon katoamiseen:

Epäselvä neulan kärjen asento:Neulan kärki on leikkauksen avainkohta, mutta sen kaiku sekoittuu usein neulan runkoon tai on upotettuna kudoksen taustaan, jolloin käyttäjän on mahdotonta varmistaa, onko neulan kärki saavuttanut tarkasti kohdepisteen (kuten kystan keskustan tai hermon viereen), mikä johtaa helposti liialliseen tai riittämättömään pistokseen.

Neulan rungon aksiaalinen disorientaatio:Kun neulan rungon ja ultraääninsäteen välinen kulma on pieni (kuten kun pistorata on lähes yhdensuuntainen äänisäteen kanssa), neulan rungon kaiku muuttuu erittäin heikoksi tai jopa katoaa, jolloin käyttäjä menettää kyvyn arvioida neulan reitin suuntaa kokonaan ja voi säätää vain sokeasti. Tämä johtaa suureen määrään tarpeettomia pistoyrityksiä, kudosvaurioita ja pitkittyneitä toiminta-aikoja ja aiheuttaa erittäin suuria riskejä, kun operoidaan lähellä tärkeitä verisuonia ja hermoja.

Ydinteknologian innovaatiot:

Innovaatiomme piilee "neulan kärjen" ja "neulan rungon" erilaisessa akustisessa rakenteen suunnittelussa, mikä parantaa informaatiota:

Kärjen "akustinen linssi" ja mikro{0}}harjanteen rakenne:Suunnittelimme erityiset pintamikrorakenteet kärjen kaltevaan pintaan ja sen taakse noin 2-3 mm etäisyydelle. Yksi tapa on valmistaa sarja mikrometrin-kokoisia mikro-harjanteita, joissa on tarkasti lasketut syvyydet ja etäisyydet. Nämä harjanteet toimivat miniatyyreinä resonaattoreina, mikä tehostaa tietyn taajuuden ultraääniaaltojen sirontaa ja resonanssia, jolloin kärki muodostaa kirkkaamman "korostuksen" sonogrammiin verrattuna neulan runkoon. Toinen lähestymistapa on päällystää neulan kärjen alue gradienttipinnoitteella, joka sisältää erikokoisia mikrokuplia, mikä luo "akustisen linssin" efektin, joka keskittää sironneen äänienergian tehokkaammin anturin suuntaan.

Neulan rungon makroskooppinen "kierteinen kuvio" tai "epäjatkuva nauha":Neulan rungon pinnalle loimme mikrokuplapinnoitteen lisäksi myös matalia spiraalikuvioita tai ajoittain epäjatkuvia pyöreitä uria laser- tai tarkalla rullauskäsittelyllä. Näillä makroskooppisilla rakenteilla on kaksi tehtävää: Ensinnäkin ne häiritsevät neulan rungon pinnan optista sileyttä, lisäävät ääniaaltojen hajaheijastusta, jolloin jotkut kaiut voivat palata anturiin pienissäkin kulmissa, säilyttäen neulan rungon perusnäkyvyyden. Toiseksi nämä kuviot tai urat muodostavat tyypillisiä "risti-renkaita" tai "pisteen-kaltaisia" kaikuja ultraäänikuvaan, jotka ovat samanlaisia ​​kuin viivaimen merkinnät, mikä auttaa käyttäjää määrittämään neulan työntösyvyyden.

Pinnoitteen "akustinen impedanssigradientti" -muotoilu:Hallitsimme mikro{0}}kuplien tiheysjakaumaa pinnoitteessa muodostaen pienen akustisen impedanssigradientin lähellä neulan rungon proksimaalista päätä (lähellä käyttäjää) ja distaalipäätä (lähellä neulan kärkeä). Tiheys proksimaalisessa päässä on hieman pienempi, mikä johtaa hieman heikompiin kaikuihin; distaalipäässä (erityisesti neulan kärjen alueella) tiheys on suurin, mikä johtaa voimakkaimpiin kaikuihin. Tämä gradienttimuutos tarjoaa lisää suuntavihjeitä ultraäänikuvaan.

Toimintamekanismi:

Sen toiminnan ydinmekanismi on koodata kolmiulotteinen tilatieto kaksi-ulotteiseksi kuvaksi ottamalla käyttöön tunnusomaisia ​​akustisia sirotuksia. Neulan kärjen parannus mahdollistaa kuvantamisen "missä päätepiste on". Ainutlaatuinen mikrorakenne antaa sirontasignaalille sen ominaispiirteet, jolloin se on helppo erottaa neulan rungosta ja ympäröivistä kudoksista. Kun neulan kärki koskettaa kohdetta, sen kaikuominaisuudet muuttuvat (kuten kirkkauden äkillinen lisääntyminen tai muodon muutos), mikä tarjoaa käyttäjälle visuaalisen vahvistuksen tuntoaistimuksen lisäksi. Neulan rungon makroskooppinen rakenne ja pinnoitteen gradientti ratkaisevat ongelman "missä polku on". Rakenteet, kuten spiraalikuviot, varmistavat, että neulan runko ei "kato" kokonaan missään kulmassa. Kuvassa näkyvät jatkuvat korkea{8}}kaiun "valopylväät" ja niille ominaiset kuviot hahmottelevat selvästi neulan rungon suoran liikeradan. Yhdistettynä ultraäänianturin spatiaaliseen sijaintiin käyttäjä voi rekonstruoida tarkasti neulan rungon kolmiulotteisen suunnan, kulman ja syvyyden aivojen kudoksessa, mikä tekee aidosti "perspektiivistä"{11}}kuten.

Tehokkuuden varmistus:

Verisuonipunktioharjoittelun simuloinnissa harjoittelijoiden tarkkuus arvioitaessa, onko neulan kärki mennyt verisuonionteloon, saavutti 98 %, kun käytettiin "kaksois-vyöhykkeen tehostavaa" kaikuneulaamme, kun taas tavallista kaikuneulaa käytettäessä se oli vain 85 %. Ultraääni-ohjatun hermosalpauksen kliinisessä tutkimuksessa neulaamme käyttävä käyttäjä pystyi tarkemmin havaitsemaan "veden erotteluvaikutuksen", kun neulan kärki lähestyi hermotuppia, ja paikallispuudutteen diffuusion reaaliaikainen-seuranta oli selkeämpää. Lohkon onnistumisprosentti parani ja toiminta-aika lyheni keskimäärin 25 %. Monikeskustutkimus osoitti, että perkutaanisen nefrolitotomia (PCNL) -punktiovaiheessa käyttämällä neulaamme onnistuneiden munuaisverhien yhdellä kertaa tehdyn punktoinnin osuus parani merkittävästi, ja röntgenfluoroskopiakäyttöjen määrä ja kokonaissäteilyannos leikkauksen aikana pienenivät merkittävästi.

Tutkimus- ja kehitysstrategia ja filosofia:

Uskomme: "Ultraääniohjauksen ydin on anturin "silmien" laajentaminen neulan kärkeen." Tutkimus- ja kehitysstrategiamme perustuu käänteiseen ajatteluun, ei materiaalista lähteen, vaan kliinikon visuaalisista kognitiivisista tarpeista. Tutkimme syvästi kognitiivisia kuormituksia ja spatiaalisia arviointiongelmia, joita kirurgit kohtasivat ultraääninäytön edessä, ja ratkaisimme ne sitten akustiikan kielellä. Suunnittelemamme ei ollut pelkkä neula, vaan täydellinen "visuaalinen kielijärjestelmä", joka salli neulan "puhua" kuvassa ja kertoi kirurgeille selkeästi sen sijainnista, suunnasta ja tilasta.

Tulevaisuuden näkymät:

Tulevaisuudessa tutkimme "aktiivisen kuvantamisen" ja "spatiaalisen paikannus" tekniikoita, jotka liittyvät ultraäänilaitteisiin. Tutkimussuuntiin kuuluvat: neularunkojen kehittäminen integroiduilla mikro-ultraääniantureilla ultraäänikuvauksen aikaansaamiseksi eteenpäin neulan kärjestä; pinnoitemateriaalien yhteensopivuuden tutkiminen ultraäänijärjestelmän emissiosekvenssin kanssa superresoluutiokuvauksen saavuttamiseksi tietyllä koodatulla virityksellä; tutkia sähkömagneettisten tai optisten paikannusanturien yhdistelmää neulan rungon kolmiulotteisten tilakoordinaattien kohdistamiseksi ultraäänikuvaan tai kolmiulotteiseen rekonstruktiomalliin reaaliajassa todellisen "lisätyn todellisuuden" navigoinnin saavuttamiseksi. Tavoitteemme on tehdä kaikuneulasta älykäs ja vuorovaikutteinen navigointisolmu interventioultraäänikirurgiassa, ei vain tarkkailtava kohde.