Anunci dels resultats:

Com a pioners en l'aplicació de la tecnologia de visualització d'ecografia intervencionista, hem exposat sistemàticament com el disseny acústic de l'agulla d'eco resol completament el problema de la "confusió espacial" en els procediments de punció guiada per ultrasons-. Mitjançant la simulació acústica tridimensional i l'optimització de la microestructura a la superfície del cos de l'agulla, no només hem aconseguit una visualització d'alt -contrast del cos de l'agulla, sinó que també hem millorat de manera innovadora la diferenciació de la punta de l'agulla i l'eix llarg del cos de l'agulla. La nostra tecnologia de "millora de -zona dual" fa que la punta de l'agulla presenti un signe únic de "cua de cometa" o "resaltat", i el cos de l'agulla presenta un signe de "columna de llum" brillant i continu. Això permet a l'operador percebre de manera clara i-en temps real la posició espacial tridimensional, l'angle d'inserció i la profunditat del cos de l'agulla a la imatge d'ecografia bi-dimensional, fent que la punció sigui de "assaig i error basat en la intuïció" a "navegació precisa visualitzada".

Recerca i desenvolupament Punts de dolor de fons:

El repte bàsic de la punció guiada per ultrasons-rau a mapejar l'operació espacial tridimensional en una imatge bi-dimensional. L'agulla tradicional mostra imatges poc clares, donant lloc a la pèrdua de dues peces clau d'informació:

Posicionament poc clar de la punta de l'agulla:La punta de l'agulla és el punt clau de l'operació, però el seu eco sovint es barreja amb el cos de l'agulla o està submergit en el fons del teixit, cosa que fa impossible que l'operador confirmi si la punta de l'agulla ha arribat amb precisió al punt objectiu (com el centre d'un quist o al costat d'un nervi), provocant fàcilment una punció excessiva o insuficient.

Desorientació axial del cos de l'agulla:Quan l'angle entre el cos de l'agulla i el feix d'ultrasons és petit (com quan el camí de punció és gairebé paral·lel al feix de so), l'eco del cos de l'agulla es torna extremadament feble o fins i tot desapareix, fent que l'operador perdi la capacitat de jutjar completament la direcció del camí de l'agulla i només es pot ajustar cegament. Això comporta un gran nombre d'intents de punció innecessaris, danys als teixits i un temps d'operació prolongat, i comporta riscos extremadament elevats quan s'opera a prop de vasos sanguinis i nervis importants.

Innovació tecnològica bàsica:

La nostra innovació rau en el disseny de l'estructura acústica diferenciada per a la "punta de l'agulla" i el "cos de l'agulla", aconseguint una millora de la informació:

La "lent acústica" a la punta i l'estructura de micro-cresta:Hem dissenyat microestructures superficials especials a la superfície inclinada de la punta i l'àrea que hi ha darrere, a uns 2-3 mm de distància. Un enfocament és fabricar una sèrie de matrius de micro-cresta de mida micromètrica-con profunditats i espais calculats amb precisió. Aquestes crestes actuen com a ressonadors en miniatura, millorant la dispersió i la ressonància de les ones ultrasòniques de freqüència específica, fent que la punta formi un "destacat" més brillant a l'ecografia en comparació amb el cos de l'agulla. Un altre enfocament és recobrir la zona de la punta de l'agulla amb un recobriment degradat que conté microbombolles de diferents mides, creant un efecte de "lent acústica", que concentra l'energia sonora dispersa de manera més eficaç cap a la direcció de la sonda.

El disseny macroscòpic de "patró helicoïdal" o "banda discontínua" del cos de l'agulla:A la superfície del cos de l'agulla, a més del recobriment de microbombolles, també hem creat patrons d'espiral poc profunds o solcs circulars discontinus periòdics mitjançant làser o processament de rodatge precís. Aquestes estructures macroscòpiques tenen dues funcions: en primer lloc, interrompen la suavitat òptica de la superfície del cos de l'agulla, augmentant la reflexió difusa de les ones sonores, permetent que alguns ecos tornin a la sonda fins i tot amb angles petits, mantenint la visibilitat bàsica del cos de l'agulla. En segon lloc, aquests patrons o solcs formen "anells-creuats" o ecos "punt-com" a la imatge d'ultrasò, similars a les marques d'un regle, que ajuda l'operador a determinar la profunditat d'inserció de l'agulla.

El disseny del "gradient d'impedància acústica" del recobriment:Hem controlat la distribució de la densitat de les micro-bombolles al recobriment per formar un lleuger gradient d'impedància acústica prop de l'extrem proximal (a prop de l'operador) i l'extrem distal (a prop de la punta de l'agulla) del cos de l'agulla. La densitat a l'extrem proximal és lleugerament inferior, donant lloc a ecos una mica més febles; a l'extrem distal (especialment la zona de la punta de l'agulla), la densitat és la més alta, donant lloc als ecos més forts. Aquest canvi de gradient proporciona indicis direccionals addicionals a la imatge d'ecografia.

Mecanisme d'acció:

El mecanisme bàsic del seu funcionament és codificar la informació espacial tridimensional en una imatge de dues-dimensionals mitjançant la introducció de dispersors acústics característics. La millora de la punta de l'agulla permet visualitzar "on és el punt final". La microestructura única dóna al senyal de dispersió les seves característiques característiques, cosa que fa que sigui fàcil de distingir del cos de l'agulla i dels teixits circumdants. Quan la punta de l'agulla entra en contacte amb l'objectiu, les seves característiques d'eco canvien (com ara un augment sobtat de la brillantor o un canvi de forma), proporcionant a l'operador una confirmació visual més enllà de la sensació tàctil. L'estructura macroscòpica del cos de l'agulla i el gradient del recobriment resolen el problema d'"on és el camí". Estructures com els patrons en espiral asseguren que el cos de l'agulla no "desapareix" completament en cap angle. Les "columnes de llum" contínues de ressò alt-que es presenten a la imatge i els patrons característics d'elles dibuixen clarament la trajectòria recta del cos de l'agulla. Combinat amb la posició espacial de la sonda d'ultrasons, l'operador pot reconstruir amb precisió l'orientació tridimensional, l'angle i la profunditat del cos de l'agulla al teixit del cervell, aconseguint operacions realment "de perspectiva-".

Verificació d'eficàcia:

En la simulació de l'entrenament de punció vascular, la taxa de precisió dels estudiants per jutjar si la punta de l'agulla ha entrat a la cavitat vascular va arribar al 98% quan s'utilitzava la nostra agulla d'eco "millora de la zona de doble-zona", mentre que només era del 85% quan s'utilitzava l'agulla d'eco ordinària. En la investigació clínica del bloc nerviós guiat per ultrasons-, l'operador que utilitzava la nostra agulla va poder observar amb més precisió l'efecte de "separació d'aigua" quan la punta de l'agulla s'acostava a la beina del nervi i el seguiment en temps real de la difusió de l'anestèsic local era més clar. La taxa d'èxit del bloc va augmentar i el temps d'operació es va reduir en un 25% de mitjana. Un estudi multicentre va demostrar que en la fase d'establiment de la punció de la nefrolitotomia percutània (PCNL), utilitzant la nostra agulla, la proporció de punció reeixida del calze renal objectiu alhora es va millorar significativament i el nombre d'usos de fluoroscòpia de raigs X i la dosi total de radiació durant l'operació es va reduir significativament.

Estratègia i Filosofia de Recerca i Desenvolupament:

Creiem: "L'essència de la guia d'ecografia rau a estendre els" ulls "de la sonda fins a la punta de l'agulla". La nostra estratègia de recerca i desenvolupament es basa en el pensament invers, no partint dels materials, sinó de les necessitats cognitives visuals dels metges. Vam estudiar profundament la càrrega cognitiva i els problemes de judici espacial als quals s'enfrontaven els cirurgians davant de la pantalla d'ecografia, i després els vam resoldre utilitzant el llenguatge de l'enginyeria acústica. El que vam dissenyar no era només una agulla, sinó un complet "sistema de llenguatge visual", que permetia que l'agulla "parlés" a la imatge, informant clarament els cirurgians de la seva posició, direcció i estat.

Perspectives de futur:

En el futur, explorarem les tecnologies de "imatge activa" i "posicionament espacial" que estan vinculades amb equips d'ecografia. Les direccions d'investigació inclouen: desenvolupar cossos d'agulla amb transductors d'ultrasò micro-integrats per aconseguir imatges d'ultrasons cap endavant des de la punta de l'agulla; estudiar la concordança dels materials de recobriment amb la seqüència d'emissió del sistema d'ultrasons per aconseguir imatges de super-resolució sota excitació codificada específica; explorant la combinació de sensors de posicionament electromagnètics o òptics per superposar les coordenades espacials tridimensionals del cos de l'agulla a la imatge d'ultrasò o al model de reconstrucció tridimensional en temps real, per aconseguir una autèntica navegació de "realitat augmentada". El nostre objectiu és fer de l'agulla d'eco un node de navegació intel·ligent i interactiu en la cirurgia d'ecografia intervencionista, en lloc d'un objecte que cal observar.