Pengumuman Keputusan:

Sebagai perintis dalam aplikasi teknologi visualisasi ultrasound intervensi, kami telah menerangkan secara sistematik cara reka bentuk akustik jarum gema menyelesaikan sepenuhnya masalah "kekeliruan ruang" dalam prosedur tusukan berpandu-ultrasound. Melalui-simulasi akustik tiga dimensi dan pengoptimuman struktur mikro pada permukaan badan jarum, kami bukan sahaja mencapai-paparan kontras tinggi badan jarum tetapi juga secara inovatif mempertingkatkan pembezaan hujung jarum dan paksi panjang badan jarum. Teknologi "dwi-peningkatan zon" kami menjadikan hujung jarum menunjukkan tanda "ekor komet" atau "serlah" yang unik dan badan jarum menunjukkan tanda "lajur cahaya" terang yang berterusan. Ini membolehkan pengendali melihat dengan jelas dan masa nyata-masa tiga-kedudukan ruang, sudut sisipan dan kedalaman badan jarum dalam imej ultrasound dua-dimensi, meningkatkan tusukan daripada "percubaan dan ralat berdasarkan gerak hati" kepada "navigasi tepat yang divisualisasikan".

Titik Sakit Latar Belakang Penyelidikan dan Pembangunan:

Cabaran teras ultrasound-tusukan berpandu terletak pada pemetaan-operasi spatial tiga dimensi kepada imej dua-dimensi. Jarum tradisional menunjukkan pengimejan yang tidak jelas, mengakibatkan kehilangan dua maklumat penting:

Kedudukan hujung jarum yang tidak jelas:Hujung jarum adalah titik utama operasi, tetapi gemanya sering menyatu dengan badan jarum atau tenggelam dalam latar belakang tisu, menjadikannya mustahil bagi pengendali untuk mengesahkan sama ada hujung jarum telah mencapai titik sasaran dengan tepat (seperti pusat sista atau di sebelah saraf), dengan mudah membawa kepada tusukan yang berlebihan atau tidak mencukupi.

Kekeliruan paksi badan jarum:Apabila sudut antara badan jarum dan pancaran ultrasound adalah kecil (seperti apabila laluan tusukan hampir selari dengan pancaran bunyi), gema badan jarum menjadi sangat lemah atau hilang, menyebabkan pengendali kehilangan keupayaan untuk menilai arah laluan jarum sepenuhnya, dan hanya boleh melaraskan secara membuta tuli. Ini membawa kepada sejumlah besar percubaan tusukan yang tidak perlu, kerosakan tisu, dan masa operasi yang berpanjangan, dan menimbulkan risiko yang sangat tinggi apabila beroperasi berhampiran saluran darah dan saraf yang penting.

Inovasi Teknologi Teras:

Inovasi kami terletak pada reka bentuk struktur akustik yang dibezakan untuk "hujung jarum" dan "badan jarum", mencapai peningkatan maklumat:

"Kanta akustik" di hujung dan struktur rabung-mikro:Kami mereka bentuk mikrostruktur permukaan khas pada permukaan condong hujung dan kawasan di belakangnya, kira-kira 2-3mm jauhnya. Satu pendekatan ialah mengarang siri tatasusunan rabung-mikrometer-bersaiz mikro dengan kedalaman dan jarak yang dikira dengan tepat. Permatang ini bertindak sebagai resonator kecil, mempertingkatkan serakan dan resonans gelombang ultrasonik frekuensi tertentu, menyebabkan hujungnya membentuk "sorotan" yang lebih terang pada sonogram berbanding badan jarum. Pendekatan lain ialah menyalut kawasan hujung jarum dengan salutan kecerunan yang mengandungi gelembung mikro dengan saiz yang berbeza, mewujudkan kesan "kanta akustik", yang menumpukan tenaga bunyi yang tersebar dengan lebih berkesan ke arah arah probe.

Reka bentuk "corak heliks" makroskopik atau "jalur tak selanjar" badan jarum:Pada permukaan badan jarum, sebagai tambahan kepada salutan buih mikro, kami juga mencipta corak lingkaran cetek atau alur bulat terputus berkala melalui laser atau pemprosesan rolling yang tepat. Struktur makroskopik ini mempunyai dua fungsi: Pertama, ia mengganggu kelancaran optik permukaan badan jarum, meningkatkan pantulan meresap gelombang bunyi, membenarkan beberapa gema kembali ke probe walaupun pada sudut kecil, mengekalkan penglihatan asas badan jarum. Kedua, corak atau alur ini membentuk ciri "cincin-" atau "titik-seperti" bergema pada imej ultrasound, serupa dengan tanda pada pembaris, yang membantu pengendali menentukan kedalaman pemasukan jarum.

Reka bentuk "kecerunan impedans akustik" salutan:Kami mengawal taburan ketumpatan mikro-buih dalam salutan untuk membentuk sedikit kecerunan impedans akustik berhampiran hujung proksimal (berhampiran dengan operator) dan hujung distal (berhampiran dengan hujung jarum) badan jarum. Ketumpatan di hujung proksimal sedikit lebih rendah, mengakibatkan gema sedikit lemah; di hujung distal (terutamanya kawasan hujung jarum), ketumpatan adalah yang paling tinggi, menghasilkan gema yang paling kuat. Perubahan kecerunan ini memberikan petunjuk arah tambahan pada imej ultrasound.

Mekanisme Tindakan:

Mekanisme teras operasinya ialah untuk mengekod maklumat spatial tiga-dalam imej dua-dimensi dengan memperkenalkan penyerak akustik berciri. Peningkatan hujung jarum membolehkan pengimejan "di mana titik akhir berada". Struktur mikro yang unik memberikan isyarat hamburan ciri cirinya, menjadikannya mudah untuk membezakan daripada badan jarum dan tisu sekeliling. Apabila hujung jarum menyentuh sasaran, ciri gemanya berubah (seperti peningkatan mendadak dalam kecerahan atau perubahan bentuk), memberikan pengendali pengesahan visual di luar sensasi sentuhan. Struktur makroskopik badan jarum dan kecerunan salutan menyelesaikan masalah "di mana laluannya". Struktur seperti corak lingkaran memastikan badan jarum tidak "hilang" sepenuhnya di mana-mana sudut. Tinggi berterusan-gema "lajur cahaya" yang dibentangkan pada imej dan corak ciri padanya dengan jelas menggariskan trajektori lurus badan jarum. Digabungkan dengan kedudukan spatial probe ultrasound, pengendali boleh membina semula tiga-orientasi, sudut dan kedalaman badan jarum dengan tepat dalam tisu di otak, mencapai operasi "seperti-perspektif" yang benar-benar.

Pengesahan Keberkesanan:

Dalam simulasi latihan tusukan vaskular, kadar ketepatan pelatih dalam menilai sama ada hujung jarum telah memasuki rongga vaskular mencapai 98% apabila menggunakan jarum gema "-peningkatan zon berganda" kami, manakala hanya 85% apabila menggunakan jarum gema biasa. Dalam penyelidikan klinikal blok saraf berpandukan ultrasound-, pengendali yang menggunakan jarum kami dapat memerhatikan dengan lebih tepat kesan "pemisahan air" apabila hujung jarum menghampiri sarung saraf dan pemantauan masa sebenar-penyebaran anestetik tempatan adalah lebih jelas. Kadar kejayaan blok meningkat, dan masa operasi dipendekkan sebanyak purata 25%. Kajian berbilang-pusat menunjukkan bahawa dalam fasa penubuhan tusukan nefrolitotomi perkutaneus (PCNL), menggunakan jarum kami, bahagian tusukan yang berjaya pada kelopak renal sasaran pada satu masa telah bertambah baik dengan ketara, dan bilangan penggunaan fluoroskopi sinar-X dan jumlah dos sinaran semasa operasi telah dikurangkan dengan ketara.

Strategi dan Falsafah Penyelidikan dan Pembangunan:

Kami percaya: "Intipati panduan ultrasound terletak pada memanjangkan 'mata' probe ke hujung jarum." Strategi penyelidikan dan pembangunan kami adalah berdasarkan pemikiran terbalik, bukan bermula dari bahan, tetapi dari keperluan kognitif visual doktor. Kami mengkaji dengan mendalam beban kognitif dan masalah penghakiman spatial yang dihadapi oleh pakar bedah di hadapan skrin ultrasound, dan kemudian menyelesaikannya menggunakan bahasa kejuruteraan akustik. Apa yang kami reka bukan sekadar jarum, tetapi "sistem bahasa visual" yang lengkap, membolehkan jarum "bercakap" pada imej, memaklumkan dengan jelas kepada pakar bedah kedudukan, arah dan statusnya.

Tinjauan Masa Depan:

Pada masa hadapan, kami akan meneroka teknologi "pengimejan aktif" dan "kedudukan spatial" yang dikaitkan dengan peralatan ultrasound. Arahan penyelidikan termasuk: membangunkan badan jarum dengan-transduser ultrasonik mikro bersepadu untuk mencapai pengimejan ultrasound ke hadapan dari hujung jarum; mengkaji pemadanan bahan salutan dengan jujukan pancaran sistem ultrasonik untuk mencapai-pengimejan resolusi super di bawah pengujaan berkod khusus; meneroka gabungan penderia kedudukan elektromagnet atau optik untuk menindih koordinat spatial tiga-dimensi badan jarum pada imej ultrabunyi atau tiga-model pembinaan semula tiga dimensi dalam masa nyata, untuk mencapai navigasi "realiti bertambah" sebenar. Matlamat kami adalah untuk menjadikan jarum gema sebagai nod navigasi yang pintar dan interaktif dalam pembedahan ultrasound intervensi, bukan sekadar objek untuk diperhatikan.