Rezultatų paskelbimas:

Kaip intervencinės ultragarso vizualizavimo technologijos taikymo pradininkai, sistemingai aiškinomės, kaip akustinės adatos akustinis dizainas visiškai išsprendžia „erdvės painiavos“ problemą atliekant ultragarso{0}}dūrimo procedūras. Atlikdami trijų-matmenų akustinį modeliavimą ir adatos korpuso paviršiaus mikrostruktūros optimizavimą, ne tik pasiekėme aukšto-kontrastingumo adatos korpuso vaizdą, bet ir naujoviškai pagerinome adatos galo ir ilgosios adatos korpuso ašies skirtumą. Mūsų „dviejų{5} zonų patobulinimo“ technologija leidžia adatos antgaliui pateikti unikalų „kometos uodegos“ arba „išryškinimo“ ženklą, o adatos korpuse – ištisinį ryškų „šviesos stulpelio“ ženklą. Tai leidžia operatoriui aiškiai ir realiu laiku suvokti trijų-matmenų erdvinę padėtį, įdūrimo kampą ir adatos korpuso gylį dviejų-dimensijų ultragarsiniame vaizde, todėl punkcija iš „bandymų ir klaidų remiantis intuicija“ tampa „vizualizuota tiksli navigacija“.

Tyrimų ir plėtros fono skausmo taškai:

Pagrindinis ultragarsu{0}}valdomos punkcijos iššūkis yra trimatės-erdvinės operacijos susiejimas su dvimačiu-vaizdu. Tradicinė adata rodo neaiškų vaizdą, todėl prarandama dvi pagrindinės informacijos dalys:

Neaiški adatos antgalio padėtis:Adatos galiukas yra pagrindinis operacijos taškas, tačiau jo aidas dažnai susilieja su adatos korpusu arba yra paniręs į audinių foną, todėl operatoriui neįmanoma patvirtinti, ar adatos galiukas tiksliai pasiekė tikslinį tašką (pvz., cistos centrą ar šalia nervo), todėl lengvai atsiranda per didelė arba nepakankama punkcija.

Adatos korpuso ašinė dezorientacija:Kai kampas tarp adatos korpuso ir ultragarso pluošto yra mažas (pavyzdžiui, kai dūrio kelias yra beveik lygiagretus garso pluoštui), adatos korpuso aidas tampa itin silpnas arba net išnyksta, todėl operatorius praranda galimybę visiškai įvertinti adatos kelio kryptį ir gali tik aklai reguliuoti. Tai sukelia daugybę nereikalingų bandymų pradurti, pažeidžiami audiniai ir pailgėja operacijos laikas, o operuojant šalia svarbių kraujagyslių ir nervų kyla itin didelis pavojus.

Pagrindinės technologinės naujovės:

Mūsų naujovė slypi skirtingame „adatos antgalio“ ir „adatos korpuso“ akustinės struktūros projekte, leidžiančiame pagerinti informaciją:

"Akustinis lęšis" ant galo ir mikro{0}}kraigo struktūra:Suprojektavome specialias paviršiaus mikrostruktūras pasvirusiame antgalio paviršiuje ir už jo esančiame maždaug 2-3 mm atstumu. Vienas iš būdų yra pagaminti mikrometro-dydžio mikro-kraigų matricas su tiksliai apskaičiuotais gyliais ir atstumais. Šios briaunos veikia kaip miniatiūriniai rezonatoriai, sustiprinantys specifinio dažnio ultragarso bangų sklaidą ir rezonansą, todėl antgalis sonogramoje sudaro ryškesnį „išryškinimą“, palyginti su adatos korpusu. Kitas būdas yra padengti adatos galiuko sritį gradiento danga, kurioje yra įvairių dydžių mikro burbuliukų, sukuriant „akustinio lęšio“ efektą, kuris efektyviau koncentruoja išsklaidytą garso energiją zondo kryptimi.

Makroskopinis adatos korpuso „spiralinis raštas“ arba „nepertraukiama juosta“:Adatos korpuso paviršiuje, be mikroburbulų dangos, lazeriu arba tiksliai valcavimo būdu sukūrėme negilius spiralinius raštus arba periodinius nepertraukiamus apskritus griovelius. Šios makroskopinės struktūros atlieka dvi funkcijas: Pirma, jos sutrikdo adatos korpuso paviršiaus optinį glotnumą, padidina difuzinį garso bangų atspindį, leidžia kai kuriems aidams grįžti į zondą net ir nedideliais kampais, išlaikant pagrindinį adatos korpuso matomumą. Antra, šie raštai arba grioveliai sudaro būdingus „kryžminius-žiedus“ arba „taškinius-panašius“ aidus ultragarsiniame vaizde, panašius į žymes ant liniuotės, kuri padeda operatoriui nustatyti adatos įdėjimo gylį.

Dangos „akustinės varžos gradiento“ dizainas:Kontroliavome mikro{0}}burbuliukų tankio pasiskirstymą dangoje, kad suformuotume nedidelį akustinės varžos gradientą netoli adatos korpuso proksimalinio galo (arti operatoriaus) ir distalinio galo (arti adatos galo). Proksimaliniame gale tankis yra šiek tiek mažesnis, todėl aidai yra šiek tiek silpnesni; distaliniame gale (ypač adatos galiukų srityje) tankis didžiausias, todėl aidai stipriausi. Šis gradiento pokytis suteikia papildomų krypties nurodymų ultragarsiniame vaizde.

Veikimo mechanizmas:

Pagrindinis jo veikimo mechanizmas yra koduoti trimatę -erdvinę informaciją į dvimatį-vaizdą, įvedant būdingus akustinius sklaidytuvus. Adatos antgalio patobulinimas leidžia nustatyti, kur yra galutinis taškas. Unikali mikrostruktūra suteikia sklaidos signalui būdingas savybes, todėl jį lengva atskirti nuo adatos korpuso ir aplinkinių audinių. Kai adatos galiukas liečiasi su taikiniu, pasikeičia jo aido charakteristikos (pvz., staiga padidėja ryškumas arba pasikeičia forma), todėl operatorius gali gauti vizualinį patvirtinimą, ne tik lytėjimo pojūčius. Makroskopinė adatos korpuso struktūra ir dangos gradientas išsprendžia problemą „kur yra kelias“. Tokios konstrukcijos kaip spiraliniai raštai užtikrina, kad adatos korpusas visiškai „neišnyktų“ bet kuriuo kampu. Nuotraukoje pateikiami nuolatiniai aukšto aido „šviesos stulpeliai“ ir būdingi jų raštai aiškiai nubrėžia tiesią adatos korpuso trajektoriją. Kartu su ultragarso zondo erdvine padėtimi operatorius gali tiksliai atkurti trijų{10}matmenų orientaciją, kampą ir adatos korpuso gylį smegenų audinyje ir atlikti tikrai „perspektyvias{11}}panašias operacijas.

Veiksmingumo patikrinimas:

Kraujagyslių punkcijos treniruotės modeliavimo metu mokinių tikslumas, sprendžiant, ar adatos galiukas pateko į kraujagyslės ertmę, pasiekė 98 % naudojant mūsų „dvigubo-zonos stiprinimo“ aido adatą, o naudojant įprastą aido adatą – tik 85 %. Atliekant klinikinius ultragarsinio-nervų bloko tyrimus, mūsų adatą naudojęs operatorius galėjo tiksliau stebėti „vandens atskyrimo“ efektą, kai adatos galiukas priartėjo prie nervo apvalkalo, o vietinio anestetiko sklaidos stebėjimas realiuoju laiku buvo aiškesnis. Bloko sėkmės rodiklis padidėjo, o operacijos laikas sutrumpėjo vidutiniškai 25%. Daugiacentris tyrimas parodė, kad perkutaninės nefrolitotomijos (PCNL) punkcijos nustatymo fazėje naudojant mūsų adatą reikšmingai pagerėjo tikslinės inksto taurelės vienu metu sėkmingos punkcijos dalis, o rentgeno fluoroskopijos atvejų skaičius ir bendra radiacijos dozė operacijos metu buvo žymiai sumažinta.

Mokslinių tyrimų ir plėtros strategija ir filosofija:

Mes tikime: „Ultragarsinio valdymo esmė yra zondo „akies“ išplėtimas iki adatos galo. Mūsų tyrimų ir plėtros strategija grindžiama atvirkštiniu mąstymu, pradedant nuo medžiagos, o nuo vizualinių pažintinių klinikų poreikių. Mes giliai ištyrėme kognityvinės apkrovos ir erdvinio sprendimo problemas, su kuriomis chirurgai susidūrė prieš ultragarso ekraną, ir tada jas išsprendėme naudodami akustinės inžinerijos kalbą. Tai, ką sukūrėme, buvo ne tik adata, o visa „vaizdinės kalbos sistema“, leidžianti adatai „kalbėti“ apie vaizdą, aiškiai informuojant chirurgus apie jos padėtį, kryptį ir būseną.

Ateities perspektyva:

Ateityje mes tyrinėsime „aktyvaus vaizdo gavimo“ ir „erdvinio padėties nustatymo“ technologijas, kurios yra susietos su ultragarso įranga. Tyrimų kryptys apima: adatų korpusų su integruotais mikro-ultragarso keitikliais kūrimą, kad būtų galima gauti ultragarsinį vaizdą iš adatos galiuko; dangų medžiagų suderinimo su ultragarso sistemos emisijos seka tyrimas, kad būtų pasiektas super-raiškos vaizdas esant tam tikram koduotam sužadinimui; tirti elektromagnetinių ar optinių padėties nustatymo jutiklių derinį, kad būtų galima uždėti trimates adatos korpuso erdvines koordinates ant ultragarso vaizdo arba trimačio rekonstrukcijos modelio realiuoju laiku, kad būtų pasiekta tikroji „papildytosios realybės“ navigacija. Mūsų tikslas – paversti echo adatą išmaniu ir interaktyviu navigacijos mazgu atliekant intervencinę ultragarso chirurgiją, o ne tik stebėtinu objektu.