Medir pequeños movimientos de una aguja y una jeringa

Un acelerómetro es definitivamente en términos de ruido.

Un sistema de brazo mecánico, aunque potencialmente lo suficientemente preciso, puede influir lo suficiente en el escenario de inyección para que sus resultados no tengan sentido. Sospecho que un estudiante que se esfuerza por controlar la posición de una jeringa pequeña se distraería con un brazo de medición grande, sin importar qué tan bien equilibrado y bajo sea la fricción.

Las únicas opciones reales de \ $ ^ * \ $ que tiene son ópticas.

Debería ser posible marcar la jeringa en ambos extremos del cilindro con marcadores fiduciales. La resolución que puede lograr está limitada por la óptica para apuntar varias cámaras al objetivo. Si el sitio de prueba es pequeño y la ubicación está bien definida, puede utilizar la óptica de zoom para que la imagen ocupe una cantidad significativa del marco. Las cámaras HD y la ubicación de subpíxeles de los fiduciales a través de algo como OpenCV deberían hacer que su resolución objetivo sea alcanzable.

\ $ ^ * \ $ real = > bajo costo, mantiene el volumen de imagen claro y es evidente cómo obtendría la resolución. Existen muchas otras modalidades, por ejemplo, MRI, tomografía PET, ultrasonido, tomografía magnética, tomografía computarizada por rayos X, tomografía resistiva, que requieren diversos tipos de calibración, desarrollo, equipos costosos, etc.

Me alejaría de un acelerómetro. Obtener el desplazamiento de un acelerómetro significa integrarse dos veces: una para obtener la velocidad y otra para obtener la posición. Esto significa que los errores tienden a acumularse. Además, el acelerómetro debería estar conectado a la aguja, y probablemente sería mejor usar una aguja y una jeringa que se vea y se sienta lo más normal posible al voluntario.

La idea con la cámara me suena mejor. Probablemente desee medir todos los ejes de movimiento de la aguja y la jeringa, de modo que las tres direcciones de movimiento y las tres direcciones de rotación. Debería poder hacerlo con bastante facilidad con dos cámaras, una mirando a través de la superficie de la "piel" y la otra mirando hacia abajo desde arriba. Retire las cámaras del tema y utilice una lente larga, que reducirá los efectos de perspectiva. Si pones algunos puntos de colores brillantes en una jeringa pintada de negro, será bastante fácil rastrearlos en un video usando algo como ImageJ y un complemento de rastreo. Luego puede usar el movimiento de esos puntos para reconstruir el movimiento de toda la jeringa.

Tenga en cuenta que la configuración de este estudio será un gran problema. Lograr la correcta instrumentación será un estudio en sí mismo. Sugiero estudiar detenidamente Medline o Google Scholar durante unos días para ver si alguien ha hecho algo similar. Mire los documentos que ha leído que lo guían a esta área de investigación para obtener orientación.

Personalmente, me gustaría ver las imágenes de ultrasonido para decirle lo que necesita saber. De hecho, sospecho que es así como el anestesiólogo suele guiar las agujas, y si la punta se moviera demasiado durante la aspiración, probablemente ya lo sabrían.

No me gustan los mensajes de tipo "google es tu amigo", pero agregaré que la búsqueda de "medición de movimiento de aguja" en google scholar produce toneladas de visitas, y el primer golpe para mí ciertamente apunta al ultrasonido: enlace

Me opongo a que los únicos medios sean el montaje óptico o fijo en un sistema de medición. Propongo un enfoque diferente:

Detección resistiva

Junto con el vaso sanguíneo, adhiera una tira con una serie de electrodos. En la jeringa se aplica una pequeña tensión. Después de calibrar y desarrollar un buen algoritmo, creo que es posible determinar la posición de la punta de la aguja con precisión mediante el análisis del cambio de corriente / voltaje en los diferentes electrodos. Para mantener bajos los efectos fisiológicos, puede utilizar voltajes de RF superiores a 300 kHz. Esto también permite la evaluación de la fase que aumenta la confiabilidad de este método.

inconveniente: el área donde debe realizarse la prueba puede quedar oculta por la tira.

detección inductiva

Toma de imágenes de varios sensores inductivos colocados en la proximidad de un vaso sanguíneo. Deben poder entregar datos 3D de la aguja.

Ambos enfoques implican un amplio trabajo de desarrollo. Aunque el resultado puede ser un sistema capaz de reemplazar el proceso de aspiración en absoluto.

Hay muchos métodos potenciales.
Refinar el problema mejorará las posibilidades de encontrar un buen sistema.

Si el movimiento de la aguja es relativo al objetivo (carne, persona, etc.), de modo que la longitud neta de la aguja dentro del objetivo varíe, la medición de la resistencia (DC, CA, ...) de la aguja al objetivo puede permitir la detección de movimiento. Es casi seguro que el valor absoluto no se podrá repetir con precisión entre "corridas", pero el movimiento delta debe ser observable para movimientos muy pequeños.

Si el paso de la aguja en relación con la superficie del objetivo ocurre durante el retroceso, se podría lograr un sensor que mida la posición absoluta de la aguja en relación con el plano del objetivo en el punto de entrada por diversos medios. Uno de los muchos es tener un "disco en la aguja cerca de la superficie y medir el cambio de capacitancia, pequeño en términos absolutos pero factible".

Si el simulador de inyección puede tener un aspecto poco realista al modelar con precisión las acciones clave requeridas, usted podría telemetrizar el movimiento en las celdas de sala o sensores e imanes GMR, sensores LVDT, acoplamientos mecánicos, ....

es decir, parece ser principalmente una cuestión de comprender realmente los detalles finos de exactamente lo que quiere medir y luego acoplar uno de varios sensores a él.

No creo que haya una pregunta sobre diseño eléctrico en tu publicación, pero Creo que estás buscando una máquina de medición de coordenadas de 6 ejes. Esto es como los conocidos robots de 6 ejes utilizados en la fabricación de automóviles, pero no tiene motores, solo codificadores para leer la posición.

Figura1.AMitutoyo Serie de ápices con brazos giratorios Sistema de medición de coordenadas de 6 ejes.

No leí el documento pero necesitaría algo con juntas sueltas para que el dispositivo de medición no estabilice la aguja ni agregue ninguna inercia a la operación.

Sensores a considerar: LVDT, galga extensiométrica, piezoeléctrico. La detección en todos de estos debería hacerse en el extremo del soporte de la aguja, no en la punta. Supongo que puede modificar su "aguja de prueba" con esta instrumentación ... debería haber suficiente espacio dentro del cuerpo de la aguja (parte de mano) para acomodar sensores como este. El montaje mecánico y el acoplamiento de estos sensores no son temas apropiados para este sitio.
De estos, los sensores LVDT son muy robustos y pueden ser impermeables a un entorno líquido. Y muchos tienen una excelente sensibilidad. Uno de muchos ejemplos: enlace