Eredményhirdetés:

Az intervenciós ultrahangos vizualizációs technológia alkalmazásának úttörőiként szisztematikusan kifejtettük, hogy az echo tű akusztikai kialakítása hogyan oldja meg teljesen a „térzavar” problémáját az ultrahangos-szúrási eljárásokban. A háromdimenziós akusztikus szimuláció és a tűtest felületén lévő mikrostruktúra optimalizálása révén nemcsak a tűtest magas-kontrasztú megjelenítését értük el, hanem innovatív módon javítottuk a tű hegyének és a tűtest hosszú tengelyének megkülönböztetését is. A "kettős{5}}zónanövelő" technológiánk révén a tű hegye egyedi "üstökösfarok" vagy "kiemelés" jelet mutat, a tűtest pedig folyamatos, fényes "fényoszlop" jelet. Ez lehetővé teszi a kezelő számára, hogy világosan és valós időben érzékelje a három-dimenziós térbeli helyzetet, a beszúrási szöget és a tűtest mélységét a két-dimenziós ultrahangképen, és a szúrást az "intuíción alapuló próba és hiba" helyett "vizualizált precíz navigációra" emeli.

Kutatási és fejlesztési háttérfájdalompontok:

Az ultrahanggal{0}}vezérelt punkció fő kihívása a háromdimenziós térbeli művelet két-dimenziós képre való leképezésében rejlik. A hagyományos tű nem tiszta képet mutat, ami két kulcsfontosságú információ elvesztését eredményezi:

A tűhegy nem egyértelmű elhelyezkedése:A tű hegye a műtét kulcspontja, de visszhangja gyakran keveredik a tű testével, vagy a szöveti háttérbe merül, így a kezelő nem tudja ellenőrizni, hogy a tű hegye pontosan elérte-e a célpontot (például ciszta közepét vagy ideg mellett), ami könnyen túlzott vagy elégtelen szúráshoz vezethet.

A tűtest tengelyirányú dezorientációja:Ha kicsi a szög a tűtest és az ultrahangnyaláb között (például amikor a szúrási út közel párhuzamos a hangsugárral), a tűtest visszhangja rendkívül gyengül, vagy akár eltűnik is, aminek következtében a kezelő elveszíti a tű út irányának teljes megítélését, és csak vakon tud igazodni. Ez nagyszámú szükségtelen szúrási kísérlethez, szövetkárosodáshoz és elhúzódó műtéti időhöz vezet, és rendkívül nagy kockázatot jelent a fontos erek és idegek közelében végzett műveleteknél.

Alapvető technológiai innováció:

Innovációnk a "tűhegy" és a "tűtest" megkülönböztetett akusztikus szerkezetében rejlik, az információjavítás érdekében:

Az "akusztikus lencse" a csúcson és a mikro{0}}gerinc szerkezete:Speciális felületi mikrostruktúrákat terveztünk a csúcs ferde felületében és a mögötte lévő területen, körülbelül 2-3 mm-re. Az egyik megközelítés egy sor mikrométeres-méretű mikro-gerincsor elkészítése pontosan kiszámított mélységekkel és távolságokkal. Ezek a bordák miniatűr rezonátorként működnek, fokozva a specifikus frekvenciájú ultrahanghullámok szóródását és rezonanciáját, aminek következtében a hegy a tű testéhez képest világosabb "kiemelést" hoz létre a szonogramon. Egy másik megközelítés, hogy a tűhegy területét különböző méretű mikrobuborékokat tartalmazó gradiens bevonattal vonják be, így "akusztikus lencse" effektust hoznak létre, amely a szórt hangenergiát hatékonyabban koncentrálja a szonda iránya felé.

A tűtest makroszkopikus "spirális mintázata" vagy "nem folytonos sáv" kialakítása:A tűtest felületén a mikrobuborékos bevonat mellett lézeres vagy precíz hengerléses megmunkálással sekély spirális mintákat vagy időszakos nem folytonos körkörös hornyokat is kialakítottunk. Ezeknek a makroszkópos szerkezeteknek két funkciójuk van: Először is, megzavarják a tűtest felületének optikai simaságát, növelik a hanghullámok diffúz visszaverődését, lehetővé téve, hogy bizonyos visszhangok kis szögben is visszatérjenek a szondába, fenntartva a tűtest alapvető láthatóságát. Másodszor, ezek a minták vagy barázdák jellegzetes "kereszt-gyűrűket" vagy "pont-szerű" visszhangokat képeznek az ultrahangképen, hasonlóan a vonalzón lévő jelölésekhez, amelyek segítenek a kezelőnek meghatározni a tű beszúrásának mélységét.

A bevonat "akusztikus impedancia gradiens" kialakítása:Szabályoztuk a mikro{0}}buborékok sűrűségeloszlását a bevonatban, hogy enyhe akusztikus impedanciagradiens alakuljon ki a tűtest proximális végéhez (közel a kezelőhöz) és disztális végéhez (közel a tű hegyéhez). A sűrűség a proximális végén valamivel kisebb, ami valamivel gyengébb visszhangot eredményez; a disztális végén (különösen a tűhegy területén) a legnagyobb a sűrűség, ami a legerősebb visszhangokat eredményezi. Ez a gradiens változás további irányjelzéseket biztosít az ultrahangos képen.

Hatásmechanizmus:

Működésének fő mechanizmusa a háromdimenziós térinformáció két-dimenziós képbe való kódolása jellegzetes akusztikus szórók bevezetésével. A tűhegy továbbfejlesztése lehetővé teszi annak leképezését, "hol van a végpont". Az egyedi mikrostruktúra adja meg a szórási jel jellemző tulajdonságait, így könnyen megkülönböztethető a tűtesttől és a környező szövetektől. Amikor a tű hegye hozzáér a célhoz, annak visszhangjellemzői megváltoznak (például hirtelen megnövekszik a fényerő vagy megváltozik az alak), ami a kezelő számára a tapintási érzésen túlmenően vizuális megerősítést biztosít. A tűtest makroszkopikus szerkezete és a bevonat gradiense megoldja a "hol van az út" problémáját. Az olyan szerkezetek, mint a spirális minták, biztosítják, hogy a tűtest semmilyen szögben se "tűnik el". A képen látható folyamatos magas{8}}visszhangú "fényoszlopok" és a rajtuk lévő jellegzetes minták egyértelműen körvonalazzák a tűtest egyenes pályáját. Az ultrahangszonda térbeli helyzetével kombinálva a kezelő pontosan rekonstruálhatja a tű testének háromdimenziós tájolását, szögét és mélységét az agyszövetben, így valóban „perspektívaszerű” műveleteket hajthat végre.

Hatékonyság ellenőrzése:

A vaszkuláris punkciós tréning szimulációjában a tanulók pontossága annak megítélésében, hogy a tű hegye bejutott-e az érüregbe, elérte a 98%-ot a "kettős-zónanövelő" visszhangtűnk használatakor, míg a közönséges visszhangtű használatakor ez csak 85%. Az ultrahangos-idegblokk klinikai kutatása során a tűnket használó kezelő pontosabban tudta megfigyelni a "vízleválasztó" hatást, amikor a tű hegye megközelítette az ideghüvelyt, és a helyi érzéstelenítő diffúziójának valós idejű nyomon követése egyértelműbb volt. A blokk sikeressége nőtt, a működési idő átlagosan 25%-kal lerövidült. Egy többközpontos vizsgálat kimutatta, hogy a perkután nephrolithotomia (PCNL) punkciós fázisában a tű használatával jelentősen javult a cél vesekhelyen egyszeri sikeres punkciók aránya, és jelentősen csökkent a röntgenfluoroszkópia használatának száma és a műtét alatti teljes sugárdózis.

Kutatási és fejlesztési stratégia és filozófia:

Meggyőződésünk: "Az ultrahangos irányítás lényege abban rejlik, hogy a szonda "szemét" a tű hegyéig nyújtja." Kutatási és fejlesztési stratégiánk a fordított gondolkodáson alapul, nem az anyagokból, hanem a klinikusok vizuális kognitív igényeiből indul ki. Mélyrehatóan tanulmányoztuk azokat a kognitív terhelési és térbeli megítélési problémákat, amelyekkel a sebészek az ultrahang képernyő előtt szembesültek, majd az akusztikai mérnöki nyelvezet segítségével megoldottuk azokat. Amit mi terveztünk, az nem csak egy tű volt, hanem egy teljes „vizuális nyelvi rendszer”, amely lehetővé teszi, hogy a tű „beszéljen” a képen, egyértelműen tájékoztatva a sebészt a helyzetéről, irányáról és állapotáról.

Jövőbeli kilátások:

A jövőben megvizsgáljuk az ultrahangos berendezésekhez kapcsolódó „aktív képalkotás” és „térbeli pozicionálás” technológiákat. A kutatási irányok a következők: tűtestek fejlesztése integrált mikro-ultrahangos jelátalakítókkal, hogy a tű hegyéről ultrahangos leképezést érjenek el; a bevonóanyagok és az ultrahangos rendszer emissziós szekvenciájának vizsgálata szuperfelbontású képalkotás elérése érdekében meghatározott kódolt gerjesztés mellett; elektromágneses vagy optikai helymeghatározó érzékelők kombinációjának feltárása a tűtest háromdimenziós térbeli koordinátáinak az ultrahang képre vagy a háromdimenziós rekonstrukciós modellre valós időben történő szuperponálására a valódi „kiterjesztett valóság” navigáció elérése érdekében. Célunk, hogy az echo tűt intelligens és interaktív navigációs csomóponttá tegyük az intervenciós ultrahang-sebészetben, ne csak egy megfigyelendő tárgyat.