Sonuçların Açıklanması:

Girişimsel ultrason görselleştirme teknolojisinin uygulanmasında öncü olarak, eko iğnesinin akustik tasarımının ultrason-kılavuzluğundaki delme prosedürlerinde "boşluk karışıklığı" sorununu nasıl tamamen çözdüğünü sistematik olarak açıkladık. Üç-boyutlu akustik simülasyon ve iğne gövdesi yüzeyindeki mikro yapının optimizasyonu yoluyla, yalnızca iğne gövdesinin yüksek-kontrastlı görüntüsünü elde etmekle kalmadık, aynı zamanda iğne ucu ile iğne gövdesinin uzun ekseninin farklılaşmasını da yenilikçi bir şekilde geliştirdik. "İkili-bölge geliştirme" teknolojimiz, iğne ucunun benzersiz bir "kuyruklu yıldız kuyruğu" veya "vurgu" işareti sunmasını ve iğne gövdesinin sürekli parlak bir "ışık sütunu" işareti sunmasını sağlar. Bu, operatörün iki-boyutlu ultrason görüntüsünde iğne gövdesinin üç-boyutlu uzaysal konumunu, yerleştirme açısını ve derinliğini açık ve gerçek-zamanlı olarak algılamasını sağlar ve delmeyi "sezgiye dayalı deneme yanılma"dan "görselleştirilmiş hassas navigasyon"a yükseltir.

Araştırma ve Geliştirmenin Arka Planındaki Sorunlar:

Ultrason-kılavuzluğundaki delmenin temel zorluğu, üç-boyutlu uzamsal operasyonu iki-boyutlu bir görüntüye eşlemekte yatmaktadır. Geleneksel iğne, net olmayan bir görüntüleme gösterir ve bu da iki önemli bilginin kaybolmasına neden olur:

İğne ucunun net olmayan konumu:İğne ucu operasyonun kilit noktasıdır, ancak yankısı sıklıkla iğne gövdesiyle karışır veya doku arka planına gömülür, bu da operatörün iğne ucunun hedef noktaya (bir kistin merkezi veya bir sinirin yanı gibi) doğru bir şekilde ulaşıp ulaşmadığını doğrulamasını imkansız hale getirir ve bu da kolayca aşırı veya yetersiz delinmeye yol açar.

İğne gövdesinin eksenel yönelim bozukluğu:İğne gövdesi ile ultrason ışını arasındaki açı küçük olduğunda (örneğin delme yolu ses ışınına neredeyse paralel olduğunda), iğne gövdesinin yankısı aşırı derecede zayıflar veya hatta kaybolur, bu da operatörün iğne yolunun yönünü tamamen değerlendirme yeteneğini kaybetmesine ve yalnızca körü körüne ayarlama yapmasına neden olur. Bu durum çok sayıda gereksiz delme girişimine, doku hasarına ve operasyon süresinin uzamasına neden olur ve önemli kan damarları ve sinirlerin yakınında çalışırken son derece yüksek riskler oluşturur.

Temel Teknolojik Yenilik:

Yeniliğimiz, bilgi geliştirmeyi sağlayan "iğne ucu" ve "iğne gövdesi" için farklılaştırılmış akustik yapı tasarımında yatmaktadır:

Uçtaki "akustik lens" ve mikro-sırt yapısı:Ucun eğimli yüzeyinde ve arkasındaki alanda, yaklaşık 2-3 mm uzaklıkta özel yüzey mikro yapıları tasarladık. Yaklaşımlardan biri, derinlikleri ve aralıkları tam olarak hesaplanmış bir dizi mikrometre-boyutlu mikro{-sırt dizileri üretmektir. Bu çıkıntılar minyatür rezonatörler gibi davranarak belirli frekanstaki ultrasonik dalgaların saçılımını ve rezonansını arttırarak iğnenin gövdesiyle karşılaştırıldığında ucun sonogram üzerinde daha parlak bir "vurgu" oluşturmasına neden olur. Diğer bir yaklaşım, iğne ucu alanını farklı boyutlarda mikro kabarcıklar içeren gradyan bir kaplama ile kaplamak, böylece dağılan ses enerjisini prob yönüne doğru daha etkili bir şekilde yoğunlaştıran bir "akustik mercek" etkisi yaratmaktır.

İğne gövdesinin makroskobik "sarmal desen" veya "süreksiz bant" tasarımı:İğne gövdesinin yüzeyinde, mikro kabarcıklı kaplamaya ek olarak, lazer veya hassas haddeleme işlemi yoluyla sığ spiral desenler veya periyodik süreksiz dairesel oluklar da oluşturduk. Bu makroskobik yapıların iki işlevi vardır: Birincisi, iğne gövdesi yüzeyinin optik düzgünlüğünü bozarlar, ses dalgalarının dağınık yansımasını arttırırlar, bazı ekoların küçük açılarda bile proba geri dönmesine izin vererek iğne gövdesinin temel görünürlüğünü korurlar. İkinci olarak, bu desenler veya oluklar, ultrason görüntüsü üzerinde cetvel üzerindeki işaretlere benzer şekilde karakteristik "çapraz-halkalar" veya "nokta-benzeri" yankılar oluşturur ve bu, operatörün iğnenin batırılma derinliğini belirlemesine yardımcı olur.

Kaplamanın "akustik empedans gradyanı" tasarımı:İğne gövdesinin yakın ucu (operatöre yakın) ve uzak ucu (iğne ucuna yakın) yakınında hafif bir akustik empedans gradyanı oluşturmak için kaplamadaki mikro{0}}kabarcıkların yoğunluk dağılımını kontrol ettik. Proksimal uçtaki yoğunluk biraz daha düşüktür, bu da biraz daha zayıf ekolara neden olur; distal uçta (özellikle iğne ucu bölgesinde) yoğunluk en yüksektir ve bu da en güçlü ekolara neden olur. Bu gradyan değişikliği, ultrason görüntüsü üzerinde ek yönsel ipuçları sağlar.

Eylem Mekanizması:

İşleminin temel mekanizması, karakteristik akustik dağıtıcılar ekleyerek iki-boyutlu bir görüntüde üç-boyutlu uzamsal bilgiyi kodlamaktır. İğne ucunun geliştirilmesi, "son noktanın nerede olduğunun" görüntülenmesini sağlar. Benzersiz mikro yapı, saçılma sinyaline karakteristik özelliklerini vererek iğne gövdesinden ve çevre dokulardan ayırt edilmesini kolaylaştırır. İğne ucu hedefe temas ettiğinde yankı özellikleri değişir (parlaklıkta ani bir artış veya şekil değişikliği gibi), operatöre dokunma hissinin ötesinde görsel bir onay sağlar. İğne gövdesinin makroskobik yapısı ve kaplamanın eğimi "yolun nerede olduğu" problemini çözmektedir. Spiral desenler gibi yapılar, iğne gövdesinin herhangi bir açıda tamamen "kaybolmamasını" sağlar. Görüntüde sunulan sürekli yüksek-yankılı "ışık sütunları" ve üzerlerindeki karakteristik desenler, iğne gövdesinin düz yörüngesini açıkça özetlemektedir. Ultrason probunun uzamsal konumuyla birlikte operatör, beyindeki dokudaki iğne gövdesinin üç boyutlu yönelimini, açısını ve derinliğini doğru bir şekilde yeniden yapılandırarak gerçek anlamda "perspektif-benzeri" işlemler gerçekleştirebilir.

Etkinlik Doğrulaması:

Damar delme eğitimi simülasyonunda, stajyerlerin iğne ucunun damar boşluğuna girip girmediğini değerlendirmedeki doğruluk oranı "çift-bölge iyileştirme" eko iğnemizi kullanırken %98'e ulaşırken, sıradan eko iğnesi kullanıldığında bu oran yalnızca %85'ti. Ultrason-kılavuzluğunda sinir bloğunun klinik araştırmasında, iğnemizi kullanan operatör, iğne ucu sinir kılıfına yaklaştığında "su ayrılması" etkisini daha doğru bir şekilde gözlemleyebildi ve lokal anestezik difüzyonunun gerçek-zamanlı izlenmesi daha net oldu. Bloğun başarı oranı arttı ve operasyon süresi ortalama %25 kısaldı. Çok-merkezli bir çalışma, iğnemizi kullanarak perkütan nefrolitotominin (PCNL) delinme oluşturma aşamasında, hedef böbrek kaliksinin tek seferde başarılı bir şekilde delinme oranının önemli ölçüde arttığını ve X-ışını floroskopi kullanım sayısı ile operasyon sırasındaki toplam radyasyon dozunun önemli ölçüde azaldığını gösterdi.

Araştırma ve Geliştirme Stratejisi ve Felsefesi:

Şuna inanıyoruz: "Ultrason rehberliğinin özü, probun 'gözlerini' iğnenin ucuna kadar genişletmektir." Araştırma ve geliştirme stratejimiz, materyallerden değil, klinisyenlerin görsel bilişsel ihtiyaçlarından başlayarak tersine düşünmeye dayanmaktadır. Cerrahların ultrason ekranı karşısında karşılaştıkları bilişsel yük ve mekansal muhakeme problemlerini derinlemesine inceledik ve bunları akustik mühendisliği dilini kullanarak çözdük. Tasarladığımız şey sadece bir iğne değil, iğnenin görüntü üzerinde "konuşmasına" olanak tanıyan ve cerrahlara konumu, yönü ve durumu hakkında net bir şekilde bilgi veren eksiksiz bir "görsel dil sistemi" idi.

Geleceğe Bakış:

Gelecekte ultrason ekipmanlarıyla bağlantılı "aktif görüntüleme" ve "uzaysal konumlandırma" teknolojilerini keşfedeceğiz. Araştırma yönleri şunları içerir: iğne ucundan ileri ultrason görüntüleme elde etmek için entegre mikro-ultrasonik dönüştürücülere sahip iğne gövdelerinin geliştirilmesi; belirli kodlanmış uyarım altında süper-çözünürlüklü görüntüleme elde etmek için kaplama malzemelerinin ultrasonik sistemin emisyon dizisiyle eşleştirilmesinin incelenmesi; Gerçek "artırılmış gerçeklik" navigasyonunu elde etmek için iğne gövdesinin üç{{3} boyutlu uzaysal koordinatlarını ultrason görüntüsü veya üç-boyutlu yeniden yapılandırma modeli üzerine gerçek zamanlı olarak yerleştirmek için elektromanyetik veya optik konumlandırma sensörlerinin kombinasyonunun araştırılması. Amacımız, eko iğnesini, girişimsel ultrason cerrahisinde sadece gözlemlenecek bir nesne olmaktan ziyade, akıllı ve etkileşimli bir navigasyon düğümü haline getirmektir.