测量针头和注射器的微小运动

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我的问题是在注射时如何测量针头和注射器的很小的运动。当医生注射局部麻醉剂时，他们总是先吸气（吸回）以确保他们不在血管中。我的争论，特别是如果单手进行抽吸时，是在抽吸时针头/注射器组合上的作用力方向发生变化，导致针头端部明显移动（可能为几毫米），这抵消了抽吸的目的。第一名。

我想进行一项体外研究，在该研究中，我将针头和注射器组合起来并注入一块肉或类似物中-然后在3种情况下让志愿者进行抽吸/注射：

用另一只手稳定并直接注射
用另一只手稳定，吸出然后注射
一只手吸气然后注射

我找到了一种方法来测量针尖的这些运动，直至0.1mm。我以为可以使用加速度计，但还没有发现足够小的东西可以安装在针尖上。

我想到的唯一另一种方法是在针尖上使用摄像机安装的侧面，该侧面会伸出某种人造“皮肤”，然后校准刻度线以测量移动的距离。

measurement accelerometer mechanical

— 马克·斯托纳姆
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能否请您编辑问题，使其仅包含特定的电子问题？这个问题涉及面很广，几乎与电子学无关。如何在运动物体上最好地安装加速度计是一个力学问题。

— 伦丁

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海事组织下面有一个很好的电子设备-精确感测小物体的3D运动。我认为选择传感器和设计测量是合理的话题。

— 杰克B

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在查看您的帖子时，您显然并没有打算在墙上贴上文字，但站点软件无法识别您进行格式化的尝试。经过编辑，因此您的格式

— 可以满足

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您要针的绝对位置，还是相对于皮肤表面的位置？您是否要全部使用3个轴，或者在注射器轴上使用某种测距仪有用吗？

— pjc50

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我很困惑。您是在尝试感应针尖的3D位置，还是只是在尝试测量将针插入患者或肉块的距离？

— Olin Lathrop

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加速度计绝对不是噪音。

机械臂系统虽然可能足够精确，但可能会充分影响进样情况，从而使结果毫无意义。我怀疑一个努力控制小注射器位置的学生会因较大的测量臂而分心，无论其平衡性和摩擦力如何。

唯一真正的您必须选择是光学的。 $^*$

应该可以在基准管的两端对注射器进行标记。您可以实现的分辨率受到光学系统的限制，该光学系统将多个摄像机对准目标。如果测试地点很小且位置明确，则可以使用变焦光学器件使图像充满整个帧。高清摄像机，以及通过OpenCV之类的基准点的亚像素定位，应该可以实现您的目标分辨率。

真实=>低成本，可保持清晰的成像体积，并且很明显获得分辨率的方式。还有许多其他模式，例如MRI，PET断层扫描，超声，磁断层扫描，X射线CT，电阻断层扫描-需要进行各种校准，开发，昂贵的设备等。 $^*$

— Neil_UK
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除此之外，如果您使用防弹凝胶或类似介质代替肉类，那么它是透明的。用黑色的针头（Sharpie笔？），它应该可以很好地显示在相机上。这样，您甚至不必从注射器筒中计算出针尖位置-您可以直接在图像中看到它。

— 格雷厄姆

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@Graham我会担心通过使针尖对他们可见而给注射器带来不切实际的反馈。

— 韦恩·康拉德

在玻璃板上的防弹凝胶（从下面成像），顶层装有炭黑，因此它是不透明的？（也@Graham）

— 克里斯·H

但是，如果您使用红外线，并且该层不太厚，您将获得明显的肉体透射，并且仍然可以在硅CCD上拾取它。

— 克里斯H

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@WayneConrad如果要模拟注射，则顶部需要模拟皮肤。针扎在某人身上，我知道穿过皮肤和穿过底层的肉有一定的区别。一张简单的薄橡胶片就足够了-足以阻止注射器看到针尖。注射模拟设备已经存在（Google快速找到wallcur.com/Products/…），因此也许可以以此为起点。

— 格雷厄姆

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我会远离加速度计。从加速度计获得位移意味着两次积分-一次获得速度，再一次获得位置。这意味着错误容易累积。同样，加速度计将需要连接到针头上，最好使用看起来和感觉对志愿者尽可能正常的针头和注射器。

相机的想法对我来说听起来更好。您可能想要测量针头和注射器的所有运动轴-因此所有三个运动方向和所有三个旋转方向。您应该能够使用两台摄像机轻松地做到这一点，一个摄像机从“皮肤”表面看，另一个摄像机从上方向下看。将相机放置在远离被摄对象的位置，并使用长镜头，这样可以减少透视效果。如果您将一些颜色鲜艳的点放在黑色注射器上，则使用ImageJ和跟踪插件在视频中跟踪它们将非常容易。然后，您可以使用这些点的移动来重建整个注射器的移动。

— 杰克·B
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您可能希望在肉的表面（如Tegaderm之类的薄膜）上使用类似的点状网格来校准其运动和变形。

— Brian Drummond

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请注意，进行这项研究非常重要。正确使用仪器本身就是一项研究。我建议仔细研究Medline或Google学术搜索几天，看看是否有人做过类似的事情。查看您已阅读的论文，这些论文将引导您进入该研究领域以寻求指导。

就我个人而言，我将朝着超声成像的方向告诉您您需要了解的内容。实际上，我怀疑这是麻醉师通常如何引导针头的操作，如果在抽吸过程中针头移动得太多，他们可能已经知道了。

我不喜欢“谷歌是你的朋友”-输入消息，但我要补充一点，在谷歌学者中搜索“针头运动测量”会产生大量点击，而对我来说，第一击确实指向超声：http：/ /scitation.aip.org/content/aapm/journal/medphys/33/8/10.1118/1.2218061

— 斯科特·塞德曼
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他们使用了Acuson 128 XP超声仪（可能具有最高可用的MHz传感器），6自由度力转矩传感器和磁性位置传感器。对于OP（0.5mm RMS分辨率/1.8mm RMS静态精度）而言，后者似乎有些不足。

— Spehro Pefhany

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@SpehroPefhany -我是不是要指向的与该链接的答案，但线索，该OP有一个文学。该论文将引用其他论文，其他论文也将引用它，OP需要使用工具来进行两种搜索。研究就是这样完成的。

— Scott Seidman

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您指向的特定论文非常有帮助。通常我会花掉$ 35并最终感到失望。

— Spehro Pefhany

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我反对的唯一方法是光学或固定安装到测量系统。我提出了另一种方法：

电阻感测

沿着血管附接一条带有电极阵列的条。在注射器上施加很小的电压。经过校准并开发出良好的算法后，我认为可以通过分析不同电极上电流/电压的变化来准确确定针尖的位置。为了保持较低的生理效果，您可以使用高于300 kHz的RF电压。这也允许评估该方法的相位增加的可靠性。

缺点：试条可能遮挡了应进行测试的区域。

感应式

对放置在血管附近的多个感应式传感器进行成像。他们应该能够传送针的3D数据。

两种方法都涉及大量的开发工作。虽然结果可能是一个完全能够替代抽吸过程的系统。

— Ariser
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有很多潜在的方法。
完善问题将增加找到一个好的系统的机会。

如果针头相对于目标（肉，人等）运动，从而使针头在目标内部的净长度发生变化，则可以测量针头对目标路径的阻力（DC，AC，...），以检测运动。绝对值几乎肯定不会在“运行”之间精确地重复，但对于很小的运动，应该可以观察到增量运动。

如果在回缩过程中发生了针头相对于目标表面的通过，则可以通过各种方式实现测量相对于目标平面的绝对针头位置的传感器。几种方法之一是在表面附近的针上放一个圆盘，然后测量电容变化-绝对值很小，但可行。

如果在精确建模所需的关键动作时，注射模拟器的外观可能有些不切实际，则可以遥测霍尔单元或GMR传感器和磁体，LVDT传感器，机械联轴器等的运动。

也就是说，似乎主要是要真正了解要测量的精确细节，然后将多个传感器之一与其耦合。

— 罗素·麦克马洪
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我认为您的帖子中没有电气设计问题，但我认为您正在寻找的是6轴坐标测量机。就像在汽车制造中使用的熟悉的6轴机器人一样，它没有电机-只有编码器才能读取位置。

图1. Mitutoyo 自旋臂Apex系列 6轴坐标测量系统。

我没有阅读文档，但是您需要一些接头松动的东西，以使测量设备无法稳定针或增加操作的惯性。

— 晶体管
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要考虑的传感器：LVDT，应变计，压电。所有这些传感都必须在针座末端而不是尖端进行。我假设您可以使用这种仪器来修改“测试针”……在针体（手持部件）内应该有足够的空间容纳这样的传感器。这些传感器的机械安装和耦合不适用于此站点。
其中，LVDT传感器非常坚固，并且可以在液体环境中不渗透。而且许多具有出色的灵敏度。多个示例之一：http : //www.disensors.com/downloads/products/MHR%20Miniature%20LVDT_521.pdf

— glen_geek
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