Annonce des résultats :

En tant que pionniers dans l'application de la technologie interventionnelle de visualisation par ultrasons, nous avons systématiquement expliqué comment la conception acoustique de l'aiguille d'écho résout complètement le problème de « confusion spatiale » dans les procédures de ponction guidées par échographie. Grâce à la simulation acoustique tridimensionnelle et à l'optimisation de la microstructure sur la surface du corps de l'aiguille, nous avons non seulement obtenu un affichage à contraste élevé du corps de l'aiguille, mais nous avons également amélioré de manière innovante la différenciation de la pointe de l'aiguille et de l'axe long du corps de l'aiguille. Notre technologie « d'amélioration à double zone » permet à la pointe de l'aiguille de présenter un signe unique « queue de comète » ou « point culminant », et le corps de l'aiguille présente un signe « colonne lumineuse » lumineux et continu. Cela permet à l'opérateur de percevoir clairement et en temps réel-la position spatiale tridimensionnelle, l'angle d'insertion et la profondeur du corps de l'aiguille dans l'image échographique bidimensionnelle-, élevant la piqûre du "essai et erreur basé sur l'intuition" à la "navigation précise visualisée".

Points problématiques liés à la recherche et au développement :

Le principal défi de la ponction guidée par ultrasons- réside dans la cartographie de l'opération spatiale-tridimensionnelle sur une image bidimensionnelle-. L’aiguille traditionnelle montre des images peu claires, entraînant la perte de deux informations clés :

Positionnement peu clair de la pointe de l’aiguille :La pointe de l'aiguille est le point clé de l'opération, mais son écho se mélange souvent au corps de l'aiguille ou est submergé dans le fond tissulaire, ce qui rend impossible pour l'opérateur de confirmer si la pointe de l'aiguille a atteint avec précision le point cible (comme le centre d'un kyste ou à côté d'un nerf), conduisant facilement à une ponction excessive ou insuffisante.

Désorientation axiale du corps de l'aiguille :Lorsque l'angle entre le corps de l'aiguille et le faisceau ultrasonore est faible (par exemple lorsque le trajet de perforation est presque parallèle au faisceau sonore), l'écho du corps de l'aiguille devient extrêmement faible, voire disparaît, ce qui fait perdre à l'opérateur la capacité de juger complètement la direction du trajet de l'aiguille et ne peut l'ajuster qu'à l'aveugle. Cela entraîne un grand nombre de tentatives de ponction inutiles, des lésions tissulaires et une durée d'opération prolongée, et présente des risques extrêmement élevés lors d'opérations à proximité de vaisseaux sanguins et de nerfs importants.

Innovation technologique de base :

Notre innovation réside dans la conception de structures acoustiques différenciées pour la « pointe de l'aiguille » et le « corps de l'aiguille », permettant une valorisation de l'information :

La "lentille acoustique" à la pointe et la structure en micro-crête :Nous avons conçu des microstructures de surface spéciales dans la surface inclinée de la pointe et dans la zone située derrière celle-ci, à environ 2-3 mm. Une approche consiste à fabriquer une série de réseaux de micro-crêtes de taille micrométrique-micro-avec des profondeurs et des espacements calculés avec précision. Ces crêtes agissent comme des résonateurs miniatures, améliorant la diffusion et la résonance des ondes ultrasonores à fréquence spécifique, ce qui amène la pointe à former un « point culminant » plus brillant sur l'échographie par rapport au corps de l'aiguille. Une autre approche consiste à recouvrir la zone de la pointe de l'aiguille d'un revêtement dégradé contenant des microbulles de différentes tailles, créant ainsi un effet de « lentille acoustique », qui concentre plus efficacement l'énergie sonore diffusée vers la direction de la sonde.

La conception macroscopique à « motif hélicoïdal » ou à « bande discontinue » du corps de l’aiguille :Sur la surface du corps de l'aiguille, en plus du revêtement de microbulles, nous avons également créé des motifs en spirale peu profonds ou des rainures circulaires discontinues périodiques grâce au laser ou à un traitement de laminage précis. Ces structures macroscopiques ont deux fonctions : premièrement, elles perturbent la douceur optique de la surface du corps de l'aiguille, augmentant la réflexion diffuse des ondes sonores, permettant à certains échos de revenir à la sonde même sous de petits angles, maintenant ainsi la visibilité de base du corps de l'aiguille. Deuxièmement, ces motifs ou rainures forment des échos caractéristiques « en croix-anneaux » ou « en forme de point-sur l'image échographique, similaires aux marquages ​​sur une règle, qui aident l'opérateur à déterminer la profondeur d'insertion de l'aiguille.

La conception « gradient d'impédance acoustique » du revêtement :Nous avons contrôlé la répartition de la densité des micro-bulles dans le revêtement pour former un léger gradient d'impédance acoustique près de l'extrémité proximale (près de l'opérateur) et de l'extrémité distale (près de la pointe de l'aiguille) du corps de l'aiguille. La densité à l’extrémité proximale est légèrement inférieure, ce qui entraîne des échos légèrement plus faibles ; à l’extrémité distale (en particulier au niveau de la pointe de l’aiguille), la densité est la plus élevée, ce qui entraîne les échos les plus forts. Ce changement de gradient fournit des repères directionnels supplémentaires sur l'image échographique.

Mécanisme d'action :

Le mécanisme principal de son fonctionnement consiste à coder des informations spatiales tridimensionnelles dans une image bidimensionnelle en introduisant des diffuseurs acoustiques caractéristiques. L'amélioration de la pointe de l'aiguille permet de visualiser « où se trouve le point final ». La microstructure unique confère au signal diffusé ses caractéristiques, le rendant facile à distinguer du corps de l’aiguille et des tissus environnants. Lorsque la pointe de l'aiguille entre en contact avec la cible, ses caractéristiques d'écho changent (comme une augmentation soudaine de la luminosité ou un changement de forme), fournissant à l'opérateur une confirmation visuelle au-delà de la sensation tactile. La structure macroscopique du corps de l'aiguille et le gradient du revêtement résolvent le problème de « où se trouve le chemin ». Des structures telles que des motifs en spirale garantissent que le corps de l'aiguille ne « disparaît » complètement sous aucun angle. Les "colonnes lumineuses" continues à écho élevé présentées sur l'image et les motifs caractéristiques sur celles-ci soulignent clairement la trajectoire droite du corps de l'aiguille. En combinaison avec la position spatiale de la sonde à ultrasons, l'opérateur peut reconstruire avec précision l'orientation tridimensionnelle, l'angle et la profondeur du corps de l'aiguille dans les tissus du cerveau, réalisant ainsi des opérations véritablement « en perspective -.

Vérification de l'efficacité :

Dans la simulation de formation à la ponction vasculaire, le taux de précision des stagiaires pour juger si la pointe de l'aiguille est entrée dans la cavité vasculaire a atteint 98 % lors de l'utilisation de notre aiguille d'écho « double-amélioration de zone », alors qu'il n'était que de 85 % lors de l'utilisation de l'aiguille d'écho ordinaire. Dans la recherche clinique sur le bloc nerveux guidé par ultrasons-, l'opérateur utilisant notre aiguille a pu observer avec plus de précision l'effet de « séparation de l'eau » lorsque la pointe de l'aiguille s'est approchée de la gaine nerveuse, et la surveillance en temps réel-de la diffusion de l'anesthésique local était plus claire. Le taux de réussite du bloc a augmenté et la durée de l'opération a été raccourcie en moyenne de 25 %. Une étude multi-centrique a montré que lors de la phase d'établissement de la ponction de la néphrolithotomie percutanée (PCNL), à l'aide de notre aiguille, la proportion de ponctions réussies du calice rénal cible en une seule fois était significativement améliorée, et le nombre d'utilisations de fluoroscopie à rayons X et la dose totale de rayonnement pendant l'opération étaient considérablement réduites.

Stratégie et philosophie de recherche et développement :

Nous pensons : « L’essence du guidage échographique réside dans l’extension des « yeux » de la sonde jusqu’à la pointe de l’aiguille. Notre stratégie de recherche et développement est basée sur une réflexion inversée, ne partant pas des matériaux, mais des besoins cognitifs visuels des cliniciens. Nous avons étudié en profondeur les problèmes de charge cognitive et de jugement spatial auxquels les chirurgiens étaient confrontés devant l'écran à ultrasons, puis nous les avons résolus en utilisant le langage de l'ingénierie acoustique. Ce que nous avons conçu n'était pas seulement une aiguille, mais un « système de langage visuel » complet, permettant à l'aiguille de « parler » sur l'image, informant clairement les chirurgiens de sa position, de sa direction et de son état.

Perspectives d'avenir :

À l’avenir, nous explorerons les technologies « d’imagerie active » et de « positionnement spatial » liées aux équipements à ultrasons. Les orientations de recherche comprennent : le développement de corps d'aiguille avec des transducteurs micro-ultrasoniques intégrés pour obtenir une imagerie échographique vers l'avant à partir de la pointe de l'aiguille ; étudier la correspondance des matériaux de revêtement avec la séquence d'émission du système ultrasonique pour obtenir une imagerie à super-résolution sous excitation codée spécifique ; explorer la combinaison de capteurs de positionnement électromagnétiques ou optiques pour superposer les coordonnées spatiales tridimensionnelles du corps de l'aiguille sur l'image échographique ou le modèle de reconstruction tridimensionnelle en temps réel, pour obtenir une véritable navigation en « réalité augmentée ». Notre objectif est de faire de l’aiguille d’écho un nœud de navigation intelligent et interactif en chirurgie échographique interventionnelle, plutôt qu’un simple objet à observer.