https://litfl.com/intraosseous-access/

Da là một vật liệu tổng hợp nhiều lớp-có đặc tính đàn hồi nhớt-trong quá trình tương tác mô-kim. Lớp sừng (dày 10–20 μm) có mô đun đàn hồi khoảng 1–2 GPa và độ bền gãy xương dao động từ 3 đến 5 kJ/m2; lớp biểu bì còn sống (dày 50–100 μm) giảm xuống 100–200 MPa theo mô đun; lớp hạ bì (dày 1–2 mm) không đẳng hướng, có mô đun 1–3 MPa dọc theo đường Langer và 0,5–1,5 MPa vuông góc với chúng; mô dưới da có độ dày thay đổi hoạt động như một chất lỏng nhớt đàn hồi với hằng số thời gian thư giãn là 0,5–2 giây. Khả năng chống xuyên thấu tối đa xuất hiện ngay lập tức khi xuyên qua lớp sừng, với lực cực đại từ 1 đến 3 N.

Mô hình cơ học đâm thủng bao gồm bốn giai đoạn tuần tự: vết lõm ban đầu (lực tuyến tính-chuyển vị do biến dạng mô đàn hồi), bắt đầu vết nứt (nồng độ ứng suất chạm vào độ bền gãy tới hạn), sự lan truyền vết nứt (tách mô kèm theo lực dao động) và sự thâm nhập trạng thái ổn định-(lực ổn định chi phối chủ yếu bởi tải trọng ma sát). Các phép đo thử nghiệm cho thấy rằng một kim 30G tiến tới với tốc độ 10 mm/s tiêu tốn lần lượt 0,1 giây, 0,05 giây và 0,15 giây ở ba giai đoạn đầu tiên với một giai đoạn đâm xuyên ổn định có độ dài thay đổi-, tiêu thụ tổng năng lượng đâm thủng là 5–8 mJ. Việc tăng tốc độ chèn lên 50 mm/s sẽ cắt tổng năng lượng xuống còn 3–5 mJ, tuy nhiên việc vượt quá quán tính sẽ làm tăng nguy cơ độ sâu thâm nhập quá mức.

Cơ học làm lệch kim tuân theo phương trình chùm tia Euler–Bernoulli:\\(y(x)=\\frac{F}{6EI}\\big(3Lx^2-x^3\\big)\\) trong đó E=mô đun Young (200 GPa đối với thép không gỉ) và mômen diện tích I=được xác định cho ống rỗng có đường kính ngoài D và đường kính trong d:\\(I=\\frac{\\pi(D^4-d^4)}{64}\\)A đường kính 0,3 mm-, kim dài 40 mm-chịu lực ngang 0,5 N tại ranh giới mô sẽ tạo ra độ lệch đầu mũi lên tới 2,1 mm. Thiết kế có thể điều khiển chủ động uốn cong trước ống thông (bán kính cong: 150–200 mm) kết hợp với bộ điều chỉnh xoay để hạn chế sai số vị trí dưới 0,3 mm. Hệ thống phân phối robot điều chỉnh quỹ đạo chèn ở tần số 10–20 Hz để điều chỉnh độ lệch theo thời gian thực.

Quá trình chuyển đổi cơ học đột ngột xảy ra khi xuyên qua mô nhiều lớp: lực thâm nhập giảm mạnh 60–70% khi truyền từ lớp hạ bì vào mô mỡ, làm mất đi tín hiệu xúc giác của người vận hành và gây ra sự thâm nhập quá mức. Kim phản hồi xúc giác-thế hệ tiếp theo{4}}tích hợp các máy đo biến dạng thu nhỏ 1×1 mm ở gần đầu 3 mm với độ phân giải 0,01 N, có khả năng ghi lại những thay đổi điện trở đột ngột 0,3–0,5 N. Một máy rung áp điện kết hợp cung cấp các tín hiệu xúc giác 200 Hz ở biên độ 0,1 mm để đánh dấu các bề mặt mô một cách rõ ràng. Các thử nghiệm lâm sàng làm giảm tỷ lệ thủng màng cân do tai nạn từ mức cơ bản 18% xuống còn 3%.

Ảnh hưởng của trường nhiệt-thường bị bỏ qua. Chênh lệch nhiệt độ (thường là 5–10 độ ) giữa ống thông và mô gây ra ứng suất nhiệt bề mặt được tính bằng \\(\\sigma_\\mathrm{th}=E\\alpha\\Delta T\\), trong đó \\(\\alpha\\) biểu thị hệ số giãn nở nhiệt (~1×10⁻⁴ / độ đối với mô sinh học, 1,7×10⁻⁵ / độ đối với thép không gỉ). Trong phạm vi tiếp xúc 0,5 mm, ứng suất do nhiệt gây ra đạt 0,5–1 MPa, tương đương với 10–20% độ bền gãy mô tự nhiên. Làm ấm trước{17}}kim đến 32 độ sẽ loại bỏ tải nhiệt như vậy, bắt buộc phải kiểm soát nhiệt chính xác để tránh biến tính protein. Lớp phủ vật liệu thay đổi pha-hấp thụ nhiệt nhất thời khi tiếp xúc với mô và hạn chế sự thay đổi nhiệt độ trong phạm vi ±0,5 độ .

Các số liệu định lượng để đánh giá chấn thương mô bao gồm: đường kính tổn thương \\(D_\\mathrm{d}=2.5\\times D_\\mathrm{n}\\) (\\(D_\\mathrm{n}\\)=đường kính ngoài kim danh nghĩa), độ sâu thâm nhiễm tế bào viêm là 0,3–0,5 mm và cần 7–14 ngày để tái tạo collagen. Kim 33G mịn tạo ra chiều rộng tổn thương ~ 0,4 mm với thời gian lành vết thương từ 3–5 ngày, trong khi dụng cụ 21G thông thường để lại vết thương 1,2 mm cần 10–14 ngày để sửa chữa hoàn toàn. Đồng hồ đo siêu mịn vượt quá 34G bị uốn cong quá mức và gây ra hiệu ứng xé-giống như mũi khoan, dẫn đến thể tích chấn thương thực tế tăng lên. Phạm vi đo tối ưu là 28–31G cân bằng tổn thương do điều trị tối thiểu và độ cứng cấu trúc thỏa đáng.