自动注射器施力与护盾尺寸对腹部皮肤及皮下组织形变的影响：一项基于超声与数字图像相关的体内研究

（编辑推荐）本研究通过数字图像相关技术（DIC）和超声（US）成像，首次在体内揭示了护盾触发式自动注射器（AI）施力与护盾尺寸（?15 mm/?30 mm）对腹部皮肤及皮下组织（SCT）压缩的非线性“锁止”效应（8-10 N时达平台期），为优化AI设计、降低肌肉注射风险提供了关键生物力学依据。

　　

亮点

本研究首次结合超声（US）与数字图像相关技术（DIC），在活体腹部组织上动态捕捉护盾触发式自动注射器（AI）施力过程中的生物力学响应，揭示了皮下组织（SCT）压缩的“锁止”现象与护盾尺寸的临床相关性。

方法

10名健康受试者接受两种护盾尺寸（?15 mm和?30 mm）的渐进式施力（≤20 N），通过US探头同步记录皮肤及SCT厚度变化，DIC技术量化皮肤表面应变。3D打印护盾集成US探头实现力-形变同步监测。

结果

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  非线性压缩：皮肤+SCT厚度在8-10 N时进入“锁止”状态，?15护盾压缩率达55%（?30仅45%）。

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  尺寸效应：?15护盾的压痕深度（50.39 mm）显著大于?30（34.84 mm）（p<0.05），且应变速率更高（15% vs 10.5%）。

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  陡峭曲线：小护盾（?15）的皮肤形变曲线斜率更大，提示局部应力集中。

讨论

护盾尺寸通过改变组织应力分布直接影响注射深度——小护盾（?15）因高压缩率可能增加肌肉注射风险。该发现为AI设计提供量化标准：增大护盾尺寸可降低SCT压缩率，提升皮下注射成功率。

结论

皮肤+SCT的压缩存在“锁止”阈值，但压痕深度仍随施力线性增加。临床选择AI时需权衡护盾尺寸、针长与激活力，尤其针对个体化差异显著的腹部组织。本研究为优化AI生物相容性提供了首个活体力学模型。