Gràcies per visitar Nature.com.La versió del navegador que utilitzeu té un suport CSS limitat.Per obtenir la millor experiència, us recomanem que utilitzeu un navegador actualitzat (o desactiveu el mode de compatibilitat a Internet Explorer).Mentrestant, per garantir un suport continuat, renderitzarem el lloc sense estils ni JavaScript.
Recentment s'ha demostrat que l'ús d'ultrasons augmenta el rendiment de teixit en l'aspiració amb agulla fina assistida per ultrasons (USeFNAB) en comparació amb l'aspiració amb agulla fina convencional (FNAB).Fins ara, la relació entre la geometria del bisell i el moviment de la punta no s'ha estudiat a fons.En aquest estudi, hem investigat les propietats de la ressonància de l'agulla i l'amplitud de la deflexió per a diverses geometries de bisell de l'agulla amb diferents longituds de bisell.Utilitzant una lanceta bisellada convencional de 3,9 mm, el factor de potència de deflexió de la punta (DPR) a l'aire i l'aigua era de 220 i 105 µm/W, respectivament.Això és més alt que la punta bisellada axisimètrica de 4 mm, proporcionant 180 i 80 µm/W DPR a l'aire i l'aigua, respectivament.Aquest estudi destaca la importància de la relació entre la rigidesa a la flexió de la geometria del bisell en el context de diferents mitjans d'inserció i, per tant, pot proporcionar informació sobre els mètodes per controlar l'acció de tall post-perforació canviant la geometria del bisell de l'agulla, que és important.per a una aplicació USeFNAB és fonamental.
La biòpsia per aspiració amb agulla fina (PAF) és un mètode per obtenir mostres de teixit per a sospita de patologia1,2,3 mitjançant una agulla.S'ha demostrat que la punta Franseen proporciona un rendiment de diagnòstic més alt que les puntes Lancet4 i Menghini5 convencionals.També es suggereixen pendents axisimètrics (és a dir, circumferencials) per augmentar la probabilitat d'espècimens histopatològicament adequats.
Durant una biòpsia, es passa una agulla a través de capes de pell i teixit per accedir a lesions sospitoses.Estudis recents han demostrat que l'ecografia pot reduir la força de penetració necessària per accedir als teixits tous7,8,9,10.S'ha demostrat que la geometria del bisell de l'agulla afecta les forces d'interacció de l'agulla, per exemple, s'ha demostrat que els bisells més llargs tenen forces de penetració del teixit més baixes11.Després que l'agulla hagi penetrat a la superfície del teixit, és a dir, després de la punció, la força de tall de l'agulla pot ser el 75% de la força d'interacció de l'agulla amb el teixit12.S'ha demostrat que en la fase post-punció, l'ecografia (ultrasò) augmenta l'eficiència de la biòpsia diagnòstica de teixits tous.S'han desenvolupat altres tècniques de biòpsia òssia millorada per ultrasons per prendre mostres de teixit dur, però no s'han informat resultats que millorin el rendiment de la biòpsia.Nombrosos estudis també han confirmat que el desplaçament mecànic augmenta quan es sotmet a estrès ultrasònic16,17,18.Tot i que hi ha molts estudis sobre forces estàtiques axials (longitudinals) en les interaccions agulla-teixit19,20, hi ha estudis limitats sobre la dinàmica temporal i la geometria del bisell de l'agulla sota FNAB ultrasònic (USeFNAB).
L'objectiu d'aquest estudi era investigar l'efecte de diferents geometries de bisell sobre el moviment de la punta de l'agulla en una agulla impulsada per flexió ultrasònica.En particular, es va investigar l'efecte del medi d'injecció sobre la deflexió de la punta de l'agulla després de la punció per als bisells tradicionals de l'agulla (és a dir, agulles USeFNAB per a diversos propòsits, com ara l'aspiració selectiva o l'adquisició de teixits tous).
En aquest estudi es van incloure diverses geometries de bisell.(a) L'especificació de Lancet compleix la norma ISO 7864:201636 on \(\alpha\) és el bisell primari, \(\theta\) és l'angle de gir del bisell secundari i \(\phi\) és el bisell secundari. angle., en girar, en graus (\(^\circ\)).(b) Xamfràs lineals asimètrics d'un sol pas (anomenats "estàndard" a DIN 13097:201937) i (c) Xamfrans lineals asimètrics (circunferencials) d'un sol pas.
El nostre enfocament comença modelant el canvi en la longitud d'ona de flexió al llarg del bisell per a geometries de bisell convencionals, axisimètriques i asimètriques d'una sola etapa.A continuació, vam calcular un estudi paramètric per examinar l'efecte del pendent i la longitud de la canonada sobre la fluïdesa mecànica de la transferència.Això és necessari per determinar la longitud òptima per fer un prototip d'agulla.A partir de la simulació, es van fer prototips d'agulla i es va caracteritzar experimentalment el seu comportament ressonant mesurant els coeficients de reflexió de voltatge i calculant l'eficiència de transferència de potència en aire, aigua i gelatina balística del 10% (p/v), a partir de la qual es va determinar la freqüència de funcionament. .Finalment, la imatge d'alta velocitat s'utilitza per mesurar directament la deflexió de l'ona de flexió a la punta de l'agulla a l'aire i l'aigua, així com per estimar la potència elèctrica lliurada a cada angle oblic i la geometria de la relació de potència de deflexió ( DPR) al medi injectat..
Com es mostra a la figura 2a, utilitzeu un tub de calibre 21 (0,80 mm OD, 0,49 mm ID, gruix de paret del tub 0,155 mm, paret estàndard) per definir el tub d'agulla amb la longitud del tub (TL) i l'angle de bisell (BL) d'acord amb ISO 9626:201621) en acer inoxidable 316 (mòdul de Young 205 \(\text {GN/m}^{2}\), densitat 8070 kg/m\(^{3}\) i relació de Poisson 0,275).
Determinació de la longitud d'ona de flexió i afinació del model d'elements finits (FEM) per a condicions d'agulla i límit.(a) Determinació de la longitud del bisell (BL) i la longitud del tub (TL).(b) Model d'elements finits (FEM) tridimensional (3D) que utilitza una força puntual harmònica \(\tilde{F}_y\vec {j}\) per conduir l'agulla proximalment, desviar el punt i mesurar la velocitat a la consell (\ ( \tilde {u}_y\vec {j}\), \(\tilde{v}_y\vec {j}\)) per calcular la transferència de fluïdesa mecànica.\(\lambda_y\) es defineix com la longitud d'ona de flexió relativa a la força vertical \(\tilde{F}_y\vec {j}\).(c) Definicions del centre de gravetat, l'àrea de la secció transversal A i els moments d'inèrcia \(I_{xx}\) i \(I_{yy}\) al voltant dels eixos x i y, respectivament.
Com es mostra a la fig.2b,c, per a un feix infinit (infinit) amb àrea de secció transversal A i amb una longitud d'ona superior a la mida de la secció transversal del feix, la velocitat de fase doblegada (o doblegada) \( c_{EI }\) està determinada per 22 :
on E és el mòdul de Young (\(\text {N/m}^{2}\)), \(\omega _0 = 2\pi f_0\) és la freqüència angular d'excitació (rad/s), on \( f_0 \ ) és la freqüència lineal (1/s o Hz), I és el moment d'inèrcia de l'àrea al voltant de l'eix d'interès\((\text {m}^{4})\), \(m'=\ rho _0 A\ ) és la massa de la unitat de longitud (kg/m), on \(\rho _0\) és la densitat\((\text {kg/m}^{3})\) i A és la creu secció de l'àrea del feix (pla xy) (\(\ text {m}^{2}\)).Com que la força aplicada en el nostre exemple és paral·lela a l'eix vertical de les y, és a dir, \(\tilde{F}_y\vec {j}\), només ens interessa el moment d'inèrcia regional al voltant de l'eix horitzontal x, és a dir, \(I_{xx}\), per tant:
Per al model d'elements finits (FEM), s'assumeix un desplaçament harmònic pur (m), de manera que l'acceleració (\(\text {m/s}^{2}\)) s'expressa com \(\partial ^2 \vec {u}/ \ parcial t^2 = -\omega ^2\vec {u}\) com \(\vec {u}(x, y, z, t): = u_x\vec {i} + u_y\ vec {j } + u_z\vec {k}\) és un vector de desplaçament tridimensional donat en coordenades espacials.En lloc d'aquest últim, d'acord amb la seva implementació al paquet de programari COMSOL Multiphysics (versions 5.4-5.5, COMSOL Inc., Massachusetts, EUA), la forma lagrangiana de deformació finita de la llei d'equilibri de moment es dóna de la següent manera:
on \(\vec {\nabla}:= \frac{\partial}}{\partial x}\vec {i} + \frac{\partial}}{\partial y}\vec {j} + \frac{ \partial }{\partial z}\vec {k}\) és l'operador de divergència del tensor, \({\underline{\sigma}}\) és el segon tensor de tensió de Piola-Kirchhoff (segon ordre, \(\ text { N/ m}^{2}\)) i \(\vec {F_V}:= F_{V_x}\vec {i}+ F_{V_y}\vec {j}+ F_{V_z}\vec {k} \) és el vector de força corporal (\(\text {N/m}^{3}\)) per a cada volum deformat, i \(e^{j\phi }\) és el vector de l'angle de fase\(\ phi \) (alegre).En el nostre cas, la força de volum del cos és zero, el nostre model assumeix linealitat geomètrica i una petita deformació purament elàstica, és a dir, on \({\underline{\varepsilon}}^{el}\) i \({\underline {\varepsilon}}\) són la deformació elàstica i la deformació total (segon ordre, adimensional), respectivament.El tensor d'elasticitat isòtropa constitutiva de Hooke \(\underline{\underline{C}}\) es calcula utilitzant el mòdul E de Young (\(\text {N/m}^{2}\)) i es determina la relació de Poisson v, per tant, és a dir \(\underline{\underline{C}}:=\underline{\underline{C}}(E,v)\) (quart ordre).Així, el càlcul de l'esforç es converteix en \({\underline{\sigma}} := \underline{\underline{C}}:{\underline{\varepsilon}}\).
El càlcul utilitza un element tetraèdric de 10 nodes amb una mida de l'element \(\le\) de 8 µm.L'agulla es modela al buit i el valor de la mobilitat mecànica transferida (ms-1 N-1) es defineix com \(|\tilde{Y}_{v_yF_y}|= |\tilde{v}_y\vec { j}|/ |\ tilde{F}_y\vec {j}|\)24, on \(\tilde{v}_y\vec {j}\) és la velocitat complexa de sortida de la peça de mà i \( \tilde {F}_y\vec {j}\) és una força motriu complexa situada a l'extrem proximal del tub, tal com es mostra a la figura 2b.Tradueix la fluïdesa mecànica en decibels (dB) utilitzant el valor màxim com a referència, és a dir, \(20\log _{10} (|\tilde{Y}|/ |\tilde{Y}_{max}|) \ ) .Tots els estudis FEM es van dur a terme a una freqüència de 29,75 kHz.
El disseny de l'agulla (Fig. 3) consisteix en una agulla hipodèrmica convencional de calibre 21 (núm. cat. 4665643, Sterican\(^\circledR\), diàmetre exterior 0,8 mm, longitud 120 mm, crom-níquel inoxidable AISI 304 acer , B. Braun Melsungen AG, Melsungen, Alemanya) equipat amb una funda de plàstic Luer Lock feta de polipropilè a l'extrem proximal i adequadament modificada a l'extrem.El tub de l'agulla està soldat a la guia d'ones tal com es mostra a la figura 3b.Les guies d'ona es van imprimir en una impressora 3D d'acer inoxidable (acer inoxidable EOS 316L en una impressora 3D EOS M 290, 3D Formtech Oy, Jyväskylä, Finlàndia) i després es van connectar al sensor Langevin mitjançant cargols M4.El sensor Langevin consta de 8 elements d'anell piezoelèctrics carregats als dos extrems amb dues masses.
Els quatre tipus de puntes (foto), una lanceta disponible comercialment (L) i tres bisells axisimètrics d'una sola etapa (AX1-3) es van caracteritzar per longituds de bisell (BL) de 4, 1,2 i 0,5 mm, respectivament.(a) Primer pla de la punta de l'agulla acabada.(b) Vista superior de quatre pins soldats a la guia d'ona impresa en 3D i després connectats al sensor Langevin amb cargols M4.
Es van fabricar tres puntes de bisell axisimètrics (Fig. 3) (TAs Machine Tools Oy) amb longituds de bisell (BL, tal com es defineix a la Fig. 2a) de 4,0, 1,2 i 0,5 mm, corresponents a \(\approx) 2 \(^ \ circ\), 7\(^\circ\) i 18\(^\circ\) respectivament.La massa de la guia d'ones i de l'agulla és de 3,4 ± 0,017 g (mitjana ± sd, n = 4) per als bisells L i AX1-3, respectivament (Quintix\(^\circledR\) 224 Design 2, Sartorius AG, Göttingen, Alemanya) .Per als bisells L i AX1-3 de la figura 3b, la longitud total des de la punta de l'agulla fins a l'extrem de la funda de plàstic era de 13,7, 13,3, 13,3 i 13,3 cm, respectivament.
Per a totes les configuracions d'agulla, la longitud des de la punta de l'agulla fins a la punta de la guia d'ona (és a dir, fins a l'àrea de soldadura) era de 4,3 cm i el tub de l'agulla estava orientat amb el tall cap amunt (és a dir, paral·lel a l'eix Y) , tal com es mostra a la figura.c (Fig. 2).
Es va utilitzar un script personalitzat a MATLAB (R2019a, The MathWorks Inc., Massachusetts, EUA) que s'executa en un ordinador (Latitude 7490, Dell Inc., Texas, EUA) per generar un escombrat sinusoïdal lineal de 25 a 35 kHz durant 7 segons, passant Un convertidor de digital a analògic (DA) (Analog Discovery 2, Digilent Inc., Washington, EUA) es converteix en un senyal analògic.A continuació, el senyal analògic \(V_0\) (0,5 Vp-p) es va amplificar amb un amplificador de radiofreqüència (RF) dedicat (Mariachi Oy, Turku, Finlàndia).La caiguda de tensió amplificada \({V_I}\) de l'amplificador de RF amb una impedància de sortida de 50 ohms s'alimenta a un transformador integrat a l'estructura d'agulla amb una impedància d'entrada de 50 ohms.Els transductors Langevin (transductors piezoelèctrics multicapa davanters i posteriors de gran resistència) s'utilitzen per generar ones mecàniques.L'amplificador de RF personalitzat està equipat amb un mesurador de factor de potència d'ona estacionària (SWR) de doble canal que registra la \({V_I}\) incident i la tensió amplificada reflectida\(V_R\) en mode analògic a digital (AD).amb una freqüència de mostreig de 300 kHz Converter (analògic Discovery 2).El senyal d'excitació es modula en amplitud al principi i al final per evitar la sobrecàrrega de l'entrada de l'amplificador amb transitoris.
Utilitzant un script personalitzat implementat a MATLAB, la funció de resposta de freqüència (FRF), és a dir, \(\tilde{H}(f)\), es va estimar fora de línia mitjançant un mètode de mesura de l'escombrat sinusoïdal de dos canals (Fig. 4), que suposa linealitat en el temps.sistema invariant.A més, s'aplica un filtre de pas de banda de 20 a 40 kHz per eliminar les freqüències no desitjades del senyal.En referència a la teoria de les línies de transmissió, en aquest cas \(\tilde{H}(f)\) és equivalent al coeficient de reflexió de la tensió, és a dir, \(\rho _{V} \equiv {V_R}/{V_I}\ ) \) disminueix a \({V_R}^ 2 /{V_I}^2\ ) és igual a \(|\rho _{V}|^2\).En els casos en què es requereixen valors de potència elèctrica absoluta, la potència incident \(P_I\) i la potència reflectida \(P_R\) potència (W) es calculen prenent el valor rms (rms) de la tensió corresponent, per exemple.per a una línia de transmissió amb excitació sinusoïdal \( P = {V}^2/(2Z_0)\)26, on \(Z_0\) és igual a 50 \(\Omega\).La potència elèctrica subministrada a la càrrega \(P_T\) (és a dir, el medi inserit) es pot calcular com \(|P_I – P_R |\) (W RMS), així com l'eficiència de transferència d'energia (PTE) i el percentatge ( %) es pot determinar com es dóna la forma, per tant 27:
Les freqüències modals aciculars \(f_{1-3}\) (kHz) i els seus corresponents factors de transferència de potència \(\text {PTE}_{1{-}3} \) s'estimen mitjançant la FRF.FWHM (\(\text {FWHM}_{1{-}3}\), Hz) estimat directament a partir de \(\text {PTE}_{1{-}3}\), de la taula 1 A unilateral L'espectre lineal s'obté a la freqüència modal descrita \(f_{1-3}\).
Mesura de la resposta en freqüència (AFC) d'estructures d'agulla.S'utilitza una mesura d'escombrat sinusoïdal de dos canals25,38 per obtenir la funció de resposta en freqüència \(\tilde{H}(f)\) i la seva resposta a impuls H(t).\({\mathcal {F}}\) i \({\mathcal {F}}^{-1}\) representen la transformada de Fourier del truncament digital i la seva inversa, respectivament.\(\tilde{G}(f)\) significa el producte de dos senyals en el domini de la freqüència, per exemple, \(\tilde{G}_{XrX}\) significa el producte d'exploració inversa\(\tilde{ X} r (f)\ ) i caiguda de tensió \(\tilde{X}(f)\) respectivament.
Com es mostra a la figura 5, la càmera d'alta velocitat (Phantom V1612, Vision Research Inc., NJ, EUA) està equipada amb una lent macro (MP-E 65 mm, \(f\)/2.8, 1-5\).(\times\), Canon Inc., Tòquio, Japó), per registrar les deflexions de la punta durant l'excitació de flexió (freqüència única, sinusoide contínua) a freqüències de 27,5-30 kHz.Per crear un mapa d'ombres, es va col·locar un element refrigerat d'un LED blanc d'alta intensitat (número de peça: 4052899910881, LED blanc, 3000 K, 4150 lm, Osram Opto Semiconductors GmbH, Regensburg, Alemanya) darrere de la punta de l'agulla.
Vista frontal de la configuració experimental.La profunditat es mesura des de la superfície del medi.L'estructura de l'agulla està subjectada i muntada sobre una taula de transferència motoritzada.Utilitzeu una càmera d'alta velocitat amb una lent de gran augment (5\(\x\)) per mesurar la desviació de l'angle oblic.Totes les dimensions són en mil·límetres.
Per a cada tipus de bisell d'agulla, vam gravar 300 fotogrames d'una càmera d'alta velocitat de 128 \(\x\) 128 píxels, cadascun amb una resolució espacial d'1/180 mm (\(\aprox.) 5 µm), amb una resolució temporal de 310.000 fotogrames per segon.Com es mostra a la figura 6, cada marc (1) es retalla (2) de manera que la punta de l'agulla es troba a l'última línia (inferior) del marc i es calcula l'histograma de la imatge (3), de manera que el Canny es poden determinar els llindars 1 i 2.A continuació, apliqueu la detecció de vora de Canny 28(4) amb l'operador Sobel 3 \(\times\) 3 i calculeu les posicions per a píxels no hipotenuses (etiquetats \(\mathbf {\times }\)) sense cavitació 300 passos de temps.Per determinar el rang de deflexió de la punta, calculeu la derivada (utilitzant l'algorisme de diferència central) (6) i determineu el marc (7) que conté els extrems locals (és a dir, pic) de la deflexió.Després d'una inspecció visual de la vora lliure de cavitació, es va seleccionar un parell de fotogrames (o dos fotogrames amb un interval de mig temps) (7) i es va mesurar la deflexió de la punta (indicada com a \(\mathbf {\times} \)).L'anterior s'implementa a Python (v3.8, Python Software Foundation, python.org) mitjançant l'algoritme de detecció de vores OpenCV Canny (v4.5.1, biblioteca de visió per ordinador de codi obert, opencv.org).Finalment, el factor de potència de deflexió (DPR, µm/W) es calcula com la relació de la deflexió de pic a pic a la potència elèctrica transmesa \(P_T\) (Wrms).
Mitjançant un algorisme de 7 passos (1-7), inclòs el retall (1-2), la detecció de la vora de Canny (3-4), el càlcul, mesura la posició del píxel de la vora de desviació de la punta utilitzant una sèrie de fotogrames extrets d'un punt alt. càmera de velocitat a 310 kHz (5) i la seva derivada temporal (6) i, finalment, el rang de deflexió de la punta es mesura en parells de fotogrames verificats visualment (7).
Mesurada en aire (22,4-22,9 °C), aigua desionitzada (20,8-21,5 °C) i gelatina balística aquosa al 10% (p/v) (19,7-23,0 °C , \(\text {Honeywell}^{ \ text { TM}}\) \(\text {Fluka}^{\text {TM}}\) Gelatina d'os de boví i porc per a l'anàlisi balística de tipus I, Honeywell International, Carolina del Nord, EUA).La temperatura es va mesurar amb un amplificador de termoparell de tipus K (AD595, Analog Devices Inc., MA, EUA) i un termoparell de tipus K (Fluke 80PK-1 Bead Probe No. 3648 type-K, Fluke Corporation, Washington, EUA).Utilitzeu una etapa d'eix Z motoritzada vertical (8MT50-100BS1-XYZ, Standa Ltd., Vilnius, Lituània) per mesurar la profunditat des de la superfície del suport (establert com a origen de l'eix Z) amb una resolució de 5 µm per pas.
Com que la mida de la mostra era petita (n = 5) i no es podia assumir la normalitat, es va utilitzar la prova de suma de rang Wilcoxon de dues mostres de dues cues (R, v4.0.3, R Foundation for Statistical Computing, r-project.org) per comparar la quantitat de punta de l'agulla de variància per a diversos bisells.Es van fer tres comparacions per a cada pendent, de manera que es va aplicar una correcció de Bonferroni amb un nivell de significació ajustat de 0,017 i una taxa d'error del 5%.
Es fa referència a la figura 7 a continuació.A 29,75 kHz, la mitja longitud d'ona corba (\(\lambda _y/2\)) d'una agulla de calibre 21 és \(\aproximadament) 8 mm.La longitud d'ona de flexió disminueix al llarg del pendent a mesura que s'acosta a la punta.A la punta \(\lambda _y/2\) hi ha bisells esglaons de 3, 1 i 7 mm, respectivament, per a llancetes ordinàries (a), asimètriques (b) i axisimètriques (c).Així, això significa que la llanceta diferirà en \(\aproximadament\) 5 mm (a causa del fet que els dos plans de la llanceta formen un punt de 29,30), el pendent asimètric variarà en 7 mm i el pendent simètric per 1 mm.Pendents axisimètrics (el centre de gravetat continua sent el mateix, de manera que només el gruix de la paret canvia realment al llarg del pendent).
Aplicació de l'estudi FEM a 29,75 kHz i l'equació.(1) Calculeu el canvi de mitja ona de flexió (\(\lambda _y/2\)) per a la geometria obliqua de lanceta (a), asimètrica (b) i axisimètrica (c) (com a la figura 1a,b,c).).La mitjana \(\lambda_y/2\) per als pendents lancet, asimètrics i axisimètrics és de 5,65, 5,17 i 7,52 mm, respectivament.Tingueu en compte que el gruix de la punta per als bisells asimètrics i axisimètrics està limitat a \(\aprox.) 50 µm.
La mobilitat màxima \(|\tilde{Y}_{v_yF_y}|\) és una combinació de la longitud òptima del tub (TL) i la longitud d'inclinació (BL) (Fig. 8, 9).Per a una llanceta convencional, com que la seva mida és fixa, el TL òptim és \(\aprox\) 29,1 mm (Fig. 8).Per a pendents asimètrics i axisimètrics (Fig. 9a, b, respectivament), l'estudi FEM va incloure BL d'1 a 7 mm, de manera que els rangs òptims de TL van ser de 26,9 a 28,7 mm (rang 1,8 mm) i de 27,9 a 29,2 mm (rang 29,2 mm) 1,3 mm).) ), respectivament.Per a pendents asimètrics (Fig. 9a), el TL òptim va augmentar linealment, arribant a un altiplà a BL 4 mm, i després va disminuir bruscament de BL 5 a 7 mm.Per a pendents axisimètrics (Fig. 9b), el TL òptim augmenta linealment amb l'allargament de BL i finalment s'estabilitza a BL de 6 a 7 mm.Un estudi ampli de pendents axisimètrics (Fig. 9c) va mostrar un conjunt diferent de TL òptims situats a \(\aproximadament) 35,1–37,1 mm.Per a tots els BL, la distància entre dos conjunts de TL òptims és \(\aprox\) 8 mm (equivalent a \(\lambda _y/2\)).
Mobilitat de transmissió de lanceta a 29,75 kHz.El tub de l'agulla es va flexionar a una freqüència de 29,75 kHz, la vibració es va mesurar al final i es va expressar com la quantitat de mobilitat mecànica transmesa (dB en relació amb el valor màxim) per a TL 26,5-29,5 mm (pas de 0,1 mm).
Els estudis paramètrics del FEM a una freqüència de 29,75 kHz mostren que la mobilitat de transferència de la punta axisimètrica es veu menys afectada pels canvis en la longitud del tub que la seva contrapart asimètrica.Estudis de longitud de bisell (BL) i longitud de canonada (TL) per a geometries de bisell asimètrics (a) i axisimètrics (b, c) en estudis de domini de freqüència mitjançant FEM (les condicions de límit es mostren a la figura 2).(a, b) TL oscil·lava entre 26,5 i 29,5 mm (pas de 0,1 mm) i BL 1-7 mm (pas de 0,5 mm).(c) Estudi d'angle oblic axisimètric estès que inclou TL 25-40 mm (pas de 0,05 mm) i 0,1-7 mm (pas de 0,1 mm) que revela la relació desitjada \(\lambda_y/2\) Es compleixen les condicions de límit en moviment soltes per a una punta.
L'estructura de l'agulla té tres freqüències naturals \(f_{1-3}\) dividides en regions modals baixes, mitjanes i altes, tal com es mostra a la taula 1. La mida del PTE es mostra a la figura 10 i després s'analitza a la figura 11. A continuació es mostren les resultats per a cada àrea modal:
Amplitudes d'eficiència de transferència de potència instantània (PTE) registrades típiques obtingudes mitjançant excitació sinusoïdal amb freqüència escombrada a una profunditat de 20 mm per a una lanceta (L) i pendents axisimètrics AX1-3 en aire, aigua i gelatina.Es mostra un espectre unilateral.La resposta de freqüència mesurada (freqüència de mostreig de 300 kHz) es va filtrar de pas baix i després es va reduir el mostreig per un factor de 200 per a l'anàlisi modal.La relació senyal-soroll és \(\le\) 45 dB.La fase PTE (línia de punts porpra) es mostra en graus (\(^{\circ}\)).
L'anàlisi de la resposta modal es mostra a la figura 10 (mitjana ± desviació estàndard, n = 5) per als pendents L i AX1-3 en aire, aigua i gelatina al 10% (20 mm de profunditat) amb (superior) tres regions modals (baix). , mitjà, alt).), i les seves freqüències modals corresponents\(f_{1-3}\) (kHz), eficiència energètica (mitjana)\(\text {PTE}_{1{-}3 }\) utilitzen equacions de disseny.(4) i (inferior) són l'amplada completa a la meitat del valor màxim mesurat \(\text {FWHM}_{1{-}3}\) (Hz), respectivament.Tingueu en compte que quan enregistreu un PTE baix, és a dir, en el cas d'un pendent AX2, s'omet la mesura de l'ample de banda, \(\text {FWHM}_{1}\).El mode \(f_2\) es considera el més adequat per comparar la deflexió de plans inclinats, ja que demostra el nivell més alt d'eficiència de transferència de potència (\(\text {PTE}_{2}\)), fins a 99%.
Primera regió modal: \(f_1\) no depèn gaire del tipus de suport inserit, però depèn de la geometria del bisell.\(f_1\) disminueix amb la disminució de la longitud del bisell (27,1, 26,2 i 25,9 kHz per a AX1-3, respectivament, a l'aire).Les mitjanes regionals \(\text {PTE}_{1}\) i \(\text {FWHM}_{1}\) són \(\approx\) 81% i 230 Hz respectivament.\(\text {FWHM}_{1}\) va ser el més alt en gelatina de Lancet (L, 473 Hz).Tingueu en compte que \(\text {FWHM}_{1}\) per a AX2 en gelatina no es pot estimar a causa de la baixa magnitud de les respostes de freqüència informades.
La segona regió modal: \(f_2\) depèn del tipus de pasta i el suport de bisell.A l'aire, l'aigua i la gelatina, els valors mitjans \(f_2\) són 29,1, 27,9 i 28,5 kHz, respectivament.El PTE d'aquesta regió modal també va arribar al 99%, el més alt entre tots els grups de mesura, amb una mitjana regional del 84%.La mitjana de l'àrea \(\text {FWHM}_{2}\) és \(\aprox\) 910 Hz.
Tercera regió modal: \(f_3\) La freqüència depèn del tipus de medi d'inserció i del bisell.Els valors mitjans \(f_3\) són 32,0, 31,0 i 31,3 kHz en aire, aigua i gelatina, respectivament.\(\text {PTE}_{3}\) té una mitjana regional de \(\aproximadament\) 74%, la més baixa de qualsevol regió.La mitjana regional \(\text {FWHM}_{3}\) és \(\aproximadament\) 1085 Hz, que és més alta que la primera i la segona regió.
El següent fa referència a la Fig.12 i Taula 2. La lanceta (L) es va desviar més (amb una gran importància per a totes les puntes, \(p<\) 0,017) tant a l'aire com a l'aigua (Fig. 12a), aconseguint la DPR més alta (fins a 220 µm/). W a l'aire). 12 i Taula 2. La lanceta (L) es va desviar més (amb una gran importància per a totes les puntes, \(p<\) 0,017) tant a l'aire com a l'aigua (Fig. 12a), aconseguint la DPR més alta (fins a 220 µm/). W a l'aire). Следующее относится к рисунку 12 и таблице 2. Ланцет (L) отклонялся больше всего всего (с высосоньч высонко ех наконечников, \(p<\) 0,017) как в воздухе, так и в воде (рис. 12а), достигая самого высокого высокого . El següent s'aplica a la figura 12 i a la taula 2. La lanceta (L) es va desviar més (amb una gran importància per a totes les puntes, \(p<\) 0,017) tant a l'aire com a l'aigua (Fig. 12a), aconseguint el DPR més alt.(fer 220 μm/W a l'aire).Es fa referència a la figura 12 i a la taula 2 a continuació.柳叶刀(L) 在空气和水中（图12a）中偏转最大（对所有尖端具有高度意义高度意乌Ｎ（（对所有尖端具有高度意乼，Ｎ）） 17)最高DPR （空气中高达220 µm/W）.柳叶刀(L) té la deflexió més alta a l'aire i l'aigua (图12a) (对所述尖端是对尖端是是电影,\(p<\) 0,017) i va aconseguir el DPR més alt (fins a µm/220) W a l'aire). Ланцет (L) имеет наибольшее отклонение (весьма значимое для всех наконечников, \(p<\) весьма значимое для всех наконечников, \(p<\) весьма значимое для всех наконечников, \(p<\) весьма значимое . 12а), достигая самого высокого DPR (до 220 мкм/Вт воздухе). Lancet (L) té la desviació més gran (molt significativa per a totes les puntes, \(p<\) 0,017) a l'aire i l'aigua (Fig. 12a), assolint la DPR més alta (fins a 220 µm/W a l'aire). A l'aire, AX1 que tenia un BL més alt, es va desviar més que AX2–3 (amb significació, \(p<\) 0,017), mentre que AX3 (que tenia un BL més baix) va desviar més que AX2 amb un DPR de 190 µm/W. A l'aire, AX1 que tenia un BL més alt, es va desviar més que AX2–3 (amb significació, \(p<\) 0,017), mentre que AX3 (que tenia un BL més baix) va desviar més que AX2 amb un DPR de 190 µm/W. В воздухе AX1 с более высоким BL отклонялся выше, чем AX2–3 (со значимостью \(p<\) 0,017 тским AX), сог 3 м BL) отклонялся больше, чем AX2 с DPR 190 мкм/Вт. A l'aire, AX1 amb BL més alt es va desviar més que AX2–3 (amb significació \(p<\) 0,017), mentre que AX3 (amb BL més baix) es va desviar més que AX2 amb DPR 190 µm/W.在空气中，具有较高BL 的AX1 偏转高于AX2-3（具有显着性，\(p<\) 0,017），耜兏（具有显着性，转大于AX2，DPR 为190 µm/W. A l'aire, la deflexió d'AX1 amb BL més alt és més gran que la de AX2-3 (significativament, \(p<\) 0,017), i la deflexió de AX3 (amb BL més baix) és més alta que la de AX2, DPR és de 190. µm/W. В воздухе AX1 с более высоким BL имеет большее отклонение, чем AX2-3 (значимо, \(p<\) имеет большее отклонение, чем AX2-3 (значимо, \(p<\) см 0,01AXда), (см 0,01AXда3), зким BL) имеет большее отклонение, чем AX2 с DPR 190 мкм/Вт. A l'aire, AX1 amb BL més alt té una desviació més gran que AX2-3 (significativa, \(p<\) 0,017), mentre que AX3 (amb BL més baix) té una desviació més gran que AX2 amb DPR de 190 μm/W. A l'aigua a 20 mm, no es van trobar diferències significatives (\(p>\) 0,017) en la deflexió i el PTE per a AX1–3. A l'aigua a 20 mm, no es van trobar diferències significatives (\(p>\) 0,017) en la deflexió i el PTE per a AX1–3. В воде на глубине 20 мм достоверных различий (\(p>\) 0,017) по прогибу и ФТР для AX1–3 наруж. A l'aigua a una profunditat de 20 mm, es van detectar diferències significatives (\(p>\) 0,017) en la deflexió i el FTR per a AX1–3.在20 mm 的水中，AX1-3 的挠度和PTE 没有显着差异(\(p>\) 0,017)。 En 20 mm d'aigua, no hi va haver cap diferència significativa entre AX1-3 i PTE (\(p>\) 0,017). На глубине 20 мм прогиб и PTE AX1-3 существенно не отличались (\(p>\) 0,017). A la profunditat de 20 mm, la deflexió i el PTE AX1-3 no difereixen significativament (\(p>\) 0,017).Els nivells de PTE a l'aigua (90,2–98,4%) eren generalment més alts que a l'aire (56–77,5%) (Fig. 12c), i el fenomen de cavitació es va observar durant l'experiment a l'aigua (Fig. 13, vegeu també addicionals). informació).
Les mesures de l'amplitud de flexió de la punta (mitjana ± desviació estàndard, n = 5) per a xamfrans L i AX1-3 a l'aire i l'aigua (20 mm de profunditat) van revelar l'efecte de canviar la geometria del xamfrà.Les mesures s'obtenen mitjançant una excitació sinusoïdal contínua d'una sola freqüència.(a) Desviació màxima (\(u_y\vec {j}\)) al vèrtex, mesurada a (b) les seves freqüències modals respectives \(f_2\).(c) Eficiència de transmissió de potència (PTE, rms, %) com a equació.(4) i (d) Factor de potència de desviació (DPR, µm/W) calculat com a desviació màxima i potència de transmissió \(P_T\) (Wrms).
Gràfic d'ombres típic d'una càmera d'alta velocitat que mostra la desviació total de la punta de la lanceta (línies de punts verdes i vermelles) de la lanceta (L) i la punta axisimètrica (AX1-3) a l'aigua (20 mm de profunditat), cicle mitjà, freqüència de conducció \(f_2\) (freqüència de mostreig de 310 kHz).La imatge en escala de grisos capturada té unes dimensions de 128 × 128 píxels amb una mida de píxels de \(\aproximadament) 5 µm.Podeu trobar el vídeo a la informació addicional.
Així, vam modelar el canvi en la longitud d'ona de flexió (Fig. 7) i vam calcular la mobilitat mecànica per a la transferència per a combinacions convencionals lanceolades, asimètriques i axials de longitud del tub i bisell (Fig. 8, 9).Geometria bisellada simètrica.Basant-nos en això últim, vam estimar la distància òptima de punta a soldadura en 43 mm (o \(\approx\) 2,75\(\lambda_y\) a 29,75 kHz) tal com es mostra a la figura 5, i vam fabricar tres bisells axisimètrics amb diferents longituds de bisell.A continuació, vam caracteritzar les seves respostes de freqüència en comparació amb les llancetes convencionals a l'aire, l'aigua i la gelatina balística del 10% (p/v) (figures 10, 11) i vam determinar el millor cas per comparar el mode de deflexió d'inclinació.Finalment, es va mesurar la deflexió de la punta flexionant l'ona a l'aire i l'aigua a una profunditat de 20 mm i es va quantificar l'eficiència de transferència de potència (PTE, %) i el factor de potència de deflexió (DPR, µm/W) del medi injectat per a cada inclinació.tipus (Fig. 12).
Els resultats mostren que l'eix d'inclinació de la geometria afecta la desviació d'amplitud de l'eix de la punta.La llanceta tenia la curvatura més alta i també la DPR més alta en comparació amb el bisell axisimètric, mentre que el bisell axisimètric tenia una desviació mitjana més petita (Fig. 12). El bisell simètric axial de 4 mm (AX1) amb la longitud de bisell més llarga, va aconseguir la deflexió més alta estadísticament significativa a l'aire (\(p <0,017\), taula 2), en comparació amb altres agulles simètriques axials (AX2-3), però no es van observar diferències significatives, quan es va posar l'agulla a l'aigua. El bisell simètric axial de 4 mm (AX1) amb la longitud de bisell més llarga, va aconseguir la deflexió més alta estadísticament significativa a l'aire (\(p <0,017\), taula 2), en comparació amb altres agulles simètriques axials (AX2-3), però no es van observar diferències significatives, quan es va posar l'agulla a l'aigua. Осесимметричный скос 4 мм (AX1), имеющий наибольшую длину скоса, достиг статистически зоголь ьна лонения в воздухе (\(p <0,017\), таблица 2) по сравнению с другими осесимметричными иглами (AX2–3ми). El bisell axisimètric de 4 mm (AX1), amb la longitud de bisell més llarga, va aconseguir una desviació més gran estadísticament significativa en l'aire (\(p <0,017\), Taula 2) en comparació amb altres agulles axisimètriques (AX2-3).però no es van observar diferències significatives en posar l'agulla a l'aigua.与其他轴对称针(AX2-3) 相比，具有最长斜角长度的轴对称4 mm 斜角(AX1) 在空帔丟空氡斜角长度的轴对称着的最高偏转(\(p <0,017\)，表2)，但当将针头放入水中时，没有观察到显着差异。 En comparació amb altres agulles axialment simètriques (AX2-3), té l'angle oblic més llarg de 4 mm axialment simètric (AX1) a l'aire i ha aconseguit una deflexió màxima estadísticament significativa (\(p < 0,017\), Taula 2) , però quan l'agulla es va posar a l'aigua, no es va observar cap diferència significativa. Осесиметричный ск 4 м (ax1) с н наиболшей длиной скоса o по сравнению с д диими осесиметричныии иглами (ax2-3) (\ (p <0,017 \), таблица 2), но сщественной рзmetre. El pendent axisimètric amb la longitud de pendent més llarga de 4 mm (AX1) va proporcionar una desviació màxima estadísticament significativa en l'aire en comparació amb els altres pendents axisimètrics (AX2-3) (\(p <0,017\), Taula 2), però no hi va haver cap diferència significativa.s'observa quan l'agulla es posa a l'aigua.Per tant, una longitud de bisell més llarga no té avantatges evidents pel que fa a la deflexió de la punta del pic.Tenint això en compte, resulta que la geometria del talús, que s'investiga en aquest estudi, té una influència més gran en la deflexió d'amplitud que la longitud del pendent.Això pot estar relacionat amb la rigidesa a la flexió, per exemple, depenent del material que es doblega i del gruix total de l'agulla de construcció.
En estudis experimentals, la magnitud de l'ona de flexió reflectida es veu afectada per les condicions límit de la punta.Quan la punta de l'agulla es va inserir en aigua i gelatina, \(\text {PTE}_{2}\) va fer una mitjana de \(\aprox.\) 95% i \(\text {PTE}_{2}\) va fer una mitjana dels valors són el 73% i el 77% (\text {PTE}_{1}\) i \(\text {PTE}_{3}\), respectivament (Fig. 11).Això indica que la transferència màxima d'energia acústica al medi de colada (per exemple, aigua o gelatina) es produeix a \(f_2\).Es va observar un comportament similar en un estudi anterior utilitzant estructures de dispositius més simples a freqüències de 41-43 kHz, on els autors van demostrar el coeficient de reflexió de voltatge associat al mòdul mecànic del medi intercalat.La profunditat de penetració32 i les propietats mecàniques del teixit proporcionen una càrrega mecànica a l'agulla i, per tant, s'espera que influeixin en el comportament ressonant de l'UZeFNAB.Per tant, es poden utilitzar algorismes de seguiment de ressonància com ara 17, 18, 33 per optimitzar la potència del so lliurat a través del llapis.
El modelatge de longitud d'ona de flexió (Fig. 7) mostra que l'axisimetria té una rigidesa estructural més alta (és a dir, una rigidesa més alta a la flexió) a la punta que la lanceta i el bisell asimètric.Derivada de (1) i utilitzant la relació velocitat-freqüència coneguda, estimem la rigidesa a la flexió de la lanceta, les puntes asimètriques i axisimètriques com a pendents \(\aproximadament) 200, 20 i 1500 MPa, respectivament.Això correspon a (\lambda _y\) 5,3, 1,7 i 14,2 mm a 29,75 kHz, respectivament (Fig. 7a–c).Tenint en compte la seguretat clínica del procediment USeFNAB, cal avaluar la influència de la geometria en la rigidesa del disseny del bisell34.
L'estudi dels paràmetres del bisell i de la longitud del tub (Fig. 9) va demostrar que el rang TL òptim per a l'asimètric (1,8 mm) era superior al del bisell axisimètric (1,3 mm).A més, l'altiplà de mobilitat oscil·la entre 4 i 4,5 mm i de 6 a 7 mm per a la inclinació asimètrica i axisimètrica, respectivament (Fig. 9a, b).La rellevància pràctica d'aquesta troballa s'expressa en les toleràncies de fabricació, per exemple, un rang inferior de TL òptim pot implicar la necessitat d'una major precisió de longitud.Al mateix temps, la plataforma de rendiment proporciona una major tolerància per a l'elecció de la longitud del talús a una freqüència determinada sense afectar significativament el rendiment.
L'estudi inclou les limitacions següents.La mesura directa de la deflexió de l'agulla mitjançant la detecció de vores i la imatge d'alta velocitat (figura 12) significa que estem limitats a mitjans òpticament transparents com l'aire i l'aigua.També ens agradaria assenyalar que no vam utilitzar experiments per provar la mobilitat de transferència simulada i viceversa, sinó que vam utilitzar estudis FEM per determinar la longitud òptima de l'agulla fabricada.Des del punt de vista de les limitacions pràctiques, la longitud de la llanceta des de la punta fins a la màniga és 0,4 cm més llarga que altres agulles (AX1-3), vegeu fig.3b.Això pot haver afectat la resposta modal de l'estructura acicular.A més, la forma i el volum de la soldadura de plom de guia d'ona (vegeu la figura 3) poden afectar la impedància mecànica del disseny del pin, donant lloc a errors en la impedància mecànica i el comportament de flexió.
Finalment, hem demostrat experimentalment que la geometria del bisell afecta la quantitat de deflexió a USeFNAB.En situacions en què una amplitud de deflexió més alta pot tenir un efecte positiu sobre l'efecte de l'agulla sobre el teixit, per exemple, l'eficiència del tall després de la punció, es pot recomanar una llanceta convencional per a USeFNAB, ja que proporciona la major amplitud de deflexió mantenint una rigidesa suficient. a la punta del disseny.A més, un estudi recent ha demostrat que una major desviació de la punta pot millorar efectes biològics com la cavitació, que pot ajudar a desenvolupar aplicacions per a intervencions quirúrgiques mínimament invasives.Atès que s'ha demostrat que l'augment de la potència acústica total augmenta el rendiment de la biòpsia d'USeFNAB13, es necessiten estudis quantitatius addicionals sobre el rendiment i la qualitat de la mostra per avaluar el benefici clínic detallat de la geometria de l'agulla estudiada.
Frable, WJ Biòpsia per aspiració amb agulla fina: una revisió.Humph.Malalt.14:9-28.https://doi.org/10.1016/s0046-8177(83)80042-2 (1983).
Hora de publicació: 13-octubre-2022