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Recentemente hè statu dimustratu chì l'usu di l'ultrasound aumenta a produzzione di tissuti in l'aspirazione di agulla fina assistita da ultrasound (USeFNAB) cumparatu cù l'aspirazione di agulla fina convenzionale (FNAB).Finu a data, a relazione trà a geometria di bisellu è u muvimentu di a punta ùn hè micca stata studiata bè.In questu studiu, avemu investigatu e proprietà di a risonanza di l'agulla è l'amplitude di deflessione per diverse geometrie di bisellu di l'agulla cù diverse lunghezze di bisellu.Utilizendu una lancetta bisellata convenzionale di 3,9 mm, u fattore di putenza di deflessione di punta (DPR) in aria è acqua era 220 è 105 µm/W, rispettivamente.Questu hè più altu ch'è a punta bisellata assisimetrica di 4 mm, chì furnisce 180 è 80 µm/W DPR in aria è acqua, rispettivamente.Stu studiu mette in risaltu l'impurtanza di a relazione trà a rigidità di curvatura di a geometria di bisellu in u cuntestu di diversi mezi di inserimentu, è dunque pò furnisce una visione di i metudi per cuntrullà l'azzione di taglio post-piercing cambiendu a geometria di bisellu di l'agulla, chì hè impurtante.per una applicazione USeFNAB hè critica.
A biopsia di aspirazione di l'agulla fina (FNA) hè un metudu per ottene campioni di tissuti per a patologia sospettata1,2,3 cù una agulla.A punta Franseen hè statu dimustratu per furnisce un rendimentu diagnosticu più altu di i punte lancet4 è Menghini5 cunvinziunali.I pendii assisimmetrici (vale à dì circunferenziali) sò ancu suggeriti per aumentà a probabilità di specimens istopatologicamente adatti.
Durante una biòpsia, una agulla hè passata à traversu strati di pelle è di tissuti per accede à e lesioni sospette.Studi recenti anu dimustratu chì l'ultrasound pò riduce a forza di penetrazione necessaria per accede à i tessuti molli7,8,9,10.A geometria di u bisellu di l'agulla hè stata dimustrata per affettà e forze d'interazione di l'agulla, per esempiu, i biselli più longu sò stati dimustrati per avè forze di penetrazione di tissuti più bassi11.Dopu chì l'agulla hà penetratu in a superficia di u tissutu, vale à dì dopu à puntura, a forza di tagliu di l'agulla pò esse 75% di a forza d'interazzione di l'agulla cù u tissue12.Hè statu dimustratu chì in a fase post-puncture, l'ultrasound (ultrasound) aumenta l'efficienza di a biopsia di tissutu di diagnostica.Altre tecniche di biopsia di l'osse cù ultrasound sò state sviluppate per piglià campioni di tissuti duri, ma ùn anu micca infurmatu risultati chì migliurà u rendiment di a biopsia.Numerosi studii anu ancu cunfirmatu chì u spustamentu meccanicu aumenta quandu hè sottumessu à u stress ultrasonicu16,17,18.Mentre chì ci sò assai studii nantu à e forze statiche assiali (longitudinale) in l'interazzione agulla-tessuti19,20, ci sò studii limitati nantu à a dinamica temporale è a geometria di u bisellu di l'agulla sottu FNAB ultrasonicu (USeFNAB).
U scopu di stu studiu era di investigà l'effettu di e diverse geometrie di bisellu nantu à u muvimentu di a punta di l'agulla in una agulla guidata da a curvatura ultrasonica.In particulare, avemu investigatu l'effettu di u mediu d'iniezione nantu à a deflessione di a punta di l'agulla dopu a puntura per i bevels di l'agulla tradiziunale (vale à dì, l'aghi USeFNAB per diversi scopi, cum'è l'aspirazione selettiva o l'acquisizione di tessuti molli.
Diverse geometrie di bisellu sò state incluse in stu studiu.(a) A specificazione Lancet hè conforme à ISO 7864:201636 induve \(\alpha\) hè u bisellu primariu, \(\theta\) hè l'angolo di rotazione di u bisellu secundariu, è \(\phi\) hè u bisellu secundariu angulu., in rotazione, in gradi (\(^\circ\)).(b) Smussi lineari asimmetrici unicu passu (chjamati "standard" in DIN 13097: 201937) è (c) Smussi lineari assisimmetrici (circunferenziali) un passu.
U nostru approcciu principia da a modellazione di a variazione di a lunghezza d'onda di curvatura longu u bisellu per e geometrie di bisellu convenzionale, assisimmetriche è asimmetriche in una sola fase.Dopu avemu calculatu un studiu parametricu per esaminà l'effettu di a pendenza è a lunghezza di u tubu nantu à a fluidità meccanica di u trasferimentu.Questu hè necessariu per determinà a durata ottima per fà una agulla prototipu.Basatu nantu à a simulazione, i prototipi di l'agulla sò stati fatti è u so cumpurtamentu risonante hè statu carattarizatu sperimentalmente da a misurazione di i coefficienti di riflessione di tensione è u calculu di l'efficienza di trasferimentu di putenza in aria, acqua è gelatina balistica di 10% (w/v), da quale a frequenza operativa hè stata determinata. .Infine, l'imaghjini d'alta velocità hè aduprata per misurà direttamente a deflessione di l'onda di curvatura à a punta di l'agulla in l'aria è l'acqua, è ancu per stimà a putenza elettrica furnita à ogni angulu oblicu è a geometria di u rapportu di putenza di deviazione ( DPR) à u medium injected..
Comu mostra in a Figura 2a, utilizate un tubu di calibre 21 (0,80 mm OD, 0,49 mm ID, spessore di a parete di u tubu 0,155 mm, muru standard) per definisce u tubu di l'agulla cù a lunghezza di u tubu (TL) è l'angolo di bisellu (BL) in cunfurmità cù ISO. 9626:201621) in acciaio inox 316 (modulu di Young 205 \(\text {GN/m}^{2}\), densità 8070 kg/m\(^{3}\) è rapportu di Poisson 0,275).
Determinazione di a lunghezza d'onda di curvatura è l'accordu di u mudellu di elementi finiti (FEM) per e cundizioni d'agulla è di cunfini.(a) Determinazione di a lunghezza di bisellu (BL) è di a lunghezza di u tubu (TL).(b) Modellu tridimensionale (3D) di elementi finiti (FEM) utilizendu una forza puntuale armonica \(\tilde{F}_y\vec {j}\) per guidà l'agulla in prossimità, devià u puntu è misura a velocità à u punta (\ ( \tilde {u}_y\vec {j}\), \(\tilde{v}_y\vec {j}\)) per calculà u trasferimentu di fluidità meccanica.\(\lambda _y\) è definita come la lunghezza d'onda di flessione relativa alla forza verticale \(\tilde{F}_y\vec {j}\).(c) Definizioni di u centru di gravità, l'area di a sezione trasversale A, è i mumenti d'inerzia \(I_{xx}\) è \(I_{yy}\) intornu à l'assi x è y, rispettivamente.
Comu mostra in fig.2b,c, per un fasciu infinitu (infinitu) cù area di sezione trasversale A è à una lunghezza d'onda superiore à a dimensione di a sezione trasversale di u fasciu, a velocità di fase curvata (o curvata) \( c_{EI }\) hè determinata da 22 :
induve E hè u modulu di Young (\(\text {N/m}^{2}\)), \(\omega _0 = 2\pi f_0\) hè a frequenza angulare di eccitazione (rad/s), induve \( f_0) \ ) hè a frequenza lineare (1/s o Hz), I hè u mumentu d'inerzia di l'area intornu à l'assi di interessu \((\text {m}^{4})\), \(m'=\ rho _0 A\ ) hè a massa nantu à unità di lunghezza (kg/m), induve \(\rho _0\) hè a densità \((\text {kg/m}^{3})\) è A hè a croce sezione di l'area di u fasciu (pianu xy) (\(\ text {m}^{2}\)).Siccomu a forza applicata in u nostru esempiu hè parallella à l'assi verticale verticale, ie \(\tilde{F}_y\vec {j}\), ci interessa solu u mumentu d'inerzia regiunale intornu à l'assi horizontale x, ie \(I_{xx}\), dunque:
Per u mudellu di elementi finiti (FEM), un spostamentu armonicu puru (m) hè assunto, cusì l'accelerazione (\(\text {m/s}^{2}\)) hè espressa cum'è \(\partial ^2 \vec {u}/ \ parziale t^2 = -\omega ^2\vec {u}\) as \(\vec {u}(x, y, z, t): = u_x\vec {i} + u_y\ vec {j } + u_z\vec {k}\) hè un vettore di spostamentu tridimensionale datu in coordenate spaziali.Invece di l'ultime, in cunfurmità cù a so implementazione in u pacchettu di software COMSOL Multiphysics (versioni 5.4-5.5, COMSOL Inc., Massachusetts, USA), a forma lagrangiana di deformazione finita di a lege di bilanciu di momentum hè datu cusì:
dove \(\vec {\nabla}:= \frac{\partial}}{\partial x}\vec {i} + \frac{\partial}}{\partial y}\vec {j} + \frac{ \partial }{\partial z}\vec {k}\) hè l'operatore di divergenza tensoriale, \({\underline{\sigma}}\) hè u sicondu tensore di tensione di Piola-Kirchhoff (secondu ordine, \(\ text { N/ m}^{2}\)) e \(\vec {F_V}:= F_{V_x}\vec {i}+ F_{V_y}\vec {j}+ F_{V_z}\vec {k} \) hè u vettore di forza di u corpu (\(\text {N/m}^{3}\)) per ogni volume deformatu, è \(e^{j\phi }\) hè u vettore di l'angolo di fase\(\phi \) (cuntentu).In u nostru casu, a forza di u voluminu di u corpu hè zero, u nostru mudellu assume a linearità geomètrica è una piccula deformazione puramente elastica, ie , induve \({\underline{\varepsilon}}^{el}\) è \({\underline {\varepsilon}}\) sò una deformazione elastica è una deformazione tutale (secondu ordine, senza dimensione), rispettivamente.U tensore d'elasticità isotropicu costitutivu di Hooke \(\underline{\underline{C}}\) hè calculatu utilizendu u modulu di Young E (\(\text {N/m}^{2}\)) è u rapportu di Poisson v hè determinatu, dunque ie. \(\underline{\underline{C}}:=\underline{\underline{C}}(E,v)\) (quartu ordine).Allora u calculu di stress diventa \({\underline{\sigma}} := \underline{\underline{C}}:{\underline{\varepsilon}}\).
U calculu usa un elementu tetraedricu di 10 nodi cù una dimensione di l'elementu \(\le\) di 8 µm.L'agulla hè modellata in u vacuum, è u valore di a mobilità meccanica trasferita (ms-1 N-1) hè definitu cum'è \(|\tilde{Y}_{v_yF_y}|= |\tilde{v}_y\vec { j}|/ |\ tilde{F}_y\vec {j}|\)24, dove \(\tilde{v}_y\vec {j}\) hè a velocità cumplessa di output di u manipolo è \( \ tilde {F}_y\vec {j}\) hè una forza motrice cumplessa situata à l'estremità prossimale di u tubu, cum'è mostra in Figura 2b.Traduce a fluidità meccanica in decibels (dB) usendu u valore massimu cum'è riferimentu, ie \(20\log _{10} (|\tilde{Y}|/ |\tilde{Y}_{max}|) \ ) .Tutti i studii FEM sò stati realizati à una freccia di 29.75 kHz.
U disignu di l'agulla (Fig. 3) hè custituitu da una agulla ipodermica convenzionale 21-gauge (Cat. No. 4665643, Sterican\(^\circledR\), diametru esternu 0,8 mm, lunghezza 120 mm, AISI 304 cromu-nichel inox. steel , B. Braun Melsungen AG, Melsungen, Germany) equipatu di una manica plastica Luer Lock fatta di polipropilene à l'estremità prossimale è adattata mudificatu à a fine.U tubu di l'agulla hè saldatu à a guida d'onda cum'è mostra in Fig. 3b.I guide d'onda sò stati stampati nantu à una stampante 3D d'acciaio inossidabile (acciaio inox EOS 316L nantu à una stampante 3D EOS M 290, 3D Formtech Oy, Jyväskylä, Finlandia) è dopu attaccati à u sensoru Langevin cù bulloni M4.U sensoru di Langevin hè custituitu da 8 elementi di anellu piezoelectric caricati à i dui estremità cù duie masse.
I quattru tippi di punte (foto), una lancetta (L) dispunibule in u cummerciu è trè biselli axisimmetrici fabbricati (AX1-3) sò carattarizati da lunghezze di bisellu (BL) di 4, 1,2 è 0,5 mm, rispettivamente.(a) Primu pianu di a punta di l'agulla finita.(b) Vista superiore di quattru pin saldati à a guida d'onda stampata 3D è dopu cunnessu à u sensoru Langevin cù bulloni M4.
Trè punte di bisellu assisimmetricu (Fig. 3) sò stati fabbricati (TAs Machine Tools Oy) cù lunghezze di bisellu (BL, cum'è definitu in Fig. 2a) di 4,0, 1,2 è 0,5 mm, chì currispondenu à \(\approx) 2 \(^ \ circ\), 7\(^\circ\) è 18\(^\circ\) rispettivamente.La massa della guida d'onda e dell'ago è 3,4 ± 0,017 g (media ± sd, n = 4) per i biselli L e AX1-3, rispettivamente (Quintix\(^\circledR\) 224 Design 2, Sartorius AG, Göttingen, Germania) .Per i biselli L è AX1-3 in Figura 3b, a durata tutale da a punta di l'agulla à a fine di a manica plastica era 13,7, 13,3, 13,3 è 13,3 cm, rispettivamente.
Per tutte e cunfigurazioni di l'agulla, a lunghezza da a punta di l'agulla à a punta di a guida d'onda (vale à dì, à l'area di saldatura) era 4,3 cm, è u tubu di l'agulla hè stata orientata cù u cut upward (vale à dì, parallella à l'assi Y) , cum'è mostra in a figura.c (Fig. 2).
Un script persunalizatu in MATLAB (R2019a, The MathWorks Inc., Massachusetts, USA) in esecuzione nantu à un urdinatore (Latitude 7490, Dell Inc., Texas, USA) hè stata utilizata per generà una spazzata sinusoidale lineare da 25 à 35 kHz per 7 seconde, passing Un convertitore digitale-analogicu (DA) (Analog Discovery 2, Digilent Inc., Washington, USA) cunvertisce à un signalu analogicu.U signalu analogicu \(V_0\) (0,5 Vp-p) hè statu dopu amplificatu cù un amplificatore di frequenze radio (RF) dedicatu (Mariachi Oy, Turku, Finlandia).A tensione amplificata caduta \({V_I}\) da l'amplificatore RF cù una impedenza di output di 50 ohms hè alimentata à un trasformatore integratu in a struttura di l'agulla cù una impedenza d'ingressu di 50 ohms.I trasduttori di Langevin (trasduttori piezoelettrici multistrati resistenti frontali è posteriori) sò usati per generà onde meccaniche.L'amplificatore RF persunalizatu hè dotatu di un metru di fattore di potenza d'onda stazionaria (SWR) à duale canale chì registra l'incidente \({V_I}\) è a tensione amplificata riflessa\(V_R\) in modalità analogica-digitale (AD).cun una freccia di campionamentu di 300 kHz Convertitore (analogicu Discovery 2).U signale di eccitazione hè modulatu in amplitude à l'iniziu è à a fine per prevene a sovraccarica di l'input di l'amplificatore cù transitori.
Utilizendu un script persunalizatu implementatu in MATLAB, a funzione di risposta in frequenza (FRF), vale à dì \(\tilde{H}(f)\), hè stata stimata offline utilizendu un metudu di misurazione di scansione sinusoidale à dui canali (Fig. 4), chì assume. linearità in u tempu.sistema invariante.Inoltre, un filtru di passa di banda da 20 à 40 kHz hè applicatu per sguassà e frequenze indesiderate da u signale.Riferendu à a teoria di e linee di trasmissione, in questu casu \(\tilde{H}(f)\) hè equivalente à u coefficient di riflessione di tensione, ie \(\rho _{V} \equiv {V_R}/{V_I}\ ) \) diminuisce a \({V_R}^ 2 /{V_I}^2\ ) è uguale a \(|\rho _{V}|^2\).In i casi induve i valori assoluti di a putenza elettrica sò richiesti, a putenza incidente \(P_I\) è a putenza riflessa \(P_R\) a putenza (W) sò calculate pigliendu u valore rms (rms) di a tensione currispondente, per esempiu.per una linea di trasmissione cù eccitazione sinusoidale \( P = {V}^2/(2Z_0)\)26, induve \(Z_0\) hè uguale à 50 \(\Omega\).A putenza elettrica furnita à a carica \(P_T\) (vale à dì, u mediu inseritu) pò esse calculata cum'è \(|P_I – P_R |\) (W RMS), è ancu l'efficienza di trasferimentu di putenza (PTE) è u percentuale ( %) pò esse determinatu cumu si dà a forma, cusì 27:
E frequenze modali aciculari \(f_{1-3}\) (kHz) è i so fattori di trasferimentu di putenza currispundenti \(\text {PTE}_{1{-}3} \) sò allora stimati cù u FRF.FWHM (\(\text {FWHM}_{1{-}3}\), Hz) stimatu direttamente da \(\text {PTE}_{1{-}3}\), da a Tabella 1 A unilaterale U spettru lineare hè ottenutu à a freccia modale descritta \(f_{1-3}\).
Misurazione di a risposta di frequenza (AFC) di strutture di l'agulla.Una misura di sweep sinusoidale à dui canali25,38 hè usata per ottene a funzione di risposta in frequenza \(\tilde{H}(f)\) è a so risposta impulsiva H(t).\({\mathcal {F}}\) è \({\mathcal {F}}^{-1}\) rapprisentanu a trasformata di Fourier di u troncamentu digitale è u so inversu, rispettivamente.\(\tilde{G}(f)\) significa u pruduttu di dui signali in u duminiu di freccia, per esempiu \(\tilde{G}_{XrX}\) significa u pruduttu di scansione inversa\(\tilde{ X} r (f)\ ) e caduta di tensione \(\tilde{X}(f)\) rispettivamente.
Comu mostra in a Figura 5, a camera d'alta velocità (Phantom V1612, Vision Research Inc., NJ, USA) hè dotata di una lente macro (MP-E 65mm, \(f\)/2.8, 1-5\).(\times\), Canon Inc., Tokyo, Giappone), per registrà deflessioni di punta durante l'eccitazione di curvatura (frequenza unica, sinusoide cuntinuu) à frequenze di 27,5-30 kHz.Per creà una mappa d'ombra, un elementu rinfriscatu di un LED biancu d'alta intensità (numero di parte: 4052899910881, LED biancu, 3000 K, 4150 lm, Osram Opto Semiconductors GmbH, Regensburg, Germania) hè stata postu daretu à a punta di l'agulla.
Vista frontale di a stallazione sperimentale.A prufundità hè misurata da a superficia di u mediu.A struttura di l'agulla hè chjappata è muntata nantu à una tavola di trasferimentu motorizzata.Aduprate una camera d'alta velocità cù una lente d'ingrandimentu elevatu (5\(\x\)) per misurà a deviazione di l'angolo oblicu.Tutte e dimensioni sò in millimetri.
Per ogni tipu di bisellu di l'agulla, avemu registratu 300 fotogrammi di una camera d'alta velocità chì misura 128 \(\x\) 128 pixel, ognunu cù una risoluzione spaziale di 1/180 mm (\(\approx) 5 µm), cù un risoluzione temporale di 310.000 frames per seconda.Comu mostra in a Figura 6, ogni quadru (1) hè tagliatu (2) cusì chì a punta di l'agulla hè in l'ultima linea (in fondu) di u quadru, è l'istogramma di l'imaghjini (3) hè calculatu, cusì u Canny. i limiti di 1 è 2 ponu esse determinati.Allora applicà Canny edge detection 28(4) cù l'operatore Sobel 3 \(\times\) 3 è calcule e pusizioni per i pixels non-hypotenuse (etichettati \(\mathbf {\times }\)) senza cavitazione 300 passi di tempu.Per determinà a gamma di deflessione di punta, calculate a derivativa (usendu l'algoritmu di differenza centrale) (6) è determinà u quadru (7) chì cuntene l'estremi lucali (vale à dì u piccu) di a deviazione.Dopu un'ispezione visuale di u bordu senza cavitazione, un paru di frames (o dui frames cù un intervallu di a mità di tempu) hè statu sceltu (7) è a deflessione di a punta hè stata misurata (indicata cum'è \(\mathbf {\times}). \) ).Ciò sopra hè implementatu in Python (v3.8, Python Software Foundation, python.org) utilizendu l'algoritmu OpenCV Canny di rilevazione di bordu (v4.5.1, biblioteca di visione di computer open source, opencv.org).Infine, u fattore di putenza di deflessione (DPR, µm/W) hè calculatu cum'è u rapportu di a deflessione di piccu à piccu à a putenza elettrica trasmessa \(P_T\) (Wrms).
Utilizendu un algoritmu di 7 passi (1-7), cumpresu u cropping (1-2), a rilevazione di u bordu Canny (3-4), u calculu, misurà a pusizione di pixel di u bordu di deflessione di punta utilizendu una seria di fotogrammi pigliati da un altu camera di velocità à 310 kHz (5) è a so derivata di u tempu (6), è, infine, a gamma di deflessione di punta hè misurata nantu à coppie di fotogrammi verificati visualmente (7).
Misuratu in aria (22,4-22,9 ° C), acqua deionizzata (20,8-21,5 ° C) è 10% (p/v) di gelatina balistica acquosa (19,7-23,0 ° C , \(\text {Honeywell}^{\text { TM}}\) \(\text {Fluka}^{\text {TM}}\) Gelatina d'ossa bovina e porcina per l'analisi balistica di tipo I, Honeywell International, North Carolina, USA).A temperatura hè stata misurata cù un amplificatore termocoppiu K-type (AD595, Analog Devices Inc., MA, USA) è un thermocouple K-type (Fluke 80PK-1 Bead Probe No. 3648 type-K, Fluke Corporation, Washington, USA).Aduprate un palcuscenicu di l'asse Z motorizatu verticale (8MT50-100BS1-XYZ, Standa Ltd., Vilnius, Lituania) per misurà a prufundità da a superficia media (settata cum'è l'origine di l'asse Z) cù una risoluzione di 5 µm per passu.
Siccomu a dimensione di a mostra era chjuca (n = 5) è a normalità ùn pò micca esse assunta, a prova di somma di ranking Wilcoxon di dui campioni à dui code (R, v4.0.3, R Foundation for Statistical Computing, r-project.org) hè stata utilizata. per paragunà a quantità di punta di l'agulla di varianza per diversi biselli.Trè paraguni sò stati fatti per ogni pente, cusì una correzione Bonferroni hè stata appiicata cù un livellu di significazione aghjustatu di 0,017 è una rata d'errore di 5%.
Riferimentu hè fatta à Fig. 7 sottu.A 29,75 kHz, a mezza lunghezza d'onda curva (\(\lambda_y/2\)) di un ago di calibro 21 è \(\approssimativamente) 8 mm.La longueur d'onde de flexion diminue le long de la pente à mesure qu'elle s'approche de la pointe.À a punta \(\lambda _y/2\) ci sò smussati scalini di 3, 1 è 7 mm, rispettivamente, per lancette ordinarie (a), asimmetriche (b) è assisimmetriche (c).Cusì, questu significa chì a lancetta differiscerà da \(\circa\) 5 mm (per via di u fattu chì i dui piani di a lancetta formanu un puntu di 29,30), a pendenza asimmetrica varierà da 7 mm, è a pendenza simmetrica. da 1 mm.Pendite assisimmetriche (u centru di gravità ferma u listessu, cusì solu u gruixu di u muru cambia veramente longu à a pendenza).
Applicazione di u studiu FEM à 29,75 kHz è l'equazioni.(1) Calculate a variazione di a mezza onda di curvatura (\(\lambda _y/2\)) per a geometria obliqua asimmetrica (b) è assisimmetrica (c) (cum'è in Fig. 1a,b,c).).A media \(\lambda_y/2\) per i pendii lancet, asimmetrici è assisimmetrici hè 5,65, 5,17 è 7,52 mm, rispettivamente.Si noti che lo spessore della punta per i biselli asimmetrici e assisimmetrici è limitato a \(\approx) 50 µm.
Peak mobility \(|\tilde{Y}_{v_yF_y}|\) hè una cumminazzioni di a lunghezza di tubu ottimali (TL) è a lunghezza di inclinazione (BL) (Fig. 8, 9).Per una lancetta convenzionale, postu chì a so dimensione hè fissa, u TL ottimali hè \(\approx\) 29,1 mm (Fig. 8).Per i pendii asimmetrici è assisimetrichi (Fig. 9a, b, rispettivamente), u studiu FEM includeu BL da 1 à 7 mm, cusì l'ottimu TL ranges eranu da 26.9 à 28.7 mm (range 1.8 mm) è da 27.9 à 29.2 mm (range). 1,3 mm).) ), rispettivamente.Per i penditi asimmetrici (Fig. 9a), u TL ottimali hà aumentatu linearmente, righjunghjendu un plateau à BL 4 mm, è dopu diminuite bruscamente da BL 5 à 7 mm.Per i pendii assisimmetrici (Fig. 9b), l'ottima TL aumenta linearmente cù l'allungamentu BL è infine stabilizza à BL da 6 à 7 mm.Un studiu allargatu di i penditi assisimetrichi (Fig. 9c) hà dimustratu un settore diffirenti di TL ottimali situati à \(\approssimativamente) 35,1-37,1 mm.Per tutti i BL, a distanza trà dui gruppi di TL ottimali hè \(\approx\) 8 mm (equivalente à \(\lambda _y/2\)).
Mobilità di trasmissione Lancet à 29,75 kHz.U tubu di l'agulla hè stata flexionata à una freccia di 29,75 kHz, a vibrazione hè stata misurata à a fine è espressa cum'è a quantità di mobilità meccanica trasmessa (dB relative à u valore massimu) per TL 26,5-29,5 mm (passu 0,1 mm).
Studi parametrici di u FEM à una freccia di 29.75 kHz mostranu chì a mobilità di trasferimentu di a punta assisimetrica hè menu affettata da i cambiamenti in a lunghezza di u tubu chì a so contraparti asimmetrica.Studi di lunghezza di bisellu (BL) è di lunghezza di tubu (TL) per geometrie asimmetriche (a) è assisimmetriche (b, c) in studii di u duminiu di frequenza chì utilizanu FEM (i cundizioni di cunfini sò mostrati in Figura 2).(a, b) TL variava da 26,5 a 29,5 mm (passo 0,1 mm) e BL 1-7 mm (passo 0,5 mm).(c) Studiu di l'angolo oblicu assisimetricu allargatu chì include TL 25-40 mm (passu 0,05 mm) è 0,1-7 mm (passu 0,1 mm) chì revela u rapportu desideratu \(\lambda_y/2\) Cundizioni di cunfini in muvimentu soltu per una punta sò soddisfatte.
A struttura di l'agulla hà trè frequenzi naturali \(f_{1-3}\) divisu in regioni modali bassu, mediu è altu cum'è mostra in a Tabella 1. A dimensione PTE hè mostrata in a Figura 10 è poi analizata in a Figura 11. Sottu sò i chjassi. risultati per ogni area modale:
Ampiezza tipica di l'efficienza di trasferimentu di energia istantanea (PTE) registrata ottenuta usendu l'excitazione sinusoidale cù freccia swept à una prufundità di 20 mm per una lancetta (L) è pendenze assisimmetriche AX1-3 in aria, acqua è gelatina.Un spettru unilaterale hè mostratu.A risposta di frequenza misurata (frequenza di campionamentu di 300 kHz) hè stata filtrata in passa-bassu è dopu sottumessa da un fattore di 200 per l'analisi modale.U rapportu signal-à-rumore hè \(\le\) 45 dB.A fase PTE (linea punteggiata viola) hè indicata in gradi (\(^{\circ}\)).
L'analisi di a risposta modale hè mostrata in a Figura 10 (media ± deviazione standard, n = 5) per i pendii L è AX1-3 in aria, acqua è gelatina 10% (profunda 20 mm) cù (in cima) trè regioni modali (bassu). , mediu, altu).), è e so frequenze modali currispundenti \(f_{1-3}\) (kHz), (media) efficienza energetica \(\text {PTE}_{1{-}3 }\) usa equazioni di disignu.(4) è (in fondu) sò a larghezza sana à a mità di u valore massimu misuratu \(\text {FWHM}_{1{-}3}\) (Hz), rispettivamente.Nota chì quandu si registra un PTE bassu, vale à dì in u casu di una pendenza AX2, a misura di larghezza di banda hè omessa, \(\text {FWHM}_{1}\).U modu \(f_2\) hè cunsideratu cum'è u più adattatu per paragunà a deviazione di i piani inclinati, postu chì mostra u più altu livellu di efficienza di trasferimentu di putenza (\(\text {PTE}_{2}\)), finu à 99 %.
Prima regione modale: \(f_1\) ùn dipende micca assai di u tipu di media inseritu, ma dipende da a geometria di bisellu.\(f_1\) diminuisce cù a diminuzione di a lunghezza di bisellu (27,1, 26,2 è 25,9 kHz per AX1-3, rispettivamente, in l'aria).E medie regiunale \(\text {PTE}_{1}\) è \(\text {FWHM}_{1}\) sò \(\approx\) 81% è 230 Hz rispettivamente.\(\text {FWHM}_{1}\) era u più altu in gelatina da Lancet (L, 473 Hz).Nota chì \(\text {FWHM}_{1}\) per AX2 in gelatina ùn pò micca esse stimatu per via di a bassu magnitudine di e risposte di frequenza riportate.
A seconda regione modale: \(f_2\) dipende da u tipu di pasta è di i media bisellu.In aria, acqua è gelatina, i valori medii \(f_2\) sò 29,1, 27,9 è 28,5 kHz, rispettivamente.U PTE per questa regione modale hà ancu righjuntu u 99%, u più altu trà tutti i gruppi di misurazione, cù una media regiunale di 84%.A media di l'area \(\text {FWHM}_{2}\) hè \(\approx\) 910 Hz.
Terza regione modale: \(f_3\) A freccia dipende da u tipu di medium d'inserzione è bisellu.I valori medii \(f_3\) sò 32,0, 31,0 è 31,3 kHz in aria, acqua è gelatina, rispettivamente.\(\text {PTE}_{3}\) hà una media regiunale di \(\circa\) 74%, u più bassu di ogni regione.A media regiunale \(\text {FWHM}_{3}\) hè \(\circa\) 1085 Hz, chì hè più altu ch'è a prima è a seconda regione.
A seguita si riferisce à Fig.12 è Tabella 2. A lancetta (L) hà deviatu u più (cun significatu altu per tutti i punte, \(p<\) 0,017) in l'aria è in l'acqua (Fig. 12a), ottenendu u DPR più altu (finu à 220 µm/). W in aria). 12 è Tabella 2. A lancetta (L) hà deviatu u più (cun significatu altu per tutti i punte, \(p<\) 0,017) in l'aria è in l'acqua (Fig. 12a), ottenendu u DPR più altu (finu à 220 µm/). W in aria). Следующее относится к рисунку 12 и таблице 2. Ланцет (L) отклонялся больше вседунку (с вседуюцет) ех наконечников, \(p<\) 0,017) как в воздухе, так и в воде (рис. 12а), достигая самого высокого высокого . I seguenti s'applicanu à a Figura 12 è a Table 2. Lancet (L) deflected the most (cù altu significatu per tutti i cunsiglii, \(p<\) 0.017) in l'aria è l'acqua (Fig. 12a), ottenendu u DPR più altu.(fa 220 μm/W in l'aria).Riferimentu hè fatta à Figura 12 è Table 2 sottu.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乼度意乼度意乼Ｎ（（对所大最高DPR （空气中高达220 µm/W）。柳叶刀(L) ha la più alta deflessione in aria e acqua (图12a) (对所述尖端是对尖端是是电影,\(p<\) 0,017), è hà ottenutu u più altu DPR (finu à µm/220) W in aria). 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) hà a più grande deviazione (altamente significativa per tutte e punte, \(p<\) 0,017) in l'aria è l'acqua (Fig. 12a), righjunghjendu u DPR più altu (finu à 220 µm / W in l'aria). In l'aria, AX1 chì avia un BL più altu, sviatu più altu ch'è AX2–3 (cun significatu, \(p<\) 0,017), mentre chì AX3 (chì avia u BL più bassu) hà deviatu più di AX2 cun un DPR di 190 µm/W. In l'aria, AX1 chì avia un BL più altu, sviatu più altu ch'è AX2–3 (cun significatu, \(p<\) 0,017), mentre chì AX3 (chì avia u BL più bassu) hà deviatu più di AX2 cun un DPR di 190 µm/W. В воздухе AX1 с более высоким BL отклонялся выше, чем AX2–3 (со значимостью \(p<\) 0,017 токма, кам 3, со мостью м BL) отклонялся больше, чем AX2 с DPR 190 мкм/Вт. In l'aria, AX1 cù u BL più altu hà deviatu più altu ch'è AX2–3 (cun significatu \(p<\) 0,017), mentri AX3 (cun u più bassu BL) hà deviatu più di AX2 cù 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），耜弅，耜显着性，转大于AX2，DPR 为190 µm/W. In l'aria, a deviazione di AX1 cù BL più altu hè più altu ch'è quellu di AX2-3 (significativamente, \(p<\) 0.017), è a deviazione di AX3 (cù BL più bassu) hè più altu ch'è quellu di AX2, DPR hè 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, \(p<\) т, 0,017) зким BL) имеет большее отклонение, чем AX2 с DPR 190 мкм/Вт. In l'aria, AX1 cù BL più altu hà una deviazione più grande di AX2-3 (significativa, \(p<\) 0,017), mentri AX3 (cun BL più bassu) hà una deviazione più grande di AX2 cù DPR di 190 μm/W. In l'acqua à 20 mm, ùn sò micca stati differenzi significativi (\(p>\) 0.017) in a deviazione è PTE per AX1-3. In l'acqua à 20 mm, ùn sò micca stati differenzi significativi (\(p>\) 0.017) in a deviazione è PTE per AX1-3. В воде на глубине 20 мм достоверных различий (\(p>\) 0,017) по прогибу и ФТР для AX1–3 наруж. In l'acqua à una prufundità di 20 mm, differenzi significati (\(p>\) 0.017) in deflection è FTR sò stati rilevati per AX1-3.在20 mm 的水中，AX1-3 的挠度和PTE 没有显着差异(\(p>\) 0.017)。 In 20 mm d'acqua, ùn ci era micca una diferenza significativa trà AX1-3 è PTE (\(p>\) 0,017). На глубине 20 мм прогиб è PTE AX1-3 существенно не отличались (\(p>\) 0,017). À a prufundità di 20 mm, a deflessione è PTE AX1-3 ùn anu micca diffirenti significativamente (\(p>\) 0.017).I livelli di PTE in l'acqua (90,2-98,4%) sò generalmente più altu ch'è in l'aria (56-77,5%) (Fig. 12c), è u fenomenu di cavitation hè statu nutatu durante l'esperimentu in l'acqua (Fig. 13, vede ancu supplementu). infurmazione).
E misurazioni di l'amplitude di curvatura di punta (media ± deviazione standard, n = 5) per i chamfers L è AX1-3 in l'aria è l'acqua (prufundità 20 mm) anu revelatu l'effettu di cambià a geometria di smussi.E misurazioni sò ottenute cù l'eccitazione sinusoidale di frequenza unica continua.(a) Déviation de pic (\(u_y\vec {j}\)) au sommet, mesurée à (b) leurs fréquences modales respectives \(f_2\).(c) Efficienza di trasmissione di energia (PTE, rms, %) cum'è equazioni.(4) è (d) Fattore di putenza di deviazione (DPR, µm/W) calculatu cum'è deviazione di punta è putenza di trasmissione \(P_T\) (Wrms).
Trama d'ombra tipica di una camera d'alta velocità chì mostra a deflessione tutale di a punta di lancetta (linee punteggiate verdi è rosse) di a lancetta (L) è a punta assisimmetrica (AX1-3) in acqua (prufundità 20 mm), mezzu ciclu, frequenza di guida. \(f_2\) (frequenza di campionamentu 310 kHz).L'imagine in scala di grigi catturata hà dimensioni di 128 × 128 pixel cù una dimensione di pixel di \(\circa) 5 µm.Video pò esse trovu in infurmazione supplementari.
Cusì, avemu modelatu u cambiamentu in a longa d'onda di curvatura (Fig. 7) è hà calculatu a mobilità meccanica per u trasferimentu per i cumminzioni lanceolate, asimmetriche è assiali cunvinziunali di a lunghezza di u tubu è u bisellu (Fig. 8, 9).Geometria bisellata simmetrica.Basatu annantu à l'ultime, avemu stimatu a distanza ottima di punta à saldatura à 43 mm (o \(\approx\) 2,75\(\lambda_y\) à 29,75 kHz) cum'è mostra in a Figura 5, è hà fabbricatu trè biselli assisimmetrici cù diverse lunghezze di bisellatura.Dopu avemu carattarizatu e so risposte di frequenza paragunate à e lancette convenzionali in aria, acqua è gelatina balistica di 10% (w / v) (Figure 10, 11) è determinate u megliu casu per paragunà u modu di deflessione di inclinazione.Infine, avemu misuratu a deflessione di punta piegando l'onda in aria è acqua à una prufundità di 20 mm è quantificatu l'efficienza di trasferimentu di putenza (PTE, %) è u fattore di putenza di deflessione (DPR, µm / W) di u mediu iniettatu per ogni tilt.tipu (Fig. 12).
I risultati mostranu chì l'assi di inclinazione di a geometria influenza a deviazione di amplitude di l'assi di punta.A lancetta hà avutu a curvatura più altu è ancu u DPR più altu cumparatu cù u bisellu axisymmetric, mentri l'axisymmetric bevel avia una deviazione media più chjuca (Fig. 12). U bisellu assi-simmetricu di 4 mm (AX1) chì hà a più longa lunghezza di bisellu, hà ottenutu una deflessione più alta statisticamente significativa in l'aria (\(p < 0,017\), Tabella 2), in paragone à l'altri aghi a simmetria assiale (AX2-3), ma ùn sò micca osservati differenzi significati, quandu l'agulla hè stata posta in l'acqua. U bisellu assi-simmetricu di 4 mm (AX1) chì hà a più longa lunghezza di bisellu, hà ottenutu una deflessione più alta statisticamente significativa in l'aria (\(p < 0,017\), Tabella 2), in paragone à l'altri aghi a simmetria assiale (AX2-3), ma ùn sò micca osservati differenzi significati, quandu l'agulla hè stata posta in l'acqua. Осесимметричный скос 4 мм (AX1), имеющий наибольшую длину скоса, достиг статистически зого статистической лонения в воздухе (\(p <0,017\), таблица 2) по сравнению с другими осесимметричными иглами (AX2–3ми). Bisellu assisimetricu 4 mm (AX1), chì hà a più longa lunghezza di bisellu, hà ottenutu una deviazione statisticamente significativa più grande in l'aria (\(p <0,017\), Tabella 2) cumparatu cù l'altri aghi assisimetrichi (AX2-3).ma differenzi significati ùn sò micca osservati quandu si mette l'agulla in l'acqua.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) 在空氡箾角长度的轴对称(AX1)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。 In cunfrontu cù l'altri aghi simmetrici assiali (AX2-3), hà l'angolo oblicu più longu di 4 mm simmetrici assiali (AX1) in l'aria, è hà ottenutu una deviazione massima statisticamente significativa (\(p < 0,017\), Table 2) , ma quandu l'agulla hè stata posta in l'acqua, nisuna diferenza significativa hè stata osservata. Осесиметричный скос 4 мм (Ax1) Печольшей диновасимтота: Оозималие в откуTICEUS по отконе в воздухение в во Симетрични Иглами (Ax2-3) (\ (p <0,017 \), Таглица 2), таблица 2), оно Существеренной РазницEй Разбло. A pente assisymmetrica cù a più longa lunghezza di pente di 4 mm (AX1) hà furnitu una deviazione massima statisticamente significativa in l'aria cumparatu cù l'altri pendii assisimetriche (AX2-3) (\(p < 0,017\), Tabella 2), ma ùn ci era micca. differenza significativa.hè osservatu quandu l'agulla hè posta in acqua.Cusì, una lunghezza di bisellu più longa ùn hà micca vantaghji evidenti in quantu à a deflessione di punta di punta.Pigliendu questu in contu, risulta chì a geometria di a pendenza, chì hè investigata in stu studiu, hà una influenza più grande nantu à a deviazione di amplitude cà a lunghezza di a pendenza.Questu pò esse ligatu à a rigidità di curvatura, per esempiu, secondu u materiale chì hè curvatu è u grossu generale di l'agulla di custruzzione.
In studii sperimentali, a magnitudine di l'onda flexural riflessa hè affettata da e cundizioni di u cunfini di a punta.Quandu a punta di l'agulla hè stata inserita in acqua è gelatina, \(\text {PTE}_{2}\) media \(\approx\) 95% è \(\text {PTE}_{2}\) media i valori. sò 73% è 77% (\text {PTE}_{1}\) è \(\text {PTE}_{3}\), rispettivamente (Fig. 11).Questu indica chì u trasferimentu massimu di energia acustica à u mediu di casting (per esempiu, acqua o gelatina) si trova in \(f_2\).Cumportamentu simili hè statu osservatu in un studiu precedente utilizendu strutture di dispositivi più simplici à frequenze di 41-43 kHz, induve l'autori dimustranu u coefficient di riflessione di tensione assuciatu à u modulu meccanicu di u mediu intercalatu.A prufundità di penetrazione32 è e proprietà meccaniche di u tessulu furnisce una carica meccanica nantu à l'agulla è per quessa, sò previsti per influenzà u cumpurtamentu resonante di l'UZeFNAB.Per quessa, l'algoritmi di seguimentu di resonance cum'è 17, 18, 33 ponu esse utilizati per ottimisà a putenza di u sonu furnitu attraversu u stylus.
U mudellu di lunghezza d'onda di curvatura (Fig. 7) mostra chì l'axisymmetric hà una rigidità strutturale più altu (vale à dì una rigidità di curvatura più alta) à a punta di a lancetta è u bisellu asimmetricu.Derivatu da (1) è utilizendu a relazione velocità-frequenza cunnisciuta, stimu a rigidità di curvatura di a lancetta, punte asimmetriche è assisimmetriche cum'è pendenze \(\circa) 200, 20 è 1500 MPa, rispettivamente.Questu currisponde à (\lambda _y\) 5,3, 1,7 è 14,2 mm à 29,75 kHz, rispettivamente (Fig. 7a-c).In cunsiderà a sicurità clinica di a prucedura USeFNAB, l'influenza di a geometria nantu à a rigidità di u disignu di bisellu deve esse evaluata34.
U studiu di i paràmetri di u bisellu è a durata di u tubu (Fig. 9) hà dimustratu chì l'ottima gamma TL per l'asimetria (1,8 mm) era più altu ch'è per l'axisymmetric (1,3 mm).Inoltre, u pianu di a mobilità varieghja da 4 à 4,5 mm è da 6 à 7 mm per tilt asimmetricu è assisimetricu, rispettivamente (Fig. 9a, b).A rilevanza pratica di sta scuperta hè espressa in tolleranze di fabricazione, per esempiu, una gamma più bassa di TL ottimali pò implicà a necessità di una precisione di lunghezza più altu.À u listessu tempu, a piattaforma di rendiment furnisce una tolleranza più grande per a scelta di a durata di a pendenza à una freccia data senza affettà significativamente u rendiment.
U studiu include i seguenti limitazioni.A misurazione diretta di a deflessione di l'agulla utilizendu a rilevazione di u bordu è l'imaghjini à alta velocità (Figura 12) significa chì simu limitati à i media otticamente trasparenti cum'è l'aria è l'acqua.Vulemu ancu nutà chì ùn avemu micca usatu esperimenti per pruvà a mobilità di trasferimentu simulata è vice versa, ma hà utilizatu studii FEM per determinà a durata ottima di l'agulla fabbricata.Da u puntu di vista di e limitazioni pratiche, a durata di a lancetta da a punta à a manica hè 0,4 cm più longa di l'altri agulla (AX1-3), vede fig.3b.Questu pò avè affettatu a risposta modale di a struttura acicular.Inoltre, a forma è u voluminu di a saldatura di guida d'onda (vede a Figura 3) ponu influenzà l'impedenza meccanica di u disignu di pin, risultatu in errori in l'impedenza meccanica è u cumpurtamentu di curvatura.
Infine, avemu dimustratu sperimentalmente chì a geometria di bisellu affetta a quantità di deflessione in USeFNAB.In situazioni induve una amplitude di deflessione più alta pò avè un effettu pusitivu nantu à l'effettu di l'agulla nantu à u tissutu, per esempiu, l'efficienza di taglio dopu a punizione, una lancetta convenzionale pò esse cunsigliatu per USeFNAB, postu chì furnisce a più grande amplitude di deflessione mantenendu una rigidità sufficiente. à a punta di u disignu.Inoltre, un studiu recente hà dimustratu chì una deflessione di punta più grande pò rinfurzà l'effetti biologichi cum'è a cavitazione, chì pò aiutà à sviluppà applicazioni per intervenzioni chirurgiche minimamente invasive.Siccomu chì l'aumentu di a putenza acustica totale hè statu dimustratu per aumentà a produzzione di biopsia da USeFNAB13, più studii quantitativi di u rendiment è a qualità di mostra sò necessarii per valutà u benefiziu clinicu detallatu di a geometria di l'agulla studiata.
Frable, WJ Biopsia di aspirazione di agulla fine: una rivista.Humph.Malatu.14: 9-28.https://doi.org/10.1016/s0046-8177(83)80042-2 (1983).
Tempu di pubblicazione: 13-10-2022