Děkujeme, že jste navštívili Nature.com.Verze prohlížeče, kterou používáte, má omezenou podporu CSS.Chcete-li dosáhnout nejlepšího výsledku, doporučujeme použít aktualizovaný prohlížeč (nebo vypnout režim kompatibility v aplikaci Internet Explorer).Mezitím, abychom zajistili nepřetržitou podporu, vykreslíme web bez stylů a JavaScriptu.
Nedávno bylo prokázáno, že použití ultrazvuku zvyšuje výtěžnost tkáně při ultrazvukově asistované aspiraci tenkou jehlou (USEFNAB) ve srovnání s konvenční aspirací tenkou jehlou (FNAB).Dosud nebyl vztah mezi geometrií úkosu a pohybem hrotu důkladně prozkoumán.V této studii jsme zkoumali vlastnosti rezonance jehly a amplitudy výchylky pro různé geometrie úkosu jehly s různými délkami úkosu.Při použití konvenční 3,9 mm zkosené lancety byl výkonový faktor vychýlení hrotu (DPR) ve vzduchu a vodě 220 a 105 µm/W, v daném pořadí.To je vyšší než osově symetrický 4mm zkosený hrot a poskytuje 180 a 80 µm/W DPR ve vzduchu a ve vodě.Tato studie zdůrazňuje důležitost vztahu mezi ohybovou tuhostí geometrie úkosu v kontextu různých prostředků vkládání, a proto může poskytnout vhled do metod řízení činnosti řezání po děrování změnou geometrie úkosu jehly, což je důležité.pro aplikaci USeFNAB je rozhodující.
Tenkojehlová aspirační biopsie (FNA) je metoda získávání vzorků tkáně pro podezření na patologii1,2,3 pomocí jehly.Ukázalo se, že hrot Franseen poskytuje vyšší diagnostický výkon než běžné hroty lancet4 a Menghini5.Pro zvýšení pravděpodobnosti histopatologicky adekvátních vzorků se také navrhují osově symetrické (tj. obvodové) sklony.
Během biopsie se jehla prostrčí vrstvami kůže a tkáně, aby se získal přístup k podezřelým lézím.Nedávné studie ukázaly, že ultrazvuk může snížit penetrační sílu potřebnou pro přístup k měkkým tkáním7,8,9,10.Ukázalo se, že geometrie zkosení jehly ovlivňuje síly interakce jehly, například se ukázalo, že delší zkosení mají nižší síly pronikání do tkáně11.Poté, co jehla pronikne povrchem tkáně, tj. po propíchnutí, může řezná síla jehly činit 75 % síly interakce jehly s tkání12.Bylo prokázáno, že v postpunkční fázi zvyšuje ultrazvuk (ultrazvuk) účinnost diagnostické biopsie měkkých tkání.Pro odběr vzorků tvrdých tkání byly vyvinuty další techniky kostní biopsie vylepšené ultrazvukem, ale nebyly hlášeny žádné výsledky, které by zlepšily výtěžnost biopsie.Četné studie také potvrdily, že mechanické posunutí se zvyšuje, když je vystaveno působení ultrazvuku16,17,18.Zatímco existuje mnoho studií o axiálních (podélných) statických silách v interakcích jehla-tkáň19,20, existují omezené studie o časové dynamice a geometrii zkosení jehly pod ultrazvukovým FNAB (USEFNAB).
Cílem této studie bylo prozkoumat vliv různých geometrií zkosení na pohyb hrotu jehly v jehle poháněné ultrazvukovým ohybem.Konkrétně jsme zkoumali účinek injekčního média na vychýlení hrotu jehly po punkci pro tradiční zkosení jehly (tj. jehly USeFNAB pro různé účely, jako je selektivní aspirace nebo získávání měkkých tkání.
Do této studie byly zahrnuty různé geometrie zkosení.(a) Specifikace Lancet je v souladu s normou ISO 7864:201636, kde \(\alpha\) je primární úkos, \(\theta\) je úhel natočení sekundárního úkosu a \(\phi\) je sekundární úkos úhel., při otáčení ve stupních (\(^\circ\)).(b) Lineární asymetrické jednostupňové zkosení (nazývané „standardní“ v DIN 13097:201937) a (c) Lineární osově symetrické (obvodové) jednostupňové zkosení.
Náš přístup začíná modelováním změny vlnové délky ohybu podél úkosu pro konvenční lancety, osově symetrické a asymetrické jednostupňové geometrie úkosu.Poté jsme vypočítali parametrickou studii, abychom prozkoumali vliv sklonu a délky potrubí na mechanickou tekutost přenosu.To je nezbytné pro určení optimální délky pro výrobu prototypové jehly.Na základě simulace byly vyrobeny prototypy jehel a jejich rezonanční chování bylo experimentálně charakterizováno měřením koeficientů odrazu napětí a výpočtem účinnosti přenosu výkonu ve vzduchu, vodě a 10% (w/v) balistické želatině, ze které byla určena pracovní frekvence .A konečně, vysokorychlostní zobrazování se používá k přímému měření výchylky ohybové vlny na špičce jehly ve vzduchu a vodě, jakož i k odhadu elektrického výkonu dodávaného v každém šikmém úhlu a geometrie poměru výkonu výchylky ( DPR) do vstřikovaného média..
Jak je znázorněno na obrázku 2a, použijte trubku 21 gauge (0,80 mm vnější průměr, 0,49 mm vnitřní průměr, tloušťka stěny trubky 0,155 mm, standardní stěna) k definování trubice jehly s délkou trubice (TL) a úhlem zkosení (BL) v souladu s ISO 9626:201621) z nerezové oceli 316 (Youngův modul 205 \(\text {GN/m}^{2}\), hustota 8070 kg/m\(^{3}\) a Poissonův poměr 0,275 ).
Určení ohybové vlnové délky a ladění modelu konečných prvků (MKP) pro jehlové a okrajové podmínky.(a) Určení délky úkosu (BL) a délky trubky (TL).(b) Trojrozměrný (3D) model konečných prvků (MKP) využívající harmonickou bodovou sílu \(\tilde{F}_y\vec {j}\) k proximálnímu pohonu jehly, vychýlení bodu a měření rychlosti v hrot (\ ( \tilde {u}_y\vec {j}\), \(\tilde{v}_y\vec {j}\)) pro výpočet přenosu mechanické tekutosti.\(\lambda _y\) je definována jako vlnová délka ohybu vzhledem k vertikální síle \(\tilde{F}_y\vec {j}\).(c) Definice těžiště, plochy průřezu A a momentů setrvačnosti \(I_{xx}\) a \(I_{yy}\) kolem os x a y.
Jak je znázorněno na Obr.2b,c, pro nekonečný (nekonečný) paprsek s plochou průřezu A a při vlnové délce větší, než je velikost průřezu paprsku, je ohnutá (nebo ohnutá) fázová rychlost \( c_{EI }\) určena 22 :
kde E je Youngův modul (\(\text {N/m}^{2}\)), \(\omega _0 = 2\pi f_0\) je úhlová frekvence buzení (rad/s), kde \( f_0 \ ) je lineární frekvence (1/s nebo Hz), I je moment setrvačnosti oblasti kolem osy zájmu\((\text {m}^{4})\), \(m'=\ rho _0 A\ ) je hmotnost na jednotku délky (kg/m), kde \(\rho _0\) je hustota\((\text {kg/m}^{3})\) a A je kříž řez oblastí nosníku (rovina xy) (\(\ text {m}^{2}\)).Protože síla působící v našem příkladu je rovnoběžná se svislou osou y, tj. \(\tilde{F}_y\vec {j}\), zajímá nás pouze regionální moment setrvačnosti kolem vodorovné osy x, tj. \(I_{xx}\), takže:
U modelu konečných prvků (MKP) se předpokládá čisté harmonické posunutí (m), takže zrychlení (\(\text {m/s}^{2}\)) je vyjádřeno jako \(\částečné ^2 \vec { u}/ \ částečné t^2 = -\omega ^2\vec {u}\) jako \(\vec {u}(x, y, z, t): = u_x\vec {i} + u_y\ vec {j } + u_z\vec {k}\) je trojrozměrný vektor posunutí zadaný v prostorových souřadnicích.Namísto posledně jmenovaného je v souladu s jeho implementací v softwarovém balíku COMSOL Multiphysics (verze 5.4-5.5, COMSOL Inc., Massachusetts, USA) uvedena konečná deformace Lagrangeova tvaru zákona o rovnováze hybnosti takto:
kde \(\vec {\nabla}:= \frac{\částečný}}{\částečný x}\vec {i} + \frac{\částečný}}{\částečný y}\vec {j} + \frac{ \partial }{\partial z}\vec {k}\) je operátor divergence tenzoru, \({\underline{\sigma}}}\) je druhý Piola-Kirchhoffův tenzor napětí (druhý řád, \(\ text { N/ m}^{2}\)) a \(\vec {F_V}:= F_{V_x}\vec {i}+ F_{V_y}\vec {j}+ F_{V_z}\vec {k} \) je vektor síly těla (\(\text {N/m}^{3}\)) pro každý deformovaný objem a \(e^{j\phi }\) je vektor fázového úhlu\(\ phi \ ) ( rád).V našem případě je objemová síla tělesa nulová, náš model předpokládá geometrickou linearitu a malou čistě elastickou deformaci, tj , kde \({\underline{\varepsilon}}^{el}\) a \({\underline {\varepsilon}}\) jsou elastické přetvoření a celkové přetvoření (druhého řádu, bezrozměrné).Hookův konstitutivní izotropní tenzor pružnosti \(\underline{\underline{C}}\) se vypočítá pomocí Youngova modulu E (\(\text {N/m}^{2}\)) a určí se Poissonův poměr v, takže tzn. \(\underline{\underline{C}}:=\underline{\underline{C}}(E,v)\) (čtvrtý řád).Výpočet napětí tedy bude \({\podtržení{\sigma}} := \podtržení{\podtržení{C}}:{\podtržení{\varepsilon}}\).
Výpočet používá 10-uzlový čtyřstěnný prvek s velikostí prvku \(\le\) 8 µm.Jehla je modelována ve vakuu a hodnota přenesené mechanické pohyblivosti (ms-1 N-1) je definována jako \(|\tilde{Y}_{v_yF_y}|= |\tilde{v}_y\vec { j}|/ |\ tilde{F}_y\vec {j}|\)24, kde \(\tilde{v}_y\vec {j}\) je výstupní komplexní rychlost násadce a \( \ tilde {F}_y\ vec {j}\) je komplexní hnací síla umístěná na proximálním konci trubice, jak je znázorněno na obrázku 2b.Převeďte mechanickou tekutost v decibelech (dB) pomocí maximální hodnoty jako reference, tj. \(20\log _{10} (|\tilde{Y}|/ |\tilde{Y}_{max}|) \ ) .Všechny FEM studie byly provedeny na frekvenci 29,75 kHz.
Konstrukce jehly (obr. 3) sestává z běžné hypodermické jehly 21 gauge (kat. č. 4665643, Sterican\(^\circledR\), vnější průměr 0,8 mm, délka 120 mm, nerez AISI 304 chrom-nikl ocel , B. Braun Melsungen AG, Melsungen, Německo) vybavené plastovou objímkou Luer Lock vyrobenou z polypropylenu na proximálním konci a vhodně upravenou na konci.Jehlová trubička je připájena k vlnovodu, jak je znázorněno na obr. 3b.Vlnovody byly vytištěny na 3D tiskárně z nerezové oceli (nerezová ocel EOS 316L na 3D tiskárně EOS M 290, 3D Formtech Oy, Jyväskylä, Finsko) a poté připevněny k senzoru Langevin pomocí šroubů M4.Langevinův senzor se skládá z 8 piezoelektrických prstencových prvků zatížených na obou koncích dvěma hmotami.
Čtyři typy hrotů (foto), komerčně dostupná lanceta (L) a tři vyráběné osově symetrické jednostupňové úkosy (AX1-3) byly charakterizovány délkami úkosu (BL) 4, 1,2 a 0,5 mm.(a) Detailní záběr hotové špičky jehly.(b) Pohled shora na čtyři kolíky připájené k 3D tištěnému vlnovodu a poté připojené k Langevinovu senzoru pomocí šroubů M4.
Byly vyrobeny tři osově symetrické zkosené hroty (obr. 3) (TAs Machine Tools Oy) s délkami úkosu (BL, jak je definováno na obr. 2a) 4,0, 1,2 a 0,5 mm, což odpovídá \(\cca) 2 \(^ \ circ\), 7\(^\circ\) a 18\(^\circ\).Hmotnost vlnovodu a jehly je 3,4 ± 0,017 g (průměr ± sd, n = 4) pro úkosy L a AX1-3 (Quintix\(^\circledR\) 224 Design 2, Sartorius AG, Göttingen, Německo) .Pro úkosy L a AX1-3 na obrázku 3b byla celková délka od špičky jehly ke konci plastového pouzdra 13,7, 13,3, 13,3 a 13,3 cm, v tomto pořadí.
U všech konfigurací jehly byla délka od špičky jehly ke špičce vlnovodu (tj. k oblasti svaru) 4,3 cm a trubička jehly byla orientována řezem nahoru (tj. rovnoběžně s osou Y) , jak je znázorněno na obrázku.c (obr. 2).
Vlastní skript v MATLABu (R2019a, The MathWorks Inc., Massachusetts, USA) běžící na počítači (Latitude 7490, Dell Inc., Texas, USA) byl použit ke generování lineárního sinusového rozmítání od 25 do 35 kHz po dobu 7 sekund, průchod Digitální-analogový (DA) převodník (Analog Discovery 2, Digilent Inc., Washington, USA) převádí na analogový signál.Analogový signál \(V_0\) (0,5 Vp-p) byl poté zesílen speciálním vysokofrekvenčním (RF) zesilovačem (Mariachi Oy, Turku, Finsko).Klesající zesílené napětí \({V_I}\) z vf zesilovače s výstupní impedancí 50 ohmů je přivedeno do transformátoru zabudovaného do struktury jehly se vstupní impedancí 50 ohmů.Langevinovy měniče (přední a zadní vysoce výkonné vícevrstvé piezoelektrické měniče) se používají ke generování mechanických vln.Vlastní RF zesilovač je vybaven dvoukanálovým měřičem účiníku se stojatou vlnou (SWR), který zaznamenává dopadající \({V_I}\) a odražené zesílené napětí\(V_R\) v analogově-digitálním (AD) režimu.se vzorkovací frekvencí 300 kHz převodník (analogový Discovery 2).Budicí signál je na začátku a na konci amplitudově modulován, aby se zabránilo přetížení vstupu zesilovače přechodnými jevy.
Pomocí vlastního skriptu implementovaného v MATLABu byla funkce frekvenční odezvy (FRF), tj. \(\tilde{H}(f)\), odhadnuta offline pomocí dvoukanálové metody měření sinusového rozmítání (obr. 4), která předpokládá linearita v čase.invariantní systém.Kromě toho je použit pásmový filtr 20 až 40 kHz, který ze signálu odstraní nežádoucí frekvence.S odkazem na teorii přenosových vedení je v tomto případě \(\tilde{H}(f)\) ekvivalentní koeficientu odrazu napětí, tj. \(\rho _{V} \equiv {V_R}/{V_I}\ ) \) se sníží na \({V_R}^ 2 /{V_I}^2\ ) se rovná \(|\rho _{V}|^2\).V případech, kdy jsou vyžadovány hodnoty absolutního elektrického výkonu, se dopadající výkon \(P_I\) a odražený výkon \(P_R\) výkon (W) vypočítá tak, že se vezme například efektivní hodnota (rms) odpovídajícího napětí.pro přenosové vedení se sinusovým buzením \( P = {V}^2/(2Z_0)\)26, kde \(Z_0\) je rovno 50 \(\Omega\).Elektrický výkon dodávaný do zátěže \(P_T\) (tj. vložené médium) lze vypočítat jako \(|P_I – P_R |\) (W RMS), stejně jako účinnost přenosu energie (PTE) a procenta ( %) lze určit, jak je daný tvar, takže 27:
Jehlicovité modální frekvence \(f_{1-3}\) (kHz) a jejich odpovídající činitele přenosu energie \(\text {PTE}_{1{-}3} \) jsou pak odhadnuty pomocí FRF.FWHM (\(\text {FWHM}_{1{-}3}\), Hz) odhadnutý přímo z \(\text {PTE}_{1{-}3}\), z tabulky 1 A jednostranný lineární spektrum se získá při popsané modální frekvenci \(f_{1-3}\).
Měření frekvenční charakteristiky (AFC) jehlových struktur.K získání funkce frekvenční odezvy \(\tilde{H}(f)\) a její impulsní odezvy H(t) se používá sinusové dvoukanálové měření rozmítání25,38.\({\mathcal {F}}\) a \({\mathcal {F}}^{-1}\) představují Fourierovu transformaci digitálního zkrácení, respektive její inverzní.\(\tilde{G}(f)\) znamená součin dvou signálů ve frekvenční doméně, např. \(\tilde{G}_{XrX}\) znamená součin inverzního skenování\(\tilde{ X} r (f)\ ) a pokles napětí \(\tilde{X}(f)\).
Jak je znázorněno na obrázku 5, vysokorychlostní kamera (Phantom V1612, Vision Research Inc., NJ, USA) je vybavena makro objektivem (MP-E 65 mm, \(f\)/2,8, 1-5\).(\times\), Canon Inc., Tokio, Japonsko), pro záznam výchylek hrotu během ohybového buzení (jednofrekvenční, spojitá sinusoida) při frekvencích 27,5-30 kHz.Pro vytvoření stínové mapy byl za špičku jehly umístěn chlazený prvek vysoce intenzivní bílé LED (číslo dílu: 4052899910881, bílá LED, 3000 K, 4150 lm, Osram Opto Semiconductors GmbH, Regensburg, Německo).
Čelní pohled na experimentální uspořádání.Hloubka se měří od povrchu média.Konstrukce jehly je upnuta a namontována na motorizovaný přenosový stůl.K měření šikmé úhlové odchylky použijte vysokorychlostní kameru s velkým zvětšením (5\(\x\)).Všechny rozměry jsou v milimetrech.
Pro každý typ zkosení jehly jsme zaznamenali 300 snímků vysokorychlostní kamery o rozměrech 128 \(\x\) 128 pixelů, každý s prostorovým rozlišením 1/180 mm (\(\cca) 5 µm), s časové rozlišení 310 000 snímků za sekundu.Jak je znázorněno na obrázku 6, každý snímek (1) je oříznut (2) tak, že špička jehly je v posledním řádku (dole) snímku a vypočítá se histogram snímku (3), takže Canny mohou být stanoveny prahové hodnoty 1 a 2.Poté použijte Canny detekci hran 28(4) se Sobelovým operátorem 3 \(\times\) 3 a vypočítejte pozice pro nehypotenózní pixely (označené \(\mathbf {\times }\)) bez kavitace 300 časových kroků.Pro určení rozsahu výchylky hrotu vypočítejte derivaci (pomocí algoritmu centrální diference) (6) a určete rámec (7), který obsahuje lokální extrémy (tj. vrchol) výchylky.Po vizuální kontrole hrany bez kavitace byla vybrána dvojice snímků (nebo dva snímky s intervalem poločasu) (7) a byla změřena výchylka hrotu (označeno jako \(\mathbf {\times }). \)).Výše uvedené je implementováno v Pythonu (v3.8, Python Software Foundation, python.org) pomocí algoritmu pro detekci hran OpenCV Canny (v4.5.1, open source knihovna počítačového vidění, opencv.org).Nakonec se vypočítá účiník výchylky (DPR, µm/W) jako poměr výchylky mezi špičkami k přenášenému elektrickému výkonu \(P_T\) (Wrms).
Pomocí algoritmu o 7 krocích (1-7), včetně oříznutí (1-2), detekce okraje Canny (3-4), výpočtu, změřte polohu pixelu okraje vychýlení hrotu pomocí série snímků pořízených z vysoce rychlostní kamera na 310 kHz ( 5) a její časová derivace (6) a nakonec se měří rozsah vychýlení hrotu na vizuálně kontrolovaných dvojicích snímků (7).
Měřeno na vzduchu (22,4-22,9 °C), deionizované vodě (20,8-21,5 °C) a 10% (w/v) vodné balistické želatině (19,7-23,0 °C, \(\text {Honeywell}^{ \ text { TM}}\) \(\text {Fluka}^{\text {TM}}\) Želatina z hovězí a vepřové kosti pro balistickou analýzu typu I, Honeywell International, Severní Karolína, USA).Teplota byla měřena pomocí termočlánkového zesilovače typu K (AD595, Analog Devices Inc., MA, USA) a termočlánku typu K (Fluke 80PK-1 Bead Probe č. 3648 typ-K, Fluke Corporation, Washington, USA).Použijte vertikální motorizovaný stolek osy Z (8MT50-100BS1-XYZ, Standa Ltd., Vilnius, Litva) k měření hloubky od povrchu média (nastaveného jako počátek osy Z) s rozlišením 5 µm na krok.
Protože velikost vzorku byla malá (n = 5) a nebylo možné předpokládat normalitu, byl použit dvouvýběrový dvoustranný Wilcoxon rank sum test (R, v4.0.3, R Foundation for Statistical Computing, r-project.org). pro porovnání množství rozptylu hrotu jehly pro různé úkosy.Pro každý sklon byla provedena tři srovnání, takže byla použita Bonferroniho korekce s upravenou hladinou významnosti 0,017 a chybovostí 5 %.
Odkazuje se na obr. 7 níže.Při 29,75 kHz je zakřivená poloviční vlnová délka (\(\lambda _y/2\)) 21-měřicí jehly \(\přibližně) 8 mm.Ohybová vlnová délka klesá podél svahu, jak se blíží ke špičce.Na špičce \(\lambda _y/2\) jsou stupňovité úkosy 3, 1 a 7 mm, v tomto pořadí pro běžné lancety (a), asymetrické (b) a osově symetrické (c).To znamená, že se lanceta bude lišit o \(\asi\) 5 mm (vzhledem k tomu, že dvě roviny lancety tvoří bod 29,30), asymetrický sklon se bude lišit o 7 mm a symetrický sklon o 1 mm.Osově symetrické svahy (těžiště zůstává stejné, takže podél svahu se vlastně mění pouze tloušťka stěny).
Aplikace studie MKP při 29,75 kHz a rovnice.(1) Vypočítejte změnu půlvlny ohybu (\(\lambda _y/2\)) pro lancetu (a), asymetrickou (b) a osově symetrickou (c) šikmou geometrii (jako na obr. 1a,b,c).).Průměr \(\lambda_y/2\) pro lancetu, asymetrický a osově symetrický sklon je 5,65, 5,17 a 7,52 mm, v tomto pořadí.Všimněte si, že tloušťka hrotu pro asymetrické a osově symetrické úkosy je omezena na \(\cca) 50 µm.
Špičková pohyblivost \(|\tilde{Y}_{v_yF_y}|\) je kombinací optimální délky trubky (TL) a délky sklonu (BL) (obr. 8, 9).Pro konvenční lancetu, protože její velikost je pevná, je optimální TL \(\cca\) 29,1 mm (obr. 8).Pro asymetrické a osově symetrické sklony (obr. 9a, resp. b) studie FEM zahrnovala BL od 1 do 7 mm, takže optimální rozsahy TL byly od 26,9 do 28,7 mm (rozsah 1,8 mm) a od 27,9 do 29,2 mm (rozsah 1,3 mm).)), resp.Pro asymetrické svahy (obr. 9a) se optimální TL lineárně zvyšovala, dosáhla plató při BL 4 mm, a poté prudce klesla z BL 5 na 7 mm.U osově symetrických sklonů (obr. 9b) se optimální TL lineárně zvyšuje s prodloužením BL a nakonec se ustálí na BL od 6 do 7 mm.Rozšířená studie osově symetrických svahů (obr. 9c) ukázala odlišnou sadu optimálních TL lokalizovaných na \(\přibližně) 35,1–37,1 mm.Pro všechny BL je vzdálenost mezi dvěma sadami optimálních TL \(\approx\) 8 mm (ekvivalent \(\lambda _y/2\)).
Mobilita přenosu lancet na 29,75 kHz.Trubička jehly byla ohýbána při frekvenci 29,75 kHz, vibrace byly měřeny na konci a vyjádřeny jako velikost přenesené mechanické pohyblivosti (dB vzhledem k maximální hodnotě) pro TL 26,5-29,5 mm (0,1 mm krok).
Parametrické studie MKP na frekvenci 29,75 kHz ukazují, že přenosová pohyblivost osově symetrického hrotu je méně ovlivněna změnami délky trubice než u jeho asymetrického protějšku.Studie délky zkosení (BL) a délky potrubí (TL) pro asymetrické (a) a osově symetrické (b, c) geometrie zkosení ve studiích ve frekvenční oblasti pomocí FEM (okrajové podmínky jsou znázorněny na obrázku 2).(a, b) TL se pohybovala od 26,5 do 29,5 mm (krok 0,1 mm) a BL 1-7 mm (krok 0,5 mm).(c) Rozšířená osově symetrická studie šikmého úhlu včetně TL 25-40 mm (krok 0,05 mm) a 0,1-7 mm (krok 0,1 mm), která odhaluje požadovaný poměr \(\lambda_y/2\) Podmínky volného pohybu pro hrot jsou splněny.
Struktura jehly má tři vlastní frekvence \(f_{1-3}\) rozdělené do oblastí s nízkou, střední a vysokou modální hodnotou, jak ukazuje tabulka 1. Velikost PTE je znázorněna na obrázku 10 a poté analyzována na obrázku 11. Níže jsou uvedeny výsledky pro každou modální oblast:
Typické zaznamenané amplitudy okamžité účinnosti přenosu energie (PTE) získané pomocí sinusového buzení s rozmítanou frekvencí v hloubce 20 mm pro lancetu (L) a osově symetrické sklony AX1-3 ve vzduchu, vodě a želatině.Je zobrazeno jednostranné spektrum.Naměřená frekvenční odezva (vzorkovací frekvence 300 kHz) byla filtrována dolní propustí a poté převzorkována s faktorem 200 pro modální analýzu.Poměr signálu k šumu je \(\le\) 45 dB.Fáze PTE (fialová tečkovaná čára) je zobrazena ve stupních (\(^{\circ}\)).
Analýza modální odezvy je znázorněna na obrázku 10 (průměr ± standardní odchylka, n = 5) pro sklony L a AX1-3 ve vzduchu, vodě a 10% želatině (hloubka 20 mm) s (nahoře) třemi modálními oblastmi (nízká , středně vysoký).), a jejich odpovídající modální frekvence\(f_{1-3}\) (kHz), (průměrná) energetická účinnost\(\text {PTE}_{1{-}3 }\) používá návrhové rovnice.(4) a (dole) jsou plné šířky při polovině maximální naměřené hodnoty \(\text {FWHM}_{1{-}3}\) (Hz), v tomto pořadí.Všimněte si, že při záznamu nízkého PTE, tj. v případě sklonu AX2, je vynecháno měření šířky pásma, \(\text {FWHM}_{1}\).Režim \(f_2\) je považován za nejvhodnější pro porovnávání vychýlení nakloněných rovin, protože vykazuje nejvyšší úroveň účinnosti přenosu výkonu (\(\text {PTE}_{2}\)), až 99 % .
První modální oblast: \(f_1\) nezávisí příliš na typu vloženého média, ale závisí na geometrii zkosení.\(f_1\) klesá s klesající délkou úkosu (27,1, 26,2 a 25,9 kHz pro AX1-3, v tomto pořadí, ve vzduchu).Regionální průměry \(\text {PTE}_{1}\) a \(\text {FWHM}_{1}\) jsou \(\approx\) 81 % a 230 Hz v tomto pořadí.\(\text {FWHM}_{1}\) byl nejvyšší v želatině z Lancet (L, 473 Hz).Všimněte si, že \(\text {FWHM}_{1}\) pro AX2 v želatině nelze odhadnout kvůli nízké velikosti hlášených frekvenčních odezev.
Druhá modální oblast: \(f_2\) závisí na typu pasty a média zkosení.Ve vzduchu, vodě a želatině jsou průměrné hodnoty \(f_2\) 29,1, 27,9 a 28,5 kHz.PTE pro tento modální region také dosáhl 99 %, což je nejvyšší ze všech měřených skupin, s regionálním průměrem 84 %.Průměr plochy \(\text {FWHM}_{2}\) je \(\cca\) 910 Hz.
Třetí modální oblast: \(f_3\) Frekvence závisí na typu vkládacího média a úkosu.Průměrné hodnoty \(f_3\) jsou 32,0, 31,0 a 31,3 kHz ve vzduchu, vodě a želatině.\(\text {PTE}_{3}\) má regionální průměr \(\přibližně\) 74 %, což je nejnižší ze všech regionů.Regionální průměr \(\text {FWHM}_{3}\) je \(\přibližně\) 1085 Hz, což je více než v prvním a druhém regionu.
Dále se odkazuje na Obr.12 a Tabulka 2. Lanceta (L) se nejvíce vychýlila (s vysokou významností pro všechny hroty, \(p<\) 0,017) ve vzduchu i ve vodě (obr. 12a), přičemž dosáhla nejvyšší DPR (až 220 µm/ W ve vzduchu). 12 a Tabulka 2. Lanceta (L) se nejvíce vychýlila (s vysokou významností pro všechny hroty, \(p<\) 0,017) ve vzduchu i ve vodě (obr. 12a), přičemž dosáhla nejvyšší DPR (až 220 µm/ W ve vzduchu). Следующее относится к рисунку 12 и таблице 2. Ланцет (L) отклонялся больтше всего (больше всего для всех наконечников, \(p<\) 0,017) как воздухе, так и в воде (рис. 12а), достигогоЏса . Následující platí pro obrázek 12 a tabulku 2. Lanceta (L) se nejvíce vychýlila (s vysokou významností pro všechny hroty, \(p<\) 0,017) ve vzduchu i ve vodě (obr. 12a), přičemž dosáhla nejvyšší DPR .(až 220 μm/W ve vzduchu).Odkazuje se na obrázek 12 a tabulku 2 níže.柳叶刀(L) 在空气和水中（图12a）中偏转最大（对所有尖端具有高具有高度愮7义.最高DPR （空气中高达220 µm/W）。柳叶刀(L) má největší výchylku ve vzduchu a vodě (图12a) (对所述尖端是对尖端是是电影,\(p<\) 0,017) a dosáhl nejvyšší DPR (až 0 µm/2 W ve vzduchu). Ланцет (L) имеет наибольшее отклонение (весьма значимое для всех наконех наконечников, 07,07 де (рис. 12а), достигая самого высокого DPR (до 220 мкм/Вт воздухе). Lancet (L) má největší odchylku (vysoce signifikantní pro všechny hroty, \(p<\) 0,017) ve vzduchu a vodě (obr. 12a), dosahuje nejvyšší DPR (až 220 µm/W ve vzduchu). Ve vzduchu se AX1, která měla vyšší BL, vychýlila výše než AX2–3 (s významem \(p<\) 0,017), zatímco AX3 (která měla nejnižší BL) se vychýlila více než AX2 s DPR 190 µm/W. Ve vzduchu se AX1, která měla vyšší BL, vychýlila výše než AX2–3 (s významem \(p<\) 0,017), zatímco AX3 (která měla nejnižší BL) se vychýlila více než AX2 s DPR 190 µm/W. В воздухе AX1 с более высоким BL отклонялся выше, чем AX2–3 (со значимостью \(p<17) AX3,0.0ака ым низким BL) отклонялся больше, чем AX2 с DPR 190 мкм/Вт. Ve vzduchu se AX1 s vyšším BL vychýlil výše než AX2–3 (s významností \(p<\) 0,017), zatímco AX3 (s nejnižším BL) se vychýlil více než AX2 s 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））＄倷怼3转大于AX2，DPR 为190 µm/W。 Ve vzduchu je výchylka AX1 s vyšším BL vyšší než výchylka AX2-3 (významně \(p<\) 0,017) a výchylka AX3 (s nejnižším BL) je vyšší než u AX2, DPR je 190 um/W. В воздухе AX1 с более высоким BL имеет большее отклонение, чем AX2-3 (значимо, \,017), 3 мым низким BL) имеет большее отклонение, чем AX2 с DPR 190 мкм/Вт. Ve vzduchu má AX1 s vyšší BL větší odchylku než AX2-3 (významná, \(p<\) 0,017), zatímco AX3 (s nejnižší BL) má větší odchylku než AX2 s DPR 190 μm/W. Ve vodě při 20 mm nebyly nalezeny žádné významné rozdíly (\(p>\) 0,017) v průhybu a PTE pro AX1–3. Ve vodě při 20 mm nebyly nalezeny žádné významné rozdíly (\(p>\) 0,017) v průhybu a PTE pro AX1–3. В воде на глубине 20 мм достоверных различий (\(p>\) 0,017) po по. Ve vodě v hloubce 20 mm byly zjištěny významné rozdíly (\(p>\) 0,017) v průhybu a FTR pro AX1–3.在20 mm 的水中，AX1-3 的挠度和PTE 没有显着差异(\(p>\) 0,017)。 V 20 mm vody nebyl žádný významný rozdíl mezi AX1-3 a PTE (\(p>\) 0,017). На глубине 20 мм прогиб a PTE AX1-3 существенно не отличались (\(p>\) 0,017). V hloubce 20 mm se průhyb a PTE AX1-3 významně nelišily (\(p>\) 0,017).Hladiny PTE ve vodě (90,2–98,4 %) byly obecně vyšší než ve vzduchu (56–77,5 %) (obr. 12c) a během experimentu ve vodě byl zaznamenán fenomén kavitace (obr. 13, viz také další informace).
Měření amplitudy ohybu hrotu (průměr ± standardní odchylka, n = 5) pro zkosení L a AX1-3 ve vzduchu a ve vodě (hloubka 20 mm) odhalilo vliv změny geometrie zkosení.Měření jsou získána pomocí kontinuálního jednofrekvenčního sinusového buzení.(a) Vrcholová odchylka (\(u_y\vec {j}\)) ve vrcholu, měřená na (b) jejich příslušných modálních frekvencích \(f_2\).(c) Účinnost přenosu výkonu (PTE, rms, %) jako rovnice.(4) a (d) Účiník odchylky (DPR, µm/W) vypočítaný jako špičková odchylka a vysílací výkon \(P_T\) (Wrms).
Typický stínový graf vysokorychlostní kamery zobrazující celkovou výchylku špičky lancety (zelené a červené tečkované čáry) lancety (L) a osově symetrické špičky (AX1-3) ve vodě (hloubka 20 mm), poloviční cyklus, frekvence pohonu \(f_2\) (frekvence 310 kHz vzorkování).Pořízený snímek ve stupních šedi má rozměry 128×128 pixelů s velikostí pixelů \(\přibližně) 5 µm.Video naleznete v doplňujících informacích.
Modelovali jsme tedy změnu vlnové délky ohybu (obr. 7) a vypočítali mechanickou pohyblivost pro přenos pro konvenční kopinaté, asymetrické a axiální kombinace délky trubky a zkosení (obr. 8, 9).Symetrická zkosená geometrie.Na základě posledně jmenovaného jsme odhadli optimální vzdálenost mezi hrotem a svarem na 43 mm (nebo \(\approx\) 2,75\(\lambda_y\) při 29,75 kHz), jak je znázorněno na obrázku 5, a vyrobili jsme tři osově symetrické úkosy s různé délky zkosení.Poté jsme charakterizovali jejich frekvenční odezvy ve srovnání s konvenčními lancetami ve vzduchu, vodě a 10% (w/v) balistické želatině (obrázky 10, 11) a určili jsme nejlepší případ pro srovnání režimu vychylování náklonu.Nakonec jsme změřili ohyb špičky ohybovou vlnou ve vzduchu a vodě v hloubce 20 mm a kvantifikovali účinnost přenosu výkonu (PTE, %) a účiník vychýlení (DPR, µm/W) vstřikovaného média pro každý náklon.typu (obr. 12).
Výsledky ukazují, že osa náklonu geometrie ovlivňuje odchylku amplitudy osy hrotu.Lanceta měla ve srovnání s osově symetrickým úkosem nejvyšší zakřivení a také nejvyšší DPR, zatímco osově symetrický zkosení měl menší střední odchylku (obr. 12). Osově symetrická 4 mm fazetka (AX1) s nejdelší úkosovou délkou dosáhla statisticky významně největšího prohnutí na vzduchu (\(p < 0,017\), tabulka 2), ve srovnání s ostatními osově symetrickými jehlami (AX2–3), ale nebyly pozorovány žádné významné rozdíly, když byla jehla umístěna do vody. Osově symetrická 4 mm fazetka (AX1) s nejdelší úkosovou délkou dosáhla statisticky významně největšího prohnutí na vzduchu (\(p < 0,017\), tabulka 2), ve srovnání s ostatními osově symetrickými jehlami (AX2–3), ale nebyly pozorovány žádné významné rozdíly, když byla jehla umístěna do vody. Осесимметричный скос 4 мм (AX1), имеющий наибольшую длину скоса, достиг статисотиост льшего отклонения воздухе (\(p <0,017\), таблица 2) по сравнению с другимыми осетирима осетирима Osově symetrický úkos 4 mm (AX1), který má nejdelší úkos, dosáhl statisticky významně větší odchylky na vzduchu (\(p < 0,017\), tabulka 2) ve srovnání s jinými osově symetrickými jehlami (AX2–3).ale významné rozdíly nebyly pozorovány při umístění jehly do vody.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) 在矾䮡丞宆丞殆着的最高偏转(\(p < 0,017\)，表2)，但当将针头放入水中时，没有观察到显着差异。 Ve srovnání s jinými osově symetrickými jehlami (AX2-3) má ve vzduchu nejdelší šikmý úhel 4 mm osově symetrický (AX1) a dosáhl statisticky významné maximální výchylky (\(p < 0,017\), tabulka 2) , ale když byla jehla umístěna do vody, nebyl pozorován žádný významný rozdíl. Осесимметричный скос 4 мм (AX1) с наиболшей д už скоса об о přátel з přátel з в в по сравнению с другими осесими иглами (ax2-3) (\ (p <0,017 \), таблица 2), но с už р р р р р р р р р р р р р р р р р р р р р. Osově symetrický sklon s nejdelší délkou sklonu 4 mm (AX1) poskytl statisticky významnou maximální odchylku ve vzduchu ve srovnání s ostatními osově symetrickými sklony (AX2-3) (\(p < 0,017\), tabulka 2), ale nebyla zjištěna žádná významný rozdíl.se pozoruje, když je jehla umístěna do vody.Větší délka úkosu tedy nemá žádné zjevné výhody, pokud jde o maximální vychýlení špičky.Vezmeme-li toto v úvahu, ukazuje se, že geometrie svahu, která je zkoumána v této studii, má větší vliv na výchylku amplitudy než délka svahu.To může souviset s tuhostí v ohybu, například v závislosti na ohýbaném materiálu a celkové tloušťce konstrukční jehly.
V experimentálních studiích je velikost odražené ohybové vlny ovlivněna okrajovými podmínkami hrotu.Když byl hrot jehly vložen do vody a želatiny, \(\text {PTE}_{2}\) zprůměroval \(\approx\) 95 % a \(\text {PTE}_{2}\) zprůměroval hodnoty je 73 % a 77 % (\text {PTE}_{1}\) a \(\text {PTE}_{3}\) (obr. 11).To znamená, že maximální přenos akustické energie do licího média (například vody nebo želatiny) nastává při \(f_2\).Podobné chování bylo pozorováno v předchozí studii s použitím jednodušších struktur zařízení při frekvencích 41-43 kHz, kde autoři prokázali koeficient odrazu napětí související s mechanickým modulem interkalovaného média.Hloubka průniku32 a mechanické vlastnosti tkáně poskytují mechanické zatížení jehly, a proto se očekává, že ovlivní rezonanční chování UZeFNAB.Proto mohou být použity algoritmy pro sledování rezonance, jako je 17, 18, 33, k optimalizaci výkonu zvuku dodávaného prostřednictvím stylusu.
Modelování vlnové délky ohybu (obr. 7) ukazuje, že osově symetrický má vyšší strukturální tuhost (tj. vyšší ohybovou tuhost) na špičce než lanceta a asymetrické zkosení.Odvozením z (1) a pomocí známého vztahu rychlost-frekvence odhadneme ohybovou tuhost lancety, asymetrických a osově symetrických špiček jako sklon \(\přibližně) 200, 20 a 1500 MPa, v tomto pořadí.To odpovídá (\lambda _y\) 5,3, 1,7 a 14,2 mm při 29,75 kHz, v tomto pořadí (obr. 7a–c).Vzhledem ke klinické bezpečnosti postupu USeFNAB je třeba vyhodnotit vliv geometrie na tuhost konstrukce zkosení34.
Studium parametrů úkosu a délky trubky (obr. 9) ukázalo, že optimální rozsah TL pro asymetrický (1,8 mm) byl vyšší než pro osově symetrický zkosení (1,3 mm).Navíc se pohyblivostní plató pohybuje od 4 do 4,5 mm a od 6 do 7 mm pro asymetrický a osově symetrický sklon (obr. 9a, b).Praktický význam tohoto zjištění je vyjádřen ve výrobních tolerancích, například nižší rozsah optimální TL může znamenat potřebu vyšší délkové přesnosti.Výnosová platforma zároveň poskytuje větší toleranci pro volbu délky svahu při dané frekvenci bez výrazného ovlivnění výnosu.
Studie zahrnuje následující omezení.Přímé měření vychýlení jehly pomocí detekce hran a vysokorychlostního zobrazování (obrázek 12) znamená, že jsme omezeni na opticky transparentní média, jako je vzduch a voda.Rádi bychom také upozornili, že jsme nepoužili experimenty k testování simulované přenosové mobility a naopak, ale použili FEM studie ke stanovení optimální délky vyrobené jehly.Z hlediska praktických omezení je délka lancety od špičky k pouzdru o 0,4 cm delší než u ostatních jehel (AX1-3), viz obr.3b.To mohlo ovlivnit modální odezvu jehlicovité struktury.Kromě toho tvar a objem vlnovodu olověné pájky (viz obrázek 3) mohou ovlivnit mechanickou impedanci konstrukce kolíku, což má za následek chyby v mechanické impedanci a ohybovém chování.
Nakonec jsme experimentálně prokázali, že geometrie zkosení ovlivňuje velikost vychýlení v USeFNAB.V situacích, kdy vyšší amplituda výchylky může mít pozitivní vliv na účinek jehly na tkáň, například účinnost řezání po punkci, lze pro USeFNAB doporučit běžnou lancetu, protože poskytuje největší amplitudu výchylky při zachování dostatečné tuhosti na špičce designu.Nedávná studie navíc ukázala, že větší vychýlení hrotu může zvýšit biologické účinky, jako je kavitace, což může pomoci vyvinout aplikace pro minimálně invazivní chirurgické zákroky.Vzhledem k tomu, že bylo prokázáno, že zvýšení celkového akustického výkonu zvyšuje výtěžnost biopsie z USeFNAB13, jsou zapotřebí další kvantitativní studie výtěžnosti a kvality vzorku k posouzení podrobného klinického přínosu studované geometrie jehly.
Frable, WJ Jemná jehlová aspirační biopsie: přehled.Humph.Nemocný.14:9-28.https://doi.org/10.1016/s0046-8177(83)80042-2 (1983).
Čas odeslání: 13. října 2022