Grazas por visitar Nature.com.A versión do navegador que estás a usar ten soporte CSS limitado.Para obter a mellor experiencia, recomendámosche que utilices un navegador actualizado (ou que desactives o modo de compatibilidade en Internet Explorer).Mentres tanto, para garantir a asistencia continua, renderizaremos o sitio sen estilos e JavaScript.
Recentemente demostrouse que o uso de ultrasóns aumenta o rendemento de tecido na aspiración con agulla fina asistida por ultrasóns (USeFNAB) en comparación coa aspiración con agulla fina convencional (FNAB).Ata a data, a relación entre a xeometría do bisel e o movemento da punta non foi estudada a fondo.Neste estudo, investigamos as propiedades da resonancia da agulla e a amplitude de deflexión para varias xeometrías de bisel da agulla con diferentes lonxitudes de bisel.Usando unha lanceta biselada convencional de 3,9 mm, o factor de potencia de deflexión da punta (DPR) no aire e na auga foi de 220 e 105 µm/W, respectivamente.Isto é máis alto que a punta biselada axisimétrica de 4 mm, proporcionando 180 e 80 µm/W DPR en aire e auga, respectivamente.Este estudo destaca a importancia da relación entre a rixidez á flexión da xeometría do bisel no contexto de diferentes medios de inserción e, polo tanto, pode proporcionar información sobre os métodos para controlar a acción de corte post-perforación cambiando a xeometría do bisel da agulla, que é importante.para unha aplicación USeFNAB é fundamental.
A biopsia por aspiración con agulla fina (PAF) é un método de obtención de mostras de tecido para sospeita de patoloxía1,2,3 mediante unha agulla.Demostrouse que a punta Franseen proporciona un maior rendemento diagnóstico que as puntas Lancet4 e Menghini5 convencionais.Tamén se suxiren pendentes axisimétricas (é dicir, circunferenciais) para aumentar a probabilidade de que haxa mostras histopatoloxicamente adecuadas.
Durante unha biopsia, pásase unha agulla a través de capas de pel e tecido para acceder a lesións sospeitosas.Estudos recentes demostraron que os ultrasóns poden reducir a forza de penetración necesaria para acceder aos tecidos brandos7,8,9,10.Demostrouse que a xeometría do bisel da agulla afecta ás forzas de interacción da agulla, por exemplo, que os biseles máis longos teñen forzas de penetración no tecido máis baixas11.Despois de que a agulla penetre na superficie do tecido, é dicir, despois da punción, a forza de corte da agulla pode ser o 75% da forza de interacción da agulla co tecido12.Demostrouse que na fase posterior á punción, a ecografía (ultrasóns) aumenta a eficiencia da biopsia de tecido brando de diagnóstico.Desenvolvéronse outras técnicas de biopsia ósea mellorada por ultrasóns para tomar mostras de tecido duro, pero non se informaron resultados que melloren o rendemento da biopsia.Numerosos estudos tamén confirmaron que o desprazamento mecánico aumenta cando se somete a tensión ultrasónica16,17,18.Aínda que hai moitos estudos sobre forzas estáticas axiais (lonxitudinais) nas interaccións entre agulla e tecido19,20, existen estudos limitados sobre a dinámica temporal e a xeometría do bisel da agulla baixo FNAB ultrasónico (USeFNAB).
O obxectivo deste estudo foi investigar o efecto de diferentes xeometrías de bisel sobre o movemento da punta da agulla nunha agulla impulsada por flexión ultrasónica.En particular, investigamos o efecto do medio de inxección sobre a desviación da punta da agulla despois da punción para os biselos tradicionais da agulla (é dicir, as agullas USeFNAB para diversos fins, como a aspiración selectiva ou a adquisición de tecidos brandos).
Neste estudo incluíronse varias xeometrías de bisel.(a) A especificación de Lancet cumpre coa norma ISO 7864:201636 onde \(\alpha\) é o bisel primario, \(\theta\) é o ángulo de rotación do bisel secundario e \(\phi\) é o bisel secundario ángulo., ao xirar, en graos (\(^\circ\)).(b) Chafláns lineais asimétricos dun chanzo (denominados "estándar" en DIN 13097:201937) e (c) Chafláns lineais axisimétricos (circunferenciais) dun chanzo.
O noso enfoque comeza modelando o cambio na lonxitude de onda de flexión ao longo do bisel para xeometrías convencionais de bisel de lanceta, axisimétrica e asimétrica dunha etapa.Despois calculamos un estudo paramétrico para examinar o efecto da pendente e lonxitude da tubaxe sobre a fluidez mecánica da transferencia.Isto é necesario para determinar a lonxitude óptima para facer un prototipo de agulla.A partir da simulación, realizáronse prototipos de agulla e caracterizouse experimentalmente o seu comportamento resonante medindo os coeficientes de reflexión da tensión e calculando a eficiencia de transferencia de potencia en aire, auga e xelatina balística ao 10% (p/v), a partir da cal se determinou a frecuencia de funcionamento. .Finalmente, a imaxe de alta velocidade utilízase para medir directamente a desviación da onda de flexión na punta da agulla no aire e na auga, así como para estimar a potencia eléctrica entregada en cada ángulo oblicuo e a xeometría da relación de potencia de deflexión ( DPR) ao medio inxectado..
Como se mostra na Figura 2a, use un tubo de calibre 21 (0,80 mm OD, 0,49 mm ID, grosor da parede do tubo 0,155 mm, parede estándar) para definir o tubo de agulla coa lonxitude do tubo (TL) e o ángulo de bisel (BL) de acordo coa norma ISO. 9626:201621) en aceiro inoxidable 316 (módulo de Young 205 \(\text {GN/m}^{2}\), densidade 8070 kg/m\(^{3}\) e relación de Poisson 0,275).
Determinación da lonxitude de onda de flexión e axuste do modelo de elementos finitos (FEM) para condicións de agulla e límite.(a) Determinación da lonxitude do bisel (BL) e da lonxitude do tubo (TL).(b) Modelo tridimensional (3D) de elementos finitos (FEM) que utiliza unha forza puntual harmónica \(\tilde{F}_y\vec {j}\) para impulsar a agulla proximalmente, desviar o punto e medir a velocidade no consello (\ ( \tilde {u}_y\vec {j}\), \(\tilde{v}_y\vec {j}\)) para calcular a transferencia de fluidez mecánica.\(\lambda _y\) defínese como a lonxitude de onda de flexión relativa á forza vertical \(\tilde{F}_y\vec {j}\).(c) Definicións do centro de gravidade, da área da sección transversal A e dos momentos de inercia \(I_{xx}\) e \(I_{yy}\) ao redor dos eixes x e y, respectivamente.
Como se mostra na fig.2b,c, para un feixe infinito (infinito) con área de sección transversal A e cunha lonxitude de onda maior que o tamaño da sección transversal do feixe, a velocidade de fase dobrada (ou curvada) \( c_{EI }\) está determinada por 22 :
onde E é o módulo de Young (\(\text {N/m}^{2}\)), \(\omega _0 = 2\pi f_0\) é a frecuencia angular de excitación (rad/s), onde \( f_0 \ ) é a frecuencia lineal (1/s ou Hz), I é o momento de inercia da área arredor do eixe de interese\((\text {m}^{4})\), \(m'=\ rho _0 A\ ) é a masa na unidade de lonxitude (kg/m), onde \(\rho _0\) é a densidade\((\text {kg/m}^{3})\) e A é a cruz sección da área do feixe (plano xy) (\(\text {m}^{2}\)).Dado que a forza aplicada no noso exemplo é paralela ao eixe y vertical, é dicir, \(\tilde{F}_y\vec {j}\), só nos interesa o momento de inercia rexional arredor do eixe x horizontal, é dicir, \(I_{xx}\), polo que:
Para o modelo de elementos finitos (FEM), asúmese un desprazamento harmónico puro (m), polo que a aceleración (\(\text {m/s}^{2}\)) exprésase como \(\partial ^2 \vec {u}/ \ parcial t^2 = -\omega ^2\vec {u}\) como \(\vec {u}(x, y, z, t): = u_x\vec {i} + u_y\ vec {j } + u_z\vec {k}\) é un vector de desprazamento tridimensional dado en coordenadas espaciais.En lugar deste último, de acordo coa súa implementación no paquete de software COMSOL Multiphysics (versións 5.4-5.5, COMSOL Inc., Massachusetts, EE. UU.), a forma lagrangiana de deformación finita da lei de equilibrio de momento dáse do seguinte xeito:
onde \(\vec {\nabla}:= \frac{\partial}}{\partial x}\vec {i} + \frac{\partial}}{\partial y}\vec {j} + \frac{ \partial }{\partial z}\vec {k}\) é o operador de diverxencia do tensor, \({\underline{\sigma}}\) é o segundo tensor de tensión de Piola-Kirchhoff (segunda orde, \(\ text { N/ m}^{2}\)) e \(\vec {F_V}:= F_{V_x}\vec {i}+ F_{V_y}\vec {j}+ F_{V_z}\vec {k} \) é o vector forza do corpo (\(\text {N/m}^{3}\)) para cada volume deformado, e \(e^{j\phi }\) é o vector do ángulo de fase\(\phi \) (alegro).No noso caso, a forza volumetrica do corpo é cero, o noso modelo asume linealidade xeométrica e unha pequena deformación puramente elástica, é dicir, onde \({\underline{\varepsilon}}^{el}\) e \({\underline {\varepsilon}}\) son a deformación elástica e a deformación total (segunda orde, adimensional), respectivamente.O tensor de elasticidade isotrópica constitutiva de Hooke \(\underline{\underline{C}}\) calcúlase usando o módulo de Young E (\(\text {N/m}^{2}\)) e determínase a razón de Poisson v, polo que é \(\underline{\underline{C}}:=\underline{\underline{C}}(E,v)\) (cuarta orde).Así, o cálculo da tensión pasa a ser \({\underline{\sigma}} := \underline{\underline{C}}:{\underline{\varepsilon}}\).
O cálculo utiliza un elemento tetraédrico de 10 nodos cun tamaño de elemento \(\le\) de 8 µm.A agulla está modelada no baleiro e o valor da mobilidade mecánica transferida (ms-1 N-1) defínese como \(|\tilde{Y}_{v_yF_y}|= |\tilde{v}_y\vec { j}|/ |\ tilde{F}_y\vec {j}|\)24, onde \(\tilde{v}_y\vec {j}\) é a velocidade complexa de saída da peza de man e \( \tilde {F}_y\vec {j}\) é unha forza motriz complexa situada no extremo proximal do tubo, como se mostra na figura 2b.Traduce a fluidez mecánica en decibelios (dB) usando o valor máximo como referencia, é dicir, \(20\log _{10} (|\tilde{Y}|/ |\tilde{Y}_{max}|) \ ) .Todos os estudos FEM realizáronse a unha frecuencia de 29,75 kHz.
O deseño da agulla (Fig. 3) consiste nunha agulla hipodérmica convencional de calibre 21 (número de cat. 4665643, Sterican\(^\circledR\), diámetro exterior 0,8 mm, lonxitude 120 mm, cromo-níquel inoxidable AISI 304 aceiro , B. Braun Melsungen AG, Melsungen, Alemaña) equipado cunha funda de plástico Luer Lock feita de polipropileno no extremo proximal e adecuadamente modificada no extremo.O tubo da agulla está soldado á guía de ondas como se mostra na figura 3b.As guías de ondas foron impresas nunha impresora 3D de aceiro inoxidable (aceiro inoxidable EOS 316L nunha impresora 3D EOS M 290, 3D Formtech Oy, Jyväskylä, Finlandia) e despois uníronse ao sensor Langevin mediante parafusos M4.O sensor Langevin consta de 8 elementos de aneis piezoeléctricos cargados en ambos extremos con dúas masas.
Os catro tipos de puntas (foto), unha lanceta dispoñible comercialmente (L) e tres biseles monoetapa axisimétricos fabricados (AX1-3) caracterizáronse por lonxitudes de bisel (BL) de 4, 1,2 e 0,5 mm, respectivamente.(a) Primeiro plano da punta da agulla rematada.(b) Vista superior de catro pinos soldados á guía de ondas impresas en 3D e despois conectados ao sensor Langevin con parafusos M4.
Fabricáronse tres puntas biseladas axisimétricas (Fig. 3) (TAs Machine Tools Oy) con lonxitudes de bisel (BL, tal e como se define na Fig. 2a) de 4,0, 1,2 e 0,5 mm, correspondentes a \(\approx) 2 \(^ \ circ\), 7\(^\circ\) e 18\(^\circ\) respectivamente.A masa da guía de ondas e da agulla é de 3,4 ± 0,017 g (media ± sd, n = 4) para os biseles L e AX1-3, respectivamente (Quintix\(^\circledR\) 224 Design 2, Sartorius AG, Göttingen, Germany) .Para os biseles L e AX1-3 da Figura 3b, a lonxitude total desde a punta da agulla ata o extremo da manga de plástico foi de 13,7, 13,3, 13,3 e 13,3 cm, respectivamente.
Para todas as configuracións de agulla, a lonxitude desde a punta da agulla ata a punta da guía de ondas (é dicir, ata a zona de soldadura) era de 4,3 cm e o tubo da agulla orientouse co corte cara arriba (é dicir, paralelo ao eixe Y) , como se mostra na figura.c (Fig. 2).
Utilizouse un script personalizado en MATLAB (R2019a, The MathWorks Inc., Massachusetts, EUA) que se executa nun ordenador (Latitude 7490, Dell Inc., Texas, EUA) para xerar un varrido sinusoidal lineal de 25 a 35 kHz durante 7 segundos, pasar Un conversor de dixital a analóxico (DA) (Analog Discovery 2, Digilent Inc., Washington, EUA) convértese nun sinal analóxico.O sinal analóxico \(V_0\) (0,5 Vp-p) foi entón amplificado cun amplificador de radiofrecuencia (RF) dedicado (Mariachi Oy, Turku, Finlandia).A tensión amplificada en caída \({V_I}\) do amplificador de RF cunha impedancia de saída de 50 ohmios envíase a un transformador integrado na estrutura de agulla cunha impedancia de entrada de 50 ohmios.Os transdutores de Langevin (transdutores piezoeléctricos multicapa de alta resistencia dianteira e traseira) utilízanse para xerar ondas mecánicas.O amplificador de RF personalizado está equipado cun medidor de factor de potencia de onda estacionaria (SWR) de dobre canle que rexistra a \({V_I}\) incidente e a tensión amplificada reflectida\(V_R\) en modo analóxico a dixital (AD).cunha taxa de mostraxe de 300 kHz Converter (analóxico Discovery 2).O sinal de excitación é modulado en amplitude ao principio e ao final para evitar sobrecargar a entrada do amplificador con transitorios.
Usando un script personalizado implementado en MATLAB, a función de resposta en frecuencia (FRF), é dicir, \(\tilde{H}(f)\), estimouse fóra de liña usando un método de medición de varrido sinusoidal de dúas canles (Fig. 4), que supón linealidade no tempo.sistema invariante.Ademais, aplícase un filtro de paso de banda de 20 a 40 kHz para eliminar as frecuencias non desexadas do sinal.Facendo referencia á teoría das liñas de transmisión, neste caso \(\tilde{H}(f)\) é equivalente ao coeficiente de reflexión da tensión, é dicir, \(\rho _{V} \equiv {V_R}/{V_I}\ ) \) diminúe a \({V_R}^ 2 /{V_I}^2\ ) é igual a \(|\rho _{V}|^2\).Nos casos en que se requiren valores absolutos de potencia eléctrica, a potencia incidente \(P_I\) e a potencia reflectida \(P_R\) a potencia (W) calcúlase tomando o valor eficaz (rms) da tensión correspondente, por exemplo.para unha liña de transmisión con excitación sinusoidal \( P = {V}^2/(2Z_0)\)26, onde \(Z_0\) é igual a 50 \(\Omega\).A potencia eléctrica subministrada á carga \(P_T\) (é dicir, o medio inserido) pódese calcular como \(|P_I – P_R |\) (W RMS), así como a eficiencia de transferencia de enerxía (PTE) e a porcentaxe ( %) pódese determinar como se dá a forma, polo que 27:
As frecuencias modais aciculares \(f_{1-3}\) (kHz) e os seus correspondentes factores de transferencia de potencia \(\text {PTE}_{1{-}3} \) son entón estimadas usando o FRF.FWHM (\(\text {FWHM}_{1{-}3}\), Hz) estimado directamente a partir de \(\text {PTE}_{1{-}3}\), a partir da Táboa 1 A unilateral O espectro lineal obtense na frecuencia modal descrita \(f_{1-3}\).
Medición da resposta en frecuencia (AFC) de estruturas de agulla.Utilízase unha medición de varrido sinusoidal de dúas canles25,38 para obter a función de resposta en frecuencia \(\tilde{H}(f)\) e a súa resposta ao impulso H(t).\({\mathcal {F}}\) e \({\mathcal {F}}^{-1}\) representan a transformada de Fourier do truncamento dixital e a súa inversa, respectivamente.\(\tilde{G}(f)\) significa o produto de dous sinais no dominio da frecuencia, por exemplo, \(\tilde{G}_{XrX}\) significa o produto de exploración inversa\(\tilde{ X} r (f)\ ) e caída de tensión \(\tilde{X}(f)\) respectivamente.
Como se mostra na Figura 5, a cámara de alta velocidade (Phantom V1612, Vision Research Inc., NJ, EUA) está equipada cunha lente macro (MP-E 65 mm, \(f\)/2.8, 1-5\).(\times\), Canon Inc., Tokio, Xapón), para rexistrar as deflexións da punta durante a excitación de flexión (frecuencia única, sinusoide continua) a frecuencias de 27,5-30 kHz.Para crear un mapa de sombras, colocouse un elemento arrefriado dun LED branco de alta intensidade (número de peza: 4052899910881, LED branco, 3000 K, 4150 lm, Osram Opto Semiconductors GmbH, Regensburg, Alemaña) detrás da punta da agulla.
Vista frontal da configuración experimental.A profundidade mídese dende a superficie do medio.A estrutura da agulla está fixada e montada nunha mesa de transferencia motorizada.Usa unha cámara de alta velocidade cunha lente de gran aumento (5\(\x\)) para medir a desviación do ángulo oblicuo.Todas as dimensións están en milímetros.
Para cada tipo de bisel de agulla, gravamos 300 fotogramas dunha cámara de alta velocidade de 128 \(\x\) 128 píxeles, cada unha cunha resolución espacial de 1/180 mm (\(\aprox.) 5 µm), cunha resolución temporal de 310.000 fotogramas por segundo.Como se mostra na Figura 6, cada cadro (1) está recortado (2) de forma que a punta da agulla estea na última liña (inferior) do cadro e calcúlase o histograma da imaxe (3), polo que o Canny pódense determinar limiares de 1 e 2.Despois aplique a detección de bordos de Canny 28(4) co operador Sobel 3 \(\times\) 3 e calcule posicións para píxeles non hipotenusos (etiquetados \(\mathbf {\times }\)) sen cavitación 300 pasos de tempo.Para determinar o rango de deflexión da punta, calcule a derivada (usando o algoritmo de diferenza central) (6) e determine o cadro (7) que contén os extremos locais (é dicir, o pico) da deflexión.Despois dunha inspección visual do bordo libre de cavitación, seleccionouse un par de cadros (ou dous cadros cun intervalo de medio tempo) (7) e mediuse a deflexión da punta (denotada como \(\mathbf {\times } \)).O anterior implícase en Python (v3.8, Python Software Foundation, python.org) mediante o algoritmo de detección de bordes OpenCV Canny (v4.5.1, biblioteca de visión por computadora de código aberto, opencv.org).Finalmente, o factor de potencia de deflexión (DPR, µm/W) calcúlase como a relación entre a deflexión de pico a pico e a potencia eléctrica transmitida \(P_T\) (Wrms).
Usando un algoritmo de 7 pasos (1-7), incluíndo recorte (1-2), detección de bordos Canny (3-4), cálculo, mida a posición do píxel do bordo de deflexión da punta usando unha serie de fotogramas tomados dun cámara de velocidade a 310 kHz (5) e a súa derivada temporal (6) e, finalmente, o rango de deflexión da punta mídese en pares de cadros comprobados visualmente (7).
Medido en aire (22,4-22,9 °C), auga desionizada (20,8-21,5 °C) e xelatina balística acuosa ao 10 % (p/v) (19,7-23,0 °C , \(\text {Honeywell}^{ \ text { TM}}\) \(\text {Fluka}^{\text {TM}}\) Xelatina de óso de bovino e porco para análise balística de tipo I, Honeywell International, Carolina do Norte, EUA).A temperatura foi medida cun amplificador de termopar tipo K (AD595, Analog Devices Inc., MA, EUA) e un termopar tipo K (Sonda Fluke 80PK-1 Bead No. 3648 tipo K, Fluke Corporation, Washington, EUA).Use unha platina de eixe Z motorizada vertical (8MT50-100BS1-XYZ, Standa Ltd., Vilnius, Lituania) para medir a profundidade da superficie do medio (definida como orixe do eixe Z) cunha resolución de 5 µm por paso.
Dado que o tamaño da mostra era pequeno (n = 5) e non se podía asumir a normalidade, utilizouse a proba de suma de rangos de Wilcoxon de dúas mostras e dúas colas (R, v4.0.3, R Foundation for Statistical Computing, r-project.org). para comparar a cantidade de variación da punta da agulla para varios biselados.Realizáronse tres comparacións para cada pendente, polo que se aplicou unha corrección de Bonferroni cun nivel de significación axustado de 0,017 e unha taxa de erro do 5%.
Faise referencia á figura 7 a continuación.A 29,75 kHz, a media lonxitude de onda curva (\(\lambda _y/2\)) dunha agulla de calibre 21 é de \(\aproximadamente) 8 mm.A lonxitude de onda de flexión diminúe ao longo da pendente a medida que se achega á punta.Na punta \(\lambda _y/2\) hai biseles escalonados de 3, 1 e 7 mm, respectivamente, para as lancetas ordinarias (a), asimétricas (b) e axisimétricas (c).Así, isto significa que a lanceta diferirá en \(\aproximadamente\) 5 mm (debido ao feito de que os dous planos da lanceta forman un punto de 29,30), a pendente asimétrica variará en 7 mm e a inclinación simétrica. por 1 mm.Pendentes axisimétricas (o centro de gravidade segue sendo o mesmo, polo que só cambia o grosor da parede ao longo da pendente).
Aplicación do estudo FEM a 29,75 kHz e da ecuación.(1) Calcule o cambio de media onda de flexión (\(\lambda _y/2\)) para a xeometría oblicua de lanceta (a), asimétrica (b) e axisimétrica (c) (como na figura 1a,b,c).).A media \(\lambda_y/2\) para as pendentes de lanceta, asimétrica e axisimétrica é de 5,65, 5,17 e 7,52 mm, respectivamente.Teña en conta que o grosor da punta dos biseles asimétricos e axisimétricos está limitado a \(\aprox.) 50 µm.
A mobilidade máxima \(|\tilde{Y}_{v_yF_y}|\) é unha combinación de lonxitude óptima do tubo (TL) e lonxitude de inclinación (BL) (Fig. 8, 9).Para unha lanceta convencional, xa que o seu tamaño é fixo, o TL óptimo é \(\aprox\) 29,1 mm (Fig. 8).Para pendentes asimétricas e axisimétricas (Fig. 9a, b, respectivamente), o estudo FEM incluíu BL de 1 a 7 mm, polo que os intervalos de TL óptimos foron de 26,9 a 28,7 mm (rango 1,8 mm) e de 27,9 a 29,2 mm (rango de 1,3 mm).)), respectivamente.Para pendentes asimétricas (Fig. 9a), o TL óptimo aumentou linealmente, chegando a unha meseta en BL 4 mm, e despois diminuíu drasticamente de BL 5 a 7 mm.Para pendentes axisimétricas (Fig. 9b), o TL óptimo aumenta linealmente coa elongación BL e finalmente estabilizase en BL de 6 a 7 mm.Un estudo amplo de pendentes axisimétricas (Fig. 9c) mostrou un conxunto diferente de TL óptimos situados en \(\aproximadamente) 35,1-37,1 mm.Para todos os BL, a distancia entre dous conxuntos de TL óptimos é \(\aprox\) 8 mm (equivalente a \(\lambda _y/2\)).
Mobilidade de transmisión de lanceta a 29,75 kHz.O tubo da agulla flexionouse a unha frecuencia de 29,75 kHz, a vibración foi medida ao final e expresada como a cantidade de mobilidade mecánica transmitida (dB en relación ao valor máximo) para TL 26,5-29,5 mm (paso de 0,1 mm).
Estudos paramétricos do FEM a unha frecuencia de 29,75 kHz mostran que a mobilidade de transferencia da punta axisimétrica está menos afectada polos cambios na lonxitude do tubo que a súa contraparte asimétrica.Estudos de lonxitude de bisel (BL) e lonxitude de tubo (TL) para xeometrías de bisel asimétrica (a) e axisimétrica (b, c) en estudos de dominio de frecuencia utilizando FEM (as condicións de contorno móstranse na Figura 2).(a, b) TL variou de 26,5 a 29,5 mm (paso de 0,1 mm) e BL 1-7 mm (paso de 0,5 mm).(c) Estudo de ángulo oblicuo axisimétrico estendido que inclúe TL 25-40 mm (paso de 0,05 mm) e 0,1-7 mm (paso de 0,1 mm) que revela a relación desexada \(\lambda_y/2\) Cúmprense condicións de límite de movemento soltas para unha punta.
A estrutura da agulla ten tres frecuencias naturais \(f_{1-3}\) divididas en rexións modais baixa, media e alta como se mostra na táboa 1. O tamaño do PTE móstrase na figura 10 e despois analízase na figura 11. A continuación móstranse os resultados para cada área modal:
Amplitudes típicas rexistradas de eficiencia de transferencia de potencia instantánea (PTE) obtidas mediante excitación sinusoidal con frecuencia de varrido a unha profundidade de 20 mm para unha lanceta (L) e pendentes axisimétricas AX1-3 en aire, auga e xelatina.Móstrase un espectro unilateral.A resposta en frecuencia medida (frecuencia de mostraxe de 300 kHz) foi filtrada de paso baixo e despois submostrada nun factor de 200 para a análise modal.A relación sinal-ruído é \(\le\) 45 dB.A fase PTE (liña de puntos moradas) móstrase en graos (\(^{\circ}\)).
A análise da resposta modal móstrase na Figura 10 (media ± desviación estándar, n = 5) para as pendentes L e AX1-3 en aire, auga e xelatina ao 10 % (20 mm de profundidade) con tres rexións modais (arriba) (baixo). , medio, alto).), e as súas correspondentes frecuencias modais\(f_{1-3}\) (kHz), a eficiencia enerxética (media)\(\text {PTE}_{1{-}3 }\) usa ecuacións de deseño.(4) e (abaixo) son o ancho total á metade do valor medido máximo \(\text {FWHM}_{1{-}3}\) (Hz), respectivamente.Teña en conta que ao gravar un PTE baixo, é dicir, no caso dunha pendente AX2, omítese a medida do ancho de banda, \(\text {FWHM}_{1}\).O modo \(f_2\) considérase o máis adecuado para comparar a deflexión de planos inclinados, xa que demostra o nivel máis alto de eficiencia de transferencia de enerxía (\(\text {PTE}_{2}\)), ata 99 %.
Primeira rexión modal: \(f_1\) non depende moito do tipo de medio inserido, senón que depende da xeometría do bisel.\(f_1\) diminúe coa diminución da lonxitude do bisel (27,1, 26,2 e 25,9 kHz para AX1-3, respectivamente, no aire).As medias rexionais \(\text {PTE}_{1}\) e \(\text {FWHM}_{1}\) son \(\aprox\) 81% e 230 Hz respectivamente.\(\text {FWHM}_{1}\) foi o máis alto en xelatina de Lancet (L, 473 Hz).Teña en conta que \(\text {FWHM}_{1}\) para AX2 en xelatina non se pode estimar debido á baixa magnitude das respostas de frecuencia indicadas.
A segunda rexión modal: \(f_2\) depende do tipo de pasta e bisel.No aire, auga e xelatina, os valores medios \(f_2\) son 29,1, 27,9 e 28,5 kHz, respectivamente.O PTE desta rexión modal tamén alcanzou o 99%, o máis alto de todos os grupos de medida, cunha media autonómica do 84%.A media da área \(\text {FWHM}_{2}\) é \(\aprox\) 910 Hz.
Terceira rexión modal: \(f_3\) A frecuencia depende do tipo de medio de inserción e do bisel.Os valores medios \(f_3\) son 32,0, 31,0 e 31,3 kHz no aire, auga e xelatina, respectivamente.\(\text {PTE}_{3}\) ten unha media rexional de \(\aproximadamente\) 74 %, a máis baixa de calquera rexión.A media rexional \(\text {FWHM}_{3}\) é de \(\aproximadamente\) 1085 Hz, que é superior á primeira e á segunda rexión.
O seguinte refírese á Fig.12 e Táboa 2. A lanceta (L) desviou máis (con alta significación para todas as puntas, \(p<\) 0,017) tanto no aire como na auga (Fig. 12a), logrando o DPR máis alto (ata 220 µm/). W no aire). 12 e Táboa 2. A lanceta (L) desviou máis (con alta significación para todas as puntas, \(p<\) 0,017) tanto no aire como na auga (Fig. 12a), logrando o DPR máis alto (ata 220 µm/). W no aire). Следующее относится к рисунку 12 и таблице 2. Ланцет (L) отклонялся больше всего больше всего всего ех наконечников, \(p<\) 0,017) как в воздухе, так и в воде (рис. 12а), достигая самого высокого высокого . O seguinte aplícase á figura 12 e á táboa 2. A lanceta (L) foi a máis desviada (con alta significación para todas as puntas, \(p<\) 0,017) tanto no aire como na auga (Fig. 12a), conseguindo o DPR máis alto.(do 220 μm/W no aire).Faise referencia á figura 12 e á táboa 2 a continuación.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乎Ｎ（（对所有尖端具有高度意乎，Ｎ） 0.最高DPR （空气中高达220 µm/W）.柳叶刀(L) ten a maior desviación no aire e na auga (图12a) (对所述尖端是对尖端是是电影,\(p<\) 0,017) e acadou o maior DPR (ata µm 220) W no 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) ten a maior desviación (moi significativa para todas as puntas, \(p<\) 0,017) no aire e na auga (Fig. 12a), alcanzando o DPR máis alto (ata 220 µm/W no aire). No aire, o AX1 que tiña un BL máis alto, desviaba máis que AX2–3 (con significación, \(p<\) 0,017), mentres que AX3 (que tiña o BL máis baixo) desviaba máis que AX2 cun DPR de 190 µm/W. No aire, o AX1 que tiña un BL máis alto, desviaba máis que AX2–3 (con significación, \(p<\) 0,017), mentres que AX3 (que tiña o BL máis baixo) desviaba máis que AX2 cun 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. No aire, AX1 con maior BL desviouse máis que AX2–3 (con significación \(p<\) 0,017), mentres que AX3 (con menor BL) desviouse máis que AX2 con 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. No aire, a deflexión de AX1 con maior BL é maior que a de AX2-3 (significativamente, \(p<\) 0,017), e a deflexión de AX3 (con menor BL) é maior que a de AX2, DPR é 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 0,01AX си зким BL) имеет большее отклонение, чем AX2 с DPR 190 мкм/Вт. No aire, AX1 con BL máis alto ten unha desviación maior que AX2-3 (significativo, \(p<\) 0,017), mentres que AX3 (con BL máis baixo) ten unha desviación maior que AX2 con DPR de 190 μm/W. Na auga a 20 mm, non se atoparon diferenzas significativas (\(p>\) 0,017) na deflexión e PTE para AX1-3. Na auga a 20 mm, non se atoparon diferenzas significativas (\(p>\) 0,017) na deflexión e PTE para AX1-3. В воде на глубине 20 мм достоверных различий (\(p>\) 0,017) по прогибу и ФТР для AX1–3 наруж. Na auga a unha profundidade de 20 mm, detectáronse diferenzas significativas (\(p>\) 0,017) na deflexión e na FTR para 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 de auga, non houbo diferenza significativa entre AX1-3 e PTE (\(p>\) 0,017). На глубине 20 мм прогиб e PTE AX1-3 существенно не отличались (\(p>\) 0,017). Á profundidade de 20 mm, a desviación e o PTE AX1-3 non diferiron significativamente (\(p>\) 0,017).Os niveis de PTE na auga (90,2-98,4%) foron xeralmente máis altos que no aire (56-77,5%) (Fig. 12c), e o fenómeno de cavitación observouse durante o experimento na auga (Fig. 13, ver tamén adicionais). información).
As medicións da amplitude de flexión da punta (media ± desviación estándar, n = 5) para chafláns L e AX1-3 en aire e auga (profundidade 20 mm) revelaron o efecto de cambiar a xeometría do chaflán.As medicións obtéñense mediante excitación sinusoidal de frecuencia única continua.(a) Desviación máxima (\(u_y\vec {j}\)) no vértice, medida en (b) as súas respectivas frecuencias modais \(f_2\).(c) Eficiencia de transmisión de potencia (PTE, rms, %) como ecuación.(4) e (d) Factor de potencia de desviación (DPR, µm/W) calculado como desviación máxima e potencia de transmisión \(P_T\) (Wrms).
Gráfico de sombras típico dunha cámara de alta velocidade que mostra a desviación total da punta da lanceta (liñas de puntos verdes e vermellas) da lanceta (L) e da punta axisimétrica (AX1-3) na auga (20 mm de profundidade), medio ciclo, frecuencia de condución \(f_2\) (frecuencia de mostraxe de 310 kHz).A imaxe en escala de grises capturada ten unhas dimensións de 128×128 píxeles cun tamaño de píxeles de \(\aproximadamente) 5 µm.O vídeo pódese atopar en información adicional.
Así, modelamos o cambio na lonxitude de onda de flexión (Fig. 7) e calculamos a mobilidade mecánica para a transferencia para combinacións convencionais lanceoladas, asimétricas e axiais de lonxitude do tubo e bisel (Fig. 8, 9).Xeometría biselada simétrica.En base a isto último, estimamos que a distancia óptima de punta a soldadura é de 43 mm (ou \(\aprox.) 2,75\(\lambda_y\) a 29,75 kHz) como se mostra na Figura 5, e fabricamos tres biseles axisimétricos con diferentes lonxitudes de bisel.Despois caracterizamos as súas respostas de frecuencia en comparación coas lancetas convencionais en aire, auga e xelatina balística ao 10% (p/v) (Figuras 10, 11) e determinamos o mellor caso para comparar o modo de deflexión da inclinación.Finalmente, medimos a deflexión da punta dobrando ondas no aire e na auga a unha profundidade de 20 mm e cuantificamos a eficiencia de transferencia de enerxía (PTE, %) e o factor de potencia de deflexión (DPR, µm/W) do medio inxectado para cada inclinación.tipo (Fig. 12).
Os resultados mostran que o eixe de inclinación da xeometría afecta á desviación da amplitude do eixe da punta.A lanceta tiña a curvatura máis alta e tamén o DPR máis alto en comparación co bisel axisimétrico, mentres que o bisel axisimétrico tiña unha desviación media menor (Fig. 12). O bisel axisimétrico de 4 mm (AX1) que ten a lonxitude de bisel máis longa, logrou a maior deflexión estatisticamente significativa no aire (\(p < 0,017\), Táboa 2), en comparación con outras agullas axisimétricas (AX2-3), pero non se observaron diferenzas significativas, cando se puxo a agulla na auga. O bisel axisimétrico de 4 mm (AX1) que ten a lonxitude de bisel máis longa, logrou a maior deflexión estatisticamente significativa no aire (\(p < 0,017\), Táboa 2), en comparación con outras agullas axisimétricas (AX2-3), pero non se observaron diferenzas significativas, cando se puxo a agulla na auga. Осесимметричный скос 4 мм (AX1), имеющий наибольшую длину скоса, достиг статистичесоки знгоч ьнь лонения воздухе (\(p <0,017\), таблица 2) по сравнению с другими осесимметричными иглами (AX2–3ми). O bisel axisimétrico de 4 mm (AX1), que ten a lonxitude de bisel máis longa, logrou unha maior desviación estatisticamente significativa no aire (\(p < 0,017\), Táboa 2) en comparación con outras agullas axisimétricas (AX2-3).pero non se observaron diferenzas significativas ao colocar a agulla na auga.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) 在空帔气丟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 comparación con outras agullas axialmente simétricas (AX2-3), ten o ángulo oblicuo máis longo de 4 mm axialmente simétricos (AX1) no aire e acadou unha deflexión máxima estatisticamente significativa (\(p < 0,017\), Táboa 2) , pero cando se puxo a agulla na auga, non se observou ningunha diferenza significativa. Осесиметричный скос 4 de marzo (AX1) с наиболшей длиной скоса обесγ по сравнению с другими осесиметричныы игами (AX2-3) (\ (P <0,017 \), т fas 2), н fasщещесесеanos A pendente axisimétrica coa lonxitude de pendente máis longa de 4 mm (AX1) proporcionou unha desviación máxima estatisticamente significativa no aire en comparación coas outras pendentes axisimétricas (AX2-3) (\(p < 0,017\), Táboa 2), pero non houbo diferenza significativa.obsérvase cando se coloca a agulla na auga.Así, unha lonxitude de bisel máis longa non ten vantaxes obvias en canto á deflexión da punta do pico.Tendo isto en conta, resulta que a xeometría da pendente, que se investiga neste estudo, ten unha maior influencia na desviación de amplitude que a lonxitude da pendente.Isto pode estar relacionado coa rixidez á flexión, por exemplo, dependendo do material que se dobra e do grosor total da agulla de construción.
Nos estudos experimentais, a magnitude da onda de flexión reflectida vese afectada polas condicións de contorno da punta.Cando se inseriu a punta da agulla en auga e xelatina, \(\text {PTE}_{2}\) fixo unha media de \(\aprox.\) 95% e \(\text {PTE}_{2}\) promediaron os valores. son 73 % e 77 % (\text {PTE}_{1}\) e \(\text {PTE}_{3}\), respectivamente (fig. 11).Isto indica que a máxima transferencia de enerxía acústica ao medio de fundición (por exemplo, auga ou xelatina) ocorre en \(f_2\).Un comportamento similar observouse nun estudo anterior utilizando estruturas de dispositivos máis simples a frecuencias de 41-43 kHz, onde os autores demostraron o coeficiente de reflexión da tensión asociado ao módulo mecánico do medio intercalado.A profundidade de penetración32 e as propiedades mecánicas do tecido proporcionan unha carga mecánica sobre a agulla e, polo tanto, espérase que inflúan no comportamento resonante do UZeFNAB.Polo tanto, pódense utilizar algoritmos de seguimento de resonancia como 17, 18, 33 para optimizar a potencia do son emitido a través do estilete.
O modelado de lonxitude de onda de curvatura (Fig. 7) mostra que a axisimétrica ten unha maior rixidez estrutural (é dicir, maior rixidez á flexión) na punta que a lanceta e o bisel asimétrico.Derivado de (1) e utilizando a relación velocidade-frecuencia coñecida, estimamos a rixidez á flexión da lanceta, as puntas asimétricas e axisimétricas como pendentes \(\aproximadamente) 200, 20 e 1500 MPa, respectivamente.Isto corresponde a (\lambda _y\) 5,3, 1,7 e 14,2 mm a 29,75 kHz, respectivamente (Fig. 7a–c).Considerando a seguridade clínica do procedemento USeFNAB, cómpre avaliar a influencia da xeometría na rixidez do deseño do bisel34.
O estudo dos parámetros do bisel e da lonxitude do tubo (Fig. 9) mostrou que o intervalo de TL óptimo para o bisel asimétrico (1,8 mm) era maior que para o bisel axisimétrico (1,3 mm).Ademais, a meseta de mobilidade varía de 4 a 4,5 mm e de 6 a 7 mm para a inclinación asimétrica e axisimétrica, respectivamente (Fig. 9a, b).A relevancia práctica deste achado exprésase nas tolerancias de fabricación, por exemplo, un rango inferior de TL óptimo pode implicar a necesidade de maior precisión de lonxitude.Ao mesmo tempo, a plataforma de rendemento proporciona unha maior tolerancia para a elección da lonxitude de pendente nunha determinada frecuencia sen afectar significativamente o rendemento.
O estudo inclúe as seguintes limitacións.A medición directa da deflexión da agulla mediante a detección de bordos e imaxes de alta velocidade (Figura 12) significa que estamos limitados a medios ópticamente transparentes como o aire e a auga.Tamén queremos sinalar que non utilizamos experimentos para probar a mobilidade de transferencia simulada e viceversa, senón que utilizamos estudos FEM para determinar a lonxitude óptima da agulla fabricada.Desde o punto de vista das limitacións prácticas, a lonxitude da lanceta desde a punta ata a manga é 0,4 cm máis longa que outras agullas (AX1-3), ver fig.3b.Isto pode ter afectado a resposta modal da estrutura acicular.Ademais, a forma e o volume da soldadura de chumbo da guía de ondas (ver Figura 3) poden afectar a impedancia mecánica do deseño do pin, o que provoca erros na impedancia mecánica e no comportamento de flexión.
Finalmente, demostramos experimentalmente que a xeometría do bisel afecta a cantidade de deflexión en USeFNAB.En situacións nas que unha maior amplitude de deflexión pode ter un efecto positivo sobre o efecto da agulla sobre o tecido, por exemplo, a eficiencia do corte despois da punción, pódese recomendar unha lanceta convencional para USeFNAB, xa que proporciona a maior amplitude de deflexión mantendo a suficiente rixidez. na punta do deseño.Ademais, un estudo recente demostrou que unha maior desviación da punta pode mellorar os efectos biolóxicos como a cavitación, o que pode axudar a desenvolver aplicacións para intervencións cirúrxicas minimamente invasivas.Dado que se demostrou que o aumento da potencia acústica total aumenta o rendemento da biopsia de USeFNAB13, son necesarios máis estudos cuantitativos sobre o rendemento e a calidade da mostra para avaliar o beneficio clínico detallado da xeometría da agulla estudada.
Frable, WJ Biopsia por aspiración con agulla fina: unha revisión.Humph.Doente.14:9-28.https://doi.org/10.1016/s0046-8177(83)80042-2 (1983).
Hora de publicación: 13-Oct-2022