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最近、超音波を使用すると、従来の細針吸引 (FNAB) と比較して、超音波補助細針吸引 (USeFNAB) における組織収量が増加することが実証されました。現在まで、ベベルの形状と先端の動きとの関係は十分に研究されていません。この研究では、異なるベベル長さのさまざまなニードル ベベル形状について、ニードルの共振とたわみ振幅の特性を調査しました。従来の 3.9 mm 面取りランセットを使用した場合、空気および水中での先端たわみ力率 (DPR) はそれぞれ 220 および 105 μm/W でした。これは軸対称の 4 mm 面取りチップよりも高く、空気中と水中でそれぞれ 180 μm/W と 80 μm/W の DPR を提供します。この研究は、さまざまな挿入手段の状況におけるベベル形状の曲げ剛性間の関係の重要性を強調しており、したがって、重要なニードルベベル形状を変更することによって穿孔後の切断動作を制御する方法への洞察を提供する可能性がある。USEFNAB アプリケーションにとっては重要です。
細針吸引生検 (FNA) は、針を使用して病理が疑われる組織サンプルを採取する方法です1、2、3。Franseen チップは、従来の lancet4 および Menghini5 チップよりも高い診断性能を提供することが示されています。軸対称（つまり円周方向）の傾斜も、組織病理学的に適切な標本の可能性を高めることが示唆されています。
生検では、皮膚と組織の層に針を通し、疑わしい病変にアクセスします。最近の研究では、超音波が軟組織にアクセスするために必要な貫通力を軽減できることが示されています 7、8、9、10。針の斜角の形状は、針の相互作用力に影響を与えることが示されており、たとえば、斜角が長いほど、組織貫通力が低下することが示されています 11。針が組織の表面を貫通した後、つまり穿刺後、針の切断力は、針と組織の相互作用力の 75% になる可能性があります 12。穿刺後の段階では、超音波（超音波）が診断用軟組織生検の効率を高めることが示されています。硬組織サンプルを採取するために、他の超音波増強骨生検技術も開発されていますが、生検の収量を向上させる結果は報告されていません。多くの研究でも、超音波応力を受けると機械的変位が増加することが確認されています 16、17、18。針と組織の相互作用における軸方向（縦方向）の静的力に関する研究は数多くありますが、超音波FNAB（USeFNAB）下での針ベベルの時間的力学と形状に関する研究は限られています。
この研究の目的は、超音波曲げによって駆動される針の針先端の動きに対するさまざまなベベル形状の影響を調査することでした。特に、従来のベベル針 (つまり、選択的吸引や軟組織取得などのさまざまな目的の USeFNAB 針) の穿刺後の針先端のたわみに対する注射媒体の影響を調査しました。
この研究には、さまざまなベベル形状が含まれています。(a) ランセットの仕様は ISO 7864:201636 に準拠しています。ここで、\(\alpha\) は主ベベル、\(\theta\) は二次ベベルの回転角度、\(\phi\) は二次ベベルです。角度。回転する場合、度単位 (\(^\circ\))。(b) 線形非対称 1 段面取り (DIN 13097:201937 では「標準」と呼ばれる)、(c) 線形軸対称 (円周) 1 段面取り。
私たちのアプローチは、従来のランセット、軸対称、および非対称の 1 段ベベル形状のベベルに沿った曲げ波長の変化をモデル化することから始まります。次に、パイプの傾斜と長さが移送の機械的流動性に及ぼす影響を調べるためにパラメトリック スタディを計算しました。これは、試作針を作成するための最適な長さを決定するために必要です。シミュレーションに基づいて、針のプロトタイプが作成され、電圧反射係数を測定し、空気、水、および 10% (w/v) 弾道ゼラチン中での電力伝達効率を計算することによって、その共振挙動が実験的に特徴付けられ、そこから動作周波数が決定されました。 。最後に、高速イメージングを使用して、空気中および水中での針の先端での屈曲波のたわみを直接測定し、各斜角で供給される電力とたわみ電力比の形状を推定します ( DPR) を注入媒体に注入します。。
図 2a に示すように、21 ゲージ チューブ (外径 0.80 mm、内径 0.49 mm、チューブ肉厚 0.155 mm、標準壁) を使用して、ISO に従ってチューブ長さ (TL) とベベル角度 (BL) で針チューブを定義します。 9626:201621) 316 ステンレス鋼 (ヤング率 205 \(\text {GN/m}^{2}\)、密度 8070 kg/m\(^{3}\)、ポアソン比 0.275 )。
曲げ波長の決定と、針と境界条件の有限要素モデル (FEM) の調整。(a) ベベル長さ (BL) とパイプ長さ (TL) の決定。(b) 調和点力 \(\tilde{F}_y\vec {j}\) を使用して針を近位方向に駆動し、点を偏向させ、点での速度を測定する 3 次元 (3D) 有限要素モデル (FEM)機械的流動性の伝達を計算するには、ヒント (\ ( \tilde {u}_y\vec {j}\), \(\tilde{v}_y\vec {j}\)) を使用します。\(\lambda _y\) は、垂直力 \(\tilde{F}_y\vec {j}\) に対する曲げ波長として定義されます。(c) 重心、断面積 A、x 軸周りの慣性モーメント \(I_{xx}\) と \(I_{yy}\) の定義。
図に示すように。2b、c、断面積 A を持ち、ビームの断面積より大きい波長の無限 (無限) ビームの場合、曲がった (または曲がった) 位相速度 \( c_{EI }\) は次の式で決定されます。 :
ここで、E はヤング率 (\(\text {N/m}^{2}\))、\(\omega _0 = 2\pi f_0\) は励起角周波数 (rad/s)、ここで \( f_0 \ ) は線形周波数 (1/s または Hz)、I は対象軸の周りの領域の慣性モーメント\((\text {m}^{4})\)、\(m'=\ rho _0 A\ ) は単位長さ上の質量 (kg/m) です。ここで \(\rho _0\) は密度\((\text {kg/m}^{3})\)、A は交差ですビーム領域の断面 (xy 平面) (\(\ text {m}^{2}\))。この例で適用される力は垂直方向の y 軸、つまり \(\tilde{F}_y\vec {j}\) に平行であるため、水平方向の x 軸周りの局所的な慣性モーメントのみに関心があります。つまり \(I_{xx}\) なので、次のようになります。
有限要素モデル (FEM) の場合、純粋な調和変位 (m) が仮定されるため、加速度 (\(\text {m/s}^{2}\)) は \(\partial ^2 \vec { u}/ \ 部分 t^2 = -\omega ^2\vec {u}\) as \(\vec {u}(x, y, z, t): = u_x\vec {i} + u_y\ vec {j } + u_z\vec {k}\) は、空間座標で与えられる 3 次元変位ベクトルです。後者の代わりに、COMSOL Multiphysics ソフトウェア パッケージ (バージョン 5.4 ～ 5.5、COMSOL Inc.、マサチューセッツ州、米国) での実装に従って、運動量平衡則の有限変形ラグランジュ形式は次のように与えられます。
ここで \(\vec {\nabla}:= \frac{\partial}}{\partial x}\vec {i} + \frac{\partial}}{\partial y}\vec {j} + \frac{ \partial }{\partial z}\vec {k}\) はテンソル発散演算子、\({\underline{\sigma}}\) は 2 番目のピオラ・キルヒホッフ応力テンソル (2 次、\(\ text { N/ m}^{2}\)) および \(\vec {F_V}:= F_{V_x}\vec {i}+ F_{V_y}\vec {j}+ F_{V_z}\vec {k} \) は各変形ボリュームの体積力ベクトル (\(\text {N/m}^{3}\))、\(e^{j\phi }\) は位相角ベクトル\(\ phi \ ） （ 嬉しい）。私たちの場合、物体の体積力はゼロであり、モデルは幾何学的直線性と小さな純粋な弾性変形を仮定しています。つまり、 \({\underline{\varepsilon}}^{el}\) および \({\underline {\varepsilon}}\) は、それぞれ弾性ひずみと全ひずみ (2 次、無次元) です。フックの構成等方性弾性テンソル \(\underline{\underline{C}}\) はヤング率 E (\(\text {N/m}^{2}\)) を使用して計算され、ポアソン比 v が決定されるため、つまり\(\underline{\underline{C}}:=\underline{\underline{C}}(E,v)\) (4 次)。したがって、応力計算は \({\underline{\sigma}} := \underline{\underline{C}}:{\underline{\varepsilon}}\) となります。
この計算では、要素サイズ \(\le\) が 8 µm の 10 節点の四面体要素を使用します。針は真空中でモデル化され、伝達される機械的移動度 (ms-1 N-1) の値は \(|\tilde{Y}_{v_yF_y}|= |\tilde{v}_y\vec { j}|/ |\ tilde{F}_y\vec {j}|\)24、\(\tilde{v}_y\vec {j}\) はハンドピースの出力複素速度、\( \ tilde {F}_y\ vec {j }\) は、図 2b に示すように、チューブの近位端に位置する複雑な駆動力です。最大値を基準として機械的流動性をデシベル (dB) 単位で変換します。つまり、 \(20\log _{10} (|\tilde{Y}|/ |\tilde{Y}_{max}|) \ ) 。すべての FEM 研究は 29.75 kHz の周波数で実行されました。
針の設計 (図 3) は、従来の 21 ゲージの皮下注射針 (カタログ番号 4665643、Sterican\(^\circledR\)、外径 0.8 mm、長さ 120 mm、AISI 304 ステンレス クロムニッケル) で構成されています。鋼、Ｂ．Ｂｒａｕｎ Ｍｅｌｓｕｎｇｅｎ ＡＧ、メルズンゲン、ドイツ）は、近位端にポリプロピレン製のプラスチック製ルアーロックスリーブを備え、端部が適切に修正されている。図 3b に示すように、針管は導波管にはんだ付けされます。導波路はステンレス鋼 3D プリンタ (フィンランド、ユヴァスキュラの 3D Formtech Oy の EOS M 290 3D プリンタで EOS 316L ステンレス鋼) で印刷され、M4 ボルトを使用してランジュバン センサーに取り付けられました。ランジュバン センサーは、両端に 2 つの質量が負荷された 8 つの圧電リング素子で構成されています。
4 種類のチップ (写真)、市販のランセット (L)、および 3 つの軸対称一段ベベル (AX1 ～ 3) は、それぞれベベル長さ (BL) が 4、1.2、0.5 mm であることを特徴としました。(a) 完成した針先の拡大図。(b) 3D プリントされた導波管にはんだ付けされ、M4 ボルトでランジュバン センサーに接続された 4 つのピンの上面図。
3 つの軸対称ベベルチップ（図 3）は、ベベル長さ（BL、図 2a で定義）4.0、1.2、および 0.5 mm で製造されました（TAs Machine Tools Oy）。これは \(\およそ) 2 \(^ \それぞれ、circ\)、7\(^\circ\)、18\(^\circ\)です。導波管と針の質量は、ベベル L と AX1-3 でそれぞれ 3.4 ± 0.017 g (平均 ± sd、n = 4) です (Quintix\(^\circledR\) 224 Design 2、Sartorius AG、ゲッティンゲン、ドイツ) 。図 3b の L および AX1-3 ベベルの場合、針の先端からプラスチック スリーブの端までの全長は、それぞれ 13.7、13.3、13.3、および 13.3 cm でした。
すべての針の構成について、針の先端から導波管の先端（つまり、溶接領域まで）までの長さは 4.3 cm で、針管は切り口が上向き（つまり、Y 軸に平行）に向けられていました。図に示すように。c（図2）。
コンピューター (Latitude 7490、Dell Inc.、テキサス州、米国) 上で実行される MATLAB (R2019a、The MathWorks Inc.、マサチューセッツ州、米国) のカスタム スクリプトを使用して、25 ～ 35 kHz の線形正弦波スイープを 7 秒間生成しました。デジタル/アナログ (DA) コンバーター (Analog Discovery 2、Digilent Inc.、ワシントン、米国) がアナログ信号に変換します。次に、アナログ信号 \(V_0\) (0.5 Vp-p) を専用の無線周波数 (RF) 増幅器 (Mariachi Oy、トゥルク、フィンランド) で増幅しました。出力インピーダンス 50 オームの RF アンプからの立ち下がり増幅電圧 \({V_I}\) は、入力インピーダンス 50 オームのニードル構造に組み込まれたトランスに供給されます。機械波の生成には、ランジュバン トランスデューサー (前後の耐久性の高い多層圧電トランスデューサー) が使用されます。カスタム RF アンプには、アナログ - デジタル (AD) モードで入射 \({V_I}\) と反射増幅電圧 \(V_R\) を記録するデュアルチャネル定在波力率 (SWR) メーターが装備されています。サンプリングレート 300 kHz のコンバーター (アナログ Discovery 2)。励起信号は、過渡現象によるアンプ入力の過負荷を防ぐために、最初と最後で振幅変調されます。
MATLAB に実装されたカスタム スクリプトを使用して、周波数応答関数 (FRF)、つまり \(\tilde{H}(f)\) が、2 チャネル正弦波スイープ測定法を使用してオフラインで推定されました (図 4)。時間の直線性。不変システム。さらに、20 ～ 40 kHz のバンドパス フィルターが適用され、信号から不要な周波数が除去されます。伝送線路の理論を参照すると、この場合 \(\tilde{H}(f)\) は電圧反射係数、つまり \(\rho _{V} \equiv {V_R}/{V_I}\ に相当します。 ) \) は \({V_R}^ 2 /{V_I}^2\ ) に減少し、\(|\rho _{V}|^2\) と等しくなります。電力の絶対値が必要な場合、入射電力 \(P_I\) と反射電力 \(P_R\) の電力 (W) は、たとえば対応する電圧の実効値 (rms) を取得して計算されます。正弦波励起の伝送線路の場合 \( P = {V}^2/(2Z_0)\)26、ここで \(Z_0\) は 50 \(\Omega\) に等しくなります。負荷 \(P_T\) (つまり、挿入された媒体) に供給される電力は、電力伝達効率 (PTE) とパーセンテージ ( %) 形状がどのように与えられるかを決定できるため、27:
次に、針状モード周波数 \(f_{1-3}\) (kHz) と、それに対応する電力伝達係数 \(\text {PTE}_{1{-}3} \) が FRF を使用して推定されます。FWHM (\(\text {FWHM}_{1{-}3}\), Hz) は \(\text {PTE}_{1{-}3}\) から直接推定され、表 1 A の片側から推定されます。線形スペクトルは、記述されたモード周波数 \(f_{1-3}\) で得られます。
針構造の周波数応答 (AFC) の測定。正弦波 2 チャネル掃引測定 25,38 を使用して、周波数応答関数 \(\tilde{H}(f)\) とそのインパルス応答 H(t) を取得します。\({\mathcal {F}}\) と \({\mathcal {F}}^{-1}\) は、それぞれデジタル トランケーションのフーリエ変換とその逆変換を表します。\(\tilde{G}(f)\) は周波数領域の 2 つの信号の積を意味します。たとえば、\(\tilde{G}_{XrX}\) は逆スキャン積を意味します\(\tilde{ X} r (f)\ ) と降下電圧 \(\tilde{X}(f)\) をそれぞれ示します。
図 5 に示すように、高速カメラ (Phantom V1612、Vision Research Inc.、ニュージャージー州、米国) にはマクロレンズ (MP-E 65mm、\(f\)/2.8、1-5\) が装備されています。(\times\)、Canon Inc.、東京、日本)、27.5 ～ 30 kHz の周波数での曲げ励起 (単一周波数、連続正弦波) 中の先端のたわみを記録します。シャドウ マップを作成するために、高輝度白色 LED (部品番号: 4052899910881、白色 LED、3000 K、4150 lm、Osram Opto Semiconductors GmbH、レーゲンスブルク、ドイツ) の冷却要素を針の先端の後ろに配置しました。
実験装置を正面から見たところ。深さは媒体の表面から測定されます。針構造はクランプされ、電動移動テーブルに取り付けられます。高倍率レンズ (5\(\x\)) を備えた高速カメラを使用して、斜め角度の偏差を測定します。すべての寸法はミリメートル単位です。
針のベベルの種類ごとに、128 \(\x\) 128 ピクセルの高速カメラで 300 フレームを記録しました。各フレームの空間解像度は 1/180 mm (\(\およそ) 5 μm) で、時間解像度は 310,000 フレーム/秒。図 6 に示すように、各フレーム (1) は、針の先端がフレームの最後の行 (下部) に来るように切り取られ (2)、画像のヒストグラム (3) が計算されます。 1 と 2 のしきい値を決定できます。次に、ソーベル演算子 3 \(\times\) 3 を使用してキャニー エッジ検出 28(4) を適用し、キャビテーション 300 タイム ステップなしで非斜辺ピクセル (ラベル \(\mathbf {\times }\)) の位置を計算します。先端のたわみの範囲を決定するには、(中心差分アルゴリズムを使用して) 導関数を計算し (6)、たわみの局所的な極値 (つまりピーク) を含むフレームを決定します (7)。キャビテーションのないエッジを目視検査した後、1 組のフレーム (またはハーフタイムの間隔を置いた 2 つのフレーム) が選択され (7)、先端のたわみが測定されました (\(\mathbf {\times } で示されます) \) )。上記は、OpenCV Canny エッジ検出アルゴリズム (v4.5.1、オープン ソース コンピューター ビジョン ライブラリ、opencv.org) を使用して Python (v3.8、Python Software Foundation、python.org) で実装されています。最後に、偏向力率 (DPR、μm/W) は、ピークツーピーク偏向と伝送電力 \(P_T\) (Wrms) の比として計算されます。
トリミング (1-2)、キャニー エッジ検出 (3-4)、計算を含む 7 ステップのアルゴリズム (1-7) を使用して、高解像度から取得した一連のフレームを使用して先端偏向エッジのピクセル位置を測定します。 310 kHz のスピード カメラ (5) とその時間微分値 (6)、そして最後に、視覚的に確認されたフレームのペアで先端のたわみの範囲が測定されます (7)。
空気中 (22.4 ～ 22.9°C)、脱イオン水 (20.8 ～ 21.5°C)、および 10% (w/v) バリスティック ゼラチン水溶液中で測定 (19.7 ～ 23.0°C 、 \(\text {Honeywell}^{ \ text { TM}}\) \(\text {Fluka}^{\text {TM}}\) I 型弾道分析用のウシおよび豚骨ゼラチン、ハネウェル インターナショナル、ノースカロライナ州、米国)。温度は、K タイプ熱電対アンプ (AD595、Analog Devices Inc.、マサチューセッツ州、米国) および K タイプ熱電対 (Fluke 80PK-1 Bead Probe No. 3648 type-K、Fluke Corporation、米国ワシントン州) を使用して測定しました。垂直電動 Z 軸ステージ (8MT50-100BS1-XYZ、Standa Ltd.、ヴィリニュス、リトアニア) を使用して、メディア表面 (Z 軸の原点として設定) からの深さをステップごとに 5 μm の解像度で測定します。
サンプルサイズが小さく (n = 5)、正規性が仮定できないため、2 サンプル両側 Wilcoxon 順位和検定 (R、v4.0.3、R Foundation for Statistical Computing、r-project.org) が使用されました。さまざまなベベルの針先の変動量を比較します。各傾きについて 3 回の比較が行われたため、調整された有意水準 0.017 および誤差率 5% でボンフェローニ補正が適用されました。
以下の図７を参照する。29.75 kHz では、21 ゲージの針の湾曲した半波長 (\(\lambda _y/2\)) は \(\およそ) 8 mm です。曲げ波長は、先端に近づくにつれて傾斜に沿って減少します。先端 \(\lambda _y/2\) には、通常のランセット (a)、非対称 (b)、および軸対称 (c) の場合、それぞれ 3 mm、1 mm、および 7 mm の段階的なベベルがあります。したがって、これは、ランセットの違いが \(\about\) 5 mm (ランセットの 2 つの平面が 29.30 の点を形成するため)、非対称の傾きが 7 mm 変化し、対称の傾きが異なることを意味します。 1mmずつ。軸対称の斜面 (重心は同じままなので、実際には斜面に沿って壁の厚さのみが変化します)。
29.75 kHz での FEM スタディと方程式の適用。（1）ランセット（a）、非対称（b）、および軸対称（c）の斜め幾何学形状の曲げ半波変化（\（\lambda _y/2\））を計算します（図1a、b、cと同様）。）。ランセット、非対称、および軸対称の傾斜の平均 \(\lambda_y/2\) は、それぞれ 5.65、5.17、および 7.52 mm です。非対称および軸対称ベベルのチップの厚さは \(\約) 50 µm に制限されていることに注意してください。
ピーク移動度 \(|\tilde{Y}_{v_yF_y}|\) は、最適なチューブ長 (TL) と傾斜長 (BL) の組み合わせです (図 8、9)。従来のランセットの場合、サイズが固定されているため、最適なTLは\(\約\) 29.1 mmです(図8)。非対称および軸対称の傾斜 (それぞれ図 9a、b) の場合、FEM スタディには 1 ～ 7 mm の BL が含まれていたため、最適な TL 範囲は 26.9 ～ 28.7 mm (範囲 1.8 mm) および 27.9 ～ 29.2 mm (範囲) でした。 1.3mm）。） ）、 それぞれ。非対称の傾斜 (図 9a) では、最適な TL は直線的に増加し、BL 4 mm でプラトーに達し、その後 BL 5 mm から 7 mm まで急激に減少しました。軸対称の傾斜 (図 9b) の場合、最適な TL は BL の伸びに伴って直線的に増加し、最終的に BL 6 ～ 7 mm で安定します。軸対称の傾斜の拡張研究（図9c）は、\（\おおよそ）35.1〜37.1 mmに位置する最適なTLの異なるセットを示しました。すべての BL について、最適な TL の 2 セット間の距離は \(\おおよそ\) 8 mm (\(\lambda _y/2\) に相当) です。
29.75 kHz でのランセット透過移動度。針管を周波数 29.75 kHz で曲げ、端部の振動を測定し、TL 26.5 ～ 29.5 mm (0.1 mm ステップ) の伝達される機械的移動度 (最大値に対する dB) の量として表しました。
周波数 29.75 kHz での FEM のパラメトリック研究では、軸対称チップの伝達移動度は、非対称チップよりもチューブの長さの変化による影響が少ないことが示されています。FEM を使用した周波数領域研究における非対称 (a) および軸対称 (b、c) のベベル形状のベベル長 (BL) およびパイプ長 (TL) の研究 (境界条件は図 2 に示されています)。(a、b) TL は 26.5 ～ 29.5 mm (0.1 mm ステップ)、BL は 1 ～ 7 mm (0.5 mm ステップ) の範囲でした。(c) 望ましい比率 \(\lambda_y/2\) を明らかにする TL 25 ～ 40 mm (0.05 mm ステップ) および 0.1 ～ 7 mm (0.1 mm ステップ) を含む拡張軸対称斜角研究。先端の緩やかな移動境界条件が満たされます。
針構造には、表 1 に示すように、低、中、高モード領域に分けられる 3 つの固有振動数 \(f_{1-3}\) があります。PTE サイズは図 10 に示され、図 11 で分析されます。以下は各モーダル領域の結果:
ランセット (L) の深さ 20 mm で周波数掃引による正弦波励起を使用して得られた典型的な記録された瞬間電力伝達効率 (PTE) 振幅、および空気、水、およびゼラチン中の軸対称傾斜 AX1 ～ 3。片側スペクトルが表示されます。測定された周波数応答 (300 kHz サンプル レート) はローパス フィルター処理され、モーダル解析のために 200 倍にダウンサンプリングされました。信号対雑音比は \(\le\) 45 dB です。PTE 位相 (紫色の点線) は度 (\(^{\circ}\)) で示されます。
モーダル応答分析を図 10 (平均 ± 標準偏差、n = 5) に示します。空気、水、および 10% ゼラチン (深さ 20 mm) における L および AX1-3 の傾斜について、(上) 3 つのモーダル領域 (低) を示します。 、中、高）。)、および対応するモード周波数\(f_{1-3}\) (kHz)、(平均) エネルギー効率\(\text {PTE}_{1{-}3 }\) は設計方程式を使用します。(4) と (下) はそれぞれ最大測定値 \(\text {FWHM}_{1{-}3}\) の半分の全幅 (Hz) です。低い PTE を記録する場合、つまり AX2 スロープの場合、帯域幅の測定は省略されることに注意してください (\(\text {FWHM}_{1}\))。\(f_2\) モードは、最高レベルの電力伝達効率 (\(\text {PTE}_{2}\)) を示すため、傾斜面のたわみを比較するのに最も適していると考えられています。 99% 。
最初のモーダル領域: \(f_1\) は、挿入されたメディア タイプにはあまり依存しませんが、ベベル ジオメトリに依存します。\(f_1\) は、ベベル長さが減少するにつれて減少します (空中では、AX1 ～ 3 でそれぞれ 27.1、26.2、および 25.9 kHz)。地域平均 \(\text {PTE}_{1}\) と \(\text {FWHM}_{1}\) は、それぞれ \(\おおよそ\) 81% と 230 Hz です。\(\text {FWHM}_{1}\) は、Lancet のゼラチンで最も高かった (L、473 Hz)。ゼラチン中の AX2 の \(\text {FWHM}_{1}\) は、報告された周波数応答の大きさが小さいため推定できないことに注意してください。
2 番目のモーダル領域: \(f_2\) は、ペーストおよびベベル メディアのタイプによって異なります。空気中、水中、ゼラチン中での \(f_2\) の平均値は、それぞれ 29.1、27.9、28.5 kHz です。このモーダル領域の PTE も 99% に達し、すべての測定グループの中で最高となり、地域平均は 84% でした。エリア平均 \(\text {FWHM}_{2}\) は \(\おおよそ\) 910 Hz です。
3 番目のモーダル領域: \(f_3\) 周波数は挿入媒体とベベルの種類によって異なります。\(f_3\) の平均値は、空気中、水中、ゼラチン中ではそれぞれ 32.0、31.0、31.3 kHz です。\(\text {PTE}_{3}\) の地域平均は \(\おおよそ\) 74% で、どの地域の中でも最も低くなります。地域平均 \(\text {FWHM}_{3}\) は \(\おおよそ\) 1085 Hz で、これは 1 番目と 2 番目の領域よりも高くなります。
以下は図を参照します。ランセット (L) は、空気中と水中での両方で最も大きく偏向し (すべての先端に対して重要度が高く、\(p<\) 0.017) (図 12a)、最高の DPR (最大 220 μm/) を達成しました。空気中のW）。 ランセット (L) は、空気中と水中での両方で最も大きく偏向し (すべての先端に対して重要度が高く、\(p<\) 0.017) (図 12a)、最高の DPR (最大 220 μm/) を達成しました。空気中のW）。 Следующее относится к рисунку 12 и таблице 2. Ланцет (L) отклонялся больго (с высокой значимостью для всех) конечников, \(p<\) 0,017) как в воздухе, так и в воде (рис. 12а), достигая самого высокого DPR 。 以下は、図 12 と表 2 に当てはまります。ランセット (L) は、空気中と水中で (図 12a)、最高の DPR を達成し (すべての先端で有意性が高く、\(p<\) 0.017) 最も大きくたわみました。(空気中で220μm/Wを行う)。以下の図 12 と表 2 を参照してください。柳葉刀(L)は、空気中および水中で(図12a)、最大偏向し(すべての先端が高さを有する、\(p<\) 0.017)、最高のDPR(空気中最高220μm/W)を達成した。柳葉刀(L) は空気中および水中で最も高いたわみを示し (図 12a) (对前記尖端は对尖端である電影、\(p<\) 0.017)、最高の DPR (最大 220 µm/) を達成しました。空気中のW）。 Ланцет (L) имеет наибольгее отклонение (весьма значимое для всех наконечников, \(p<\) 0,017) воздухе и воде (рис. 、достигая самого высокого DPR (до 220 мкм/Вт в воздухе)。 ランセット（L）は、空気および水中で最大の偏差（すべてのチップで非常に有意、\(p<\) 0.017）を持ち（図12a）、最高のDPR（空気中で最大220μm/W）に達します。 空気中では、BL がより高い AX1 は AX2–3 よりも大きくたわみました (有意差あり、\(p<\) 0.017)。一方、AX3 (BL が最も低かった) は 190 µm/W の DPR で AX2 よりもたわみました。 空気中では、BL がより高い AX1 は AX2–3 よりも大きくたわみました (有意差あり、\(p<\) 0.017)。一方、AX3 (BL が最も低かった) は 190 µm/W の DPR で AX2 よりもたわみました。 В воздухе AX1 с более высоким BL отклонялся выbolе, чем AX2–3 (со значимостью \(p<\) 0,017), тогда как AX3 (с самым низким BL)から、AX2 から DPR 190 分/Вт まで。 空気中では、BL が高い AX1 は AX2–3 よりも大きくたわみました (有意差 \(p<\) 0.017)が、AX3 (BL が最も低い) は DPR 190 µm/W の AX2 よりもたわみました。空気中では、より高いBLを有するAX1のオフセットはAX2-3（着目性あり、\(p<\) 0.017）よりも高く、AX3（最低のBLを有する）のオフセットはAX2より大きく、DPRは190μm/Wであった。 空気中では、より高い BL を持つ AX1 のたわみは AX2-3 のたわみよりも高く (重要なことに \(p<\) 0.017)、AX3 (最低の BL を持つ) のたわみは AX2 のたわみよりも高く、DPR は 190 です。 μm/W。 В воздухе AX1 с более высоким BL имет больгее отклонение, чем AX2-3 (значимо, \(p<\) 0,017), тогда как AX3 (с самым низким BL)バスは AX2 から DPR 190 分 / Вт です。 空気中では、より高い BL を持つ AX1 は AX2-3 よりも偏差が大きくなります (有意、\(p<\) 0.017)。一方、AX3 (最も低い BL) は 190 μm/W の DPR で AX2 よりも偏差が大きくなります。 水深 20 mm では、AX1 ～ 3 のたわみと PTE に有意差 (\(p>\) 0.017) は見つかりませんでした。 水深 20 mm では、AX1 ～ 3 のたわみと PTE に有意差 (\(p>\) 0.017) は見つかりませんでした。 20 分以内に AX1–3 を使用してください (\(p>\) 0,017) と確認してください。 深さ 20 mm の水中では、AX1 ～ 3 のたわみと FTR に有意な差 (\(p>\) 0.017) が検出されました。20mmの水中では、AX1-3の濃度とPTEに差はありませんでした(\(p>\) 0.017)。 水深 20 mm では、AX1-3 と PTE の間に有意差はありませんでした (\(p>\) 0.017)。 20 分以内に PTE AX1-3 を取得してください (\(p>\) 0,017)。 深さ 20 mm では、たわみと PTE AX1-3 には大きな差はありませんでした (\(p>\) 0.017)。水中の PTE レベル (90.2 ～ 98.4%) は一般に空気中 (56 ～ 77.5%) よりも高く (図 12c)、水中での実験中にキャビテーション現象が観察されました (図 13、追加の説明も参照)情報）。
空気中および水中での L および AX1-3 面取り (深さ 20 mm) の先端曲げ振幅測定 (平均 ± 標準偏差、n = 5) により、面取り形状の変更の影響が明らかになりました。測定値は、連続単一周波数正弦波励起を使用して取得されます。(a) 頂点におけるピーク偏差 (\(u_y\vec {j}\))、(b) それぞれのモード周波数 \(f_2\) で測定。(c) 式としての電力伝送効率 (PTE、rms、%)。(4) および (d) ピーク偏差および送信電力 \(P_T\) (Wrms) として計算された偏差力率 (DPR、μm/W)。
水中（深さ20mm）におけるランセット（L）のランセットチップ（緑と赤の点線）と軸対称チップ（AX1-3）のたわみの合計、半サイクル、駆動周波数を示す高速カメラの典型的なシャドウプロット\(f_2\) (周波数 310 kHz サンプリング)。キャプチャされたグレースケール画像のサイズは 128×128 ピクセル、ピクセル サイズは \(\おおよそ) 5 μm です。ビデオは追加情報にあります。
そこで、曲げ波長の変化をモデル化し（図7）、従来の槍状、非対称、および管の長さとベベルの軸方向の組み合わせについて、移動のための機械的移動度を計算しました（図8、9）。対称的なベベル形状。後者に基づいて、図 5 に示すように、最適な先端から溶接部までの距離は 43 mm (または 29.75 kHz で \(\おおよそ\) 2.75\(\lambda_y\)) と推定され、3 つの軸対称ベベルを作製しました。ベベルの長さが異なります。次に、空気、水、および 10% (w/v) 弾道ゼラチン中での従来のランセットと比較した周波数応答の特性を評価し (図 10、11)、傾斜偏向モードを比較するための最良のケースを決定しました。最後に、空気中および水中の深さ 20 mm で曲げ波による先端のたわみを測定し、各傾斜における注入媒体の電力伝達効率 (PTE、%) およびたわみ力率 (DPR、μm/W) を定量化しました。タイプ（図12）。
結果は、ジオメトリの傾斜軸が先端軸の振幅偏差に影響を与えることを示しています。ランセットは、軸対称ベベルと比較して最も高い曲率と最も高い DPR を持ちましたが、軸対称ベベルの平均偏差はより小さくなりました (図 12)。 ベベル長さが最も長い軸対称 4 mm ベベル (AX1) は、他の軸対称ニードル (AX2 ～ 3) と比較して、統計的に有意な空気中での最大たわみを達成しました (\(p < 0.017\)、表 2)。しかし、針を水中に置いた場合には、有意な差は観察されませんでした。 ベベル長さが最も長い軸対称 4 mm ベベル (AX1) は、他の軸対称ニードル (AX2 ～ 3) と比較して、統計的に有意な空気中での最大たわみを達成しました (\(p < 0.017\)、表 2)。しかし、針を水中に置いた場合には、有意な差は観察されませんでした。 Осесимметричный скос 4 мм (AX1), имеющий наибользую длину скоса, достиг статистически значимого наибользего я в воздухе (\(p <0,017\), таблица 2) по сравнению с другими осесимметричными иглами (AX2–3). ベベル長さが最も長い軸対称ベベル 4 mm (AX1) は、他の軸対称ニードル (AX2 ～ 3) と比較して、空気中で統計的に有意に大きな偏差を達成しました (\(p < 0.017\)、表 2)。しかし、針を水中に置いた場合には有意な差は観察されませんでした。他の軸(AX2-3)と比較して、最大傾斜角長さの軸対称4 mm傾斜角(AX1)は、空気中で目標に達した最大の偏角(\(p < 0.017\)、表２）に示すように、しかし、銅を水中に入れた場合には、差は観察されなかった。 他の軸対称針（AX2～3）と比較して、空中での最長斜角4mmの軸対称針（AX1）を有し、統計的に有意な最大たわみを達成しています（\(p < 0.017\）、表2）。 、しかし、針を水の中に置いたとき、有意な差は観察されませんでした。 Осесимметричный скос 4 ммм (AX1) с наибользей длиной скоса обеспечивает статистически значимое отклонение (AX2-3) (\(p < 0,017\), таблица 2), но существенной разницы не о. 最長のスロープ長が 4 mm の軸対称スロープ (AX1) は、他の軸対称スロープ (AX2-3) と比較して、空気中で統計的に有意な最大偏差を示しました (\(p < 0.017\)、表 2)。有意差。針を水に入れると観察されます。したがって、ベベルの長さを長くしても、ピーク先端のたわみに関して明らかな利点はありません。これを考慮すると、この研究で調査したスロープの形状は、スロープの長さよりも振幅偏向に大きな影響を与えることがわかります。これは、たとえば、曲げられる材料や建設用針の全体の厚さに応じて、曲げ剛性に関連する可能性があります。
実験研究では、反射されたたわみ波の大きさは先端の境界条件の影響を受けます。針の先端を水とゼラチンに挿入した場合、\(\text {PTE}_{2}\) の平均値は \(\おおよそ\) 95%、\(\text {PTE}_{2}\) の値は平均でした。は、それぞれ 73% と 77% (\text {PTE}_{1}\) と \(\text {PTE}_{3}\) です (図 11)。これは、キャスト媒体 (水やゼラチンなど) への音響エネルギーの最大伝達が \(f_2\) で発生することを示しています。同様の挙動は、より単純なデバイス構造を使用した周波数 41 ～ 43 kHz での以前の研究でも観察されており、著者らは挿入媒体の機械的弾性率に関連する電圧反射係数を実証しました。組織の貫通深さ 32 と機械的特性は針に機械的負荷を与えるため、UZeFNAB の共振挙動に影響を与えると予想されます。したがって、17、18、33 などの共鳴追跡アルゴリズムを使用して、スタイラスを介して配信されるサウンドのパワーを最適化できます。
曲げ波長モデリング (図 7) は、軸対称の方がランセットや非対称ベベルよりも先端の構造剛性が高い (つまり、曲げ剛性が高い) ことを示しています。(1) から導出され、既知の速度と周波数の関係を使用して、ランセット、非対称チップ、および軸対称チップの曲げ剛性を、それぞれ傾き 200、20、および 1500 MPa として推定します。これは、29.75 kHz でそれぞれ (\lambda _y\) 5.3、1.7、14.2 mm に相当します (図 7a–c)。USeFNAB 手順の臨床安全性を考慮すると、ベベル設計の剛性に対する形状の影響を評価する必要があります 34。
ベベルとチューブの長さのパラメータの研究 (図 9) では、非対称 (1.8 mm) の最適な TL 範囲が軸対称ベベル (1.3 mm) よりも高いことが示されました。さらに、移動度プラトーは、非対称傾斜と軸対称傾斜でそれぞれ 4 ～ 4.5 mm、6 ～ 7 mm の範囲にあります (図 9a、b)。この発見の実際的な関連性は、製造公差で表されます。たとえば、最適な TL の範囲が低いほど、より高い長さの精度が必要であることを意味する可能性があります。同時に、降伏プラットフォームは、降伏に大きな影響を与えることなく、特定の周波数でのスロープの長さの選択に対してより大きな許容範囲を提供します。
この研究には次の制限が含まれています。エッジ検出と高速イメージングを使用した針のたわみの直接測定 (図 12) は、空気や水などの光学的に透明な媒体に限定されることを意味します。また、シミュレートされた移動移動度をテストするために実験を使用したのではなく、製造された針の最適な長さを決定するために FEM 研究を使用したことも指摘したいと思います。実用上の制限の観点から、ランセットの先端からスリーブまでの長さは他の針 (AX1-3) より 0.4 cm 長くなります (図を参照)。3b.これは針状構造のモード応答に影響を与えた可能性があります。さらに、導波管の鉛はんだの形状と量 (図 3 を参照) がピン設計の機械的インピーダンスに影響を与える可能性があり、その結果、機械的インピーダンスと曲げ動作に誤差が生じます。
最後に、ベベル形状が USeFNAB のたわみ量に影響を与えることを実験的に実証しました。より高いたわみ振幅が組織に対する針の効果、たとえば穿刺後の切断効率にプラスの影響を与える可能性がある状況では、十分な剛性を維持しながら最大のたわみ振幅を提供するため、従来のランセットを USeFNAB に推奨できます。デザインの先端にあります。さらに、最近の研究では、先端のたわみが大きくなるとキャビテーションなどの生物学的効果が強化されることが示されており、これは低侵襲外科的介入の用途の開発に役立つ可能性があります。総音響パワーの増加により USeFNAB13 からの生検収量が増加することが示されていることを考慮すると、研究された針の形状の詳細な臨床上の利点を評価するには、サンプル収量と品質のさらなる定量的研究が必要です。
Frable、WJ 細針吸引生検：レビュー。ふんふん。病気。14:9-28。https://doi.org/10.1016/s0046-8177(83)80042-2 (1983)。
投稿日時: 2022 年 10 月 13 日