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Foi recentemente demonstrado que o uso de ultrassom aumenta o rendimento tecidual na aspiração por agulha fina assistida por ultrassom (USeFNAB) em comparação com a aspiração por agulha fina convencional (PAAF).Até o momento, a relação entre a geometria do chanfro e o movimento da ponta não foi completamente estudada.Neste estudo, investigamos as propriedades da ressonância da agulha e da amplitude de deflexão para várias geometrias de chanfro de agulha com diferentes comprimentos de chanfro.Utilizando uma lanceta chanfrada convencional de 3,9 mm, o fator de potência de deflexão da ponta (DPR) no ar e na água foi de 220 e 105 µm/W, respectivamente.Isso é maior do que a ponta chanfrada axissimétrica de 4 mm, fornecendo DPR de 180 e 80 µm/W no ar e na água, respectivamente.Este estudo destaca a importância da relação entre a rigidez à flexão da geometria do bisel no contexto de diferentes meios de inserção e, portanto, pode fornecer informações sobre métodos para controlar a ação de corte pós-perfuração, alterando a geometria do bisel da agulha, o que é importante.para uma aplicação USeFNAB é fundamental.
A biópsia aspirativa com agulha fina (PAAF) é um método de obtenção de amostras de tecido para suspeita de patologia1,2,3 por meio de uma agulha.A ponta Franseen demonstrou proporcionar maior desempenho diagnóstico do que as pontas convencionais de lanceta4 e Menghini5.Inclinações axissimétricas (ou seja, circunferenciais) também são sugeridas para aumentar a probabilidade de amostras histopatologicamente adequadas.
Durante uma biópsia, uma agulha é passada através de camadas de pele e tecido para obter acesso a lesões suspeitas.Estudos recentes demonstraram que o ultrassom pode reduzir a força de penetração necessária para acessar os tecidos moles7,8,9,10.Foi demonstrado que a geometria do bisel da agulha afeta as forças de interação da agulha, por exemplo, foi demonstrado que biséis mais longos têm forças de penetração no tecido mais baixas11.Após a penetração da agulha na superfície do tecido, ou seja, após a punção, a força de corte da agulha pode ser de 75% da força de interação da agulha com o tecido12.Foi demonstrado que na fase pós-punção, o ultrassom (ultrassom) aumenta a eficiência da biópsia diagnóstica de tecidos moles.Outras técnicas de biópsia óssea aprimoradas por ultrassom foram desenvolvidas para a coleta de amostras de tecidos duros, mas nenhum resultado foi relatado que melhore o rendimento da biópsia.Numerosos estudos também confirmaram que o deslocamento mecânico aumenta quando submetido a estresse ultrassônico16,17,18.Embora existam muitos estudos sobre forças estáticas axiais (longitudinais) nas interações agulha-tecido19,20, há estudos limitados sobre a dinâmica temporal e a geometria do bisel da agulha sob PAAF ultrassônica (USeFNAB).
O objetivo deste estudo foi investigar o efeito de diferentes geometrias de bisel no movimento da ponta da agulha em uma agulha acionada por flexão ultrassônica.Em particular, investigamos o efeito do meio de injeção na deflexão da ponta da agulha após a punção para chanfros de agulha tradicionais (isto é, agulhas USeFNAB para diversos fins, como aspiração seletiva ou aquisição de tecidos moles).
Várias geometrias de chanfro foram incluídas neste estudo.(a) A especificação Lancet está em conformidade com ISO 7864:201636 onde \(\alpha\) é o chanfro primário, \(\theta\) é o ângulo de rotação do chanfro secundário e \(\phi\) é o chanfro secundário ângulo., ao girar, em graus (\(^\circ\)).(b) Chanfros lineares assimétricos de etapa única (chamados de “padrão” na DIN 13097:201937) e (c) Chanfros lineares axissimétricos (circunferenciais) de etapa única.
Nossa abordagem começa modelando a mudança no comprimento de onda de flexão ao longo do chanfro para geometrias de chanfro de lanceta convencional, axissimétricas e assimétricas de estágio único.Calculamos então um estudo paramétrico para examinar o efeito da inclinação e do comprimento do tubo na fluidez mecânica da transferência.Isso é necessário para determinar o comprimento ideal para fazer um protótipo de agulha.Com base na simulação, foram confeccionados protótipos de agulhas e seu comportamento ressonante foi caracterizado experimentalmente medindo os coeficientes de reflexão de tensão e calculando a eficiência de transferência de potência em ar, água e gelatina balística a 10% (p/v), a partir da qual foi determinada a frequência de operação .Finalmente, a imagem de alta velocidade é usada para medir diretamente a deflexão da onda de curvatura na ponta da agulha no ar e na água, bem como para estimar a potência elétrica fornecida em cada ângulo oblíquo e a geometria da relação de potência de deflexão. DPR) para o meio injetado..
Conforme mostrado na Figura 2a, use um tubo de calibre 21 (0,80 mm DE, 0,49 mm ID, espessura da parede do tubo 0,155 mm, parede padrão) para definir o tubo da agulha com comprimento do tubo (TL) e ângulo de bisel (BL) de acordo com ISO 9626:201621) em aço inoxidável 316 (módulo de Young 205 \(\text {GN/m}^{2}\), densidade 8070 kg/m\(^{3}\) e razão de Poisson 0,275).
Determinação do comprimento de onda de flexão e ajuste do modelo de elementos finitos (FEM) para condições de agulha e contorno.(a) Determinação do comprimento do chanfro (BL) e comprimento do tubo (TL).(b) Modelo tridimensional (3D) de elementos finitos (FEM) usando uma força pontual harmônica \(\tilde{F}_y\vec {j}\) para conduzir a agulha proximalmente, desviar a ponta e medir a velocidade no tip (\ ( \tilde {u}_y\vec {j}\), \(\tilde{v}_y\vec {j}\)) para calcular a transferência de fluidez mecânica.\(\lambda _y\) é definido como o comprimento de onda de flexão em relação à força vertical \(\tilde{F}_y\vec {j}\).(c) Definições do centro de gravidade, da área da seção transversal A e dos momentos de inércia \(I_{xx}\) e \(I_{yy}\) em torno dos eixos x e y, respectivamente.
Como mostrado na fig.2b,c, para um feixe infinito (infinito) com área de seção transversal A e em um comprimento de onda maior que o tamanho da seção transversal do feixe, a velocidade da fase curvada (ou curvada) \( c_{EI }\) é determinada por 22 :
onde E é o módulo de Young (\(\text {N/m}^{2}\)), \(\omega _0 = 2\pi f_0\) é a frequência angular de excitação (rad/s), onde \( f_0 \ ) é a frequência linear (1/s ou Hz), I é o momento de inércia da área em torno do eixo de interesse\((\text {m}^{4})\), \(m'=\ rho _0 A\ ) é a massa na unidade de comprimento (kg/m), onde \(\rho _0\) é a densidade\((\text {kg/m}^{3})\) e A é a cruz seção da área do feixe (plano xy) (\(\ text {m}^{2}\)).Como a força aplicada em nosso exemplo é paralela ao eixo vertical y, ou seja, \(\tilde{F}_y\vec {j}\), estamos interessados apenas no momento de inércia regional em torno do eixo horizontal x, ou seja, \(I_{xx}\), então:
Para o modelo de elementos finitos (MEF), um deslocamento harmônico puro (m) é assumido, então a aceleração (\(\text {m/s}^{2}\)) é expressa como \(\partial ^2 \vec { você}/ \ parcial t^2 = -\omega ^2\vec {u}\) como \(\vec {u}(x, y, z, t): = u_x\vec {i} + u_y\ vec {j } + u_z\vec {k}\) é um vetor de deslocamento tridimensional dado em coordenadas espaciais.Em vez deste último, de acordo com sua implementação no pacote de software COMSOL Multiphysics (versões 5.4-5.5, COMSOL Inc., Massachusetts, EUA), a forma Lagrangiana de deformação finita da lei de equilíbrio de momento é dada da seguinte forma:
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 divergência do tensor, \({\underline{\sigma}}\) é o segundo tensor de tensão de Piola-Kirchhoff (segunda ordem, \(\ text { N/m}^{2}\)) e \(\vec {F_V}:= F_{V_x}\vec {i}+ F_{V_y}\vec {j}+ F_{V_z}\vec {k} \) é o vetor de força do corpo (\(\text {N/m}^{3}\)) para cada volume deformado, e \(e^{j\phi }\) é o vetor de ângulo de fase\(\ phi \ ) ( alegre).No nosso caso, a força volumétrica do corpo é zero, nosso modelo assume linearidade geométrica e uma pequena deformação puramente elástica, ou seja, onde \({\underline{\varepsilon}}^{el}\) e \({\underline {\varepsilon}}\) são deformação elástica e deformação total (segunda ordem, adimensional), respectivamente.O tensor de elasticidade isotrópica constitutiva de Hooke \(\underline{\underline{C}}\) é calculado usando o módulo de Young E (\(\text {N/m}^{2}\)) e a razão de Poisson v é determinada, então ou seja \(\underline{\underline{C}}:=\underline{\underline{C}}(E,v)\) (quarta ordem).Portanto, o cálculo da tensão torna-se \({\underline{\sigma}} := \underline{\underline{C}}:{\underline{\varepsilon}}\).
O cálculo usa um elemento tetraédrico de 10 nós com um tamanho de elemento \(\le\) de 8 µm.A agulha é modelada no vácuo, e o valor da mobilidade mecânica transferida (ms-1 N-1) é definido 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 peça de mão e \( \ tilde {F}_y\ vec {j }\) é uma força motriz complexa localizada na extremidade proximal do tubo, conforme mostrado na Figura 2b.Traduza a fluidez mecânica em decibéis (dB) usando o valor máximo como referência, ou seja, \(20\log _{10} (|\tilde{Y}|/ |\tilde{Y}_{max}|) \ ) .Todos os estudos FEM foram realizados na frequência de 29,75 kHz.
O desenho da agulha (Fig. 3) consiste em uma agulha hipodérmica convencional de calibre 21 (Cat. No. 4665643, Sterican\(^\circledR\), diâmetro externo 0,8 mm, comprimento 120 mm, aço inoxidável AISI 304 cromo-níquel aço, B. Braun Melsungen AG, Melsungen, Alemanha) equipado com uma luva plástica Luer Lock feita de polipropileno na extremidade proximal e adequadamente modificada na extremidade.O tubo da agulha é soldado ao guia de ondas conforme mostrado na Fig.Os guias de onda foram impressos em uma impressora 3D de aço inoxidável (aço inoxidável EOS 316L em uma impressora 3D EOS M 290, 3D Formtech Oy, Jyväskylä, Finlândia) e depois fixados ao sensor Langevin usando parafusos M4.O sensor Langevin consiste em 8 elementos de anel piezoelétricos carregados em ambas as extremidades com duas massas.
Os quatro tipos de pontas (foto), uma lanceta comercialmente disponível (L) e três chanfros axissimétricos de estágio único fabricados (AX1-3) foram caracterizados por comprimentos de chanfro (BL) de 4, 1,2 e 0,5 mm, respectivamente.(a) Close da ponta da agulha acabada.(b) Vista superior de quatro pinos soldados ao guia de ondas impresso em 3D e depois conectados ao sensor Langevin com parafusos M4.
Três pontas chanfradas axissimétricas (Fig. 3) foram fabricadas (TAs Machine Tools Oy) com comprimentos de chanfro (BL, conforme definido na Fig. 2a) de 4,0, 1,2 e 0,5 mm, correspondendo a \(\approx) 2 \(^ \ circ\), 7\(^\circ\) e 18\(^\circ\) respectivamente.A massa do guia de ondas e da agulha é de 3,4 ± 0,017 g (média ± dp, n = 4) para chanfros L e AX1-3, respectivamente (Quintix\(^\circledR\) 224 Design 2, Sartorius AG, Göttingen, Alemanha) .Para os chanfros L e AX1-3 da Figura 3b, o comprimento total da ponta da agulha até a extremidade da manga plástica foi de 13,7, 13,3, 13,3 e 13,3 cm, respectivamente.
Para todas as configurações de agulha, o comprimento da ponta da agulha até a ponta do guia de ondas (ou seja, até a área de solda) foi de 4,3 cm, e o tubo da agulha foi orientado com o corte para cima (ou seja, paralelo ao eixo Y) , conforme mostrado na figura.c (fig. 2).
Um script personalizado em MATLAB (R2019a, The MathWorks Inc., Massachusetts, EUA) rodando em um computador (Latitude 7490, Dell Inc., Texas, EUA) foi usado para gerar uma varredura senoidal linear de 25 a 35 kHz por 7 segundos, passagem Um conversor digital para analógico (DA) (Analog Discovery 2, Digilent Inc., Washington, EUA) converte em um sinal analógico.O sinal analógico \(V_0\) (0,5 Vp-p) foi então amplificado com um amplificador de radiofrequência (RF) dedicado (Mariachi Oy, Turku, Finlândia).A queda da tensão amplificada \({V_I}\) do amplificador de RF com uma impedância de saída de 50 ohms é alimentada a um transformador embutido na estrutura da agulha com uma impedância de entrada de 50 ohms.Os transdutores Langevin (transdutores piezoelétricos multicamadas resistentes dianteiros e traseiros) são usados para gerar ondas mecânicas.O amplificador de RF personalizado é equipado com um medidor de fator de potência de onda estacionária (SWR) de canal duplo que registra o incidente \({V_I}\) e a tensão amplificada refletida\(V_R\) no modo analógico para digital (AD).com taxa de amostragem de 300 kHz Conversor (analógico Discovery 2).O sinal de excitação é modulado em amplitude no início e no final para evitar sobrecarregar a entrada do amplificador com transientes.
Usando um script personalizado implementado no MATLAB, a função de resposta de frequência (FRF), ou seja, \(\tilde{H}(f)\), foi estimada offline usando um método de medição de varredura senoidal de dois canais (Fig. 4), que assume linearidade no tempo.sistema invariante.Além disso, um filtro passa-banda de 20 a 40 kHz é aplicado para remover quaisquer frequências indesejadas do sinal.Referindo-se à teoria das linhas de transmissão, neste caso \(\tilde{H}(f)\) é equivalente ao coeficiente de reflexão de tensão, ou seja, \(\rho _{V} \equiv {V_R}/{V_I}\ ) \) diminui para \({V_R}^ 2 /{V_I}^2\ ) é igual a \(|\rho _{V}|^2\).Nos casos em que são necessários valores absolutos de potência elétrica, a potência incidente \(P_I\) e a potência refletida \(P_R\) potência (W) são calculadas tomando o valor rms (rms) da tensão correspondente, por exemplo.para uma linha de transmissão com excitação senoidal \( P = {V}^2/(2Z_0)\)26, onde \(Z_0\) é igual a 50 \(\Omega\).A potência elétrica fornecida à carga \(P_T\) (ou seja, o meio inserido) pode ser calculada como \(|P_I – P_R |\) (W RMS), bem como a eficiência de transferência de potência (PTE) e porcentagem ( %) pode ser determinado como a forma é dada, então 27:
As frequências modais aciculares \(f_{1-3}\) (kHz) e seus correspondentes fatores de transferência de potência \(\text {PTE}_{1{-}3} \) são então estimados usando a FRF.FWHM (\(\text {FWHM}_{1{-}3}\), Hz) estimado diretamente de \(\text {PTE}_{1{-}3}\), da Tabela 1 Uma unilateral o espectro linear é obtido na frequência modal descrita \(f_{1-3}\).
Medição da resposta de frequência (AFC) de estruturas em agulha.Uma medição de varredura senoidal de dois canais25,38 é usada para obter a função de resposta em frequência \(\tilde{H}(f)\) e sua resposta ao impulso H(t).\({\mathcal {F}}\) e \({\mathcal {F}}^{-1}\) representam a transformada de Fourier do truncamento digital e seu inverso, respectivamente.\(\tilde{G}(f)\) significa o produto de dois sinais no domínio da frequência, por exemplo \(\tilde{G}_{XrX}\) significa o produto de varredura inversa\(\tilde{ X} r (f)\ ) e queda de tensão \(\tilde{X}(f)\) respectivamente.
Conforme mostrado na Figura 5, a câmera de alta velocidade (Phantom V1612, Vision Research Inc., NJ, EUA) está equipada com uma lente macro (MP-E 65mm, \(f\)/2.8, 1-5\).(\times\), Canon Inc., Tóquio, Japão), para registrar as deflexões da ponta durante a excitação de flexão (frequência única, sinusóide contínua) em frequências de 27,5-30 kHz.Para criar um mapa de sombras, um elemento resfriado de um LED branco de alta intensidade (número de peça: 4052899910881, LED branco, 3000 K, 4150 lm, Osram Opto Semiconductors GmbH, Regensburg, Alemanha) foi colocado atrás da ponta da agulha.
Vista frontal da configuração experimental.A profundidade é medida a partir da superfície do meio.A estrutura da agulha é fixada e montada em uma mesa de transferência motorizada.Use uma câmera de alta velocidade com lente de alta ampliação (5\(\x\)) para medir o desvio do ângulo oblíquo.Todas as dimensões são em milímetros.
Para cada tipo de bisel de agulha, registramos 300 quadros de uma câmera de alta velocidade medindo 128 \(\x\) 128 pixels, cada um com resolução espacial de 1/180 mm (\(\approx) 5 µm), com uma resolução temporal de 310.000 quadros por segundo.Conforme mostrado na Figura 6, cada quadro (1) é cortado (2) de forma que a ponta da agulha fique na última linha (parte inferior) do quadro, e o histograma da imagem (3) é calculado, então o Canny limites de 1 e 2 podem ser determinados.Em seguida, aplique a detecção de borda Canny 28(4) com o operador Sobel 3 \(\times\) 3 e calcule posições para pixels não hipotenusa (rotulados \(\mathbf {\times }\)) sem cavitação em 300 passos de tempo.Para determinar a faixa de deflexão da ponta, calcule a derivada (usando o algoritmo de diferença central) (6) e determine o quadro (7) que contém os extremos locais (ou seja, pico) da deflexão.Após uma inspeção visual da borda livre de cavitação, um par de quadros (ou dois quadros com intervalo de meio tempo) foi selecionado (7) e a deflexão da ponta foi medida (denotada como \(\mathbf {\times } \) ).O acima é implementado em Python (v3.8, Python Software Foundation, python.org) usando o algoritmo de detecção de borda OpenCV Canny (v4.5.1, biblioteca de visão computacional de código aberto, opencv.org).Finalmente, o fator de potência de deflexão (DPR, µm/W) é calculado como a razão entre a deflexão pico a pico e a potência elétrica transmitida \(P_T\) (Wrms).
Usando um algoritmo de 7 etapas (1-7), incluindo corte (1-2), detecção de borda Canny (3-4), cálculo, meça a posição do pixel da borda de deflexão da ponta usando uma série de quadros retirados de um alto- radar de velocidade a 310 kHz (5) e sua derivada temporal (6) e, finalmente, a faixa de deflexão da ponta é medida em pares de quadros verificados visualmente (7).
Medido em ar (22,4-22,9°C), água deionizada (20,8-21,5°C) e 10% (p/v) de gelatina balística aquosa (19,7-23,0°C , \(\text {Honeywell}^{ \ text { TM}}\) \(\text {Fluka}^{\text {TM}}\) Gelatina de ossos bovinos e suínos para análise balística tipo I, Honeywell International, Carolina do Norte, EUA).A temperatura foi medida com um amplificador de termopar tipo K (AD595, Analog Devices Inc., MA, EUA) e um termopar tipo K (Fluke 80PK-1 Bead Probe No. 3648 type-K, Fluke Corporation, Washington, EUA).Use um estágio de eixo Z motorizado vertical (8MT50-100BS1-XYZ, Standa Ltd., Vilnius, Lituânia) para medir a profundidade da superfície da mídia (definida como origem do eixo Z) com uma resolução de 5 μm por etapa.
Como o tamanho da amostra era pequeno (n = 5) e a normalidade não poderia ser assumida, o teste de soma de postos Wilcoxon bicaudal de duas amostras (R, v4.0.3, R Foundation for Statistical Computing, r-project.org) foi usado para comparar a quantidade de variação da ponta da agulha para vários chanfros.Foram feitas três comparações para cada inclinação, portanto foi aplicada uma correção de Bonferroni com nível de significância ajustado de 0,017 e taxa de erro de 5%.
É feita referência à Fig. 7 abaixo.Em 29,75 kHz, o meio comprimento de onda curvo (\(\lambda _y/2\)) de uma agulha de calibre 21 é \(\aproximadamente) 8 mm.O comprimento de onda de curvatura diminui ao longo da encosta à medida que se aproxima da ponta.Na ponta \(\lambda _y/2\) existem chanfros escalonados de 3, 1 e 7 mm, respectivamente, para lancetas comuns (a), assimétricas (b) e axissimétricas (c).Assim, isso significa que a lanceta diferirá em \(\cerca de\) 5 mm (devido ao fato dos dois planos da lanceta formarem um ponto de 29,30), a inclinação assimétrica variará em 7 mm, e a inclinação simétrica em 1 mm.Encostas axissimétricas (o centro de gravidade permanece o mesmo, portanto apenas a espessura da parede realmente muda ao longo do declive).
Aplicação do estudo FEM em 29,75 kHz e equação.(1) Calcule a mudança de meia onda de flexão (\(\lambda _y/2\)) para geometria oblíqua lanceta (a), assimétrica (b) e axissimétrica (c) (como na Fig. 1a,b,c).).A média \(\lambda_y/2\) para as inclinações lanceta, assimétrica e axissimétrica é 5,65, 5,17 e 7,52 mm, respectivamente.Observe que a espessura da ponta para chanfros assimétricos e axissimétricos é limitada a \(\aprox) 50 µm.
A mobilidade de pico \(|\tilde{Y}_{v_yF_y}|\) é uma combinação do comprimento ideal do tubo (TL) e do comprimento de inclinação (BL) (Fig. 8, 9).Para uma lanceta convencional, como seu tamanho é fixo, o TL ideal é \(\aprox\) 29,1 mm (Fig. 8).Para encostas assimétricas e axissimétricas (Fig. 9a, b, respectivamente), o estudo FEM incluiu BL de 1 a 7 mm, de modo que as faixas ideais de TL foram de 26,9 a 28,7 mm (faixa de 1,8 mm) e de 27,9 a 29,2 mm (faixa 1,3mm).) ), respectivamente.Para encostas assimétricas (Fig. 9a), o TL ideal aumentou linearmente, atingindo um platô em BL 4 mm, e depois diminuiu drasticamente de BL 5 para 7 mm.Para inclinações axissimétricas (Fig. 9b), o TL ideal aumenta linearmente com o alongamento do BL e finalmente estabiliza no BL de 6 a 7 mm.Um estudo extenso de inclinações axissimétricas (Fig. 9c) mostrou um conjunto diferente de LTs ideais localizados em \(\aproximadamente) 35,1–37,1 mm.Para todos os BLs, a distância entre dois conjuntos de TLs ideais é \(\approx\) 8 mm (equivalente a \(\lambda _y/2\)).
Mobilidade de transmissão da lanceta em 29,75 kHz.O tubo da agulha foi flexionado a uma frequência de 29,75 kHz, a vibração foi medida na extremidade e expressa como a quantidade de mobilidade mecânica transmitida (dB em relação ao valor máximo) para TL 26,5-29,5 mm (passo de 0,1 mm).
Estudos paramétricos do FEM na frequência de 29,75 kHz mostram que a mobilidade de transferência da ponta axissimétrica é menos afetada por mudanças no comprimento do tubo do que sua contraparte assimétrica.Estudos de comprimento de chanfro (BL) e comprimento de tubo (TL) para geometrias de chanfro assimétricas (a) e axissimétricas (b, c) em estudos de domínio de frequência usando FEM (as condições de contorno são mostradas na Figura 2).(a, b) TL variou de 26,5 a 29,5 mm (passo de 0,1 mm) e BL 1-7 mm (passo de 0,5 mm).(c) Estudo de ângulo oblíquo axissimétrico estendido incluindo TL 25-40 mm (passo de 0,05 mm) e 0,1-7 mm (passo de 0,1 mm) que revela a proporção desejada \(\lambda_y/2\). As condições de limite de movimento solto para uma ponta são satisfeitas.
A estrutura da agulha possui três frequências naturais \(f_{1-3}\) divididas em regiões modais baixa, média e alta conforme mostrado na Tabela 1. O tamanho do PTE é mostrado na Figura 10 e depois analisado na Figura 11. Abaixo estão os resultados para cada área modal:
Amplitudes típicas de eficiência de transferência de energia instantânea registrada (PTE) obtidas usando excitação senoidal com frequência varrida a uma profundidade de 20 mm para uma lanceta (L) e inclinações axissimétricas AX1-3 em ar, água e gelatina.Um espectro unilateral é mostrado.A resposta de frequência medida (taxa de amostragem de 300 kHz) foi filtrada passa-baixo e depois reduzida por um fator de 200 para análise modal.A relação sinal-ruído é \(\le\) 45 dB.A fase PTE (linha pontilhada roxa) é mostrada em graus (\(^{\circ}\)).
A análise da resposta modal é mostrada na Figura 10 (média ± desvio padrão, n = 5) para as inclinações L e AX1-3 em ar, água e gelatina a 10% (profundidade de 20 mm) com (superior) três regiões modais (baixa , médio, alto).) e suas frequências modais correspondentes\(f_{1-3}\) (kHz), eficiência energética (média)\(\text {PTE}_{1{-}3 }\) usa equações de projeto.(4) e (parte inferior) são a largura total na metade do valor máximo medido \(\text {FWHM}_{1{-}3}\) (Hz), respectivamente.Observe que ao registrar um PTE baixo, ou seja, no caso de uma inclinação AX2, a medição da largura de banda é omitida, \(\text {FWHM}_{1}\).O modo \(f_2\) é considerado o mais adequado para comparar a deflexão de planos inclinados, pois demonstra o mais alto nível de eficiência de transferência de potência (\(\text {PTE}_{2}\)), até 99% .
Primeira região modal: \(f_1\) não depende muito do tipo de mídia inserida, mas depende da geometria do chanfro.\(f_1\) diminui com a diminuição do comprimento do chanfro (27,1, 26,2 e 25,9 kHz para AX1-3, respectivamente, no ar).As médias regionais \(\text {PTE}_{1}\) e \(\text {FWHM}_{1}\) são \(\approx\) 81% e 230 Hz respectivamente.\(\text {FWHM}_{1}\) foi o mais alto na gelatina do Lancet (L, 473 Hz).Observe que \(\text {FWHM}_{1}\) para AX2 em gelatina não pode ser estimado devido à baixa magnitude das respostas de frequência relatadas.
A segunda região modal: \(f_2\) depende do tipo de pasta e mídia chanfrada.No ar, na água e na gelatina, os valores médios de \(f_2\) são 29,1, 27,9 e 28,5 kHz, respectivamente.O PTE desta região modal também atingiu 99%, o maior entre todos os grupos de medição, com média regional de 84%.A média da área \(\text {FWHM}_{2}\) é \(\approx\) 910 Hz.
Terceira região modal: \(f_3\) A frequência depende do tipo de meio de inserção e do bisel.Os valores médios \(f_3\) são 32,0, 31,0 e 31,3 kHz no ar, água e gelatina, respectivamente.\(\text {PTE}_{3}\) tem uma média regional de \(\aproximadamente\) 74%, a mais baixa de qualquer região.A média regional \(\text {FWHM}_{3}\) é \(\aproximadamente\) 1085 Hz, que é maior que a primeira e a segunda regiões.
O seguinte refere-se à Fig.12 e Tabela 2. A lanceta (L) foi a que mais desviou (com alta significância para todas as pontas, \(p<\) 0,017) tanto no ar quanto na água (Fig. 12a), alcançando o maior DPR (até 220 µm/ W no ar). 12 e Tabela 2. A lanceta (L) foi a que mais desviou (com alta significância para todas as pontas, \(p<\) 0,017) tanto no ar quanto na água (Fig. 12a), alcançando o maior DPR (até 220 µm/ W no ar). Selecione o ponto 12 e a tabela 2. A alavanca (L) abre a maior parte do seu corpo (com o seu valor definido para сех наконечников, \(p<\) 0,017) как в воздухе, так и в воде (рис. 12а), достигая самого высокого DPR . O seguinte se aplica à Figura 12 e à Tabela 2. A lanceta (L) foi a que mais desviou (com alta significância para todas as pontas, \(p<\) 0,017) tanto no ar quanto na água (Fig. 12a), alcançando o maior DPR.(faça 220 μm/W no ar).É feita referência à Figura 12 e à Tabela 2 abaixo.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，\(p<\) 0.017），实现最高DPR （空气中高达220 µm/W）。柳叶刀(L) tem a maior deflexão no ar e na água (图12a) (对所述尖端是对尖端是是电影,\(p<\) 0,017), e alcançou o DPR mais alto (até 220 µm/ W no ar). Ланцет (L) имеет наибольшее отклонение (весьма значимое для всех наконечников, \(p<\) 0,017) em воздухе и воде (рис. 2a), envio de um DPR de alta qualidade (até 220 мкм/Вт em воздухе). A lanceta (L) apresenta o maior desvio (altamente significativo para todas as pontas, \(p<\) 0,017) no ar e na água (Fig. 12a), atingindo o maior DPR (até 220 µm/W no ar). No ar, AX1 que teve maior BL, desviou mais que AX2–3 (com significância, \(p<\) 0,017), enquanto AX3 (que teve menor BL) desviou mais que AX2 com um DPR de 190 µm/W. No ar, AX1 que teve maior BL, desviou mais que AX2–3 (com significância, \(p<\) 0,017), enquanto AX3 (que teve menor BL) desviou mais que AX2 com um DPR de 190 µm/W. No caso do AX1, você deve usar BL para obter mais informações, como AX2–3 (com valor \(p<\) 0,017), assim como AX3 (com o mesmo valor BL) отклонялся больше, чем AX2 com DPR 190 мкм/Вт. No ar, AX1 com BL mais alto desviou mais que AX2–3 (com significância \(p<\) 0,017), enquanto AX3 (com BL mais baixo) desviou mais que AX2 com 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），而AX3（具有最低BL）的偏转大于AX2,DPR 为190 µm/W。 No ar, a deflexão de AX1 com BL mais alto é maior que a de AX2-3 (significativamente, \(p<\) 0,017), e a deflexão de AX3 (com BL mais baixo) é maior que a de AX2, DPR é 190 µm/W. No caso do AX1, o maior número de BL é maior que o AX2-3 (значимо, \(p<\) 0,017), assim como o AX3 (no mesmo caso ким BL) имеет большее отклонение, чем AX2 com DPR 190 мкм/Вт. No ar, AX1 com maior BL tem maior desvio que AX2-3 (significativo, \(p<\) 0,017), enquanto AX3 (com menor BL) tem maior desvio que AX2 com DPR de 190 μm/W. Na água a 20 mm, não foram encontradas diferenças significativas (\(p>\) 0,017) na deflexão e no PTE para AX1–3. Na água a 20 mm, não foram encontradas diferenças significativas (\(p>\) 0,017) na deflexão e no PTE para AX1–3. Em uma lâmpada de 20 mm disponível, a proporção (\(p>\) 0,017) para o programa e ФТР para AX1–3 não é compatível. Na água a uma profundidade de 20 mm, diferenças significativas (\(p>\) 0,017) na deflexão e FTR foram detectadas 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)。 Em 20 mm de água não houve diferença significativa entre AX1-3 e PTE (\(p>\) 0,017). O programa de 20 mm e PTE AX1-3 não é compatível (\(p>\) 0,017). Na profundidade de 20 mm a deflexão e o PTE AX1-3 não diferiram significativamente (\(p>\) 0,017).Os níveis de PTE na água (90,2–98,4%) foram geralmente mais elevados do que no ar (56–77,5%) (Fig. 12c), e o fenômeno da cavitação foi observado durante o experimento na água (Fig. 13, ver também adicional Informação).
Medições de amplitude de flexão da ponta (média ± desvio padrão, n = 5) para chanfros L e AX1-3 em ar e água (profundidade 20 mm) revelaram o efeito da alteração da geometria do chanfro.As medições são obtidas usando excitação sinusoidal contínua de frequência única.(a) Desvio de pico (\(u_y\vec {j}\)) no vértice, medido em (b) suas respectivas frequências modais \(f_2\).(c) Eficiência de transmissão de energia (PTE, rms, %) como equação.(4) e (d) Fator de potência de desvio (DPR, µm/W) calculado como desvio de pico e potência de transmissão \(P_T\) (Wrms).
Gráfico de sombra típico de uma câmera de alta velocidade mostrando a deflexão total da ponta da lanceta (linhas pontilhadas verdes e vermelhas) da lanceta (L) e da ponta axissimétrica (AX1-3) na água (profundidade 20 mm), meio ciclo, frequência de acionamento \(f_2\) (amostragem de frequência 310 kHz).A imagem capturada em tons de cinza tem dimensões de 128×128 pixels com um tamanho de pixel de \(\aproximadamente) 5 µm.O vídeo pode ser encontrado em informações adicionais.
Assim, modelamos a mudança no comprimento de onda de flexão (Fig. 7) e calculamos a mobilidade mecânica para transferência para combinações convencionais lanceoladas, assimétricas e axiais de comprimento e bisel do tubo (Fig. 8, 9).Geometria chanfrada simétrica.Com base neste último, estimamos a distância ideal da ponta à solda em 43 mm (ou \(\approx\) 2,75\(\lambda_y\) a 29,75 kHz) conforme mostrado na Figura 5, e fabricamos três chanfros axissimétricos com diferentes comprimentos de chanfro.Em seguida, caracterizamos suas respostas de frequência em comparação com lancetas convencionais em ar, água e gelatina balística a 10% (p/v) (Figuras 10, 11) e determinamos o melhor caso para comparar o modo de deflexão de inclinação.Finalmente, medimos a deflexão da ponta dobrando a onda no ar e na água a uma profundidade de 20 mm e quantificamos a eficiência de transferência de energia (PTE, %) e o fator de potência de deflexão (DPR, µm/W) do meio injetado para cada inclinação.tipo (Fig. 12).
Os resultados mostram que o eixo de inclinação da geometria afeta o desvio de amplitude do eixo da ponta.A lanceta apresentou a maior curvatura e também o maior DPR em comparação ao bisel axissimétrico, enquanto o bisel axissimétrico teve um desvio médio menor (Fig. 12). O bisel axissimétrico de 4 mm (AX1) com o maior comprimento de bisel, alcançou a maior deflexão estatisticamente significativa no ar (\(p < 0,017\), Tabela 2), em comparação com outras agulhas axissimétricas (AX2–3), mas não foram observadas diferenças significativas quando a agulha foi colocada na água. O bisel axissimétrico de 4 mm (AX1) com o maior comprimento de bisel, alcançou a maior deflexão estatisticamente significativa no ar (\(p < 0,017\), Tabela 2), em comparação com outras agulhas axissimétricas (AX2–3), mas não foram observadas diferenças significativas quando a agulha foi colocada na água. Escora de 4 mm (AX1), escora de linha fixa, distribuição de estatísticas отклонения в воздухе (\(p <0,017\), tabela 2) para trabalhar com o sistema operacional (AX2–3). O bisel axissimétrico de 4 mm (AX1), tendo o maior comprimento de bisel, alcançou um desvio maior estatisticamente significativo no ar (\(p < 0,017\), Tabela 2) em comparação com outras agulhas axissimétricas (AX2–3).mas não foram observadas diferenças significativas ao colocar a agulha na água.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) 在空气中实现了统计上显着的最高偏转(\(p < 0,017\),表2),但当将针头放入水中时,没有观察到显着差异。 Em comparação com outras agulhas axialmente simétricas (AX2-3), possui o ângulo oblíquo mais longo de 4 mm axialmente simétrico (AX1) no ar e alcançou deflexão máxima estatisticamente significativa (\(p < 0,017\), Tabela 2) , mas quando a agulha foi colocada na água não foi observada diferença significativa. Escora óptica de 4 mm (AX1) com escora dinâmica de alta qualidade онение в воздухе по сравнению с другими осесиметричными иглами (AX2-3) (\(p < 0,017\), tabela 2), não существенной Eu não sou assim. A inclinação axissimétrica com maior comprimento de inclinação de 4 mm (AX1) proporcionou um desvio máximo estatisticamente significativo no ar em comparação com as outras inclinações axissimétricas (AX2-3) (\(p < 0,017\), Tabela 2), mas não houve diferença significante.é observado quando a agulha é colocada na água.Assim, um comprimento de bisel maior não tem vantagens óbvias em termos de deflexão da ponta do pico.Levando isso em consideração, verifica-se que a geometria do talude, investigada neste estudo, tem maior influência na amplitude da deflexão do que o comprimento do talude.Isto pode estar relacionado com a rigidez à flexão, por exemplo, dependendo do material a ser dobrado e da espessura total da agulha de construção.
Em estudos experimentais, a magnitude da onda flexural refletida é afetada pelas condições de contorno da ponta.Quando a ponta da agulha foi inserida em água e gelatina, \(\text {PTE}_{2}\) obteve uma média de \(\approx\) 95% e \(\text {PTE}_{2}\) calculou a média dos valores são 73% e 77% (\text {PTE}_{1}\) e \(\text {PTE}_{3}\), respectivamente (Fig. 11).Isto indica que a transferência máxima de energia acústica para o meio de fundição (por exemplo, água ou gelatina) ocorre em \(f_2\).Comportamento semelhante foi observado em estudo anterior utilizando estruturas de dispositivos mais simples nas frequências de 41-43 kHz, onde os autores demonstraram o coeficiente de reflexão de tensão associado ao módulo mecânico do meio intercalado.A profundidade de penetração32 e as propriedades mecânicas do tecido proporcionam uma carga mecânica na agulha e, portanto, espera-se que influenciem o comportamento ressonante do UZeFNAB.Portanto, algoritmos de rastreamento de ressonância como 17, 18, 33 podem ser usados para otimizar a potência do som emitido através da caneta.
A modelagem do comprimento de onda de curvatura (Fig. 7) mostra que o axissimétrico tem maior rigidez estrutural (ou seja, maior rigidez à flexão) na ponta do que a lanceta e o bisel assimétrico.Derivado de (1) e usando a relação velocidade-frequência conhecida, estimamos a rigidez à flexão da lanceta, pontas assimétricas e axissimétricas como inclinações \(\aproximadamente) 200, 20 e 1500 MPa, respectivamente.Isso corresponde a (lambda _y) 5,3, 1,7 e 14,2 mm a 29,75 kHz, respectivamente (Fig. 7a-c).Considerando a segurança clínica do procedimento USeFNAB, a influência da geometria na rigidez do desenho do bisel precisa ser avaliada34.
O estudo dos parâmetros do bisel e do comprimento do tubo (Fig. 9) mostrou que a faixa ideal de TL para o assimétrico (1,8 mm) foi maior do que para o bisel axissimétrico (1,3 mm).Além disso, o platô de mobilidade varia de 4 a 4,5 mm e de 6 a 7 mm para inclinação assimétrica e axissimétrica, respectivamente (Fig. 9a, b).A relevância prática desta descoberta é expressa nas tolerâncias de fabricação, por exemplo, uma faixa inferior de TL ideal pode implicar na necessidade de maior precisão de comprimento.Ao mesmo tempo, a plataforma de rendimento proporciona uma maior tolerância para a escolha do comprimento do declive numa determinada frequência sem afectar significativamente o rendimento.
O estudo inclui as seguintes limitações.A medição direta da deflexão da agulha usando detecção de bordas e imagens de alta velocidade (Figura 12) significa que estamos limitados a meios opticamente transparentes, como ar e água.Gostaríamos também de salientar que não utilizamos experimentos para testar a mobilidade de transferência simulada e vice-versa, mas utilizamos estudos FEM para determinar o comprimento ideal da agulha fabricada.Do ponto de vista das limitações práticas, o comprimento da lanceta da ponta à manga é 0,4 cm maior do que outras agulhas (AX1-3), ver fig.3b.Isto pode ter afetado a resposta modal da estrutura acicular.Além disso, a forma e o volume da solda de chumbo do guia de ondas (ver Figura 3) podem afetar a impedância mecânica do design do pino, resultando em erros na impedância mecânica e no comportamento de flexão.
Finalmente, demonstramos experimentalmente que a geometria do bisel afeta a quantidade de deflexão no USeFNAB.Nas situações em que uma maior amplitude de deflexão pode ter um efeito positivo no efeito da agulha no tecido, por exemplo, na eficiência de corte após a punção, uma lanceta convencional pode ser recomendada para USeFNAB, pois proporciona a maior amplitude de deflexão, mantendo rigidez suficiente na ponta do desenho.Além disso, um estudo recente mostrou que uma maior deflexão da ponta pode aumentar os efeitos biológicos, como a cavitação, o que pode ajudar a desenvolver aplicações para intervenções cirúrgicas minimamente invasivas.Dado que foi demonstrado que o aumento da potência acústica total aumenta o rendimento da biópsia do USeFNAB13, são necessários mais estudos quantitativos do rendimento e da qualidade da amostra para avaliar o benefício clínico detalhado da geometria da agulha estudada.
Frable, WJ Biópsia aspirativa por agulha fina: uma revisão.Humph.Doente.14:9-28.https://doi.org/10.1016/s0046-8177(83)80042-2 (1983).
Horário da postagem: 13 de outubro de 2022