Vă mulțumim că ați vizitat Nature.com.Versiunea de browser pe care o utilizați are suport limitat pentru CSS.Pentru cea mai bună experiență, vă recomandăm să utilizați un browser actualizat (sau să dezactivați Modul de compatibilitate în Internet Explorer).Între timp, pentru a asigura suport continuu, vom reda site-ul fără stiluri și JavaScript.
S-a demonstrat recent că utilizarea ultrasunetelor crește randamentul țesuturilor în aspirația cu ac fin asistată de ultrasunete (USeFNAB) în comparație cu aspirația convențională cu ac fin (FNAB).Până în prezent, relația dintre geometria teșitului și mișcarea vârfului nu a fost studiată în detaliu.În acest studiu, am investigat proprietățile rezonanței acului și amplitudinii de deflexie pentru diferite geometrii de teșire a acului cu lungimi diferite de teșire.Folosind o lancetă teșită convențională de 3,9 mm, factorul de putere de deformare a vârfului (DPR) în aer și apă a fost de 220, respectiv 105 µm/W.Acesta este mai mare decât vârful teșit axisimetric de 4 mm, oferind 180 și 80 µm/W DPR în aer și respectiv apă.Acest studiu evidențiază importanța relației dintre rigiditatea la încovoiere a geometriei teșirii în contextul diferitelor mijloace de inserție și, prin urmare, poate oferi o perspectivă asupra metodelor de control al acțiunii de tăiere post-piercing prin modificarea geometriei teșirii acului, ceea ce este important.pentru o aplicație USeFNAB este critică.
Biopsia prin aspirație cu ac fin (FNA) este o metodă de obținere a probelor de țesut pentru o patologie suspectată1,2,3 folosind un ac.S-a demonstrat că vârful Franseen oferă performanțe de diagnosticare mai mari decât vârfurile convenționale Lancet4 și Menghini5.Pantele axisimetrice (adică circumferențiale) sunt, de asemenea, sugerate pentru a crește probabilitatea unor specimene adecvate din punct de vedere histopatologic.
În timpul unei biopsii, un ac este trecut prin straturi de piele și țesut pentru a avea acces la leziuni suspecte.Studii recente au arătat că ultrasunetele pot reduce forța de penetrare necesară pentru a accesa țesuturile moi7,8,9,10.S-a demonstrat că geometria teșirii acului afectează forțele de interacțiune ale acului, de exemplu, teșiturile mai lungi s-au dovedit a avea forțe de penetrare în țesut mai mici11.După ce acul a pătruns pe suprafața țesutului, adică după puncție, forța de tăiere a acului poate fi de 75% din forța de interacțiune a acului cu țesutul12.S-a demonstrat că în faza postpuncție, ultrasunetele (ultrasunetele) măresc eficiența biopsiei de diagnosticare a țesuturilor moi.Au fost dezvoltate și alte tehnici de biopsie osoasă îmbunătățită cu ultrasunete pentru prelevarea de probe de țesut dur, dar nu au fost raportate rezultate care să îmbunătățească randamentul biopsiei.Numeroase studii au confirmat, de asemenea, că deplasarea mecanică crește atunci când este supus la stres ultrasonic16,17,18.Deși există multe studii asupra forțelor statice axiale (longitudinale) în interacțiunile ac-țesut19,20, există studii limitate privind dinamica temporală și geometria teșirii acului sub FNAB ultrasonic (USeFNAB).
Scopul acestui studiu a fost de a investiga efectul diferitelor geometrii teșite asupra mișcării vârfului acului într-un ac acţionat de îndoire ultrasonică.În special, am investigat efectul mediului de injectare asupra deflexiunii vârfului acului după puncție pentru teșiturile acului tradiționale (adică, ace USeFNAB pentru diverse scopuri, cum ar fi aspirația selectivă sau achiziția de țesut moale.
În acest studiu au fost incluse diverse geometrii teșite.(a) Specificația Lancet respectă ISO 7864:201636 unde \(\alpha\) este teșitul primar, \(\theta\) este unghiul de rotație al teșiturii secundare și \(\phi\) este teșitul secundar unghi., la rotire, în grade (\(^\circ\)).(b) Teșituri liniare asimetrice cu o singură treaptă (numite „standard” în DIN 13097:201937) și (c) Teșituri liniare axisimetrice (circumferențiale) cu o singură treaptă.
Abordarea noastră începe prin a modela modificarea lungimii de undă de încovoiere de-a lungul teșirii pentru geometriile convenționale de lancet, axisimetrice și asimetrică cu o singură etapă.Apoi am calculat un studiu parametric pentru a examina efectul pantei și lungimii conductei asupra fluidității mecanice a transferului.Acest lucru este necesar pentru a determina lungimea optimă pentru realizarea unui ac prototip.Pe baza simulării s-au realizat prototipuri de ace, iar comportamentul lor rezonant a fost caracterizat experimental prin măsurarea coeficienților de reflexie a tensiunii și calcularea eficienței transferului de putere în aer, apă și gelatină balistică 10% (g/v), din care s-a determinat frecvența de operare. .În cele din urmă, imagistica de mare viteză este utilizată pentru a măsura direct deviația undei de îndoire la vârful acului în aer și apă, precum și pentru a estima puterea electrică furnizată la fiecare unghi oblic și geometria raportului puterii de deformare ( DPR) la mediul injectat..
După cum se arată în Figura 2a, utilizați un tub de calibrul 21 (0,80 mm OD, 0,49 mm ID, grosimea peretelui tubului 0,155 mm, perete standard) pentru a defini tubul ac cu lungimea tubului (TL) și unghiul de teșire (BL) în conformitate cu ISO 9626:201621) în oțel inoxidabil 316 (modulul Young 205 \(\text {GN/m}^{2}\), densitatea 8070 kg/m\(^{3}\) și raportul lui Poisson 0,275).
Determinarea lungimii de undă de încovoiere și reglarea modelului cu elemente finite (FEM) pentru condiții de acul și limită.(a) Determinarea lungimii teșirii (BL) și a lungimii conductei (TL).(b) Model tridimensional (3D) cu elemente finite (FEM) care utilizează o forță punctuală armonică \(\tilde{F}_y\vec {j}\) pentru a conduce acul proximal, a devia punctul și a măsura viteza la sfat (\ ( \tilde {u}_y\vec {j}\), \(\tilde{v}_y\vec {j}\)) pentru a calcula transferul fluidității mecanice.\(\lambda _y\) este definită ca lungimea de undă de încovoiere relativă la forța verticală \(\tilde{F}_y\vec {j}\).(c) Definiții ale centrului de greutate, ariei secțiunii transversale A și momentelor de inerție \(I_{xx}\) și \(I_{yy}\) în jurul axelor x și, respectiv.
După cum se arată în fig.2b,c, pentru un fascicul infinit (infinit) cu aria secțiunii transversale A și la o lungime de undă mai mare decât dimensiunea secțiunii transversale a fasciculului, viteza de fază îndoită (sau îndoită) \( c_{EI }\) este determinată de 22 :
unde E este modulul lui Young (\(\text {N/m}^{2}\)), \(\omega _0 = 2\pi f_0\) este frecvența unghiulară de excitație (rad/s), unde \( f_0 \ ) este frecvența liniară (1/s sau Hz), I este momentul de inerție al zonei din jurul axei de interes\((\text {m}^{4})\), \(m'=\ rho _0 A\ ) este masa pe unitatea de lungime (kg/m), unde \(\rho _0\) este densitatea\((\text {kg/m}^{3})\) și A este crucea secțiunea zonei fasciculului (planul xy) (\(\ text {m}^{2}\)).Deoarece forța aplicată în exemplul nostru este paralelă cu axa verticală y, adică \(\tilde{F}_y\vec {j}\), ne interesează doar momentul regional de inerție în jurul axei x orizontale, adică \(I_{xx}\), deci:
Pentru modelul cu elemente finite (FEM), se presupune o deplasare armonică pură (m), deci accelerația (\(\text {m/s}^{2}\)) este exprimată ca \(\partial ^2 \vec { u}/ \ parțial t^2 = -\omega ^2\vec {u}\) ca \(\vec {u}(x, y, z, t): = u_x\vec {i} + u_y\ vec {j } + u_z\vec {k}\) este un vector de deplasare tridimensional dat în coordonate spațiale.În locul acestuia din urmă, în conformitate cu implementarea sa în pachetul software COMSOL Multiphysics (versiunile 5.4-5.5, COMSOL Inc., Massachusetts, SUA), forma lagrangiană cu deformare finită a legii echilibrului de impuls este dată după cum urmează:
unde \(\vec {\nabla}:= \frac{\partial}}{\partial x}\vec {i} + \frac{\partial}}{\partial y}\vec {j} + \frac{ \partial }{\partial z}\vec {k}\) este operatorul de divergență tensorală, \({\underline{\sigma}}\) este al doilea tensor al tensiunii Piola-Kirchhoff (de ordinul doi, \(\ text { N/ m}^{2}\)) și \(\vec {F_V}:= F_{V_x}\vec {i}+ F_{V_y}\vec {j}+ F_{V_z}\vec {k} \) este vectorul forță al corpului (\(\text {N/m}^{3}\)) pentru fiecare volum deformat și \(e^{j\phi }\) este vectorul unghiului de fază\(\phi \ ) ( bucuros).În cazul nostru, forța de volum a corpului este zero, modelul nostru presupune liniaritate geometrică și o mică deformație pur elastică, adică , unde \({\underline{\varepsilon}}^{el}\) și \({\underline {\varepsilon}}\) sunt deformarea elastică și respectiv deformarea totală (de ordinul doi, adimensională).Tensorul de elasticitate izotrop constitutiv al lui Hooke \(\underline{\underline{C}}\) este calculat folosind modulul E al lui Young (\(\text {N/m}^{2}\)) și se determină raportul lui Poisson v, deci ie \(\underline{\underline{C}}:=\underline{\underline{C}}(E,v)\) (de ordinul al patrulea).Deci calculul tensiunii devine \({\underline{\sigma}} := \underline{\underline{C}}:{\underline{\varepsilon}}\).
Calculul folosește un element tetraedric cu 10 noduri cu o dimensiune a elementului \(\le\) de 8 µm.Acul este modelat în vid, iar valoarea mobilității mecanice transferate (ms-1 N-1) este definită ca \(|\tilde{Y}_{v_yF_y}|= |\tilde{v}_y\vec { j}|/ |\ tilde{F}_y\vec {j}|\)24, unde \(\tilde{v}_y\vec {j}\) este viteza complexă de ieșire a piesei de mână și \( \ tilde {F}_y\vec {j}\) este o forță motrice complexă situată la capătul proximal al tubului, așa cum se arată în Figura 2b.Traduceți fluiditatea mecanică în decibeli (dB) folosind valoarea maximă ca referință, adică \(20\log _{10} (|\tilde{Y}|/ |\tilde{Y}_{max}|) \ ) .Toate studiile FEM au fost efectuate la o frecvență de 29,75 kHz.
Designul acului (Fig. 3) constă dintr-un ac hipodermic convențional de calibrul 21 (Nr. cat. 4665643, Sterican\(^\circledR\), diametrul exterior 0,8 mm, lungime 120 mm, crom-nichel inoxidabil AISI 304 oțel , B. Braun Melsungen AG, Melsungen, Germania) echipat cu un manșon de plastic Luer Lock din polipropilenă la capătul proximal și modificat corespunzător la capăt.Tubul acului este lipit la ghidajul de undă așa cum se arată în Fig. 3b.Ghidurile de undă au fost imprimate pe o imprimantă 3D din oțel inoxidabil (oțel inoxidabil EOS 316L pe o imprimantă 3D EOS M 290, 3D Formtech Oy, Jyväskylä, Finlanda) și apoi atașate la senzorul Langevin folosind șuruburi M4.Senzorul Langevin este format din 8 elemente piezoelectrice inelare încărcate la ambele capete cu două mase.
Cele patru tipuri de vârfuri (foto), o lancetă disponibilă în comerț (L) și trei teșituri axisimetrice cu o singură etapă fabricate (AX1-3) au fost caracterizate prin lungimi de teșire (BL) de 4, 1,2 și, respectiv, 0,5 mm.(a) Prim-plan al vârfului acului finit.(b) Vedere de sus a patru pini lipiți la ghidul de undă imprimat 3D și apoi conectați la senzorul Langevin cu șuruburi M4.
Au fost fabricate trei vârfuri teșite axisimetrice (Fig. 3) (TAs Machine Tools Oy) cu lungimi de teșire (BL, așa cum este definit în Fig. 2a) de 4,0, 1,2 și 0,5 mm, corespunzătoare \(\approx) 2 \(^ \ circ\), 7\(^\circ\) și respectiv 18\(^\circ\).Masa ghidului de undă și a acului este de 3,4 ± 0,017 g (media ± sd, n = 4) pentru teșiturile L și, respectiv, AX1-3 (Quintix\(^\circledR\) 224 Design 2, Sartorius AG, Göttingen, Germania) .Pentru teșiturile L și AX1-3 din Figura 3b, lungimea totală de la vârful acului până la capătul manșonului de plastic a fost de 13,7, 13,3, 13,3 și, respectiv, 13,3 cm.
Pentru toate configurațiile de ac, lungimea de la vârful acului până la vârful ghidului de undă (adică până la zona de sudare) a fost de 4,3 cm, iar tubul acului a fost orientat cu tăietura în sus (adică, paralel cu axa Y) , după cum se arată în figură.c (Fig. 2).
Un script personalizat în MATLAB (R2019a, The MathWorks Inc., Massachusetts, SUA) care rulează pe un computer (Latitude 7490, Dell Inc., Texas, SUA) a fost folosit pentru a genera o baleiaj sinusoidal liniar de la 25 la 35 kHz timp de 7 secunde, trecere Un convertor digital-analogic (DA) (Analog Discovery 2, Digilent Inc., Washington, SUA) se convertește într-un semnal analogic.Semnalul analogic \(V_0\) (0,5 Vp-p) a fost apoi amplificat cu un amplificator de radiofrecvență (RF) dedicat (Mariachi Oy, Turku, Finlanda).Tensiunea amplificată în scădere \({V_I}\) de la amplificatorul RF cu o impedanță de ieșire de 50 ohmi este alimentată la un transformator încorporat în structura acului cu o impedanță de intrare de 50 ohmi.Traductoarele Langevin (transductoare piezoelectrice multistrat de mare capacitate față și spate) sunt utilizate pentru a genera unde mecanice.Amplificatorul RF personalizat este echipat cu un contor dublu canal pentru factorul de putere a undelor staționare (SWR) care înregistrează incidentul \({V_I}\) și tensiunea amplificată reflectată\(V_R\) în modul analog-digital (AD).cu o rată de eșantionare de 300 kHz Converter (analogic Discovery 2).Semnalul de excitație este modulat în amplitudine la început și la sfârșit pentru a preveni supraîncărcarea intrării amplificatorului cu tranzitorii.
Folosind un script personalizat implementat în MATLAB, funcția de răspuns în frecvență (FRF), adică \(\tilde{H}(f)\), a fost estimată offline folosind o metodă de măsurare a baleiajului sinusoidal cu două canale (Fig. 4), care presupune liniaritatea în timp.sistem invariant.În plus, se aplică un filtru trece-bandă de 20 până la 40 kHz pentru a elimina orice frecvențe nedorite din semnal.Referindu-ne la teoria liniilor de transmisie, în acest caz \(\tilde{H}(f)\) este echivalent cu coeficientul de reflexie a tensiunii, adică \(\rho _{V} \equiv {V_R}/{V_I}\ ) \) scade la \({V_R}^ 2 /{V_I}^2\ ) este egal cu \(|\rho _{V}|^2\).În cazurile în care sunt necesare valori absolute ale puterii electrice, puterea incidentă \(P_I\) și puterea reflectată \(P_R\) puterea (W) sunt calculate luând valoarea efectivă (rms) a tensiunii corespunzătoare, de exemplu.pentru o linie de transmisie cu excitație sinusoidală \( P = {V}^2/(2Z_0)\)26, unde \(Z_0\) este egal cu 50 \(\Omega\).Puterea electrică furnizată sarcinii \(P_T\) (adică mediul introdus) poate fi calculată ca \(|P_I – P_R |\) (W RMS), precum și eficiența transferului de putere (PTE) și procentul ( %) poate fi determinat cum este dată forma, deci 27:
Frecvențele modale aciculare \(f_{1-3}\) (kHz) și factorii corespunzători lor de transfer de putere \(\text {PTE}_{1{-}3} \) sunt apoi estimate folosind FRF.FWHM (\(\text {FWHM}_{1{-}3}\), Hz) estimat direct din \(\text {PTE}_{1{-}3}\), din Tabelul 1 A unilateral spectrul liniar se obține la frecvența modală descrisă \(f_{1-3}\).
Măsurarea răspunsului în frecvență (AFC) al structurilor acului.O măsurătoare sinusoidală cu două canale25,38 este utilizată pentru a obține funcția de răspuns în frecvență \(\tilde{H}(f)\) și răspunsul său la impuls H(t).\({\mathcal {F}}\) și \({\mathcal {F}}^{-1}\) reprezintă transformata Fourier a trunchierii digitale și, respectiv, inversa acesteia.\(\tilde{G}(f)\) înseamnă produsul a două semnale din domeniul frecvenței, de exemplu, \(\tilde{G}_{XrX}\) înseamnă produsul de scanare inversă\(\tilde{ X} r (f)\ ) și respectiv tensiunea de cădere \(\tilde{X}(f)\).
După cum se arată în Figura 5, camera de mare viteză (Phantom V1612, Vision Research Inc., NJ, SUA) este echipată cu un obiectiv macro (MP-E 65 mm, \(f\)/2,8, 1-5\).(\times\), Canon Inc., Tokyo, Japonia), pentru a înregistra deviațiile vârfului în timpul excitației de îndoire (sinusoid continuu, cu o singură frecvență) la frecvențe de 27,5-30 kHz.Pentru a crea o hartă în umbră, în spatele vârfului acului a fost plasat un element răcit dintr-un LED alb de intensitate mare (număr de piesă: 4052899910881, LED alb, 3000 K, 4150 lm, Osram Opto Semiconductors GmbH, Regensburg, Germania).
Vedere frontală a configurației experimentale.Adâncimea este măsurată de la suprafața mediului.Structura acului este prinsă și montată pe o masă de transfer motorizată.Utilizați o cameră de mare viteză cu o lentilă de mărire mare (5\(\x\)) pentru a măsura abaterea unghiului oblic.Toate dimensiunile sunt in milimetri.
Pentru fiecare tip de teșire a acului, am înregistrat 300 de cadre ale unei camere de mare viteză care măsoară 128 \(\x\) 128 pixeli, fiecare cu o rezoluție spațială de 1/180 mm (\(\aprox.) 5 µm), cu o rezoluție temporală de 310.000 de cadre pe secundă.După cum se arată în Figura 6, fiecare cadru (1) este decupat (2) astfel încât vârful acului să fie în ultima linie (de jos) a cadrului și este calculată histograma imaginii (3), astfel încât Canny pot fi determinate praguri de 1 și 2.Apoi aplicați detectarea marginilor Canny 28(4) cu operatorul Sobel 3 \(\times\) 3 și calculați pozițiile pentru pixeli fără ipotenuză (etichetați \(\mathbf {\times }\)) fără cavitație 300 de pași de timp.Pentru a determina intervalul de deformare a vârfului, calculați derivata (folosind algoritmul de diferență centrală) (6) și determinați cadrul (7) care conține extremele locale (adică vârful) de deformare.După o inspecție vizuală a marginii fără cavitație, a fost selectată o pereche de cadre (sau două cadre cu un interval de jumătate de timp) (7) și a fost măsurată deformarea vârfului (notat ca \(\mathbf {\times } \) ).Cele de mai sus sunt implementate în Python (v3.8, Python Software Foundation, python.org) folosind algoritmul de detectare a marginilor OpenCV Canny (v4.5.1, biblioteca open source computer vision, opencv.org).În cele din urmă, factorul de putere de deviație (DPR, µm/W) este calculat ca raport dintre deviația vârf la vârf și puterea electrică transmisă \(P_T\) (Wrms).
Folosind un algoritm în 7 pași (1-7), inclusiv decuparea (1-2), detectarea marginilor Canny (3-4), calcul, măsurați poziția pixelului marginii de deviere a vârfului folosind o serie de cadre luate de la un camera de viteză la 310 kHz ( 5) și derivata sa în timp (6) și, în sfârșit, intervalul de deviere a vârfului este măsurat pe perechi de cadre verificate vizual (7).
Măsurat în aer (22,4-22,9°C), apă deionizată (20,8-21,5°C) și 10% (g/v) gelatină balistică apoasă (19,7-23,0°C , \(\text {Honeywell}^{ \ text { TM}}\) \(\text {Fluka}^{\text {TM}}\) Gelatina de oase de bovine și de porc pentru analiza balistică de tip I, Honeywell International, Carolina de Nord, SUA).Temperatura a fost măsurată cu un amplificator de termocuplu de tip K (AD595, Analog Devices Inc., MA, SUA) și un termocuplu de tip K (sondă Fluke 80PK-1 Bead No. 3648 tip K, Fluke Corporation, Washington, SUA).Utilizați o etapă cu axa Z motorizată verticală (8MT50-100BS1-XYZ, Standa Ltd., Vilnius, Lituania) pentru a măsura adâncimea de la suprafața suportului (setată ca origine a axei Z) cu o rezoluție de 5 µm pe pas.
Deoarece dimensiunea eșantionului a fost mică (n = 5) și normalitatea nu a putut fi presupusă, a fost utilizat testul sumei de rang Wilcoxon cu două eșantioane și două cozi (R, v4.0.3, R Foundation for Statistical Computing, r-project.org). pentru a compara cantitatea de variație a vârfului acului pentru diferite teșituri.Au fost făcute trei comparații pentru fiecare pantă, astfel încât a fost aplicată o corecție Bonferroni cu un nivel de semnificație ajustat de 0,017 și o rată de eroare de 5%.
Se face referire la Fig. 7 de mai jos.La 29,75 kHz, jumătatea lungimii de undă curbată (\(\lambda _y/2\)) a unui ac de calibrul 21 este \(\aproximativ) 8 mm.Lungimea de undă de încovoiere scade de-a lungul pantei pe măsură ce se apropie de vârf.La vârful \(\lambda _y/2\) există teșiri trepte de 3, 1 și, respectiv, 7 mm, pentru lancetele obișnuite (a), asimetrice (b) și axisimetrice (c).Astfel, aceasta înseamnă că lanceta va diferi cu \(\aproximativ\) 5 mm (datorită faptului că cele două plane ale lancetei formează un punct de 29,30), panta asimetrică va varia cu 7 mm, iar panta simetrică. cu 1 mm.Pantele axisimetrice (centrul de greutate rămâne același, deci doar grosimea peretelui se modifică de-a lungul pantei).
Aplicarea studiului FEM la 29,75 kHz și a ecuației.(1) Calculați schimbarea semi-undă de încovoiere (\(\lambda _y/2\)) pentru geometria oblică asimetrică (a), asimetrică (b) și axisimetrică (c) (ca în Fig. 1a,b,c).).Media \(\lambda_y/2\) pentru pantele lancete, asimetrice și axisimetrice este de 5,65, 5,17 și, respectiv, 7,52 mm.Rețineți că grosimea vârfului pentru teșiturile asimetrice și axisimetrice este limitată la \(\aprox.) 50 µm.
Mobilitatea de vârf \(|\tilde{Y}_{v_yF_y}|\) este o combinație de lungime optimă a tubului (TL) și lungimea de înclinare (BL) (Fig. 8, 9).Pentru o lancetă convențională, deoarece dimensiunea sa este fixă, TL optimă este \(\aprox\) 29,1 mm (Fig. 8).Pentru pante asimetrice și axisimetrice (Fig. 9a, b, respectiv), studiul FEM a inclus BL de la 1 la 7 mm, astfel încât intervalele optime de TL au fost de la 26,9 la 28,7 mm (interval 1,8 mm) și de la 27,9 la 29,2 mm (interval 1,3 mm).) ), respectiv.Pentru pante asimetrice (Fig. 9a), TL optim a crescut liniar, atingând un platou la BL 4 mm, iar apoi a scăzut brusc de la BL 5 la 7 mm.Pentru pante axisimetrice (Fig. 9b), TL optim crește liniar cu alungirea BL și în final se stabilizează la BL de la 6 la 7 mm.Un studiu extins al pantelor axisimetrice (Fig. 9c) a arătat un set diferit de TL-uri optime situate la \(\aproximativ) 35,1–37,1 mm.Pentru toate BL-urile, distanța dintre două seturi de TL-uri optime este \(\aprox\) 8 mm (echivalent cu \(\lambda _y/2\)).
Mobilitatea transmisiei lancetei la 29,75 kHz.Tubul acului a fost îndoit la o frecvență de 29,75 kHz, vibrația a fost măsurată la capăt și exprimată ca cantitatea de mobilitate mecanică transmisă (dB raportat la valoarea maximă) pentru TL 26,5-29,5 mm (pas de 0,1 mm).
Studiile parametrice ale FEM la o frecvență de 29,75 kHz arată că mobilitatea de transfer a vârfului axisimetric este mai puțin afectată de modificările lungimii tubului decât omologul său asimetric.Studii privind lungimea teșitului (BL) și lungimea conductei (TL) pentru geometriile teșite asimetrice (a) și axisimetrice (b, c) în studiile domeniului de frecvență folosind FEM (condițiile la limită sunt prezentate în Figura 2).(a, b) TL a variat de la 26,5 la 29,5 mm (pas de 0,1 mm) și BL 1-7 mm (pas de 0,5 mm).(c) Studiu de unghi oblic axisimetric extins, incluzând TL 25-40 mm (pas de 0,05 mm) și 0,1-7 mm (pas de 0,1 mm), care dezvăluie raportul dorit \(\lambda_y/2\) Condițiile limită de mișcare liberă pentru un vârf sunt îndeplinite.
Structura acului are trei frecvențe naturale \(f_{1-3}\) împărțite în regiuni modale joase, medii și înalte, așa cum se arată în Tabelul 1. Mărimea PTE este prezentată în Figura 10 și apoi analizată în Figura 11. Mai jos sunt rezultate pentru fiecare zonă modală:
Amplitudini tipice înregistrate ale eficienței transferului de putere instantaneu (PTE) obținute folosind excitația sinusoidală cu frecvență de baleiaj la o adâncime de 20 mm pentru o lancetă (L) și pante axisimetrice AX1-3 în aer, apă și gelatină.Este prezentat un spectru unilateral.Răspunsul în frecvență măsurat (frecvența de eșantionare de 300 kHz) a fost filtrat cu trecere jos și apoi eșantionat cu un factor de 200 pentru analiza modală.Raportul semnal-zgomot este \(\le\) 45 dB.Faza PTE (linia punctată violet) este afișată în grade (\(^{\circ}\)).
Analiza răspunsului modal este prezentată în Figura 10 (media ± abaterea standard, n = 5) pentru pantele L și AX1-3 în aer, apă și gelatină 10% (adâncime de 20 mm) cu (sus) trei regiuni modale (scăzută). , mediu, ridicat).), și frecvențele lor modale corespunzătoare\(f_{1-3}\) (kHz), eficiența energetică (medie)\(\text {PTE}_{1{-}3 }\) utilizează ecuații de proiectare.(4) și (jos) sunt lățimea completă la jumătate din valoarea maximă măsurată \(\text {FWHM}_{1{-}3}\) (Hz), respectiv.Rețineți că la înregistrarea unui PTE scăzut, adică în cazul unei pante AX2, măsurarea lățimii de bandă este omisă, \(\text {FWHM}_{1}\).Modul \(f_2\) este considerat a fi cel mai potrivit pentru a compara deviația planurilor înclinate, deoarece demonstrează cel mai înalt nivel de eficiență a transferului de putere (\(\text {PTE}_{2}\)), până la 99%.
Prima regiune modală: \(f_1\) nu depinde foarte mult de tipul de suport introdus, dar depinde de geometria teșirii.\(f_1\) scade odată cu scăderea lungimii teșirii (27,1, 26,2 și, respectiv, 25,9 kHz pentru AX1-3, în aer).Mediile regionale \(\text {PTE}_{1}\) și \(\text {FWHM}_{1}\) sunt \(\approx\) 81% și, respectiv, 230 Hz.\(\text {FWHM}_{1}\) a fost cel mai mare conținut de gelatină de la Lancet (L, 473 Hz).Rețineți că \(\text {FWHM}_{1}\) pentru AX2 în gelatină nu poate fi estimat din cauza magnitudinii scăzute a răspunsurilor în frecvență raportate.
A doua regiune modală: \(f_2\) depinde de tipul de pastă și de mediul teșit.În aer, apă și gelatină, valorile medii \(f_2\) sunt de 29,1, 27,9 și, respectiv, 28,5 kHz.PTE pentru această regiune modală a atins, de asemenea, 99%, cel mai mare dintre toate grupurile de măsurare, cu o medie regională de 84%.Media zonei \(\text {FWHM}_{2}\) este \(\aproximativ\) 910 Hz.
A treia regiune modală: \(f_3\) Frecvența depinde de tipul de mediu de inserție și de teșire.Valorile medii \(f_3\) sunt 32,0, 31,0 și 31,3 kHz în aer, apă și respectiv gelatină.\(\text {PTE}_{3}\) are o medie regională de \(\aproximativ\) 74%, cea mai scăzută dintre toate regiunile.Media regională \(\text {FWHM}_{3}\) este \(\aproximativ\) 1085 Hz, ceea ce este mai mare decât prima și a doua regiune.
Următoarele se referă la Fig.12 și Tabelul 2. Lanceta (L) a deviat cel mai mult (cu semnificație mare pentru toate vârfurile, \(p<\) 0,017) atât în aer cât și în apă (Fig. 12a), obținând cel mai mare DPR (până la 220 µm/). W în aer). 12 și Tabelul 2. Lanceta (L) a deviat cel mai mult (cu semnificație mare pentru toate vârfurile, \(p<\) 0,017) atât în aer cât și în apă (Fig. 12a), obținând cel mai mare DPR (până la 220 µm/). W în aer). Следующее относится к рисунку 12 и таблице 2. Ланцет (L) отклонялся больше всего сочо всего ех наконечников, \(p<\) 0,017) как в воздухе, так и в воде (рис. 12а), достигая самого высокого высокого . Următoarele se aplică pentru Figura 12 și Tabelul 2. Lanceta (L) a fost deviată cel mai mult (cu semnificație ridicată pentru toate vârfurile, \(p<\) 0,017) atât în aer cât și în apă (Fig. 12a), obținând cel mai mare DPR .(do 220 μm/W în aer).Se face referire la Figura 12 și Tabelul 2 de mai jos.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义Ｎ）（（（对所有尖端具有高度意乎））））））最高DPR （空气中高达220 µm/W）。柳叶刀(L) are cea mai mare deflexie în aer și apă (图12a) (对所述尖端是对尖端是是电影,\(p<\) 0,017) și a atins cel mai mare DPR (până la µm 220) W în aer). Ланцет (L) имеет наибольшее отклонение (весьма значимое для всех наконечников, \(p<\) весьма значимое для всех наконечников, \(p<\) весьма значимое для всех наконечников, \(p<\) ванцет . 12а), достигая самого высокого DPR (до 220 мкм/Вт воздухе). Lanceta (L) are cea mai mare abatere (foarte semnificativă pentru toate vârfurile, \(p<\) 0,017) în aer și apă (Fig. 12a), atingând cea mai mare DPR (până la 220 µm/W în aer). În aer, AX1 care a avut BL mai mare, a deviat mai mult decât AX2–3 (cu semnificație, \(p<\) 0,017), în timp ce AX3 (care a avut cel mai mic BL) a deviat mai mult decât AX2 cu un DPR de 190 µm/W. În aer, AX1 care a avut BL mai mare, a deviat mai mult decât AX2–3 (cu semnificație, \(p<\) 0,017), în timp ce AX3 (care a avut cel mai mic BL) a deviat mai mult decât AX2 cu un DPR de 190 µm/W. В воздухе AX1 с более высоким BL отклонялся выше, чем AX2–3 (со значимостью \(p<\) 0,017 сонялся выше, чем AX2-3 м BL) отклонялся больше, чем AX2 с DPR 190 мкм/Вт. În aer, AX1 cu BL mai mare a deviat mai mult decât AX2–3 (cu semnificație \(p<\) 0,017), în timp ce AX3 (cu cel mai mic BL) a deviat mai mult decât AX2 cu 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。 În aer, deviația lui AX1 cu BL mai mare este mai mare decât cea a AX2-3 (în mod semnificativ, \(p<\) 0,017), iar deviația AX3 (cu BL mai scăzut) este mai mare decât cea a AX2, DPR este 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 0,01AXд), (см 0,01AXд), зким BL) имеет большее отклонение, чем AX2 с DPR 190 мкм/Вт. În aer, AX1 cu BL mai mare are o abatere mai mare decât AX2-3 (semnificativ, \(p<\) 0,017), în timp ce AX3 (cu cel mai mic BL) are o abatere mai mare decât AX2 cu DPR de 190 μm/W. În apă la 20 mm, nu s-au găsit diferențe semnificative (\(p>\) 0,017) în deformare și PTE pentru AX1–3. În apă la 20 mm, nu s-au găsit diferențe semnificative (\(p>\) 0,017) în deformare și PTE pentru AX1–3. В воде на глубине 20 мм достоверных различий (\(p>\) 0,017) по прогибу и ФТР для AX1–3 наруж 3 . În apă la o adâncime de 20 mm, s-au detectat diferențe semnificative (\(p>\) 0,017) în deformare și FTR pentru AX1–3.在20 mm 的水中，AX1-3 的挠度和PTE 没有显着差异(\(p>\) 0,017)。 În 20 mm de apă, nu a existat nicio diferență semnificativă între AX1-3 și PTE (\(p>\) 0,017). На глубине 20 мм прогиб и PTE AX1-3 существенно не отличались (\(p>\) 0,017). La adâncimea de 20 mm deformarea și PTE AX1-3 nu au diferit semnificativ (\(p>\) 0,017).Nivelurile de PTE în apă (90,2–98,4%) au fost în general mai mari decât în aer (56–77,5%) (Fig. 12c), iar fenomenul de cavitație a fost observat în timpul experimentului în apă (Fig. 13, vezi și adițional). informație).
Măsurătorile amplitudinii de îndoire a vârfului (medie ± abatere standard, n = 5) pentru teșiturile L și AX1-3 în aer și apă (adâncime 20 mm) au relevat efectul modificării geometriei teșiturii.Măsurătorile sunt obținute folosind excitație sinusoidală continuă de o singură frecvență.(a) Deviația de vârf (\(u_y\vec {j}\)) la vârf, măsurată la (b) frecvențele lor modale respective \(f_2\).(c) Eficiența transmisiei de putere (PTE, rms, %) ca ecuație.(4) și (d) Factorul de putere de abatere (DPR, µm/W) calculat ca abatere de vârf și putere de transmisie \(P_T\) (Wrms).
Graficul umbră tipic al unei camere de mare viteză care arată deviația totală a vârfului lancetei (linii punctate verzi și roșii) a lancetei (L) și vârfului axisimetric (AX1-3) în apă (adâncime 20 mm), jumătate de ciclu, frecvența de antrenare \(f_2\) (frecvență de eșantionare 310 kHz).Imaginea în tonuri de gri capturată are dimensiuni de 128×128 pixeli cu o dimensiune a pixelilor de \(\aproximativ) 5 µm.Videoclipul poate fi găsit în informații suplimentare.
Astfel, am modelat modificarea lungimii de undă de încovoiere (Fig. 7) și am calculat mobilitatea mecanică pentru transfer pentru combinații convenționale lanceolate, asimetrice și axiale de lungime a tubului și teșire (Fig. 8, 9).Geometrie teșită simetrică.Pe baza acestora din urmă, am estimat distanța optimă între vârf și sudură la 43 mm (sau \(\aprox.) 2,75\(\lambda_y\) la 29,75 kHz) așa cum se arată în Figura 5 și am fabricat trei teșituri axisimetrice cu diferite lungimi de teșire.Apoi le-am caracterizat răspunsurile în frecvență în comparație cu lancetele convenționale în aer, apă și gelatină balistică de 10% (g/v) (Figurile 10, 11) și am determinat cel mai bun caz pentru compararea modului de deviere a înclinării.În cele din urmă, am măsurat deviația vârfului prin val de îndoire în aer și apă la o adâncime de 20 mm și am cuantificat eficiența transferului de putere (PTE, %) și factorul de putere de deformare (DPR, µm/W) al mediului injectat pentru fiecare înclinare.tip (Fig. 12).
Rezultatele arată că axa de înclinare a geometriei afectează deviația de amplitudine a axei vârfului.Lanceta a avut cea mai mare curbură și, de asemenea, cea mai mare DPR în comparație cu teșirea axisimetrică, în timp ce teșirea axisimetrică a avut o abatere medie mai mică (Fig. 12). Teșirea axi-simetrică de 4 mm (AX1) având cea mai mare lungime de teșire, a atins cea mai mare deviație semnificativă statistic în aer (\(p < 0,017\), Tabelul 2), în comparație cu alte ace axi-simetrice (AX2–3), dar nu s-au observat diferențe semnificative, când acul a fost introdus în apă. Teșirea axi-simetrică de 4 mm (AX1) având cea mai mare lungime de teșire, a atins cea mai mare deviație semnificativă statistic în aer (\(p < 0,017\), Tabelul 2), în comparație cu alte ace axi-simetrice (AX2–3), dar nu s-au observat diferențe semnificative, când acul a fost introdus în apă. Осесимметричный скос 4 мм (AX1) лонения в воздухе (\(p <0,017\), таблица 2) по сравнению с другими осесимметричными игла3ми (AX2–3ми). Teșirea axisimetrică de 4 mm (AX1), având cea mai mare lungime de teșire, a obținut o abatere mai mare semnificativă statistic în aer (\(p < 0,017\), Tabelul 2) în comparație cu alte ace axisimetrice (AX2–3).dar nu s-au observat diferenţe semnificative la introducerea acului în apă.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) 在空帔丟空氡斜角长度的轴对称(AX1)着的最高偏转(\(p < 0,017\)，表2)，但当将针头放入水中时，没有观察到显着差异。 În comparație cu alte ace simetrice axial (AX2-3), are cel mai lung unghi oblic de 4 mm simetric axial (AX1) în aer și a atins o deviere maximă semnificativă statistic (\(p < 0,017\), Tabelul 2) , dar când acul a fost introdus în apă, nu a fost observată nicio diferență semnificativă. Осеси dejaмеcert по сравнению с друяиckи осеси dejaметричныыи ianuarie ianuată (ax2-3) (\ (p <0,017 \), таблица 2), н с \ещеsp o. Panta axisimetrică cu cea mai mare lungime a pantei de 4 mm (AX1) a furnizat o abatere maximă semnificativă statistic în aer în comparație cu celelalte pante axisimetrice (AX2-3) (\(p < 0,017\), Tabelul 2), dar nu a existat diferenta semnificativa.se observă când acul este introdus în apă.Astfel, o lungime mai mare a teșirii nu are avantaje evidente în ceea ce privește deviația vârfului vârfului.Ținând cont de acest lucru, reiese că geometria pantei, care este investigată în acest studiu, are o influență mai mare asupra deformarii amplitudinii decât lungimea pantei.Acest lucru poate fi legat de rigiditatea la încovoiere, de exemplu, în funcție de materialul îndoit și de grosimea totală a acului de construcție.
În studiile experimentale, mărimea undei de încovoiere reflectată este afectată de condițiile la limită ale vârfului.Când vârful acului a fost introdus în apă și gelatină, \(\text {PTE}_{2}\) a mediat \(\approx\) 95% și \(\text {PTE}_{2}\) a mediat valorile sunt 73% și, respectiv, 77% (\text {PTE}_{1}\) și \(\text {PTE}_{3}\), (fig. 11).Aceasta indică faptul că transferul maxim de energie acustică către mediul de turnare (de exemplu, apă sau gelatină) are loc la \(f_2\).Comportament similar a fost observat într-un studiu anterior folosind structuri mai simple de dispozitive la frecvențe de 41-43 kHz, unde autorii au demonstrat coeficientul de reflexie a tensiunii asociat cu modulul mecanic al mediului intercalat.Adâncimea de penetrare32 și proprietățile mecanice ale țesutului asigură o sarcină mecanică asupra acului și, prin urmare, se așteaptă să influențeze comportamentul rezonant al UZeFNAB.Prin urmare, algoritmi de urmărire a rezonanței, cum ar fi 17, 18, 33 pot fi utilizați pentru a optimiza puterea sunetului furnizat prin stylus.
Modelarea lungimii de undă la îndoire (Fig. 7) arată că axisimetric are o rigiditate structurală mai mare (adică o rigiditate mai mare la încovoiere) la vârf decât lanceta și teșirea asimetrică.Derivat din (1) și folosind relația cunoscută viteză-frecvență, estimăm rigiditatea la încovoiere a lancetei, vârfurile asimetrice și axisimetrice ca pante \(\aproximativ) 200, 20 și, respectiv, 1500 MPa.Aceasta corespunde cu (\lambda _y\) 5,3, 1,7 și, respectiv, 14,2 mm la 29,75 kHz (Fig. 7a–c).Având în vedere siguranța clinică a procedurii USeFNAB, trebuie evaluată influența geometriei asupra rigidității designului teșit34.
Studiul parametrilor teșirii și lungimii tubului (Fig. 9) a arătat că intervalul TL optim pentru teșirea asimetrică (1,8 mm) a fost mai mare decât pentru teșirea axisimetrică (1,3 mm).În plus, platoul de mobilitate variază de la 4 la 4,5 mm și de la 6 la 7 mm pentru înclinarea asimetrică și respectiv axisimetrică (Fig. 9a, b).Relevanța practică a acestei constatări este exprimată în toleranțele de fabricație, de exemplu, un interval mai scăzut de TL optim poate implica necesitatea unei precizii mai mari a lungimii.În același timp, platforma de producție oferă o toleranță mai mare pentru alegerea lungimii pantei la o frecvență dată, fără a afecta semnificativ randamentul.
Studiul include următoarele limitări.Măsurarea directă a deviației acului folosind detectarea marginilor și imagistica de mare viteză (Figura 12) înseamnă că suntem limitați la medii transparente optic, cum ar fi aerul și apa.De asemenea, am dori să subliniem că nu am folosit experimente pentru a testa mobilitatea de transfer simulată și invers, ci am folosit studii FEM pentru a determina lungimea optimă a acului fabricat.Din punct de vedere al limitărilor practice, lungimea lancetei de la vârf la mânecă este cu 0,4 cm mai mare decât alte ace (AX1-3), vezi fig.3b.Acest lucru poate să fi afectat răspunsul modal al structurii aciculare.În plus, forma și volumul lipitului de plumb al ghidului de undă (vezi Figura 3) pot afecta impedanța mecanică a designului pinului, ducând la erori în impedanța mecanică și comportamentul la îndoire.
În cele din urmă, am demonstrat experimental că geometria teșitului afectează cantitatea de deviere în USeFNAB.În situațiile în care o amplitudine mai mare de deviere poate avea un efect pozitiv asupra efectului acului asupra țesutului, de exemplu, eficiența tăierii după puncție, poate fi recomandată o lancetă convențională pentru USeFNAB, deoarece oferă cea mai mare amplitudine de deformare, menținând în același timp o rigiditate suficientă. la vârful desenului.În plus, un studiu recent a arătat că o deformare mai mare a vârfului poate spori efectele biologice, cum ar fi cavitația, care poate ajuta la dezvoltarea aplicațiilor pentru intervenții chirurgicale minim invazive.Având în vedere că s-a demonstrat că creșterea puterii acustice totale crește randamentul biopsiei de la USeFNAB13, sunt necesare studii cantitative suplimentare ale randamentului și calității probei pentru a evalua beneficiul clinic detaliat al geometriei acului studiate.
Frable, WJ Biopsie prin aspirație cu ac fin: o revizuire.Hm.Bolnav.14:9-28.https://doi.org/10.1016/s0046-8177(83)80042-2 (1983).
Ora postării: 13-oct-2022