Grazas por visitar Nature.com.Estás a usar unha versión do navegador con soporte CSS limitado.Para obter a mellor experiencia, recomendámosche que utilices un navegador actualizado (ou que desactives o modo de compatibilidade en Internet Explorer).Ademais, para garantir a asistencia continua, mostramos o sitio sen estilos e JavaScript.
Control deslizante que mostra tres artigos por diapositiva.Usa os botóns atrás e seguinte para moverte polas diapositivas ou os botóns do controlador de diapositivas ao final para moverte por cada diapositiva.
Recentemente demostrouse que o uso de ultrasóns pode mellorar o rendemento dos tecidos na biopsia por aspiración con agulla fina (USeFNAB) mellorada con ultrasóns en comparación coa biopsia convencional por aspiración con agulla fina (FNAB).Aínda non se investigou a relación entre a xeometría do bisel e a acción da punta da agulla.Neste estudo, investigamos as propiedades da resonancia da agulla e a amplitude de deflexión para varias xeometrías de bisel da agulla con diferentes lonxitudes de bisel.Usando unha lanceta convencional cun corte de 3,9 mm, o factor de potencia de deflexión da punta (DPR) foi de 220 e 105 µm/W en aire e auga, respectivamente.Isto é superior á punta biselada axisimétrica de 4 mm, que logrou un DPR de 180 e 80 µm/W en aire e auga, respectivamente.Este estudo destaca a importancia da relación entre a rixidez á flexión da xeometría do bisel no contexto de diferentes axudas de inserción e, polo tanto, pode proporcionar información sobre os métodos para controlar a acción de corte despois da punción cambiando a xeometría do bisel da agulla, que é importante para USeFNAB.A aplicación importa.
A biopsia por aspiración con agulla fina (PAAF) é unha técnica na que se utiliza unha agulla para obter unha mostra de tecido cando se sospeita dunha anormalidade1,2,3.Demostrouse que as suxestións de tipo Franseen proporcionan un maior rendemento de diagnóstico que as suxestións tradicionais Lancet4 e Menghini5.Tamén se propuxeron biseles axisimétricos (é dicir, circunferenciais) para aumentar a probabilidade dunha mostra adecuada para a histopatoloxía6.
Durante unha biopsia, pásase unha agulla a través de capas de pel e tecido para revelar unha patoloxía sospeitosa.Estudos recentes demostraron que a activación ultrasónica pode reducir a forza de punción necesaria para acceder aos tecidos brandos7,8,9,10.Demostrouse que a xeometría do bisel da agulla afecta as forzas de interacción da agulla, por exemplo, que os biseles máis longos teñen forzas de penetración no tecido máis baixas 11 .Suxeriuse que despois de que a agulla penetre na superficie do tecido, é dicir, despois da punción, a forza de corte da agulla pode ser o 75% da forza total de interacción agulla-tecido12.A ecografía (US) demostrou mellorar a calidade da biopsia diagnóstica de tecido brando na fase posterior á punción13.Desenvolvéronse outros métodos para mellorar a calidade da biopsia ósea para a toma de mostras de tecido duro14,15 pero non se informaron resultados que melloren a calidade da biopsia.Varios estudos tamén descubriron que o desprazamento mecánico aumenta co aumento da tensión da unidade de ultrasóns16,17,18.Aínda que hai moitos estudos de forzas estáticas axiais (lonxitudinais) nas interaccións entre agulla e tecido19,20, os estudos sobre a dinámica temporal e a xeometría do bisel da agulla no FNAB mellorado por ultrasóns (USeFNAB) son limitados.
O obxectivo deste estudo foi investigar o efecto de diferentes xeometrías de bisel na acción da punta da agulla impulsada pola flexión da agulla a frecuencias ultrasónicas.En particular, investigamos o efecto do medio de inxección sobre a deflexión da punta da agulla despois da punción para os biseles convencionais da agulla (por exemplo, lancetas), xeometrías axisimétricas e asimétricas de bisel único (Fig. para facilitar o desenvolvemento de agullas USeFNAB para varios propósitos, como a succión selectiva). acceso ou núcleos de tecidos brandos.
Neste estudo incluíronse varias xeometrías de bisel.(a) Lancetas conformes a ISO 7864:201636 onde \(\alpha\) é o ángulo de bisel primario, \(\theta\) é o ángulo de rotación do bisel secundario e \(\phi\) é o ángulo de rotación do bisel secundario en graos , en graos (\(^\circ\)).(b) chafláns lineais asimétricos dun chanzo (denominados "estándar" na DIN 13097:201937) e (c) chafláns lineais axisimétricos (circunferenciais) dun chanzo.
O noso enfoque é modelar primeiro o cambio na lonxitude de onda de flexión ao longo da pendente para xeometrías convencionais de lanceta, axisimétrica e asimétrica de pendente dunha soa etapa.Despois calculamos un estudo paramétrico para examinar o efecto do ángulo de bisel e a lonxitude do tubo na mobilidade do mecanismo de transporte.Isto faise para determinar a lonxitude óptima para facer un prototipo de agulla.A partir da simulación, realizáronse prototipos de agulla e caracterizouse experimentalmente o seu comportamento resonante en aire, auga e xelatina balística ao 10% (p/v) medindo o coeficiente de reflexión da tensión e calculando a eficiencia de transferencia de potencia, a partir da cal se fixo a frecuencia de operación. determinado..Finalmente, a imaxe de alta velocidade utilízase para medir directamente a desviación da onda de flexión na punta da agulla no aire e auga, e para estimar a potencia eléctrica transmitida por cada inclinación e a xeometría do factor de potencia de deflexión (DPR) do inxectado. medio.
Como se mostra na Figura 2a, use o tubo no 21 (0,80 mm de diámetro exterior, 0,49 mm de diámetro interior, 0,155 mm de espesor de parede, parede estándar como se especifica na norma ISO 9626:201621) feita de aceiro inoxidable 316 (módulo de Young 205).\(\text {GN/m}^{2}\), densidade 8070 kg/m\(^{3}\), razón de Poisson 0,275).
Determinación da lonxitude de onda de flexión e afinación do modelo de elementos finitos (FEM) da agulla e condicións de contorno.(a) Determinación da lonxitude do bisel (BL) e da lonxitude do tubo (TL).(b) Modelo tridimensional (3D) de elementos finitos (FEM) que utiliza a forza puntual harmónica \(\tilde{F}_y\vec{j}\) para excitar a agulla no extremo proximal, desviar o punto e medir a velocidade por punta (\( \tilde{u}_y\vec {j}\), \(\tilde{v}_y\vec {j}\)) para calcular a mobilidade de transporte mecanicista.\(\lambda _y\) defínese como a lonxitude de onda de flexión asociada á forza vertical \(\tilde{F}_y\vec {j}\).(c) Determine o centro de gravidade, a área da sección transversal A e os momentos de inercia \(I_{xx}\) e \(I_{yy}\) ao redor do eixe x e do eixe y respectivamente.
Como se mostra na fig.2b,c, para un feixe infinito (infinito) con área de sección transversal A e cunha lonxitude de onda grande en comparación co tamaño da sección transversal do feixe, a velocidade da fase de flexión (ou flexión) \(c_{EI}\ ) defínese como 22:
onde E é o módulo de Young (\(\text {N/m}^{2}\)), \(\omega _0 = 2\pi f_0\) é a frecuencia angular de excitación (rad/s), onde \( f_0 \ ) é a frecuencia lineal (1/s ou Hz), I é o momento de inercia da área arredor do eixe de interese \((\text {m}^{4})\) e \(m'=\ rho _0 A \) é a masa na unidade de lonxitude (kg/m), onde \(\rho _0\) é a densidade \((\text {kg/m}^{3})\) e A é a cruz -área de sección da viga (plano xy) (\ (\text {m}^{2}\)).Dado que no noso caso a forza aplicada é paralela ao eixe vertical das y, é dicir, \(\tilde{F}_y\vec {j}\), só nos interesa o momento de inercia da área arredor da horizontal x- eixe, é dicir, \(I_{xx} \), Por iso:
Para o modelo de elementos finitos (FEM), asúmese un desprazamento harmónico puro (m), polo que a aceleración (\(\text {m/s}^{2}\)) exprésase como \(\partial ^2 \vec {u}/ \ parcial t^2 = -\omega ^2\vec {u}\), p. ex. \(\vec {u}(x, y, z, t) := u_x\vec {i} + u_y \vec {j }+ u_z\vec {k}\) é un vector de desprazamento tridimensional definido en coordenadas espaciais.Substituíndo esta última pola forma lagrangiana finitamente deformable da lei de equilibrio de momento23, segundo a súa implementación no paquete de software COMSOL Multiphysics (versións 5.4-5.5, COMSOL Inc., Massachusetts, EUA), dá:
Onde \(\vec {\nabla}:= \frac{\partial}}{\partial x}\vec {i} + \frac{\partial}}{\partial y}\vec {j} + \frac{ \partial }{\partial z}\vec {k}\) é o operador de diverxencia do tensor, e \({\underline{\sigma}}\) é o segundo tensor de tensión de Piola-Kirchhoff (segunda orde, \(\ texto) { N /m}^{2}\)), e \(\vec {F_V}:= F_{V_x}\vec {i}+ F_{V_y}\vec {j}+ F_{V_z}\vec { k} \) é o vector da forza corporal (\(\text {N/m}^{3}\)) de cada volume deformable, e \(e^{j\phi }\) é a fase do forza corporal, ten un ángulo de fase \(\phi\) (rad).No noso caso, a forza de volume do corpo é cero, e o noso modelo asume linealidade xeométrica e pequenas deformacións puramente elásticas, é dicir, \({\underline{\varepsilon}}^{el} = {\underline{\varepsilon}}\ ), onde \({\underline{\varepsilon}}^{el}\) e \({\underline{ \varepsilon}}\) – deformación elástica e deformación total (sen dimensión de segunda orde), respectivamente.O tensor de elasticidade isótropa constitutiva de Hooke \(\underline {\underline {C))\) obtense usando o módulo de Young E(\(\text{N/m}^{2}\)) e defínese a razón de Poisson v, de xeito que \ (\underline{\underline{C}}:=\underline{\underline{C}}(E,v)\) (cuarta orde).Así, o cálculo da tensión pasa a ser \({\underline{\sigma}} := \underline{\underline{C}}:{\underline{\varepsilon}}\).
Os cálculos realizáronse con elementos tetraédricos de 10 nodos cun tamaño de elemento \(\le\) 8 µm.A agulla está modelada no baleiro e o valor de transferencia de mobilidade mecánica (ms-1 H-1) defínese como \(|\tilde{Y}_{v_yF_y}|= |\tilde{v}_y\vec {j} |/|\ tilde{F}_y\vec {j}|\)24, onde \(\tilde{v}_y\vec {j}\) é a velocidade complexa de saída da peza de man, e \( \tilde{ F} _y\vec {j }\) é unha forza motriz complexa situada no extremo proximal do tubo, como se mostra na figura 2b.A mobilidade mecánica transmisiva exprésase en decibelios (dB) usando o valor máximo como referencia, é dicir, \(20\log _{10} (|\tilde{Y}|/ |\tilde{Y}_{max}| )\ ) , Todos os estudos FEM realizáronse a unha frecuencia de 29,75 kHz.
O deseño da agulla (Fig. 3) consiste nunha agulla hipodérmica convencional de calibre 21 (número de catálogo: 4665643, Sterican\(^\circledR\), cun diámetro exterior de 0,8 mm, unha lonxitude de 120 mm, feita de AISI cromo-níquel aceiro inoxidable 304., B. Braun Melsungen AG, Melsungen, Alemaña) colocou unha funda de plástico Luer Lock feita de polipropileno proximal cunha modificación de punta correspondente.O tubo da agulla está soldado á guía de ondas como se mostra na figura 3b.A guía de ondas foi impresa nunha impresora 3D de aceiro inoxidable (EOS Stainless Steel 316L nunha impresora 3D EOS M 290, 3D Formtech Oy, Jyväskylä, Finlandia) e despois unida ao sensor Langevin mediante parafusos M4.O transdutor Langevin consta de 8 elementos de aneis piezoeléctricos con dous pesos en cada extremo.
Os catro tipos de puntas (na imaxe), unha lanceta dispoñible comercialmente (L) e tres biseles monoetapa axisimétricos fabricados (AX1-3) caracterizáronse por lonxitudes de bisel (BL) de 4, 1,2 e 0,5 mm, respectivamente.(a) Primeiro plano da punta da agulla rematada.(b) Vista superior de catro pinos soldados a unha guía de ondas impresa en 3D e despois conectados ao sensor Langevin con parafusos M4.
Fabricáronse tres puntas biseladas axisimétricas (Fig. 3) (TAs Machine Tools Oy) con lonxitudes de bisel (BL, determinadas na Fig. 2a) de 4,0, 1,2 e 0,5 mm, correspondentes a \(\approx\) 2\ (^\ circ\), 7\(^\circ\) e 18\(^\circ\).Os pesos da guía de ondas e do estilete son 3,4 ± 0,017 g (media ± SD, n = 4) para o bisel L e AX1–3, respectivamente (Quintix\(^\circledR\) 224 Design 2, Sartorius AG, Göttingen, Germany) .A lonxitude total desde a punta da agulla ata o extremo da funda de plástico é de 13,7, 13,3, 13,3 e 13,3 cm para o bisel L e AX1-3 na Figura 3b, respectivamente.
Para todas as configuracións de agulla, a lonxitude desde a punta da agulla ata a punta da guía de ondas (é dicir, a área de soldadura) é de 4,3 cm e o tubo da agulla está orientado de xeito que o bisel estea cara arriba (é dicir, paralelo ao eixe Y). ).), como na (fig. 2).
Utilizouse un script personalizado en MATLAB (R2019a, The MathWorks Inc., Massachusetts, EUA) que se executa nun ordenador (Latitude 7490, Dell Inc., Texas, EUA) para xerar un varrido sinusoidal lineal de 25 a 35 kHz en 7 segundos, convertido nun sinal analóxico mediante un conversor de dixital a analóxico (DA) (Analog Discovery 2, Digilent Inc., Washington, EUA).O sinal analóxico \(V_0\) (0,5 Vp-p) foi entón amplificado cun amplificador de radiofrecuencia (RF) dedicado (Mariachi Oy, Turku, Finlandia).A tensión de amplificación descendente \({V_I}\) sae do amplificador de RF cunha impedancia de saída de 50 \(\Omega\) a un transformador integrado na estrutura de agulla cunha impedancia de entrada de 50 \(\Omega)\) Os transdutores de Langevin (transdutores piezoeléctricos multicapa frontal e traseiro cargados de masa) úsanse para xerar ondas mecánicas.O amplificador de RF personalizado está equipado cun medidor de factor de potencia de onda estacionaria (SWR) de dobre canle que pode detectar \({V_I}\) incidente e a tensión amplificada reflectida \(V_R\) a través dun analóxico a dixital (AD) de 300 kHz. ) conversor (Analog Discovery 2).O sinal de excitación é modulado en amplitude ao principio e ao final para evitar sobrecargar a entrada do amplificador con transitorios.
Usando un script personalizado implementado en MATLAB, a función de resposta en frecuencia (AFC), é dicir, asume un sistema estacionario lineal.Ademais, aplique un filtro de paso de banda de 20 a 40 kHz para eliminar as frecuencias non desexadas do sinal.Facendo referencia á teoría da liña de transmisión, \(\tilde{H}(f)\) neste caso é equivalente ao coeficiente de reflexión da tensión, é dicir, \(\rho _{V} \equiv {V_R}/{V_I} \)26 .Xa que a impedancia de saída do amplificador \(Z_0\) corresponde á impedancia de entrada do transformador incorporado do conversor, e o coeficiente de reflexión da enerxía eléctrica \({P_R}/{P_I}\) redúcese a \ ({V_R }^ 2/{V_I}^2\ ), entón é \(|\rho _{V}|^2\).No caso de que se precise o valor absoluto da potencia eléctrica, calcule a potencia incidente \(P_I\) e reflectida\(P_R\) (W) tomando o valor medio cadrado (rms) da tensión correspondente, por exemplo, para unha liña de transmisión con excitación sinusoidal, \(P = {V}^2/(2Z_0)\)26, onde \(Z_0\) é igual a 50 \(\Omega\).A potencia eléctrica entregada á carga \(P_T\) (é dicir, o medio inserido) pódese calcular como \(|P_I – P_R |\) (W RMS) e a eficiencia de transferencia de potencia (PTE) pódese definir e expresar como un porcentaxe (%) dá así 27:
A resposta en frecuencia utilízase entón para estimar as frecuencias modais \(f_{1-3}\) (kHz) do deseño do estilete e a eficiencia de transferencia de enerxía correspondente, \(\text {PTE}_{1{-}3} \ ).FWHM (\(\text {FWHM}_{1{-}3}\), Hz) estímase directamente a partir de \(\text {PTE}_{1{-}3}\), da táboa 1 frecuencias \(f_{1-3}\) descritas en .
Un método para medir a resposta en frecuencia (AFC) dunha estrutura acicular.A medición de seno varrido de dobre canle25,38 úsase para obter a función de resposta en frecuencia \(\tilde{H}(f)\) e a súa resposta ao impulso H(t).\({\mathcal {F}}\) e \({\mathcal {F}}^{-1}\) denotan a transformada de Fourier truncada numérica e a operación de transformada inversa, respectivamente.\(\tilde{G}(f)\) significa que os dous sinais se multiplican no dominio da frecuencia, por exemplo, \(\tilde{G}_{XrX}\) significa exploración inversa\(\tilde{X} r( f )\) e sinal de caída de tensión \(\tilde{X}(f)\).
Como se mostra na fig.5, cámara de alta velocidade (Phantom V1612, Vision Research Inc., Nova Jersey, EUA) equipada cunha lente macro (MP-E 65 mm, \(f)/2,8, 1-5 \ (\times\), Canon Inc. ., Tokio, Xapón) foron utilizados para rexistrar a desviación dunha punta de agulla sometida a excitación por flexión (frecuencia única, sinusoide continua) a unha frecuencia de 27,5-30 kHz.Para crear un mapa de sombras, colocouse un elemento arrefriado dun LED branco de alta intensidade (número de peza: 4052899910881, Led branco, 3000 K, 4150 lm, Osram Opto Semiconductors GmbH, Regensburg, Alemaña) detrás do bisel da agulla.
Vista frontal da configuración experimental.A profundidade mídese desde a superficie do medio.A estrutura da agulla está fixada e montada nunha mesa de transferencia motorizada.Use unha cámara de alta velocidade cunha lente de gran aumento (5\(\veces\)) para medir a deflexión da punta biselada.Todas as dimensións están en milímetros.
Para cada tipo de bisel da agulla, gravamos 300 fotogramas de cámara de alta velocidade de 128 \(\x\) 128 píxeles, cada un cunha resolución espacial de 1/180 mm (\(\aprox.) 5 µm), cunha resolución temporal. de 310.000 fotogramas por segundo.Como se mostra na Figura 6, cada cadro (1) está recortado (2) para que a punta estea na última liña (inferior) do cadro e, a continuación, calcúlase o histograma da imaxe (3), polo que os limiares de Canny 1 e 1. 2 pódese determinar.Despois aplique a detección de bordo Canny28(4) usando o operador Sobel 3 \(\times\) 3 e calcule a posición do píxel da hipotenusa non cavitacional (etiquetada \(\mathbf {\times }\)) para todos os pasos de 300 veces. .Para determinar o intervalo da deflexión ao final, calcúlase a derivada (usando o algoritmo de diferenza central) (6) e identifícase o marco que contén os extremos locais (é dicir, o pico) da deflexión (7).Despois de inspeccionar visualmente o bordo non cavitante, seleccionouse un par de cadros (ou dous cadros separados por medio período de tempo) (7) e mediuse a deflexión da punta (etiquetado como \(\mathbf {\times} \ ) Implementouse o anterior. en Python (v3.8, Python Software Foundation, python.org) usando o algoritmo de detección de bordes OpenCV Canny (v4.5.1, biblioteca de visión por computadora de código aberto, opencv.org enerxía eléctrica \ (P_T \) (W, rms) .
A desviación da punta foi medida usando unha serie de fotogramas tomados dunha cámara de alta velocidade a 310 kHz utilizando un algoritmo de 7 pasos (1-7), incluíndo encuadre (1-2), detección de bordo Canny (3-4), bordo de localización de píxeles. cálculo (5) e as súas derivadas de tempo (6) e, finalmente, mediuse a deflexión da punta de pico a pico en pares de cadros inspeccionados visualmente (7).
Tomáronse as medicións en aire (22,4-22,9 °C), auga desionizada (20,8-21,5 °C) e xelatina balística 10% (p/v) (19,7-23,0 °C, \(\text {Honeywell}^{ \text) { TM}}\) \(\text {Fluka}^{\text {TM}}\) Xelatina de óso de bovino e porco para análise balística de tipo I, Honeywell International, Carolina do Norte, EUA).A temperatura foi medida cun amplificador de termopar tipo K (AD595, Analog Devices Inc., MA, EUA) e un termopar tipo K (Sonda Fluke 80PK-1 Bead No. 3648 tipo K, Fluke Corporation, Washington, EUA).Desde o medio Mediuse a profundidade desde a superficie (establecida como a orixe do eixe z) mediante unha plataforma de eixe z motorizada vertical (8MT50-100BS1-XYZ, Standa Ltd., Vilnius, Lituania) cunha resolución de 5 µm.por paso.
Dado que o tamaño da mostra era pequeno (n = 5) e non se podía asumir a normalidade, utilizouse unha proba de suma de rangos Wilcoxon de dúas mostras e dúas colas (R, v4.0.3, R Foundation for Statistical Computing, r-project .org) para comparar a cantidade de variación da punta da agulla para diferentes bisel.Houbo 3 comparacións por pendente, polo que se aplicou unha corrección de Bonferroni cun nivel de significación axustado de 0,017 e unha taxa de erro do 5%.
Imos agora á figura 7.A unha frecuencia de 29,75 kHz, a media onda de flexión (\(\lambda_y/2\)) dunha agulla de calibre 21 é de \(\aproximadamente) 8 mm.A medida que un se achega á punta, a lonxitude de onda de flexión diminúe ao longo do ángulo oblicuo.Na punta \(\lambda _y/2\) \(\aproximadamente\) hai pasos de 3, 1 e 7 mm para a inclinación habitual lanceolada (a), asimétrica (b) e axisimétrica (c) dunha única agulla. , respectivamente.Así, isto significa que o alcance da lanceta é \(\aproximadamente) 5 mm (debido ao feito de que os dous planos da lanceta forman un único punto29,30), o bisel asimétrico é de 7 mm, o bisel asimétrico é 1 mm.Pendentes axisimétricas (o centro de gravidade permanece constante, polo que só o grosor da parede do tubo cambia realmente ao longo da pendente).
Estudos FEM e aplicación de ecuacións a unha frecuencia de 29,75 kHz.(1) Ao calcular a variación da media onda de flexión (\(\lambda_y/2\)) para xeometrías de bisel de lanceta (a), asimétrica (b) e axisimétrica (c) (como na figura 1a,b,c). ).O valor medio \(\lambda_y/2\) das biselas de lanceta, asimétrica e axisimétrica foi de 5,65, 5,17 e 7,52 mm, respectivamente.Teña en conta que o grosor da punta dos biseles asimétricos e axisimétricos está limitado a \(\aprox.) 50 µm.
A mobilidade máxima \(|\tilde{Y}_{v_yF_y}|\) é a combinación óptima de lonxitude do tubo (TL) e lonxitude do bisel (BL) (Fig. 8, 9).Para unha lanceta convencional, xa que o seu tamaño é fixo, o TL óptimo é \(\aproximadamente) 29,1 mm (Fig. 8).Para biseles asimétricos e axisimétricos (Fig. 9a, b, respectivamente), os estudos FEM incluíron BL de 1 a 7 mm, polo que os TL óptimos foron de 26,9 a 28,7 mm (rango 1,8 mm) e de 27,9 a 29,2 mm (rango). 1,3 mm), respectivamente.Para a pendente asimétrica (Fig. 9a), o TL óptimo aumentou linealmente, alcanzou unha meseta en BL 4 mm, e despois diminuíu drasticamente de BL 5 a 7 mm.Para un bisel axisimétrico (Fig. 9b), o TL óptimo aumentou linealmente co aumento de BL e finalmente estabilizouse en BL de 6 a 7 mm.Un estudo amplo da inclinación axisimétrica (Fig. 9c) revelou un conxunto diferente de TL óptimos en \(\aprox.) 35,1-37,1 mm.Para todos os BL, a distancia entre os dous mellores TL é de \(\aprox\) 8 mm (equivalente a \(\lambda_y/2\)).
Mobilidade de transmisión de lanceta a 29,75 kHz.A agulla excitouse de forma flexible a unha frecuencia de 29,75 kHz e mediuse a vibración na punta da agulla e expresouse como a cantidade de mobilidade mecánica transmitida (dB en relación ao valor máximo) para TL 26,5-29,5 mm (en incrementos de 0,1 mm) .
Estudos paramétricos do FEM a unha frecuencia de 29,75 kHz mostran que a mobilidade de transferencia dunha punta axisimétrica está menos afectada por un cambio na lonxitude do tubo que a súa contraparte asimétrica.Estudos de lonxitude de bisel (BL) e lonxitude de tubo (TL) de xeometrías de bisel asimétrica (a) e axisimétrica (b, c) no estudo do dominio da frecuencia mediante FEM (as condicións de contorno móstranse na figura 2).(a, b) TL variou de 26,5 a 29,5 mm (paso de 0,1 mm) e BL 1-7 mm (paso de 0,5 mm).(c) Estudos de inclinación axisimétrico ampliados que inclúen TL 25–40 mm (en incrementos de 0,05 mm) e BL 0,1–7 mm (en incrementos de 0,1 mm) que mostran que \(\lambda_y/2\ ) debe cumprir os requisitos da punta.condicións de contorno móbil.
A configuración da agulla ten tres frecuencias propias \(f_{1-3}\) divididas en rexións de modo baixa, media e alta como se mostra na táboa 1. O tamaño do PTE rexistrouse como se mostra na fig.10 e despois analízase na figura 11. A continuación móstranse os resultados para cada área modal:
Amplitudes típicas de eficiencia de transferencia de potencia instantánea (PTE) rexistradas obtidas con excitación sinusoidal de frecuencia varrida para unha lanceta (L) e bisel axisimétrico AX1-3 en aire, auga e xelatina a unha profundidade de 20 mm.Amósanse espectros dun só lado.A resposta de frecuencia medida (mostrada a 300 kHz) foi filtrada de paso baixo e despois reduciuse nun factor de 200 para a análise modal.A relación sinal-ruído é \(\le\) 45 dB.As fases PTE (liñas de puntos violetas) móstranse en graos (\(^{\circ}\)).
A análise de resposta modal (media ± desviación estándar, n = 5) mostrada na figura 10, para as pendentes L e AX1-3, en aire, auga e xelatina ao 10 % (profundidade 20 mm), con tres rexións modais (arriba) ( baixa, media e alta) e as súas correspondentes frecuencias modais\(f_{1-3 }\) (kHz), eficiencia enerxética (media) \(\text {PTE}_{1{-}3}\) Calculada utilizando equivalentes .(4) e (inferior) ancho total á metade das medidas máximas \(\text {FWHM}_{1{-}3}\) (Hz), respectivamente.Teña en conta que a medición do ancho de banda saltouse cando se rexistrou un PTE baixo, é dicir, \(\text {FWHM}_{1}\) en caso de pendente AX2.Atopouse que o modo \(f_2\) era o máis adecuado para comparar deflexións de pendente, xa que mostraba o maior nivel de eficiencia de transferencia de enerxía (\(\text {PTE}_{2}\)), ata o 99 %.
Primeira rexión modal: \(f_1\) non depende moito do tipo de medio inserido, senón que depende da xeometría da pendente.\(f_1\) diminúe coa lonxitude do bisel (27,1, 26,2 e 25,9 kHz no aire para AX1-3, respectivamente).As medias rexionais \(\text {PTE}_{1}\) e \(\text {FWHM}_{1}\) son \(\aprox\) 81% e 230 Hz respectivamente.\(\text {FWHM}_{1}\) ten o maior contido de xelatina no Lancet (L, 473 Hz).Teña en conta que \(\text {FWHM}_{1}\) AX2 en xelatina non se puido avaliar debido á baixa amplitude da FRF rexistrada.
A segunda rexión modal: \(f_2\) depende do tipo de soporte inserido e do bisel.Os valores medios \(f_2\) son 29,1, 27,9 e 28,5 kHz en aire, auga e xelatina, respectivamente.Esta rexión modal tamén mostrou un alto PTE do 99%, o máis alto de calquera grupo medido, cunha media rexional do 84%.\(\text {FWHM}_{2}\) ten unha media rexional de \(\aproximadamente\) 910 Hz.
Terceiro modo rexión: a frecuencia \(f_3\) depende do tipo de medio e do bisel.Os valores medios \(f_3\) son 32,0, 31,0 e 31,3 kHz no aire, auga e xelatina, respectivamente.A media rexional \(\text {PTE}_{3}\) foi de \(\aproximadamente\) 74 %, a máis baixa de calquera rexión.A media rexional \(\text {FWHM}_{3}\) é de \(\aproximadamente\) 1085 Hz, que é superior á primeira e á segunda rexión.
       O seguinte refírese á Fig.12 e Táboa 2. A lanceta (L) desviou máis (con alta significación para todas as puntas, \(p<\) 0,017) tanto no aire como na auga (Fig. 12a), logrando o DPR máis alto (ata 220 µm/). W no aire). 12 e Táboa 2. A lanceta (L) desviou máis (con alta significación para todas as puntas, \(p<\) 0,017) tanto no aire como na auga (Fig. 12a), logrando o DPR máis alto (ata 220 µm/). W no aire). Следующее относится к рисунку 12 и таблице 2. Ланцет (L) отклонялся больше всего больше всего всего ех наконечников, \(p<\) 0,017) как в воздухе, так и в воде (рис. 12а), достигая самого высокого высокого . O seguinte aplícase á figura 12 e á táboa 2. A lanceta (L) foi a máis desviada (con alta significación para todas as puntas, \(p<\) 0,017) tanto no aire como na auga (Fig. 12a), conseguindo o DPR máis alto.(do 220 μm/W no aire).Smt.Figura 12 e táboa 2 a continuación.柳叶刀(L) 在空气和水中偏转最多（对所有尖端具有高显着性，\(p<\) 0,012（a（12（17Ｎ有高显着性，高DPR （在空气中高达220 µm/W）.柳叶刀(L) ten a maior desviación no aire e na auga (对所记尖端可以高电影性,\(p<\) 0,017) (图12a) e alcanzou o DPR máis alto (ata 220 µm/W en aire). Ланцет (L) отклонялся больше всего (высокая значимость для всех наконечников, \(p<\) всего (p<\) вхо17) 12а), достигая наибольшего DPR (desde 220 мкм/Вт воздухе). A lanceta (L) desviou máis (alta significación para todas as puntas, \(p<\) 0,017) no aire e na auga (Fig. 12a), alcanzando o DPR máis alto (ata 220 µm/W no aire). No aire, o AX1 que tiña un BL máis alto, desviaba máis que AX2–3 (con significación, \(p<\) 0,017), mentres que AX3 (que tiña o BL máis baixo) desviaba máis que AX2 cun DPR de 190 µm/W. No aire, o AX1 que tiña un BL máis alto, desviaba máis que AX2–3 (con significación, \(p<\) 0,017), mentres que AX3 (que tiña o BL máis baixo) desviaba máis que AX2 cun DPR de 190 µm/W. В воздухе AX1 с более высоким BL отклонялся выше, чем AX2–3 (со значимостью \(p<\) 0,017 тским AX), сог 3 м BL) отклонялся больше, чем AX2 с DPR 190 мкм/Вт. No aire, AX1 con maior BL desviouse máis que AX2–3 (con significación \(p<\) 0,017), mentres que AX3 (con menor BL) desviouse máis que AX2 con DPR 190 µm/W.在空气中，具有更高BL 的AX1 比AX2-3 偏转更高（具有显着性，\(p<\) 0,017，AX2-3 偏转更高（具有显着性，\(p<\) 0,017，AX3．）有显着性，偏转大于AX2，DPR 为190 µm/W 。 No aire, a deflexión de AX1 con maior BL é maior que a de AX2-3 (significativamente, \(p<\) 0,017), e a deflexión de AX3 (con menor BL) é maior que a de AX2, DPR é 190. µm/W. В воздухе AX1 с более высоким BL отклоняется больше, чем AX2-3 (значимо, \(p<\) 0,017), тогачимо значимо, тогасим 3 ) отклоняется больше, чем AX2 с DPR 190 мкм/Вт. No aire, AX1 con BL máis alto desvía máis que AX2-3 (significativo, \(p<\) 0,017), mentres que AX3 (con BL máis baixo) desvía máis que AX2 con DPR 190 μm/W.A 20 mm de auga, a deflexión e o PTE AX1-3 non foron significativamente diferentes (\(p>\) 0,017).Os niveis de PTE na auga (90,2-98,4%) foron xeralmente máis altos que no aire (56-77,5%) (Fig. 12c), e o fenómeno de cavitación observouse durante o experimento na auga (Fig. 13, ver tamén adicionais). información).
A cantidade de deflexión da punta (media ± SD, n = 5) medida para o bisel L e AX1-3 no aire e na auga (profundidade 20 mm) mostra o efecto de cambiar a xeometría do bisel.As medicións obtivéronse mediante excitación sinusoidal de frecuencia única continua.(a) Desviación de pico a pico (\(u_y\vec {j}\)) na punta, medida en (b) as súas respectivas frecuencias modais \(f_2\).(c) Eficiencia de transferencia de enerxía (PTE, RMS, %) da ecuación.(4) e (d) Factor de potencia de deflexión (DPR, µm/W) calculado como desviación pico a pico e potencia eléctrica transmitida \(P_T\) (Wrms).
Un gráfico típico de sombras de cámara de alta velocidade que mostra a desviación de pico a pico (liñas de puntos verdes e vermellas) dunha lanceta (L) e a punta axisimétrica (AX1–3) na auga (20 mm de profundidade) durante medio ciclo.ciclo, a frecuencia de excitación \(f_2\) (frecuencia de mostraxe 310 kHz).A imaxe en escala de grises capturada ten un tamaño de 128×128 píxeles e un tamaño de píxeles de \(\aprox\) 5 µm.O vídeo pódese atopar en información adicional.
Así, modelamos o cambio na lonxitude de onda de flexión (Fig. 7) e calculamos a mobilidade mecánica transferible para combinacións de lonxitude de tubo e chaflán (Fig. 8, 9) para chafláns convencionais de lanceta, asimétricos e axisimétricos de formas xeométricas.En base a isto último, estimamos a distancia óptima de 43 mm (ou \(\aproximadamente) 2,75\(\lambda _y\) a 29,75 kHz) desde a punta ata a soldadura, como se mostra na figura 5, e fixemos tres axis simétricos. biseles con diferentes lonxitudes de bisel.A continuación, caracterizamos o seu comportamento de frecuencia en aire, auga e xelatina balística ao 10% (p/v) en comparación coas lancetas convencionais (Figuras 10, 11) e determinamos o modo máis axeitado para a comparación de deflexión do bisel.Finalmente, medimos a deflexión da punta dobrando ondas no aire e na auga a unha profundidade de 20 mm e cuantificamos a eficiencia de transferencia de enerxía (PTE, %) e o factor de potencia de deflexión (DPR, µm/W) do medio de inserción para cada bisel.tipo angular (Fig. 12).
Demostrouse que a xeometría do bisel da agulla afecta a cantidade de deflexión da punta da agulla.A lanceta conseguiu a maior deflexión e o maior DPR en comparación co bisel axisimétrico con menor deflexión media (Fig. 12).O bisel axisimétrico de 4 mm (AX1) co bisel máis longo logrou unha deflexión máxima estatisticamente significativa no aire en comparación coas outras agullas axisimétricas (AX2-3) (\(p < 0,017\), Táboa 2), pero non houbo diferenza significativa. .obsérvase cando se coloca a agulla na auga.Así, non hai ningunha vantaxe obvia en ter unha lonxitude de bisel máis longa en termos de deflexión máxima na punta.Tendo isto en conta, parece que a xeometría do bisel estudada neste estudo ten un maior efecto na deflexión que a lonxitude do bisel.Isto pode deberse á rixidez á flexión, por exemplo dependendo do grosor total do material que se dobra e do deseño da agulla.
Nos estudos experimentais, a magnitude da onda de flexión reflectida vese afectada polas condicións de contorno da punta.Cando a punta da agulla se introduce en auga e xelatina, \(\text {PTE}_{2}\) é \(\aproximadamente\) 95% e \(\text {PTE}_{2}\) é \ (\text {PTE}_{ 2}\) os valores son 73 % e 77 % para (\text {PTE}_{1}\) e \(\text {PTE}_{3}\), respectivamente (Fig. 11).Isto indica que a máxima transferencia de enerxía acústica ao medio de fundición, é dicir, auga ou xelatina, ocorre en \(f_2\).Un comportamento similar observouse nun estudo anterior31 utilizando unha configuración de dispositivo máis sinxela no rango de frecuencias 41-43 kHz, no que os autores mostraron a dependencia do coeficiente de reflexión da tensión do módulo mecánico do medio de incrustación.A profundidade de penetración32 e as propiedades mecánicas do tecido proporcionan unha carga mecánica sobre a agulla e, polo tanto, espérase que inflúan no comportamento resonante do UZEFNAB.Así, pódense usar algoritmos de seguimento de resonancia (por exemplo, 17, 18, 33) para optimizar a potencia acústica entregada a través da agulla.
A simulación en lonxitudes de onda de flexión (Fig. 7) mostra que a punta axisimétrica é estruturalmente máis ríxida (é dicir, máis ríxida na flexión) que a lanceta e o bisel asimétrico.En base a (1) e empregando a relación velocidade-frecuencia coñecida, estimamos a rixidez á flexión na punta da agulla como \(\aproximadamente\) 200, 20 e 1500 MPa para os planos inclinados de lanceta, asimétrico e axial, respectivamente.Isto corresponde a \(\lambda_y\) de \(\aproximadamente\) 5,3, 1,7 e 14,2 mm, respectivamente, a 29,75 kHz (Fig. 7a–c).Tendo en conta a seguridade clínica durante o USeFNAB, deberíase avaliar o efecto da xeometría sobre a rixidez estrutural do plano inclinado34.
Un estudo dos parámetros do bisel relativos á lonxitude do tubo (Fig. 9) mostrou que o rango de transmisión óptimo era maior para o bisel asimétrico (1,8 mm) que para o bisel axisimétrico (1,3 mm).Ademais, a mobilidade é estable en \(\aproximadamente) de 4 a 4,5 mm e de 6 a 7 mm para inclinacións asimétricas e axisimétricas, respectivamente (Fig. 9a, b).A importancia práctica deste descubrimento exprésase nas tolerancias de fabricación, por exemplo, un rango inferior de TL óptimo pode significar que se require unha maior precisión de lonxitude.Ao mesmo tempo, a meseta de mobilidade proporciona unha maior tolerancia á hora de escoller a lonxitude do mergullo nunha determinada frecuencia sen un impacto significativo na mobilidade.
O estudo inclúe as seguintes limitacións.A medición directa da deflexión da agulla mediante a detección de bordos e imaxes de alta velocidade (Figura 12) significa que estamos limitados a medios ópticamente transparentes como o aire e a auga.Tamén queremos sinalar que non utilizamos experimentos para probar a mobilidade de transferencia simulada e viceversa, senón que utilizamos estudos FEM para determinar a lonxitude óptima para a fabricación da agulla.En canto ás limitacións prácticas, a lonxitude da lanceta desde a punta ata a manga é \(\aproximadamente) 0,4 cm máis longa que outras agullas (AX1-3), ver fig.3b.Isto pode afectar a resposta modal do deseño da agulla.Ademais, a forma e o volume da soldadura ao final dun pin guía de ondas (ver Figura 3) poden afectar a impedancia mecánica do deseño do pin, introducindo erros na impedancia mecánica e no comportamento de flexión.
Finalmente, demostramos que a xeometría de bisel experimental afecta a cantidade de deflexión en USeFNAB.Se unha deflexión maior tivese un efecto positivo no efecto da agulla sobre o tecido, como a eficiencia do corte despois da perforación, entón pódese recomendar unha lanceta convencional en USeFNAB xa que proporciona a máxima desviación mantendo unha rixidez adecuada da punta estrutural..Ademais, un estudo recente35 demostrou que unha maior desviación da punta pode mellorar os efectos biolóxicos como a cavitación, que poden contribuír ao desenvolvemento de aplicacións cirúrxicas minimamente invasivas.Dado que se demostrou que o aumento da potencia acústica total aumenta o rendemento da biopsia en USeFNAB13, son necesarios máis estudos cuantitativos sobre o rendemento e a calidade da mostra para avaliar os beneficios clínicos detallados da xeometría da agulla estudada.