A Compact Device for Ultrasound-Enhanced Biopsy
No Thumbnail Available
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Perustieteiden korkeakoulu |
Master's thesis
Authors
Date
2019-06-18
Department
Major/Subject
Biomedical Engineering
Mcode
SCI3065
Degree programme
Master’s Programme in Engineering Physics
Language
en
Pages
46 + 5
Series
Abstract
Fine-needle aspiration (FNA) biopsy is a safe, non-invasive method used in sampling tissue and fluids for diagnosis. However, up to a third of FNA biopsies fail due to insufficient sample volume. This can be remedied by coupling ultrasound to the needle, which increases the sample volume up to five times more and could also make the procedure less painful due to reducing insertion resistance. An ultrasound-enhanced fine needle biopsy (USeFNB) device was recently built for this purpose. The device is adequate for research, but unnecessarily bulky and complex for use in a clinical environment. In this thesis, a novel ultrasound device was designed and built with the goal of reaching similar performance to the USeFNB system, but with the intention to miniaturize the instrument size. The theory of solid mechanics as well as finite element analysis were used to determine dimensions of the system elements. A prototype was built to these specifications. The needle displacement and cavitation activity produced by the prototype were characterized using high speed camera footage and compared to the USeFNB system. With the same electrical input power, the prototype showed somewhat inferior performance in terms of these quantities. The biopsy yield was not studied due to time constraints. Considering these results, there is reason to believe that enhanced yield could be obtained as well, though some modifications might be required.Ohutneulanäyte on turvallinen ja ei-invasiivinen diagnoosimenetelmä. Kuitenkin jopa yksi kolmesta ohutneulanäytteestä on riittämätön diagnoosin tekemiseen pienen näytekoon vuoksi. Neulaan kytketyn ultraäänilähteen avulla voidaan kasvattaa näytekokoa jopa viisinkertaiseksi ja mahdollisesti samalla tehdä menetelmästä vähemmän kivulias potilaalle. Tähän tarkoitukseen rakennettu ultraäänellä paranneltu ohutneulanäytelaite soveltuu tutkimuskäyttöön, mutta on tarpeettoman suurikokoinen ja monimutkainen sairaalaympäristöön. Tässä työssä kehitettiin ja rakennettiin pienikokoinen ultraäänilaite, jolla tavoiteltiin nykyiseen laitteeseen verrattavaa suorituskykyä. Teoreettista mekaniikkaa ja elementtimenetelmäanalyysiä käytettiin laitteen eri osien suunnitteluun. Näiden suunnitelmien pohjalta rakennettiin laitteen koekappale. Koekappaleen synnyttämää neulan värinää ja kavitaatiota tutkittiin suurnopeuskameralla ja verrattiin nykyiseen laitteeseen. Samalla sähköteholla koekappaleen suorituskyky oli hieman alhaisempi, mutta silti vastaavanlainen verrokkiin nähden. Aikarajoitteiden vuoksi näytekokoa ei ehditty tutkimaan, mutta edellä mainittujen tulosten perusteella voidaan odottaa myös perinteistä ohutneulanäytettä suurempaa näytekokoa viimeistään muutosten jälkeen.Description
Supervisor
Nieminen, HeikkiThesis advisor
Ehnholm, GöstaKeywords
fine needle biopsy, finite element analysis, ultrasound, acoustics