Collaborative Research: Needles with High Inclination Angle Cutting Edge and Polished Surfaces for High Performance Biopsy

合作研究:用于高性能活检的具有高倾角切削刃和抛光表面的针

基本信息

项目摘要

The objective of this project is to improve the fundamental understanding of needle design and manufacturing in order to enable more efficient needle core biopsy. The tissue biopsy length will be increased by optimizing the high-inclination-angle needle cutting edges and smoothing the needle surfaces to reduce friction at the tissue-needle interface and thereby reduce the required cutting forces. This project involves three tasks. Task 1 is to realize simultaneous internal and external polishing of 18-gauge stainless steel needle tubes using magnetic abrasive finishing. Task 2 is to design and machine (i.e., grind and polish) the high-inclination-angle needle cutting edges. Task 3 is to measure the friction force between tissue and the needle interior, develop the mathematical model of the biopsy length as a function of the needle cutting edge and internal friction force, and optimize the needle design and manufacture to give the maximum biopsy length possible. If successful, the outcomes of this research will reveal the micro-machining (deformation and cutting) mechanisms of soft tissue using the engineered biopsy needles. Modifications to the existing metal-cutting models and observations of new phenomena in cutting tissue can broaden the application of the traditional field of machining to biomedical and healthcare components. Biopsy is a widely used medical procedure in which a tissue sample is cut and removed for examination to identify and diagnose diseases. The improvement in the tissue-cutting efficiency will reduce pain and improve accuracy in pathology diagnosis, and the innovative needle design and manufacturing will be translatable to any field of medicine that uses needles. The research activities will be integrated into graduate and undergraduate courses creating a learning environment that engages the students in the university engineering experience and enhances their long-term retention in engineering careers.
该项目的目的是提高对针头设计和制造的基本理解,以便更有效的针核活检。组织活检长度将通过优化高倾斜角切割边缘和平滑针头以减少组织针线界面的摩擦并从而减少所需的切割力来增加组织活检长度。该项目涉及三个任务。任务1是要使用磁性磨料表面处理18号不锈钢针管的同时内部和外部抛光。任务2是设计和机器(即研磨和抛光)高倾斜角针切割边缘。任务3是测量组织和针内部之间的摩擦力,开发活检长度的数学模型,这是针头切削刃和内部摩擦力的函数,并优化针头设计和制造以使最大的活检长度可能。 如果成功的话,这项研究的结果将揭示使用工程活检针的软组织的微观缓解(变形和切割)机制。修改现有的金属切割模型和切割组织中新现象的观察可以扩大传统加工领域的应用到生物医学和医疗保健组件。活检是一种广泛使用的医学程序,在其中切割并去除组织样品以检查和诊断疾病。组织切割效率的提高将减轻疼痛并提高病理诊断的准确性,而创新的针头设计和制造将转换为使用针头的任何药物领域。研究活动将融入研究生和本科课程中,创造一种学习环境,使学生参与大学工程经验,并增强其在工程职业中的长期保留。

项目成果

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