Dankie dat jy Nature.com besoek het.Die blaaierweergawe wat jy gebruik het beperkte CSS-ondersteuning.Vir die beste ervaring, beveel ons aan dat jy 'n opgedateerde blaaier gebruik (of versoenbaarheidsmodus in Internet Explorer deaktiveer).In die tussentyd, om volgehoue ondersteuning te verseker, sal ons die webwerf sonder style en JavaScript weergee.
Dit is onlangs gedemonstreer dat die gebruik van ultraklank die weefselopbrengs in ultraklankondersteunde fynnaaldaspirasie (USeFNAB) verhoog in vergelyking met konvensionele fynnaaldaspirasie (FNAB).Tot op hede is die verband tussen skuinsgeometrie en puntbeweging nie deeglik bestudeer nie.In hierdie studie het ons die eienskappe van naaldresonansie en defleksie-amplitude vir verskeie naaldskuinsgeometrieë met verskillende skuinslengtes ondersoek.Deur 'n konvensionele 3.9 mm-skuins lanset te gebruik, was die puntafbuigingskragfaktor (DPR) in lug en water onderskeidelik 220 en 105 µm/W.Dit is hoër as die aksimmetriese 4 mm-skuinspunt, wat onderskeidelik 180 en 80 µm/W DPR in lug en water verskaf.Hierdie studie beklemtoon die belangrikheid van die verband tussen die buigstyfheid van die skuins geometrie in die konteks van verskillende maniere van invoeging, en kan dus insig gee in metodes vir die beheer van na-deursteek snyaksie deur die naaldskuins geometrie te verander, wat belangrik is.vir 'n USeFNAB aansoek is krities.
Fyn-naald aspirasie biopsie (FNA) is 'n metode om weefselmonsters vir vermoedelike patologie1,2,3 met behulp van 'n naald te verkry.Daar is getoon dat die Franseen-punt hoër diagnostiese werkverrigting lewer as konvensionele lanset4- en Menghini5-punte.Aksisimmetriese (dws omtrek) hellings word ook voorgestel om die waarskynlikheid van histopatologies toereikende monsters te verhoog.
Tydens 'n biopsie word 'n naald deur lae vel en weefsel gevoer om toegang tot verdagte letsels te verkry.Onlangse studies het getoon dat ultraklank die penetrasiekrag wat nodig is om toegang tot sagte weefsels te verminder7,8,9,10 kan verminder.Daar is getoon dat naaldskuinsgeometrie naaldinteraksiekragte beïnvloed, byvoorbeeld, langer skuinings het laer weefselpenetrasiekragte11.Nadat die naald die oppervlak van die weefsel binnegedring het, maw na punksie, kan die snykrag van die naald 75% van die interaksiekrag van die naald met die weefsel wees12.Dit is getoon dat ultraklank (ultraklank) in die post-punksiefase die doeltreffendheid van diagnostiese sagteweefselbiopsie verhoog.Ander ultraklank-verbeterde beenbiopsie-tegnieke is ontwikkel vir die neem van hardeweefselmonsters, maar geen resultate is aangemeld wat biopsie-opbrengs verbeter nie.Talle studies het ook bevestig dat meganiese verplasing toeneem wanneer dit aan ultrasoniese spanning onderwerp word16,17,18.Alhoewel daar baie studies is oor aksiale (longitudinale) statiese kragte in naald-weefsel-interaksies19,20, is daar beperkte studies oor die temporele dinamika en geometrie van naaldskuins onder ultrasoniese FNAB (USeFNAB).
Die doel van hierdie studie was om die effek van verskillende skuinsgeometrieë op die beweging van die naaldpunt in 'n naald wat deur ultrasoniese buiging aangedryf word, te ondersoek.In die besonder het ons die effek van die inspuitmedium op naaldpuntdefleksie na punksie vir tradisionele naaldskuins (dws USeFNAB-naalde vir verskeie doeleindes soos selektiewe aspirasie of sagteweefselverkryging) ondersoek.
Verskeie skuinsgeometrieë is by hierdie studie ingesluit.(a) Die Lancet-spesifikasie voldoen aan ISO 7864:201636 waar \(\alpha\) die primêre skuins is, \(\theta\) die rotasiehoek van die sekondêre skuins is, en \(\phi\) die sekondêre skuins is hoek., wanneer dit roteer, in grade (\(^\circ\)).(b) Lineêre asimmetriese enkelstapafskuins (genoem "standaard" in DIN 13097:201937) en (c) Lineêre aksimmetriese (omtrek) enkelstapafskuins.
Ons benadering begin deur die verandering in buiggolflengte langs die skuinste te modelleer vir konvensionele lanset-, aksimmetriese en asimmetriese enkel-fase skuins geometrieë.Ons het toe 'n parametriese studie bereken om die effek van pyphelling en lengte op die meganiese vloeibaarheid van die oordrag te ondersoek.Dit is nodig om die optimale lengte vir die maak van 'n prototipe naald te bepaal.Op grond van die simulasie is naaldprototipes gemaak en hul resonante gedrag is eksperimenteel gekenmerk deur die spanningsrefleksiekoëffisiënte te meet en die kragoordragdoeltreffendheid in lug, water en 10% (w/v) ballistiese gelatien te bereken, waaruit die bedryfsfrekwensie bepaal is. .Laastens word hoëspoedbeelding gebruik om die afbuiging van die buiggolf aan die punt van die naald in lug en water direk te meet, asook om die elektriese krag wat by elke skuins hoek gelewer word en die geometrie van die afbuigkragverhouding te skat ( DPR) na die ingespuite medium..
Soos in Figuur 2a getoon, gebruik 'n 21-maatbuis (0,80 mm OD, 0,49 mm ID, buiswanddikte 0,155 mm, standaardwand) om die naaldbuis met buislengte (TL) en skuinshoek (BL) te definieer in ooreenstemming met ISO 9626:201621) in 316 vlekvrye staal (Young se modulus 205 \(\text {GN/m}^{2}\), digtheid 8070 kg/m\(^{3}\) en Poisson se verhouding 0,275 ).
Bepaling van die buiggolflengte en afstemming van die eindige elementmodel (FEM) vir naald- en grenstoestande.(a) Bepaling van skuinslengte (BL) en pyplengte (TL).(b) Driedimensionele (3D) eindige-elementmodel (FEM) wat 'n harmoniese puntkrag \(\tilde{F}_y\vec {j}\) gebruik om die naald proksimaal aan te dryf, die punt af te buig en snelheid te meet by die tip (\ ( \tilde {u}_y\vec {j}\), \(\tilde{v}_y\vec {j}\)) om die oordrag van meganiese vloeibaarheid te bereken.\(\lambda _y\) word gedefinieer as die buiggolflengte relatief tot die vertikale krag \(\tilde{F}_y\vec {j}\).(c) Definisies van die swaartepunt, die deursnee-area A, en die traagheidsmomente \(I_{xx}\) en \(I_{yy}\) onderskeidelik om die x- en y-asse.
Soos in fig.2b,c, vir 'n oneindige (oneindige) balk met deursnee-area A en by 'n golflengte groter as die balk se deursneegrootte, word die gebuigde (of gebuigde) fasesnelheid \( c_{EI }\) bepaal deur 22 :
waar E Young se modulus is (\(\text {N/m}^{2}\)), \(\omega _0 = 2\pi f_0\) is die opwekkingshoekfrekwensie (rad/s), waar \( f_0 \ ) is die lineêre frekwensie (1/s of Hz), I is die traagheidsmoment van die area rondom die belange-as\((\text {m}^{4})\), \(m'=\ rho _0 A\ ) is die massa op lengte-eenheid (kg/m), waar \(\rho _0\) die digtheid\((\text {kg/m}^{3})\) is en A die kruis is gedeelte van die balkarea (xy-vlak) (\(\ teks {m}^{2}\)).Aangesien die krag wat in ons voorbeeld toegepas word parallel aan die vertikale y-as is, dws \(\tilde{F}_y\vec {j}\), stel ons net belang in die streekstraagheidsmoment om die horisontale x-as, dws \(I_{xx}\), dus:
Vir die eindige element model (FEM) word 'n suiwer harmoniese verplasing (m) aanvaar, dus word die versnelling (\(\text {m/s}^{2}\)) uitgedruk as \(\parsiële ^2 \vec { u}/ \ gedeeltelike t^2 = -\omega ^2\vec {u}\) as \(\vec {u}(x, y, z, t): = u_x\vec {i} + u_y\ vec {j } + u_z\vec {k}\) is 'n driedimensionele verplasingsvektor wat in ruimtelike koördinate gegee word.In plaas van laasgenoemde, in ooreenstemming met die implementering daarvan in die COMSOL Multiphysics-sagtewarepakket (weergawes 5.4-5.5, COMSOL Inc., Massachusetts, VSA), word die eindige vervorming Lagrangiese vorm van die momentumbalanswet soos volg gegee:
waar \(\vec {\nabla}:= \frac{\partial}}{\partial x}\vec {i} + \frac{\partial}}{\partial y}\vec {j} + \frac{ \partial }{\partial z}\vec {k}\) is die tensor divergensie-operateur, \({\underline{\sigma}}\) is die tweede Piola-Kirchhoff spanningstensor (tweede orde, \(\ text { N/ m}^{2}\)) en \(\vec {F_V}:= F_{V_x}\vec {i}+ F_{V_y}\vec {j}+ F_{V_z}\vec {k} \) is die liggaamskragvektor (\(\text {N/m}^{3}\)) vir elke vervormde volume, en \(e^{j\phi}\) is die fasehoekvektor\(\ phi \ ) (bly).In ons geval is die volumekrag van die liggaam nul, ons model veronderstel meetkundige lineariteit en 'n klein suiwer elastiese vervorming, dws waar \({\underline{\varepsilon}}^{el}\) en \({\underline) {\varepsilon}}\) is onderskeidelik elastiese vervorming en totale vervorming (tweede orde, dimensieloos).Hooke se konstitutiewe isotropiese elastisiteitstensor \(\underline{\underline{C}}\) word bereken met behulp van Young se modulus E (\(\text {N/m}^{2}\)) en Poisson se verhouding v word bepaal, dus dws \(\underline{\underline{C}}:=\underline{\underline{C}}(E,v)\) (vierde orde).Dus word die spanningsberekening \({\underline{\sigma}} := \underline{\underline{C}}:{\underline{\varepsilon}}\).
Die berekening gebruik 'n 10-node tetraëdriese element met 'n elementgrootte \(\le\) van 8 µm.Die naald word in vakuum gemodelleer, en die waarde van die oorgedrade meganiese mobiliteit (ms-1 N-1) word gedefinieer as \(|\tilde{Y}_{v_yF_y}|= |\tilde{v}_y\vec { j}|/ |\ tilde{F}_y\vec {j}|\)24, waar \(\tilde{v}_y\vec {j}\) die uitset komplekse snelheid van die handstuk is en \( \ tilde {F}_y\ vec {j }\) is 'n komplekse dryfkrag wat by die proksimale punt van die buis geleë is, soos in Figuur 2b getoon.Vertaal die meganiese vloeibaarheid in desibel (dB) deur die maksimum waarde as 'n verwysing te gebruik, dws \(20\log _{10} (|\tilde{Y}|/ |\tilde{Y}_{maks}|) \ ) .Alle FEM-studies is uitgevoer teen 'n frekwensie van 29.75 kHz.
Die ontwerp van die naald (Fig. 3) bestaan uit 'n konvensionele 21-gauge hipodermiese naald (Kat. No. 4665643, Sterican\(^\circledR\), buitenste deursnee 0,8 mm, lengte 120 mm, AISI 304 vlekvrye chroom-nikkel staal , B. Braun Melsungen AG, Melsungen, Duitsland) toegerus met 'n plastiek Luer Lock-huls gemaak van polipropileen aan die proksimale punt en paslik aangepas aan die einde.Die naaldbuis word aan die golfleier gesoldeer soos in Fig. 3b getoon.Die golfleiers is gedruk op 'n vlekvrye staal 3D drukker (EOS 316L vlekvrye staal op 'n EOS M 290 3D drukker, 3D Formtech Oy, Jyväskylä, Finland) en dan met M4 boute aan die Langevin sensor geheg.Die Langevin-sensor bestaan uit 8 piëso-elektriese ringelemente wat aan albei kante met twee massas gelaai is.
Die vier tipes punte (foto), 'n kommersieel beskikbare lanset (L) en drie vervaardigde aksimmetriese enkel-stadium skuins (AX1-3) is gekenmerk deur skuins lengtes (BL) van onderskeidelik 4, 1,2 en 0,5 mm.(a) Close-up van die voltooide naaldpunt.(b) Boaansig van vier penne wat aan die 3D-gedrukte golfleier gesoldeer is en dan met M4-boute aan die Langevin-sensor gekoppel is.
Drie aksimmetriese skuinspunte (Fig. 3) is vervaardig (TAs Machine Tools Oy) met skuinslengtes (BL, soos gedefinieer in Fig. 2a) van 4.0, 1.2 en 0.5 mm, wat ooreenstem met \(\ongeveer) 2 \(^ \ circ\), 7\(^\circ\) en 18\(^\circ\) onderskeidelik.Die massa van die golfleier en naald is 3,4 ± 0,017 g (gemiddeld ± sd, n = 4) vir onderskeidelik skuins L en AX1-3 (Quintix\(^\circledR\) 224 Design 2, Sartorius AG, Göttingen, Duitsland) .Vir die L en AX1-3 skuins in Figuur 3b was die totale lengte vanaf die punt van die naald tot die einde van die plastiekhuls onderskeidelik 13.7, 13.3, 13.3 en 13.3 cm.
Vir alle naaldkonfigurasies was die lengte vanaf die punt van die naald tot by die punt van die golfleier (dws tot by die sweisarea) 4,3 cm, en die naaldbuis was georiënteer met die snit opwaarts (dws parallel met die Y-as) , soos in die figuur getoon.c (Fig. 2).
'n Pasgemaakte skrif in MATLAB (R2019a, The MathWorks Inc., Massachusetts, VSA) wat op 'n rekenaar (Latitude 7490, Dell Inc., Texas, VSA) loop, is gebruik om 'n lineêre sinusvormige sweep van 25 tot 35 kHz vir 7 sekondes te genereer, deurgaan 'n Digitaal-na-analoog (DA)-omskakelaar (Analog Discovery 2, Digilent Inc., Washington, VSA) skakel om na 'n analoog sein.Die analoog sein \(V_0\) (0.5 Vp-p) is toe versterk met 'n toegewyde radiofrekwensie (RF) versterker (Mariachi Oy, Turku, Finland).Dalende versterkte spanning \({V_I}\) vanaf die RF-versterker met 'n uitsetimpedansie van 50 ohm word gevoer na 'n transformator wat in die naaldstruktuur ingebou is met 'n insetimpedansie van 50 ohm.Langevin-omskakelaars (voorste en agterste swaardiens meerlaag piëso-elektriese omskakelaars) word gebruik om meganiese golwe op te wek.Die pasgemaakte RF-versterker is toegerus met 'n dubbelkanaal staandegolfkragfaktor (SWR) meter wat die voorval \({V_I}\) en gereflekteerde versterkte spanning\(V_R\) in analoog-na-digitaal (AD) modus aanteken.met 'n steekproeftempo van 300 kHz-omskakelaar (analoog Discovery 2).Die opwekkingsein word aan die begin en aan die einde amplitude gemoduleer om te verhoed dat die versterker se insette oorlaai word met transiënte.
Deur gebruik te maak van 'n pasgemaakte skrif wat in MATLAB geïmplementeer is, is die frekwensieresponsfunksie (FRF), dws \(\tilde{H}(f)\), vanlyn beraam deur gebruik te maak van 'n tweekanaal sinusvormige sweepmetingsmetode (Fig. 4), wat aanneem lineariteit in tyd.onveranderlike stelsel.Daarbenewens word 'n 20 tot 40 kHz banddeurlaatfilter toegepas om enige ongewenste frekwensies van die sein te verwyder.Met verwysing na die teorie van transmissielyne, in hierdie geval is \(\tilde{H}(f)\) ekwivalent aan die spanningsrefleksiekoëffisiënt, dws \(\rho _{V} \equiv {V_R}/{V_I}\ ) \) verminder tot \({V_R}^ 2 /{V_I}^2\ ) is gelyk aan \(|\rho _{V}|^2\).In gevalle waar absolute elektriese drywingswaardes vereis word, word invallende drywing \(P_I\) en gereflekteerde drywing \(P_R\) drywing (W) bereken deur byvoorbeeld die wg-waarde (rms) van die ooreenstemmende spanning te neem.vir 'n transmissielyn met sinusvormige opwekking \( P = {V}^2/(2Z_0)\)26, waar \(Z_0\) gelyk is aan 50 \(\Omega\).Die elektriese krag wat aan die las \(P_T\) (dws die ingevoegde medium) voorsien word, kan bereken word as \(|P_I – P_R |\) (W RMS), sowel as die kragoordragdoeltreffendheid (PTE) en persentasie ( %) kan bepaal word hoe die vorm gegee word, dus 27:
Die naaldvormige modale frekwensies \(f_{1-3}\) (kHz) en hul ooreenstemmende drywingsoordragfaktore \(\text {PTE}_{1{-}3} \) word dan geskat deur die FRF te gebruik.FWHM (\(\text {FWHM}_{1{-}3}\), Hz) direk geskat vanaf \(\text {PTE}_{1{-}3}\), vanaf Tabel 1 A eensydig lineêre spektrum word verkry by die beskryfde modale frekwensie \(f_{1-3}\).
Meting van die frekwensierespons (AFC) van naaldstrukture.'n Sinusvormige tweekanaal-sweepmeting25,38 word gebruik om die frekwensieresponsfunksie \(\tilde{H}(f)\) en sy impulsrespons H(t) te verkry.\({\mathcal {F}}\) en \({\mathcal {F}}^{-1}\) verteenwoordig die Fourier-transformasie van digitale afkapping en sy inverse, onderskeidelik.\(\tilde{G}(f)\) beteken die produk van twee seine in die frekwensiedomein, bv. \(\tilde{G}_{XrX}\) beteken die inverse skanderingsproduk\(\tilde{ X} r (f)\ ) en valspanning \(\tilde{X}(f)\) onderskeidelik.
Soos getoon in Figuur 5, is die hoëspoedkamera (Phantom V1612, Vision Research Inc., NJ, VSA) toegerus met 'n makrolens (MP-E 65mm, \(f\)/2.8, 1-5\).(\times\), Canon Inc., Tokio, Japan), om puntafbuigings tydens buigopwekking (enkelfrekwensie, aaneenlopende sinusvorm) by frekwensies van 27,5-30 kHz aan te teken.Om 'n skadukaart te skep, is 'n afgekoelde element van 'n hoë intensiteit wit LED (deelnommer: 4052899910881, wit LED, 3000 K, 4150 lm, Osram Opto Semiconductors GmbH, Regensburg, Duitsland) agter die punt van die naald geplaas.
Vooraansig van die eksperimentele opstelling.Diepte word gemeet vanaf die oppervlak van die medium.Die naaldstruktuur word vasgeklem en op 'n gemotoriseerde oordragtafel gemonteer.Gebruik 'n hoëspoedkamera met 'n hoë vergrotingslens (5\(\x\)) om skuinshoekafwyking te meet.Alle afmetings is in millimeters.
Vir elke tipe naaldskuining het ons 300 rame van 'n hoëspoedkamera opgeneem wat 128 \(\x\) 128 pixels meet, elk met 'n ruimtelike resolusie van 1/180 mm (\(\ongeveer) 5 µm), met 'n tydelike resolusie van 310 000 rame per sekonde.Soos in Figuur 6 getoon, word elke raam (1) so geknip (2) dat die punt van die naald in die laaste reël (onder) van die raam is, en die histogram van die prent (3) word bereken, dus die Canny drempels van 1 en 2 kan bepaal word.Pas dan Canny edge detection 28(4) toe met Sobel operateur 3 \(\times\) 3 en bereken posisies vir nie-hipotenuse pixels (gemerk \(\mathbf {\times }\)) sonder cavitasie 300 tydstappe.Om die omvang van puntafbuiging te bepaal, bereken die afgeleide (met die sentrale verskilalgoritme) (6) en bepaal die raam (7) wat die plaaslike uiterstes (dws piek) van die defleksie bevat.Na 'n visuele inspeksie van die kavitasievrye rand, is 'n paar rame (of twee rame met 'n interval van halftyd) gekies (7) en die defleksie van die punt is gemeet (aangedui as \(\mathbf {\times } \) ).Bogenoemde word in Python (v3.8, Python Software Foundation, python.org) geïmplementeer deur die OpenCV Canny edge-opsporingsalgoritme (v4.5.1, oopbron rekenaarvisie-biblioteek, opencv.org) te gebruik.Laastens word die defleksie drywingsfaktor (DPR, µm/W) bereken as die verhouding van die piek-tot-piek defleksie tot die oorgedra elektriese drywing \(P_T\) (Wrms).
Met behulp van 'n 7-stap algoritme (1-7), insluitend sny (1-2), Canny edge detection (3-4), berekening, meet die pixel posisie van die punt defleksie rand met behulp van 'n reeks rame geneem uit 'n hoë- spoedkamera by 310 kHz ( 5) en sy tydafgeleide (6), en laastens word die omvang van puntafbuiging gemeet op visueel gekontroleerde pare rame (7).
Gemeet in lug (22,4-22,9°C), gedeïoniseerde water (20,8-21,5°C) en 10% (w/v) waterige ballistiese gelatien (19,7-23,0°C , \(\text {Honeywell}^{ \ text { TM}}\) \(\text {Fluka}^{\text {TM}}\) Bees- en varkbeengelatien vir tipe I-ballistiese analise, Honeywell International, Noord-Carolina, VSA).Temperatuur is gemeet met 'n K-tipe termokoppelversterker (AD595, Analog Devices Inc., MA, VSA) en 'n K-tipe termokoppel (Fluke 80PK-1 Bead Probe No. 3648 tipe-K, Fluke Corporation, Washington, VSA).Gebruik 'n vertikale gemotoriseerde Z-as-verhoog (8MT50-100BS1-XYZ, Standa Ltd., Vilnius, Litaue) om diepte te meet vanaf die media-oppervlak (gestel as die oorsprong van die Z-as) met 'n resolusie van 5 µm per stap.
Aangesien die steekproefgrootte klein was (n = 5) en normaliteit nie aanvaar kon word nie, is die twee-steekproef tweestert Wilcoxon rangsom toets (R, v4.0.3, R Foundation for Statistical Computing, r-project.org) gebruik om die hoeveelheid variansie naaldpunt vir verskeie skuins te vergelyk.Drie vergelykings is vir elke helling gemaak, so 'n Bonferroni-korreksie is toegepas met 'n aangepaste betekenisvlak van 0.017 en 'n foutkoers van 5%.
Daar word na Fig. 7 hieronder verwys.By 29.75 kHz is die geboë halwe golflengte (\(\lambda _y/2\)) van 'n 21-gauge-naald \(\ongeveer) 8 mm.Die buiggolflengte neem langs die helling af soos dit die punt nader.Aan die punt \(\lambda _y/2\) is daar getrapte skuins van onderskeidelik 3, 1 en 7 mm vir gewone lansette (a), asimmetries (b) en asimmetries (c).Dit beteken dus dat die lanset met \(\ongeveer\) 5 mm sal verskil (as gevolg van die feit dat die twee vlakke van die lanset 'n punt van 29.30 vorm), die asimmetriese helling sal met 7 mm verskil, en die simmetriese helling met 1 mm.Asimmetriese hellings (die swaartepunt bly dieselfde, dus net die wanddikte verander eintlik langs die helling).
Toepassing van die FEM-studie by 29.75 kHz en die vergelyking.(1) Bereken die buigende halfgolfverandering (\(\lambda _y/2\)) vir lanset (a), asimmetriese (b) en aksimmetriese (c) skuins meetkunde (soos in Fig. 1a,b,c).).Die gemiddelde \(\lambda_y/2\) vir die lanset-, asimmetriese en asimmetriese hellings is onderskeidelik 5,65, 5,17 en 7,52 mm.Let daarop dat puntdikte vir asimmetriese en aksimmetriese skuinskante beperk is tot \(\ongeveer) 50 µm.
Piekmobiliteit \(|\tilde{Y}_{v_yF_y}|\) is 'n kombinasie van optimale buislengte (TL) en inklinasielengte (BL) (Fig. 8, 9).Vir 'n konvensionele lanset, aangesien sy grootte vas is, is die optimale TL \(\ongeveer\) 29.1 mm (Fig. 8).Vir asimmetriese en asimmetriese hellings (Fig. 9a, b, onderskeidelik), het die FEM-studie BL van 1 tot 7 mm ingesluit, dus was die optimale TL-reekse van 26,9 tot 28,7 mm (reeks 1,8 mm) en van 27,9 tot 29,2 mm (reeks 1,3 mm).) ), onderskeidelik.Vir asimmetriese hellings (Fig. 9a) het die optimale TL lineêr toegeneem, 'n plato bereik by BL 4 mm, en dan skerp afgeneem van BL 5 tot 7 mm.Vir aksimmetriese hellings (Fig. 9b), neem die optimale TL lineêr toe met BL-verlenging en stabiliseer uiteindelik by BL van 6 tot 7 mm.'n Uitgebreide studie van aksimmetriese hellings (Fig. 9c) het 'n ander stel optimale TL's getoon wat by \(\ongeveer) 35.1–37.1 mm geleë is.Vir alle BL'e is die afstand tussen twee stelle optimale TL's \(\ongeveer\) 8 mm (gelykstaande aan \(\lambda _y/2\)).
Lancet transmissie mobiliteit by 29,75 kHz.Die naaldbuis is teen 'n frekwensie van 29.75 kHz gebuig, die vibrasie is aan die einde gemeet en uitgedruk as die hoeveelheid oorgedrade meganiese mobiliteit (dB relatief tot die maksimum waarde) vir TL 26.5-29.5 mm (0.1 mm stap).
Parametriese studies van die FEM teen 'n frekwensie van 29.75 kHz toon dat die oordragmobiliteit van die aksimmetriese punt minder beïnvloed word deur veranderinge in die lengte van die buis as sy asimmetriese eweknie.Skuinlengte (BL) en pyplengte (TL) studies vir asimmetriese (a) en aksimmetriese (b, c) skuins geometrieë in frekwensiedomeinstudies deur gebruik te maak van FEM (grenstoestande word in Figuur 2 getoon).(a, b) TL het gewissel van 26.5 tot 29.5 mm (0.1 mm stap) en BL 1-7 mm (0.5 mm stap).(c) Uitgebreide asimmetriese skuinshoekstudie insluitend TL 25-40mm (0.05mm stap) en 0.1-7mm (0.1mm stap) wat die verlangde verhouding openbaar \(\lambda_y/2\) Los bewegende grensvoorwaardes vir 'n punt word bevredig.
Die naaldstruktuur het drie natuurlike frekwensies \(f_{1-3}\) verdeel in lae, medium en hoë modale streke soos getoon in Tabel 1. Die PTE-grootte word in Figuur 10 getoon en dan in Figuur 11 ontleed. Hieronder is die resultate vir elke modale area:
Tipiese aangetekende oombliklike kragoordragdoeltreffendheid (PTE) amplitudes verkry met behulp van sinusvormige opwekking met sweeffrekwensie op 'n diepte van 20 mm vir 'n lanset (L) en aksimmetriese hellings AX1-3 in lug, water en gelatien.'n Eensydige spektrum word getoon.Die gemete frekwensierespons (300 kHz monstertempo) is laagdeurlaat gefiltreer en dan met 'n faktor van 200 verminder vir modale analise.Die sein-tot-geraas-verhouding is \(\le\) 45 dB.Die PTE-fase (pers stippellyn) word in grade (\(^{\circ}\) getoon).
Die modale reaksie-analise word in Figuur 10 (gemiddeld ± standaardafwyking, n = 5) getoon vir die L- en AX1-3-hellings in lug, water en 10% gelatien (20 mm diepte) met (boonste) drie modale streke (laag , medium, hoog).), en hul ooreenstemmende modale frekwensies\(f_{1-3}\) (kHz), (gemiddelde) energiedoeltreffendheid\(\text {PTE}_{1{-}3 }\) gebruik ontwerpvergelykings.(4) en (onder) is die volle breedte by die helfte van die maksimum gemete waarde \(\text {FWHM}_{1{-}3}\) (Hz), onderskeidelik.Let daarop dat wanneer 'n lae PTE aangeteken word, dws in die geval van 'n AX2-helling, word die bandwydtemeting weggelaat, \(\text {FWHM}_{1}\).Die \(f_2\)-modus word as die geskikste beskou om die defleksie van skuinsvlakke te vergelyk, aangesien dit die hoogste vlak van kragoordragdoeltreffendheid (\(\text {PTE}_{2}\)) demonstreer, tot en met 99%.
Eerste modale streek: \(f_1\) hang nie veel af van die mediatipe wat ingevoeg is nie, maar hang af van die skuinsgeometrie.\(f_1\) neem af met dalende skuinslengte (27.1, 26.2 en 25.9 kHz vir AX1-3, onderskeidelik, in lug).Die streeksgemiddeldes \(\text {PTE}_{1}\) en \(\text {FWHM}_{1}\) is \(\approx\) 81% en 230 Hz onderskeidelik.\(\text {FWHM}_{1}\) was die hoogste in gelatien van Lancet (L, 473 Hz).Let daarop dat \(\text {FWHM}_{1}\) vir AX2 in gelatien nie geskat kan word nie as gevolg van die lae grootte van die gerapporteerde frekwensieresponse.
Die tweede modale streek: \(f_2\) hang af van die tipe plak en skuins media.In lug, water en gelatien is die gemiddelde \(f_2\) waardes onderskeidelik 29,1, 27,9 en 28,5 kHz.Die PTE vir hierdie modale streek het ook 99% bereik, die hoogste onder alle metingsgroepe, met 'n streeksgemiddeld van 84%.Die area gemiddelde \(\text {FWHM}_{2}\) is \(\approx\) 910 Hz.
Derde modale streek: \(f_3\) Die frekwensie hang af van die tipe invoegmedium en skuins.Gemiddelde \(f_3\) waardes is 32.0, 31.0 en 31.3 kHz in lug, water en gelatien, onderskeidelik.\(\text {PTE}_{3}\) het 'n streeksgemiddeld van \(\ongeveer\) 74%, die laagste van enige streek.Die streeksgemiddelde \(\text {FWHM}_{3}\) is \(\ongeveer\) 1085 Hz, wat hoër is as die eerste en tweede streke.
Die volgende verwys na Fig.12 en Tabel 2. Die lanset (L) het die meeste gebuig (met 'n hoë betekenisvolheid vir alle punte, \(p<\) 0.017) in beide lug en water (Fig. 12a), en behaal die hoogste DPR (tot 220 µm/) W in die lug). 12 en Tabel 2. Die lanset (L) het die meeste gebuig (met 'n hoë betekenisvolheid vir alle punte, \(p<\) 0.017) in beide lug en water (Fig. 12a), en behaal die hoogste DPR (tot 220 µm/) W in die lug). Следующее относится к рисунку 12 и таблице 2. Ланцет (L) отклонялся больше всего для выснаюкой для ов, \(p<\) 0,017) как в воздухе, так и в воде (рис. 12а), достигая самого высокого DPR . Die volgende is van toepassing op Figuur 12 en Tabel 2. Lancet (L) het die meeste gebuig (met hoë betekenisvolheid vir alle punte, \(p<\) 0.017) in beide lug en water (Fig. 12a), en behaal die hoogste DPR.(doen 220 μm/W in lug).Daar word na Figuur 12 en Tabel 2 hieronder verwys.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有高度意意繉\义\) 0，1.最高DPR （空气中高达220 µm/W）.柳叶刀(L) het die hoogste defleksie in lug en water (图12a) (对所述尖端是对尖端是是电影,\(p<\) 0.017), en behaal die hoogste DPR (tot µm220) W in die lug). Ланцет (L) имеет наибольшее отклонение (весьма значимое для всех наконечников, \(p<\) 0,017) tot возивос амого высокого DPR (tot 220 мкм/Вт воздухе). Lanset (L) het die grootste afwyking (hoogs betekenisvol vir alle punte, \(p<\) 0.017) in lug en water (Fig. 12a), en bereik die hoogste DPR (tot 220 µm/W in lug). In lug het AX1 wat hoër BL gehad het, hoër as AX2–3 gedeflekteer (met betekenis, \(p<\) 0.017), terwyl AX3 (wat die laagste BL gehad het) meer as AX2 gedeflekteer het met 'n DPR van 190 µm/W. In lug het AX1 wat hoër BL gehad het, hoër as AX2–3 gedeflekteer (met betekenis, \(p<\) 0.017), terwyl AX3 (wat die laagste BL gehad het) meer as AX2 gedeflekteer het met 'n DPR van 190 µm/W. В воздухе AX1 с более высоким BL отклонялся выше, чем AX2–3 (со значимостью \(p<\) 0,017), мкада кон онялся больше, чем AX2 с DPR 190 мкм/Вт. In lug het AX1 met hoër BL hoër as AX2–3 gedeflekteer (met betekenis \(p<\) 0.017), terwyl AX3 (met die laagste BL) meer as AX2 gedeflekteer het met 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）．转高于AX2-3（具有显着性，\(p<\) 0.017）．轄倅转大于AX2，DPR 为190 µm/W. In lug is die defleksie van AX1 met hoër BL hoër as dié van AX2-3 (beduidend, \(p<\) 0.017), en die defleksie van AX3 (met die laagste BL) is hoër as dié van AX2, DPR is 190 µm/W. В воздухе AX1 с более высоким BL имеет большее отклонение, чем AX2-3 (sначимо, \(p<\) 0,017), мкагда (к ет большее отклонение, чем AX2 с DPR 190 мкм/Вт. In lug het AX1 met hoër BL groter afwyking as AX2-3 (beduidend, \(p<\) 0.017), terwyl AX3 (met laagste BL) groter afwyking as AX2 met DPR van 190 μm/W het. In water op 20 mm is geen betekenisvolle verskille (\(p>\) 0.017) gevind in defleksie en PTE vir AX1-3 nie. In water op 20 mm is geen betekenisvolle verskille (\(p>\) 0.017) gevind in defleksie en PTE vir AX1-3 nie. В воде на глубине 20 мм достоверных различий (\(p>\) 0,017) по прогибу и ФТР для AX1–3 не обнаружено. In water op 'n diepte van 20 mm is betekenisvolle verskille (\(p>\) 0.017) in defleksie en FTR vir AX1-3 opgespoor.在20 mm 的水中，AX1-3 的挠度和PTE 没有显着差异(\(p>\) 0,017)。 In 20 mm water was daar geen betekenisvolle verskil tussen AX1-3 en PTE nie (\(p>\) 0.017). Vir 20 mm spoed en PTE AX1-3 is nie gebruik nie (\(p>\) 0,017). Op die diepte van 20 mm het die defleksie en PTE AX1-3 nie betekenisvol verskil nie (\(p>\) 0.017).Die vlakke van PTE in water (90.2–98.4%) was oor die algemeen hoër as in lug (56–77.5%) (Fig. 12c), en die verskynsel van kavitasie is opgemerk tydens die eksperiment in water (Fig. 13, sien ook bykomende inligting).
Punt buig amplitude metings (gemiddeld ± standaardafwyking, n = 5) vir L en AX1-3 afkante in lug en water (diepte 20 mm) het die effek van die verandering van afkant meetkunde geopenbaar.Die metings word verkry deur gebruik te maak van kontinue enkelfrekwensie sinusoïdale opwekking.(a) Piekafwyking (\(u_y\vec {j}\)) by die hoekpunt, gemeet teen (b) hul onderskeie modale frekwensies \(f_2\).(c) Kragoordragdoeltreffendheid (PTE, wgk, %) as 'n vergelyking.(4) en (d) Afwykingsdrywingsfaktor (DPR, µm/W) bereken as piekafwyking en transmissiedrywing \(P_T\) (Wrms).
Tipiese skadugrafiek van 'n hoëspoedkamera wat die totale defleksie van die lansetpunt (groen en rooi stippellyne) van die lanset (L) en aksimmetriese punt (AX1-3) in water (diepte 20 mm), halfsiklus, dryffrekwensie toon \(f_2\) (frekwensie 310 kHz monsterneming).Die vasgevang grysskaal-prent het afmetings van 128×128 piksels met 'n pixelgrootte van \(\ongeveer) 5 µm.Video kan gevind word in bykomende inligting.
Ons het dus die verandering in buiggolflengte gemodelleer (Fig. 7) en die meganiese mobiliteit vir oordrag vir konvensionele lansetvormige, asimmetriese en aksiale kombinasies van buislengte en skuins bereken (Fig. 8, 9).Simmetriese skuins geometrie.Gebaseer op laasgenoemde, het ons die optimum punt-tot-sweisafstand geskat as 43 mm (of \(\approx\) 2.75\(\lambda_y\) by 29.75 kHz) soos getoon in Figuur 5, en het drie aksimmetriese skuinskante vervaardig met verskillende skuinslengtes.Ons het toe hul frekwensieresponse gekarakteriseer in vergelyking met konvensionele lansette in lug, water en 10% (w/v) ballistiese gelatien (Figure 10, 11) en die beste geval vir die vergelyking van kantelafbuigingsmodus bepaal.Laastens het ons puntafbuiging gemeet deur golf in lug en water te buig op 'n diepte van 20 mm en die kragoordragdoeltreffendheid (PTE, %) en defleksiekragfaktor (DPR, µm/W) van die ingespuite medium vir elke kantel gekwantifiseer.tipe (Fig. 12).
Die resultate toon dat die kantel-as van die meetkunde die amplitude-afwyking van die punt-as beïnvloed.Die lanset het die hoogste kromming en ook die hoogste DPR in vergelyking met die aksimmetriese skuins, terwyl die aksimmetriese skuins 'n kleiner gemiddelde afwyking gehad het (Fig. 12). Die as-simmetriese 4 mm-skuinste (AX1) met die langste skuinslengte, het statisties betekenisvolle hoogste defleksie in lug (\(p < 0.017\), Tabel 2) behaal in vergelyking met ander aksimmetriese naalde (AX2–3), maar geen betekenisvolle verskille is waargeneem wanneer die naald in water geplaas is nie. Die as-simmetriese 4 mm-skuinste (AX1) met die langste skuinslengte, het statisties betekenisvolle hoogste defleksie in lug (\(p < 0.017\), Tabel 2) behaal in vergelyking met ander aksimmetriese naalde (AX2–3), maar geen betekenisvolle verskille is waargeneem wanneer die naald in water geplaas is nie. Осесимметричный скос 4 мм (AX1), имеющий наибольшую длину скоса, достиг статистически значимого наиголш p <0,017\), таблица 2) по сравнению с другими осесимметричными иглами (AX2–3). Axisimmetriese skuins 4 mm (AX1), met die langste skuins lengte, het 'n statisties betekenisvolle groter afwyking in lug behaal (\(p < 0.017\), Tabel 2) in vergelyking met ander aksimmetriese naalde (AX2–3).maar betekenisvolle verskille is nie waargeneem wanneer die naald in water geplaas is nie.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) 在縰庰 在縰庰着的最高偏转(\(p < 0,017\)，表2)，但当将针头放入水中时，没有观察到显着差异. In vergelyking met ander aksiaal-simmetriese naalde (AX2-3), het dit die langste skuinshoek van 4 mm aksiaal-simmetries (AX1) in die lug, en dit het statisties betekenisvolle maksimum defleksie behaal (\(p < 0,017\), Tabel 2) , maar toe die naald in water geplaas is, is geen betekenisvolle verskil waargeneem nie. Осесимметричный скос 4 мм (AX1) с наибольшей длиной скоса обеспечивает статистически значимое максимальноз равнению с другими осесимметричными иглами (AX2-3) (\(p < 0,017\), таблица 2), nie существенной ралоницы. Die aksimmetriese helling met die langste hellingslengte van 4 mm (AX1) het 'n statisties betekenisvolle maksimum afwyking in lug verskaf in vergelyking met die ander aksimmetriese hellings (AX2-3) (\(p < 0,017\), Tabel 2), maar daar was geen beduidende verskil.word waargeneem wanneer die naald in water geplaas word.Dus het 'n langer skuinslengte geen ooglopende voordele in terme van piekpuntafbuiging nie.As dit in ag geneem word, blyk dit dat die hellinggeometrie, wat in hierdie studie ondersoek word, 'n groter invloed op die amplitude-afbuiging het as die hellingslengte.Dit kan byvoorbeeld verband hou met buigstyfheid, afhangende van die materiaal wat gebuig word en die algehele dikte van die konstruksienaald.
In eksperimentele studies word die grootte van die gereflekteerde buiggolf beïnvloed deur die grenstoestande van die punt.Toe die naaldpunt in water en gelatien geplaas is, was \(\text {PTE}_{2}\) gemiddeld \(\approx\) 95% en \(\text {PTE}_{2}\) het die waardes gemiddeld is 73% en 77% (\text {PTE}_{1}\) en \(\text {PTE}_{3}\), onderskeidelik (Fig. 11).Dit dui aan dat die maksimum oordrag van akoestiese energie na die gietmedium (byvoorbeeld water of gelatien) by \(f_2\) plaasvind.Soortgelyke gedrag is waargeneem in 'n vorige studie met behulp van eenvoudiger toestelstrukture by frekwensies van 41-43 kHz, waar die skrywers die spanningsrefleksiekoëffisiënt geassosieer met die meganiese modulus van die geïnterkaleerde medium gedemonstreer het.Die penetrasiediepte32 en die meganiese eienskappe van die weefsel verskaf 'n meganiese las op die naald en word dus verwag om die resonante gedrag van die UZeFNAB te beïnvloed.Daarom kan resonansienasporingsalgoritmes soos 17, 18, 33 gebruik word om die krag van die klank wat deur die stylus gelewer word, te optimaliseer.
Buiggolflengtemodellering (Fig. 7) toon dat aksimmetriese hoër strukturele styfheid (dws hoër buigstyfheid) by die punt het as lanset en asimmetriese skuins.Afgelei van (1) en met behulp van die bekende snelheid-frekwensie verwantskap, skat ons die buigstyfheid van die lanset, asimmetriese en asimmetriese punte as hellings \(\ongeveer) 200, 20 en 1500 MPa, onderskeidelik.Dit stem ooreen met (\lambda _y\) 5.3, 1.7 en 14.2 mm by 29.75 kHz, onderskeidelik (Fig. 7a–c).Met inagneming van die kliniese veiligheid van die USeFNAB-prosedure, moet die invloed van meetkunde op die styfheid van die skuinsontwerp geëvalueer word34.
Die studie van die parameters van die skuins en die lengte van die buis (Fig. 9) het getoon dat die optimale TL-reeks vir die asimmetriese (1.8 mm) hoër was as vir die aksimmetriese skuins (1.3 mm).Daarbenewens wissel die mobiliteitsplato van 4 tot 4,5 mm en van 6 tot 7 mm vir onderskeidelik asimmetriese en aksimmetriese kanteling (Fig. 9a, b).Die praktiese relevansie van hierdie bevinding word uitgedruk in vervaardigingstoleransies, byvoorbeeld, 'n laer reeks van optimale TL kan 'n behoefte aan hoër lengte akkuraatheid impliseer.Terselfdertyd bied die opbrengsplatform 'n groter toleransie vir die keuse van hellinglengte by 'n gegewe frekwensie sonder om die opbrengs noemenswaardig te beïnvloed.
Die studie sluit die volgende beperkings in.Direkte meting van naaldafbuiging met behulp van randopsporing en hoëspoedbeeldvorming (Figuur 12) beteken dat ons beperk is tot opties deursigtige media soos lug en water.Ons wil ook daarop wys dat ons nie eksperimente gebruik het om die gesimuleerde oordragmobiliteit te toets nie en omgekeerd, maar FEM-studies gebruik het om die optimale lengte van die vervaardigde naald te bepaal.Uit die oogpunt van praktiese beperkings is die lengte van die lanset van punt tot mou 0,4 cm langer as ander naalde (AX1-3), sien fig.3b.Dit het moontlik die modale reaksie van die naaldvormige struktuur beïnvloed.Daarbenewens kan die vorm en volume van die golfleier-loodsoldeer (sien Figuur 3) die meganiese impedansie van die penontwerp beïnvloed, wat lei tot foute in meganiese impedansie en buiggedrag.
Ten slotte het ons eksperimenteel gedemonstreer dat die skuinsgeometrie die hoeveelheid defleksie in USeFNAB beïnvloed.In situasies waar 'n hoër defleksie-amplitude 'n positiewe uitwerking op die effek van die naald op die weefsel kan hê, byvoorbeeld snydoeltreffendheid na punksie, kan 'n konvensionele lanset aanbeveel word vir USeFNAB, aangesien dit die grootste defleksie-amplitude bied terwyl voldoende rigiditeit behou word. aan die punt van die ontwerp.Daarbenewens het 'n onlangse studie getoon dat groter puntafbuiging biologiese effekte soos kavitasie kan verbeter, wat kan help om toepassings vir minimaal indringende chirurgiese ingrypings te ontwikkel.Aangesien daar getoon is dat toenemende totale akoestiese krag biopsie-opbrengs van USeFNAB13 verhoog, is verdere kwantitatiewe studies van monsteropbrengs en kwaliteit nodig om die gedetailleerde kliniese voordeel van die bestudeerde naaldgeometrie te bepaal.
Frable, WJ Fynnaald aspirasie biopsie: 'n oorsig.Humph.Siek.14:9-28.https://doi.org/10.1016/s0046-8177(83)80042-2 (1983).
Postyd: 13 Oktober 2022