Kiitos vierailustasi Nature.comissa.Käyttämässäsi selainversiossa on rajoitettu CSS-tuki.Parhaan kokemuksen saamiseksi suosittelemme käyttämään päivitettyä selainta (tai poistamaan Yhteensopivuustila käytöstä Internet Explorerissa).Sillä välin varmistaaksemme jatkuvan tuen hahmonnamme sivuston ilman tyylejä ja JavaScriptiä.
Äskettäin on osoitettu, että ultraäänen käyttö lisää kudosten tuottoa ultraääniavusteisessa hienoneula-aspiraatiossa (USeFNAB) verrattuna tavanomaiseen hienoneulaisioon (FNAB).Tähän mennessä viistegeometrian ja kärjen liikkeen välistä suhdetta ei ole tutkittu perusteellisesti.Tässä tutkimuksessa tutkimme neularesonanssin ja taipumaamplitudin ominaisuuksia erilaisille neulan viistegeometrioille eri viisteen pituuksilla.Käytettäessä tavanomaista 3,9 mm viistettyä lansettia, kärjen taipumatehokerroin (DPR) ilmassa ja vedessä oli 220 ja 105 µm/W, vastaavasti.Tämä on korkeampi kuin akselisymmetrinen 4 mm viistetty kärki, joka tarjoaa 180 ja 80 µm/W DPR:n ilmassa ja 80 µm/W vedessä.Tämä tutkimus korostaa viistegeometrian taivutusjäykkyyden välisen suhteen tärkeyttä erilaisten sisäänvientitapojen yhteydessä, ja siksi se voi tarjota käsityksen menetelmistä, joilla ohjataan lävistyksen jälkeistä leikkaustoimintoa muuttamalla neulan viisteen geometriaa, mikä on tärkeää.USeFNAB-sovellukselle on kriittinen.
Hienoneula-aspiraatiobiopsia (FNA) on menetelmä kudosnäytteiden ottamiseksi epäillyn patologian1,2,3 varalta neulalla.Franseen-kärjen on osoitettu tarjoavan paremman diagnostisen suorituskyvyn kuin perinteiset Lancet4- ja Menghini5-kärjet.Aksisymmetristen (eli kehämäisten) kaltevuuden on myös ehdotettu lisäävän histopatologisesti riittävien näytteiden todennäköisyyttä.
Biopsian aikana neula viedään iho- ja kudoskerrosten läpi päästäkseen käsiksi epäilyttäviin vaurioihin.Viimeaikaiset tutkimukset ovat osoittaneet, että ultraääni voi vähentää tunkeutumisvoimaa, joka tarvitaan päästäkseen pehmytkudoksiin7,8,9,10.Neulan viisteen geometrian on osoitettu vaikuttavan neulan vuorovaikutusvoimiin, esimerkiksi pidemmillä viisteillä on osoitettu olevan pienemmät kudoksen tunkeutumisvoimat11.Kun neula on tunkeutunut kudoksen pintaan eli puhkaisun jälkeen, neulan leikkausvoima voi olla 75 % neulan vuorovaikutusvoimasta kudoksen kanssa12.On osoitettu, että pistoksen jälkeisessä vaiheessa ultraääni (ultraääni) lisää diagnostisen pehmytkudosbiopsian tehokkuutta.Muita ultraäänellä tehostettuja luubiopsiatekniikoita on kehitetty kovakudosnäytteiden ottamiseen, mutta tuloksia, jotka parantaisivat biopsian tuottoa, ei ole raportoitu.Lukuisat tutkimukset ovat myös vahvistaneet, että mekaaninen siirtymä kasvaa, kun se altistetaan ultraäänirasitukselle16,17,18.Vaikka on olemassa monia tutkimuksia aksiaalisista (pitkittäissuuntaisista) staattisista voimista neulan ja kudosten vuorovaikutuksessa19, 20, neulan viisteen ajallista dynamiikkaa ja geometriaa on rajoitetusti ultraääni-FNAB:n (USeFNAB) alla.
Tämän tutkimuksen tavoitteena oli selvittää eri viistegeometrioiden vaikutusta neulankärjen liikkeeseen ultraäänitaivutusvoimalla toimivassa neulassa.Erityisesti tutkimme injektioväliaineen vaikutusta neulan kärjen taipumiseen pistoksen jälkeen perinteisillä neulan viisteillä (eli USeFNAB-neuloilla eri tarkoituksiin, kuten selektiiviseen aspiraatioon tai pehmytkudosten hankintaan).
Tähän tutkimukseen sisältyi erilaisia viistegeometrioita.(a) Lancet-spesifikaatio on standardin ISO 7864:201636 mukainen, jossa \(\alpha\) on ensisijainen viiste, \(\theta\) on toissijaisen viisteen kiertokulma ja \(\phi\) on toissijainen viiste. kulma., käännettäessä, asteina (\(^\circ\)).(b) Lineaariset epäsymmetriset yksiportaiset viisteet (kutsutaan "standardiksi" standardissa DIN 13097:201937) ja (c) Lineaariset akselisymmetriset (kehän suuntaiset) yksiportaiset viisteet.
Lähestymistapamme alkaa mallintamalla taivutusaallonpituuden muutos viistettä pitkin tavanomaisille lansetti-, akselisymmetrisille ja asymmetrisille yksivaiheisille viistegeometrioille.Sitten laskemme parametrisen tutkimuksen tutkiaksemme putken kaltevuuden ja pituuden vaikutusta siirron mekaaniseen juoksevuuteen.Tämä on tarpeen prototyyppineulan optimaalisen pituuden määrittämiseksi.Simuloinnin perusteella tehtiin neulaprototyyppejä ja niiden resonanssikäyttäytyminen karakterisoitiin kokeellisesti mittaamalla jännitteen heijastuskertoimet ja laskemalla tehonsiirtotehokkuus ilmassa, vedessä ja 10 % (w/v) ballistisessa gelatiinissa, josta toimintataajuus määritettiin. .Lopuksi nopeaa kuvantamista käytetään mittaamaan suoraan neulan kärjessä olevan taivutusaallon taipuma ilmassa ja vedessä sekä arvioimaan kussakin vinossa kulmassa toimitettu sähköteho ja taipumatehosuhteen geometria ( DPR) injektoituun väliaineeseen..
Kuten kuvassa 2a, käytä 21 gaugen putkea (0,80 mm OD, 0,49 mm sisähalkaisija, putken seinämän paksuus 0,155 mm, vakioseinä) määrittääksesi neulaputken putken pituudella (TL) ja viistekulmalla (BL) ISO:n mukaisesti 9626:201621) ruostumattomasta teräksestä 316 (Youngin moduuli 205 \(\teksti {GN/m}^{2}\), tiheys 8070 kg/m\(^{3}\) ja Poissonin suhde 0,275).
Taivutusaallonpituuden määritys ja elementtimallin (FEM) viritys neula- ja reunaehtoja varten.(a) Viistepituuden (BL) ja putken pituuden (TL) määrittäminen.(b) Kolmiulotteinen (3D) elementtimalli (FEM), joka käyttää harmonista pistevoimaa \(\tilde{F}_y\vec {j}\) ohjaamaan neulaa proksimaalisesti, kääntämään pistettä ja mittaamaan nopeutta vihje (\ ( \tilde {u}_y\vec {j}\), \(\tilde{v}_y\vec {j}\)) mekaanisen juoksevuuden siirron laskemiseen.\(\lambda _y\) määritellään taivutusaallonpituudeksi suhteessa pystyvoimaan \(\tilde{F}_y\vec {j}\).(c) Painopisteen, poikkileikkausalueen A ja hitausmomenttien \(I_{xx}\) ja \(I_{yy}\) määritelmät x- ja y-akselien ympärillä, vastaavasti.
Kuten kuvasta näkyy.2b,c, äärettömälle (äärettömälle) säteelle, jonka poikkileikkauspinta-ala on A ja jonka aallonpituus on suurempi kuin säteen poikkileikkauksen koko, taivutettu (tai taivutettu) vaihenopeus \(c_{EI }\) määräytyy 22:lla :
missä E on Youngin moduuli (\(\teksti {N/m}^{2}\)), \(\omega _0 = 2\pi f_0\) on virityksen kulmataajuus (rad/s), missä \( f_0 \ ) on lineaarinen taajuus (1/s tai Hz), I on kiinnostusakselin ympärillä olevan alueen hitausmomentti\((\teksti {m}^{4})\), \(m'=\ rho _0 A\ ) on pituuden massa (kg/m), missä \(\rho _0\) on tiheys\((\teksti {kg/m}^{3})\) ja A on risti osa säteen alueesta (xy-taso) (\(\ teksti {m}^{2}\)).Koska esimerkissämme käytetty voima on yhdensuuntainen pystysuoran y-akselin kanssa, eli \(\tilde{F}_y\vec {j}\), meitä kiinnostaa vain alueellinen hitausmomentti vaakasuuntaisen x-akselin ympärillä, eli \(I_{xx}\), joten:
Elementtimallissa (FEM) oletetaan puhdas harmoninen siirtymä (m), joten kiihtyvyys (\(\teksti {m/s}^{2}\)) ilmaistaan muodossa \(\partial ^2 \vec { u}/ \ osittainen t^2 = -\omega ^2\vec {u}\) muodossa \(\vec {u}(x, y, z, t): = u_x\vec {i} + u_y\ vec {j } + u_z\vec {k}\) on tilakoordinaateina annettu kolmiulotteinen siirtymävektori.Jälkimmäisen sijaan sen COMSOL Multiphysics -ohjelmistopaketissa (versiot 5.4-5.5, COMSOL Inc., Massachusetts, USA) toteutuksen mukaisesti liikemäärän tasapainolain äärellinen muodonmuutos Lagrangian muoto on annettu seuraavasti:
missä \(\vec {\nabla}:= \frac{\partial}}{\partial x}\vec {i} + \frac{\partial}}{\partial y}\vec {j} + \frac{ \partial } N/ m}^{2}\)) ja \(\vec {F_V}:= F_{V_x}\vec {i}+ F_{V_y}\vec {j}+ F_{V_z}\vec {k} \) on kehon voimavektori (\(\teksti {N/m}^{3}\)) jokaiselle epämuodostuneelle tilavuudelle, ja \(e^{j\phi }\) on vaihekulmavektori\(\ phi \ ) ( iloinen).Tässä tapauksessa kappaleen tilavuusvoima on nolla, mallimme olettaa geometrisen lineaarisuuden ja pienen puhtaasti elastisen muodonmuutoksen, eli missä \({\underline{\varepsilon}}^{el}\) ja \({\alleviiva {\varepsilon}}\) ovat elastinen venymä ja kokonaisvenymä (toisen asteen, dimensioton).Hooken konstitutiivinen isotrooppinen elastisuustensori \(\alleviiva{\alleviiva{C}}\) lasketaan Youngin moduulilla E (\(\teksti {N/m}^{2}\)) ja Poissonin suhde v määritetään, joten esim. \(\underline{\underline{C}}:=\underline{\underline{C}}(E,v)\) (neljäs järjestys).Joten jännityslaskennasta tulee \({\underline{\sigma}} := \underline{\underline{C}}:{\underline{\varepsilon}}\).
Laskennassa käytetään 10-solmun tetraedristä elementtiä, jonka elementin koko \(\le\) on 8 µm.Neula mallinnetaan tyhjiössä, ja siirretyn mekaanisen liikkuvuuden arvo (ms-1 N-1) määritellään \(|\tilde{Y}_{v_yF_y}|= |\tilde{v}_y\vec { j}|/ |\ tilde{F}_y\vec {j}|\)24, missä \(\tilde{v}_y\vec {j}\) on käsikappaleen kompleksilähtönopeus ja \( \ tilde {F}_y\ vec {j }\) on monimutkainen käyttövoima, joka sijaitsee putken proksimaalisessa päässä, kuten kuvassa 2b näkyy.Muunna mekaaninen juoksevuus desibeleinä (dB) käyttämällä maksimiarvoa viitteenä, eli \(20\log _{10} (|\tilde{Y}|/ |\tilde{Y}_{max}|) \ ) .Kaikki FEM-tutkimukset suoritettiin 29,75 kHz:n taajuudella.
Neulan rakenne (kuva 3) koostuu perinteisestä 21 gaugen hypodermisestä neulasta (luettelonro 4665643, Sterican\(^\circledR\), ulkohalkaisija 0,8 mm, pituus 120 mm, AISI 304 ruostumaton kromi-nikkeli teräs , B. Braun Melsungen AG, Melsungen, Saksa) varustettu muovisella Luer Lock -holkilla, joka on valmistettu polypropeenista proksimaalisessa päässä ja sopivasti muokattu päästä.Neulaputki juotetaan aaltoputkeen kuvan 3b mukaisesti.Aaltoputket tulostettiin ruostumattomasta teräksestä valmistetulla 3D-tulostimella (EOS 316L ruostumaton teräs EOS M 290 3D -tulostimella, 3D Formtech Oy, Jyväskylä, Suomi) ja kiinnitettiin sitten Langevin-anturiin M4-pulteilla.Langevin-anturi koostuu 8 pietsosähköisestä rengaselementistä, jotka on ladattu molemmista päistä kahdella massalla.
Neljän tyyppisen kärjen (kuva), kaupallisesti saatavan lansetin (L) ja kolmen valmistetun akselisymmetrisen yksivaiheisen viisteen (AX1-3) tunnusomaiset viistepituudet (BL) olivat 4, 1,2 ja 0,5 mm.(a) Lähikuva valmiista neulankärjestä.(b) Ylhäältä katsottuna neljä nastaa, jotka on juotettu 3D-tulostettuun aaltoputkeen ja liitetty sitten Langevin-anturiin M4-pulteilla.
Kolme akselisymmetristä viistekärkeä (kuva 3) valmistettiin (TAs Machine Tools Oy), joiden viistepituudet (BL, kuten kuvassa 2a on määritelty) olivat 4,0, 1,2 ja 0,5 mm, mikä vastaa \(\noin) 2 \(^ \ circ\), 7\(^\circ\) ja 18\(^\circ\).Aaltoputken ja neulan massa on 3,4 ± 0,017 g (keskiarvo ± sd, n = 4) viisteillä L ja AX1-3 (Quintix\(^\circledR\) 224 Design 2, Sartorius AG, Göttingen, Saksa) .Kuvan 3b viisteillä L ja AX1-3 kokonaispituus neulan kärjestä muoviholkin päähän oli vastaavasti 13,7, 13,3, 13,3 ja 13,3 cm.
Kaikissa neulakokoonpanoissa pituus neulan kärjestä aaltoputken kärkeen (eli hitsausalueelle) oli 4,3 cm, ja neulaputki suunnattiin leikkaus ylöspäin (eli Y-akselin suuntaisesti). , kuten kuvassa näkyy.c (kuvio 2).
Mukautettua skriptiä MATLABissa (R2019a, The MathWorks Inc., Massachusetts, USA) käytettiin tietokoneessa (Latitude 7490, Dell Inc., Texas, USA) luomaan lineaarinen sinimuotoinen pyyhkäisy 25–35 kHz 7 sekunnin ajan. passing Digital-to-analog (DA) -muunnin (Analog Discovery 2, Digilent Inc., Washington, USA) muuntaa analogiseksi signaaliksi.Analoginen signaali \(V_0\) (0,5 Vp-p) vahvistettiin sitten erillisellä radiotaajuusvahvistimella (Mariachi Oy, Turku, Suomi).RF-vahvistimesta, jonka lähtöimpedanssi on 50 ohmia, laskeva vahvistettu jännite \({V_I}\) syötetään neularakenteeseen rakennettuun muuntajaan, jonka tuloimpedanssi on 50 ohmia.Langevin-antureita (etu- ja takaraskaita monikerroksisia pietsosähköisiä muuntimia) käytetään mekaanisten aaltojen tuottamiseen.Mukautettu RF-vahvistin on varustettu kaksikanavaisella seisovaaaltotehokertoimen (SWR) mittarilla, joka tallentaa tulevan \({V_I}\) ja heijastuneen vahvistetun jännitteen\(V_R\) analogisesta digitaaliseen (AD) tilassa.näytteenottotaajuudella 300 kHz Muunnin (analoginen Discovery 2).Herätyssignaali on amplitudimoduloitu alussa ja lopussa, jotta estetään vahvistimen tulon ylikuormittaminen transienteilla.
Käyttämällä MATLABissa toteutettua mukautettua komentosarjaa taajuusvastefunktio (FRF), eli \(\tilde{H}(f)\), arvioitiin offline-tilassa käyttämällä kaksikanavaista sinimuotoista pyyhkäisymittausmenetelmää (kuva 4), jossa oletetaan, että lineaarisuus ajassa.invariantti järjestelmä.Lisäksi 20–40 kHz:n kaistanpäästösuodatin käytetään poistamaan signaalista kaikki ei-toivotut taajuudet.Siirtolinjojen teoriaan viitaten, tässä tapauksessa \(\tilde{H}(f)\) vastaa jännitteen heijastuskerrointa, eli \(\rho _{V} \equiv {V_R}/{V_I}\ ) \) pienenee arvoon \({V_R}^ 2 /{V_I}^2\ ) on yhtä kuin \(|\rho _{V}|^2\).Tapauksissa, joissa vaaditaan absoluuttisia sähkötehon arvoja, tuloteho \(P_I\) ja heijastusteho \(P_R\) teho (W) lasketaan ottamalla esimerkiksi vastaavan jännitteen rms-arvo (rms).siirtolinjalle, jonka viritys on sinimuotoinen \( P = {V}^2/(2Z_0)\)26, missä \(Z_0\) on 50 \(\Omega\).Kuormaan syötetty sähköteho \(P_T\) (eli lisätty väliaine) voidaan laskea kaavalla \(|P_I – P_R |\) (W RMS), samoin kuin tehonsiirron hyötysuhde (PTE) ja prosentti ( %) voidaan määrittää, miten muoto annetaan, joten 27:
Sen jälkeen neulamaiset modaalitaajuudet \(f_{1-3}\) (kHz) ja niitä vastaavat tehonsiirtokertoimet \(\text {PTE}_{1{-}3} \) estimoidaan käyttämällä FRF:ää.FWHM (\(\teksti {FWHM}_{1{-}3}\), Hz) arvioitu suoraan arvosta \(\text {PTE}_{1{-}3}\), taulukosta 1 A yksipuolinen lineaarinen spektri saadaan kuvatulla modaalitaajuudella \(f_{1-3}\).
Neularakenteiden taajuusvasteen (AFC) mittaus.Sinimuotoista kaksikanavaista pyyhkäisymittausta25,38 käytetään taajuusvasteen funktion \(\tilde{H}(f)\) ja sen impulssivasteen H(t) saamiseksi.\({\mathcal {F}}\) ja \({\mathcal {F}}^{-1}\) edustavat digitaalisen katkaisun Fourier-muunnosta ja sen käänteistä.\(\tilde{G}(f)\) tarkoittaa kahden taajuusalueen signaalin tuloa, esim. \(\tilde{G}_{XrX}\) tarkoittaa käänteistä skannaustuotetta\(\tilde{ X} r (f)\ ) ja laskujännite \(\tilde{X}(f)\).
Kuten kuvasta 5 näkyy, nopea kamera (Phantom V1612, Vision Research Inc., NJ, USA) on varustettu makro-objektiivilla (MP-E 65mm, \(f\)/2.8, 1-5\).(\times\), Canon Inc., Tokio, Japani), tallentaa kärjen taipumia taivutusvirityksen aikana (yksitaajuinen, jatkuva sinimuoto) 27,5–30 kHz:n taajuuksilla.Varjokartan luomiseksi jäähdytettiin elementti korkean intensiteetin valkoisesta LED-valosta (osanumero: 4052899910881, valkoinen LED, 3000 K, 4150 lm, Osram Opto Semiconductors GmbH, Regensburg, Saksa) neulan kärjen taakse.
Etunäkymä kokeellisesta kokoonpanosta.Syvyys mitataan väliaineen pinnasta.Neulan rakenne on kiinnitetty ja asennettu moottoroidulle siirtopöydälle.Käytä nopeaa kameraa, jossa on suuri suurennosobjektiivi (5\(\x\)) mittaamaan vinokulmapoikkeama.Kaikki mitat ovat millimetreinä.
Kutakin neulan viistetyyppiä varten tallensimme 300 ruutua nopeasta kamerasta, jonka mitat ovat 128 \(\x\) 128 pikseliä ja joiden jokaisen tilaresoluutio on 1/180 mm (\(\noin) 5 µm. ajallinen resoluutio 310 000 kuvaa sekunnissa.Kuten kuvassa 6, jokainen kehys (1) rajataan (2) siten, että neulan kärki on kehyksen viimeisellä rivillä (alareunassa) ja kuvan histogrammi (3) lasketaan, joten Canny kynnysarvot 1 ja 2 voidaan määrittää.Käytä sitten Canny-reunatunnistusta 28(4) Sobel-operaattorilla 3 \(\times\) 3 ja laske ei-hypotenuusan pikselien sijainnit (merkitty \(\mathbf {\times }\)) ilman kavitaatiota 300 aikavaihetta.Kärjen taipuma-alueen määrittämiseksi laske derivaatta (käyttämällä keskuseroalgoritmia) (6) ja määritä kehys (7), joka sisältää taipuman paikalliset ääriarvot (eli huippu).Kavitaatiovapaan reunan silmämääräisen tarkastuksen jälkeen valittiin pari kehyksiä (tai kaksi kehystä puoliajan välein) (7) ja mitattiin kärjen taipuma (merkitty \(\mathbf {\times }) \) ).Yllä oleva on toteutettu Pythonissa (v3.8, Python Software Foundation, python.org) käyttämällä OpenCV Canny -reunatunnistusalgoritmia (v4.5.1, avoimen lähdekoodin tietokonenäkökirjasto, opencv.org).Lopuksi poikkeutustehokerroin (DPR, µm/W) lasketaan huipusta huippuun poikkeaman suhteena lähetettyyn sähkötehoon \(P_T\) (Wrms).
Käytä 7-vaiheista algoritmia (1-7), mukaan lukien rajaus (1-2), Canny-reunojen tunnistus (3-4), laskelma, mittaa kärjen taipuman reunan pikselin sijainti käyttämällä sarjaa kehyksiä, jotka on otettu korkeasta nopeuskamera 310 kHz:llä ( 5) ja sen aikaderivaata (6) ja lopuksi kärjen taipuma-alue mitataan silmämääräisesti tarkastetuista kehyspareista (7).
Mitattu ilmassa (22,4-22,9°C), deionisoidussa vedessä (20,8-21,5°C) ja 10 % (w/v) vesipitoisessa ballistisessa gelatiinissa (19,7-23,0°C , \(\text {Honeywell}^{ \ text { TM}}\) \(\text {Fluka}^{\text {TM}}\) Naudan ja porsaan luugelatiini tyypin I ballistiseen analyysiin, Honeywell International, North Carolina, USA).Lämpötila mitattiin K-tyypin lämpöparivahvistimella (AD595, Analog Devices Inc., MA, USA) ja K-tyypin lämpöparilla (Fluke 80PK-1 Bead Probe No. 3648 type-K, Fluke Corporation, Washington, USA).Käytä pystysuoraa moottoroitua Z-akselia (8MT50-100BS1-XYZ, Standa Ltd., Vilna, Liettua) syvyyden mittaamiseen materiaalin pinnasta (asetettu Z-akselin origoksi) resoluutiolla 5 µm askelta kohti.
Koska otoskoko oli pieni (n = 5) eikä normaalia voitu olettaa, käytettiin kahden otoksen kaksisuuntaista Wilcoxonin rank-summatestiä (R, v4.0.3, R Foundation for Statistical Computing, r-project.org). vertailla varianssineulan kärjen määrää eri viisteille.Kullekin kaltevuudelle tehtiin kolme vertailua, joten käytettiin Bonferroni-korjausta oikaistulla merkitsevyystasolla 0,017 ja virhetasolla 5 %.
Viitataan kuvioon 7 alla.29,75 kHz:llä 21 gaugen neulan kaareva puoliaallonpituus (\(\lambda _y/2\)) on \(\noin) 8 mm.Taivutusaallonpituus pienenee rinteessä, kun se lähestyy kärkeä.Kärjessä \(\lambda _y/2\) on porrastetut 3, 1 ja 7 mm:n viisteet tavallisille lanseteille (a), epäsymmetrisille (b) ja aksisymmetrisille (c).Tämä tarkoittaa siis, että lansetti eroaa \(\noin\) 5 mm (johtuen siitä, että lansetin kaksi tasoa muodostavat pisteen 29,30), epäsymmetrinen kaltevuus vaihtelee 7 mm ja symmetrinen kaltevuus. 1 mm:llä.Aksisymmetriset rinteet (painopiste pysyy samana, joten vain seinämän paksuus muuttuu rinteessä).
FEM-tutkimuksen soveltaminen taajuudella 29,75 kHz ja yhtälö.(1) Laske taivutuksen puoliaallon muutos (\(\lambda _y/2\)) lansetille (a), epäsymmetriselle (b) ja akselisymmetriselle (c) vinogeometrialle (kuten kuvassa 1a,b,c).).Keskimääräinen \(\lambda_y/2\) lansettien, epäsymmetristen ja akselisymmetristen kaltevuuden osalta on 5,65, 5,17 ja 7,52 mm.Huomaa, että kärjen paksuus epäsymmetrisissä ja aksisymmetrisissä viisteissä on rajoitettu \(\noin) 50 µm:iin.
Huippuliikkuvuus \(|\tilde{Y}_{v_yF_y}|\) on optimaalisen putken pituuden (TL) ja inklinaatiopituuden (BL) yhdistelmä (kuvat 8, 9).Perinteiselle lansetille, koska sen koko on kiinteä, optimaalinen TL on \(\noin\) 29,1 mm (kuva 8).Epäsymmetrisille ja aksisymmetrisille rinteille (kuvat 9a ja b) FEM-tutkimus sisälsi BL:n 1 - 7 mm, joten optimaaliset TL-alueet olivat 26,9 - 28,7 mm (alue 1,8 mm) ja 27,9 - 29,2 mm (alue). 1,3 mm).) ), vastaavasti.Epäsymmetrisillä rinteillä (kuvio 9a) optimaalinen TL kasvoi lineaarisesti saavuttaen tasanteen BL 4 mm:ssä ja laski sitten jyrkästi BL 5:stä 7 mm:iin.Aksisymmetrisille rinteille (kuva 9b) optimaalinen TL kasvaa lineaarisesti BL-venymän myötä ja lopulta stabiloituu BL:ssä 6 - 7 mm.Laajennettu tutkimus aksisymmetrisistä kaltevista (kuva 9c) osoitti erilaisen joukon optimaalisia TL:itä, jotka sijaitsevat \(\noin) 35,1–37,1 mm.Kaikissa BL:issä kahden optimaalisen TL-joukon välinen etäisyys on \(\noin\) 8 mm (vastaa \(\lambda _y/2\)).
Lansetin lähetyksen liikkuvuus taajuudella 29,75 kHz.Neulaputkea taivutettiin taajuudella 29,75 kHz, värähtely mitattiin lopussa ja ilmaistiin siirretyn mekaanisen liikkuvuuden määränä (dB suhteessa maksimiarvoon) TL:lle 26,5-29,5 mm (0,1 mm askel).
FEM:n parametriset tutkimukset taajuudella 29,75 kHz osoittavat, että putken pituuden muutokset vaikuttavat vähemmän aksisymmetrisen kärjen siirtoliikkuvuuteen kuin sen epäsymmetrisen vastineen.Viistopituuden (BL) ja putken pituuden (TL) tutkimukset epäsymmetrisille (a) ja akselisymmetrisille (b, c) viistegeometrioille taajuusalueen tutkimuksissa FEM:llä (rajaehdot on esitetty kuvassa 2).(a, b) TL vaihteli välillä 26,5 - 29,5 mm (0,1 mm askel) ja BL 1 - 7 mm (0,5 mm askel).(c) Laajennettu akselisymmetrinen vinokulmatutkimus, joka sisältää TL 25-40 mm (0,05 mm askel) ja 0,1-7 mm (0,1 mm askel), joka paljastaa halutun suhteen \(\lambda_y/2\) Kärjen löysät liikkuvat reunaehdot täyttyvät.
Neularakenteessa on kolme luonnollista taajuutta \(f_{1-3}\) jaettu matala-, keski- ja korkeamodaalisiin alueisiin taulukon 1 mukaisesti. PTE-koko on esitetty kuvassa 10 ja analysoitu sitten kuvassa 11. Alla on tulokset jokaiselle modaalialueelle:
Tyypilliset tallennetut hetkellisen tehonsiirron tehokkuuden (PTE) amplitudit, jotka on saatu käyttämällä sinimuotoista viritystä pyyhkäisytaajuudella 20 mm:n syvyydessä lansetille (L) ja akselisymmetrisillä kaltevuuksilla AX1-3 ilmassa, vedessä ja gelatiinissa.Näytössä on yksipuolinen spektri.Mitattu taajuusvaste (300 kHz:n näytteenottotaajuus) alipäästösuodatettiin ja sen jälkeen näytteistettiin kertoimella 200 modaalianalyysiä varten.Signaali-kohinasuhde on \(\le\) 45 dB.PTE-vaihe (violetti katkoviiva) näytetään asteina (\(^{\circ}\)).
Modaalivasteen analyysi on esitetty kuvassa 10 (keskiarvo ± standardipoikkeama, n = 5) L- ja AX1-3-rinteille ilmassa, vedessä ja 10 % gelatiinissa (syvyys 20 mm) ja (ylhäällä) kolme modaalialuetta (matala) , keskitaso, korkea).) ja niitä vastaavat modaalitaajuudet\(f_{1-3}\) (kHz), (keskimääräinen) energiatehokkuus\(\teksti {PTE}_{1{-}3 }\) käyttää suunnitteluyhtälöitä.(4) ja (alhaalla) ovat koko leveys puolessa suurimmasta mitatusta arvosta \(\text {FWHM}_{1{-}3}\) (Hz), vastaavasti.Huomaa, että kun tallennetaan alhaista PTE:tä, eli AX2-kaltevuuden tapauksessa, kaistanleveyden mittaus jätetään pois, \(\text {FWHM}_{1}\).Tilaa \(f_2\) pidetään sopivimpana vinojen tasojen taipuman vertailuun, koska se osoittaa korkeimman tehonsiirron tehokkuuden (\(\teksti {PTE}_{2}\)) jopa 99 %.
Ensimmäinen modaalinen alue: \(f_1\) ei riipu paljon lisätystä mediatyypistä, mutta riippuu viisteen geometriasta.\(f_1\) pienenee viisteen pituuden pienentyessä (27,1, 26,2 ja 25,9 kHz AX1-3:lle, vastaavasti, ilmassa).Alueelliset keskiarvot \(\text {PTE}_{1}\) ja \(\text {FWHM}_{1}\) ovat \(\noin\) 81 % ja 230 Hz.\(\text {FWHM}_{1}\) oli korkein Lancetin gelatiinissa (L, 473 Hz).Huomaa, että \(\text {FWHM}_{1}\) AX2:lle gelatiinissa ei voida arvioida raportoitujen taajuusvasteiden alhaisen magnitudin vuoksi.
Toinen modaalinen alue: \(f_2\) riippuu tahnan tyypistä ja viisteestä materiaalista.Ilmassa, vedessä ja gelatiinissa keskimääräiset \(f_2\)-arvot ovat 29,1, 27,9 ja 28,5 kHz.Tämän modaalialueen PTE saavutti myös 99 %, korkein kaikista mittausryhmistä, alueellisen keskiarvon ollessa 84 %.Alueen keskiarvo \(\teksti {FWHM}_{2}\) on \(\noin\) 910 Hz.
Kolmas modaalinen alue: \(f_3\) Taajuus riippuu lisäysvälineen ja viisteen tyypistä.Keskimääräiset \(f_3\)-arvot ovat 32,0, 31,0 ja 31,3 kHz ilmassa, vedessä ja gelatiinissa, vastaavasti.\(\text {PTE}_{3}\) alueellinen keskiarvo on \(\noin\) 74 %, alhaisin kaikista alueista.Alueellinen keskiarvo \(\teksti {FWHM}_{3}\) on \(\noin\) 1085 Hz, mikä on korkeampi kuin ensimmäinen ja toinen alue.
Seuraava viittaa kuvioon.12 ja taulukko 2. Lansetti (L) taipui eniten (suuri merkitys kaikille kärkeille, \(p<\) 0,017) sekä ilmassa että vedessä (kuva 12a), jolloin saavutettiin korkein DPR (jopa 220 µm/ W ilmassa). 12 ja taulukko 2. Lansetti (L) taipui eniten (suuri merkitys kaikille kärkeille, \(p<\) 0,017) sekä ilmassa että vedessä (kuva 12a), jolloin saavutettiin korkein DPR (jopa 220 µm/ W ilmassa). Следующее относится к рисунку 12 и таблице 2. Ланцет (L) отклонялся больше вселхчвесонкой знахчи в, \(p<\) 0,017) как в воздухе, так и в воде (рис. 12а), достигая самого высокого DPR . Seuraava koskee kuviota 12 ja taulukkoa 2. Lansetti (L) taipui eniten (suuri merkitys kaikille kärjeille, \(p<\) 0,017) sekä ilmassa että vedessä (kuvio 12a), jolloin saavutettiin korkein DPR.(jopa 220 μm/W ilmassa).Viitataan alla olevaan kuvaan 12 ja taulukkoon 2.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0猼 01）度意0)最高DPR （空气中高达220 µm/W）.柳叶刀(L):llä on suurin taipuma ilmassa ja vedessä (图12a) (对所述尖端是对尖端是是电影,\(p<\) 0,017), ja se saavutti suurimman DPR:n (jopa 220 µm/20). W ilmassa). Ланцет (L) имеет наибольшее отклонение (весьма значимое для всех наконечников, \(p<\) 0,017) в вохида я самого высокого DPR (до 220 мкм/Вт в воздухе). Lansetilla (L) on suurin poikkeama (erittäin merkitsevä kaikille kärjeille, \(p<\) 0,017) ilmassa ja vedessä (kuva 12a), saavuttaen korkeimman DPR:n (jopa 220 µm/W ilmassa). Ilmassa AX1, jolla oli korkeampi BL, taipui enemmän kuin AX2–3 (merkittävyyden ollessa \(p<\) 0,017), kun taas AX3 (jolla oli alhaisin BL) taipui enemmän kuin AX2 DPR:llä 190 µm/W. Ilmassa AX1, jolla oli korkeampi BL, taipui enemmän kuin AX2–3 (merkittävyyden ollessa \(p<\) 0,017), kun taas AX3 (jolla oli alhaisin BL) taipui enemmän kuin AX2 DPR:llä 190 µm/W. В воздухе AX1 с более высоким BL отклонялся выше, чем AX2–3 (со значимостью \(p<\) 0,017), BL онялся больше, чем AX2 с DPR 190 мкм/Вт. Ilmassa AX1, jolla on korkeampi BL, taipui korkeammalle kuin AX2–3 (merkittävyyden ollessa \(p<\) 0,017), kun taas AX3 (pienimmän BL:n kanssa) taipui enemmän kuin AX2 DPR:llä 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）彄佁暷恷恷恷恏，而AX3（具有显着性，转大于AX2, DPR 为 190 µm/W. Ilmassa AX1:n taipuma korkeammalla BL:llä on suurempi kuin AX2-3:lla (merkittävästi, \(p<\) 0,017), ja AX3:n taipuma (pienimmällä BL:llä) on suurempi kuin AX2:lla, DPR on 190 µm/W. В воздухе AX1 с более высоким BL имеет большее отклонение, чем AX2-3 (значимо, \(p<\) 0,017), токсаким3 (BL) ет большее отклонение, чем AX2 с DPR 190 мкм/Вт. Ilmassa AX1:llä, jolla on korkeampi BL, on suurempi poikkeama kuin AX2-3:lla (merkittävä, \(p<\) 0,017), kun taas AX3:lla (pienimmällä BL:llä) on suurempi poikkeama kuin AX2:lla, jonka DPR on 190 μm/W. Vedessä 20 mm:ssä ei havaittu merkittäviä eroja (\(p>\) 0,017) taipumisessa ja PTE:ssä AX1-3:lla. Vedessä 20 mm:ssä ei havaittu merkittäviä eroja (\(p>\) 0,017) taipumisessa ja PTE:ssä AX1-3:lla. В воде на глубине 20 мм достоверных различий (\(p>\) 0,017) по прогибу и ФТР для AX1–3 не обнаруже Vedessä 20 mm syvyydessä havaittiin merkittäviä eroja (\(p>\) 0,017) taipumisessa ja FTR:ssä AX1-3:lla.在20 mm 的水中，AX1-3 的挠度和PTE 没有显着差异(\(p>\) 0,017). 20 mm:ssä vettä AX1-3:n ja PTE:n välillä ei ollut merkittävää eroa (\(p>\) 0,017). На глубине 20 мм прогиб и PTE AX1-3 существенно не отличались (\(p>\) 0,017). 20 mm:n syvyydessä taipuma ja PTE AX1-3 eivät eronneet merkittävästi (\(p>\) 0,017).PTE-tasot vedessä (90,2–98,4 %) olivat yleensä korkeammat kuin ilmassa (56–77,5 %) (kuva 12c), ja kavitaatioilmiö havaittiin vedessä tehdyn kokeen aikana (kuva 13, katso myös lisätiedot). tiedot).
Kärjen taipumisen amplitudimittaukset (keskiarvo ± standardipoikkeama, n = 5) L- ja AX1-3 viisteille ilmassa ja vedessä (syvyys 20 mm) paljastivat viisteen geometrian muuttumisen vaikutuksen.Mittaukset saadaan käyttämällä jatkuvaa yksitaajuista siniherätystä.(a) Huippupoikkeama (\(u_y\vec {j}\)) kärjessä, mitattuna (b) niiden vastaavilla modaalisilla taajuuksilla \(f_2\).(c) Tehonsiirron hyötysuhde (PTE, rms, %) yhtälönä.(4) ja (d) Poikkeamatehokerroin (DPR, µm/W) laskettuna huippupoikkeamana ja lähetystehona \(P_T\) (Wrms).
Tyypillinen suurnopeuskameran varjokaavio, joka näyttää lansetin (L) ja aksisymmetrisen kärjen (AX1-3) lansetin kärjen (vihreät ja punaiset katkoviivat) kokonaispoikkeaman vedessä (syvyys 20 mm), puolijakso, käyttötaajuus \(f_2\) (taajuuden 310 kHz näytteenotto).Kaapatun harmaasävykuvan mitat ovat 128 × 128 pikseliä ja pikselikoko \(\noin) 5 µm.Video löytyy lisätiedoista.
Niinpä mallinsimme taivutusaallonpituuden muutoksen (Kuva 7) ja laskemme mekaanisen liikkuvuuden siirtoa varten tavanomaisille putken pituuden ja viisteen lansolaattisille, asymmetrisille ja aksiaalisille yhdistelmille (kuvat 8, 9).Symmetrinen viistetty geometria.Jälkimmäisen perusteella arvioimme optimaalisen kärjen ja hitsin väliseksi etäisyydeksi 43 mm (tai \(\noin\) 2,75\(\lambda_y\) taajuudella 29,75 kHz), kuten kuvassa 5 on esitetty, ja valmistimme kolme akselisymmetristä viistettä. eri viisteen pituudet.Tämän jälkeen karakterisoimme niiden taajuusvasteet verrattuna tavanomaisiin lansseihin ilmassa, vedessä ja 10 % (w/v) ballistisessa gelatiinissa (kuvat 10, 11) ja määritimme parhaan tapauksen kallistuspoikkeutustilan vertailuun.Lopuksi mittasimme kärjen taipuman taivutusaallon avulla ilmassa ja vedessä 20 mm:n syvyydessä ja kvantifioimme ruiskutetun väliaineen tehonsiirron tehokkuuden (PTE, %) ja taipumatehokertoimen (DPR, µm/W) jokaiselle kallistukselle.tyyppi (kuva 12).
Tulokset osoittavat, että geometrian kallistusakseli vaikuttaa kärjen akselin amplitudipoikkeamaan.Lansetilla oli suurin kaarevuus ja myös suurin DPR verrattuna akselisymmetriseen viisteeseen, kun taas aksisymmetrisellä viisteellä oli pienempi keskipoikkeama (kuva 12). Aksisymmetrinen 4 mm:n viiste (AX1), jolla on pisin viisteen pituus, saavutti tilastollisesti merkitsevästi suurimman taipuman ilmassa (\(p < 0,017\), taulukko 2) verrattuna muihin akselin symmetrisiin neuloihin (AX2-3), mutta merkittäviä eroja ei havaittu, kun neula laitettiin veteen. Aksisymmetrinen 4 mm:n viiste (AX1), jolla on pisin viisteen pituus, saavutti tilastollisesti merkitsevästi suurimman taipuman ilmassa (\(p < 0,017\), taulukko 2) verrattuna muihin akselin symmetrisiin neuloihin (AX2-3), mutta merkittäviä eroja ei havaittu, kun neula laitettiin veteen. Осесимметричный скос 4 мм (AX1), имеющий наибольшую длину скоса, достиг статистически значимого вхулунольша е (\(p <0,017\), таблица 2) по сравнению с другими осесимметричными иглами (AX2–3). Aksisymmetrinen viiste 4 mm (AX1), jolla on pisin viisteen pituus, saavutti tilastollisesti merkitsevästi suuremman poikkeaman ilmassa (\(p < 0,017\), Taulukko 2) verrattuna muihin aksisymmetrisiin neuloihin (AX2-3).mutta merkittäviä eroja ei havaittu asetettaessa neula veteen.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) 在䮟膐气着的最高偏转(\(p < 0,017\)，表2)，但当将针头放入水中时，没有观察到显着差异. Verrattuna muihin aksiaalisesti symmetrisiin neuloihin (AX2-3), sillä on pisin vinokulma, 4 mm aksiaalisesti symmetrinen (AX1) ilmassa, ja se on saavuttanut tilastollisesti merkitsevän suurimman taipuman (\(p < 0,017\), taulukko 2) , mutta kun neula laitettiin veteen, merkittävää eroa ei havaittu. Осесимметричный скос 4 мм (AX1) с наибольшей длиной скоса обеспечивает статистически значимое максим сравнению с другими осесимметричными иглами (AX2-3) (\(p < 0,017\), таблица 2), но существенной разницлы онебылы. Aksisymmetrinen kaltevuus, jonka rinteen pituus oli pisin 4 mm (AX1), antoi tilastollisesti merkitsevän maksimipoikkeaman ilmassa verrattuna muihin akselisymmetrisiin kalteviin (AX2-3) (\(p < 0,017\), taulukko 2), mutta sitä ei ollut. merkittävä eroavaisuus.havaitaan, kun neula laitetaan veteen.Näin ollen pidemmällä viisteen pituudella ei ole ilmeisiä etuja piikin kärjen taipuman suhteen.Kun tämä otetaan huomioon, käy ilmi, että tässä tutkimuksessa tutkitulla kaltevuuden geometrialla on suurempi vaikutus amplitudin taipumaan kuin kaltevuuden pituudella.Tämä voi liittyä esimerkiksi taivutusjäykkyyteen riippuen taivutettavasta materiaalista ja rakennusneulan kokonaispaksuudesta.
Kokeellisissa tutkimuksissa heijastuneen taivutusaallon suuruuteen vaikuttavat kärjen rajaolosuhteet.Kun neulan kärki työnnettiin veteen ja gelatiiniin, \(\text {PTE}_{2}\) sai keskiarvon \(\noin\) 95 % ja \(\text {PTE}_{2}\) keskiarvoi arvot ovat 73 % ja 77 % (\text {PTE}_{1}\) ja \(\text {PTE}_{3}\), vastaavasti (kuva 11).Tämä osoittaa, että akustisen energian maksimisiirto valuväliaineeseen (esimerkiksi veteen tai gelatiiniin) tapahtuu kohdassa \(f_2\).Samanlainen käyttäytyminen havaittiin aiemmassa tutkimuksessa, jossa käytettiin yksinkertaisempia laiterakenteita taajuuksilla 41-43 kHz, jossa kirjoittajat osoittivat jännitteen heijastuskertoimen, joka liittyy interkaloidun väliaineen mekaaniseen moduuliin.Tunkeutumissyvyys32 ja kudoksen mekaaniset ominaisuudet aiheuttavat mekaanisen kuormituksen neulalle, ja siksi niiden odotetaan vaikuttavan UZeFNAB:n resonanssikäyttäytymiseen.Siksi resonanssiseuranta-algoritmeja, kuten 17, 18, 33, voidaan käyttää kynän kautta toimitetun äänen tehon optimoimiseen.
Taivutusaallonpituusmallinnus (kuva 7) osoittaa, että aksisymmetrisellä on suurempi rakenteellinen jäykkyys (eli korkeampi taivutusjäykkyys) kärjessä kuin lansetilla ja epäsymmetrisellä viisteellä.Arvosta (1) johdettu ja tunnettua nopeus-taajuussuhdetta käyttämällä arvioimme lansetin taivutusjäykkyyden, epäsymmetrisen ja akselisymmetrisen kärjen kaltevuudeksi \(\noin) 200, 20 ja 1500 MPa.Tämä vastaa (\lambda _y\) 5,3, 1,7 ja 14,2 mm taajuudella 29,75 kHz (kuvat 7a–c).Kun otetaan huomioon USeFNAB-toimenpiteen kliininen turvallisuus, geometrian vaikutus viistesuunnittelun jäykkyyteen on arvioitava34.
Viisteen ja putken pituuden parametrien tutkimus (kuva 9) osoitti, että optimaalinen TL-alue epäsymmetriselle (1,8 mm) oli korkeampi kuin akselisymmetriselle viisteelle (1,3 mm).Lisäksi liikkuvuustasanne vaihtelee välillä 4-4,5 mm ja 6-7 mm epäsymmetrisen ja akselisymmetrisen kallistuksen osalta (kuvat 9a, b).Tämän havainnon käytännön relevanssi ilmaistaan valmistustoleransseissa, esimerkiksi optimaalisen TL:n pienempi alue voi tarkoittaa tarvetta suuremmalle pituustarkkuudelle.Samalla tuottotaso tarjoaa suuremman toleranssin kaltevuuden valinnassa tietyllä taajuudella ilman, että se vaikuttaa merkittävästi tuottoon.
Tutkimus sisältää seuraavat rajoitukset.Neulan taipuman suora mittaus reunantunnistuksen ja nopean kuvantamisen avulla (kuva 12) tarkoittaa, että olemme rajoittuneet optisesti läpinäkyviin materiaaleihin, kuten ilmaan ja veteen.Haluamme myös huomauttaa, että emme käyttäneet kokeita simuloidun siirtoliikkuvuuden testaamiseen ja päinvastoin, vaan käytimme FEM-tutkimuksia valmistetun neulan optimaalisen pituuden määrittämiseen.Käytännön rajoitusten näkökulmasta lansetin pituus kärjestä hihaan on 0,4 cm pidempi kuin muut neulat (AX1-3), katso kuva.3b.Tämä on saattanut vaikuttaa neularakenteen modaalivasteeseen.Lisäksi aaltoputken lyijyjuotteen muoto ja tilavuus (katso kuva 3) voivat vaikuttaa tapin suunnittelun mekaaniseen impedanssiin, mikä johtaa virheisiin mekaanisessa impedanssissa ja taivutuskäyttäytymisessä.
Lopuksi olemme kokeellisesti osoittaneet, että viistegeometria vaikuttaa taipuman määrään USeFNAB:ssa.Tilanteissa, joissa suurempi taipumaamplitudi voi vaikuttaa positiivisesti neulan vaikutukseen kudokseen, esimerkiksi leikkaustehokkuuteen puhkaisun jälkeen, USeFNAB:iin voidaan suositella tavanomaista lansettia, sillä se tarjoaa suurimman taipumaamplitudin säilyttäen samalla riittävän jäykkyyden. suunnittelun kärjessä.Lisäksi tuore tutkimus on osoittanut, että suurempi kärjen taipuma voi parantaa biologisia vaikutuksia, kuten kavitaatiota, mikä voi auttaa kehittämään sovelluksia minimaalisesti invasiivisiin kirurgisiin toimenpiteisiin.Koska lisääntyvän kokonaisakustisen tehon on osoitettu lisäävän USeFNAB13:n biopsian tuottoa, tarvitaan lisää kvantitatiivisia tutkimuksia näytteen saannosta ja laadusta tutkitun neulan geometrian yksityiskohtaisen kliinisen hyödyn arvioimiseksi.
Frable, WJ Hieno neula-aspiraatiobiopsia: arvostelu.Humph.Sairas.14:9-28.https://doi.org/10.1016/s0046-8177(83)80042-2 (1983).
Postitusaika: 13.10.2022