Tankewol foar it besykjen fan Nature.com.De browserferzje dy't jo brûke hat beheinde CSS-stipe.Foar de bêste ûnderfining riede wy oan dat jo in bywurke browser brûke (of kompatibiliteitsmodus útskeakelje yn Internet Explorer).Yn 'e tuskentiid, om trochgeande stipe te garandearjen, sille wy de side werjaan sûnder stilen en JavaScript.
It is koartlyn oantoand dat it brûken fan echografie de weefselopbringst fergruttet yn ultrasound-assistearre fynnaaldaspiraasje (USeFNAB) yn ferliking mei konvinsjonele fynnaaldaspiraasje (FNAB).Oant no ta is de relaasje tusken bevelgeometry en tipbeweging net yngeand studearre.Yn dizze stúdzje ûndersochten wy de eigenskippen fan needle resonânsje en ôfbuigingsamplitude foar ferskate needlebevelgeometryen mei ferskate bevellingten.Mei help fan in konvinsjonele 3.9 mm skuorjende lanset wie de tipdefleksjekrêftfaktor (DPR) yn loft en wetter respektivelik 220 en 105 µm/W.Dit is heger dan de asymmetryske 4mm skuorjende tip, en leveret 180 en 80 µm / W DPR yn respektivelik loft en wetter.Dizze stúdzje beljochtet it belang fan 'e relaasje tusken de bûgen stivens fan' e bevel mjitkunde yn 'e kontekst fan ferskate middels fan ynfoegje, en dêrom kin jaan ynsjoch yn metoaden foar it kontrolearjen post-piercing cutting aksje troch it feroarjen fan de needle bevel mjitkunde, dat is wichtich.foar in USeFNAB applikaasje is kritysk.
Fine-needle aspiration biopsy (FNA) is in metoade foar it heljen fan weefselmonsters foar fertochte patology1,2,3 mei in naald.De Franseen tip is oantoand om hegere diagnostyske prestaasjes te leverjen dan konvinsjonele lancet4 en Menghini5 tips.Axisymmetryske (dat wol sizze circumferential) hellingen wurde ek suggerearre om de kâns te fergrutsjen fan histopatologysk adekwate eksimplaren.
Tidens in biopsie wurdt in needel troch lagen fan hûd en weefsel trochjûn om tagong te krijen ta fertochte lysjes.Resinte stúdzjes hawwe oantoand dat ultrasound de penetraasjekrêft kin ferminderje dy't nedich is om tagong te krijen ta sêfte weefsels7,8,9,10.It is oantoand dat de geometry fan 'e naaldkant beynfloedet de krêften fan' e naaldynteraksje, bygelyks langere bevels hawwe bliken dien dat se legere weefselpenetraasjekrêften hawwe11.Nei't de needel it oerflak fan it weefsel penetrearre hat, dus nei puncture, kin de snijkrêft fan 'e needel 75% wêze fan 'e ynteraksjekrêft fan 'e nulle mei it tissue12.It is oantoand dat yn 'e post-puncture faze, ultrasound (echlografie) fergruttet de effisjinsje fan diagnostyske sêfte weefsel biopsie.Oare ultrasound-ferbettere bonkebiopsytechniken binne ûntwikkele foar it nimmen fan hurde weefselmonsters, mar gjin resultaten binne rapportearre dy't de biopsie-opbringst ferbetterje.Tal fan stúdzjes hawwe ek befêstige dat meganyske ferpleatsing nimt ta as ûnderwurpen wurde oan ultrasone stress16,17,18.Wylst d'r in protte stúdzjes binne oer axiale (longitudinale) statyske krêften yn needle-tissue-ynteraksjes19,20, binne d'r beheinde stúdzjes oer de tydlike dynamyk en mjitkunde fan needlevel ûnder ultrasone FNAB (USeFNAB).
It doel fan dizze stúdzje wie om it effekt te ûndersiikjen fan ferskate bevelgeometriën op 'e beweging fan' e needle tip yn in needle dreaun troch ultrasone bûgen.Yn it bysûnder ûndersochten wy it effekt fan it ynjeksjemedium op de defleksje fan 'e naaldpunt nei puncture foar tradysjonele needlevels (dat wol sizze, USeFNAB-naalden foar ferskate doelen, lykas selektive aspiraasje of oanwinst fan sêfte weefsels.
Ferskate bevel geometryen waarden opnommen yn dizze stúdzje.(a) De Lancet-spesifikaasje foldocht oan ISO 7864:201636 wêrby't \(\alpha\) de primêre skuorre is, \(\theta\) de rotaasjehoeke fan 'e sekundêre skuorre is, en \(\phi\) de sekundêre skuorre is. hoeke., by draaiend, yn graden (\(^\circ\)).(b) Lineêre asymmetryske single-stap-chamfers (neamd "standert" yn DIN 13097: 201937) en (c) Lineêre axisymmetryske (circumferential) single-stap-chamfers.
Us oanpak begjint mei it modellearjen fan de feroaring yn bûgjende golflingte lâns de skuorre foar konvinsjonele lanset, aksysymmetryske en asymmetryske ienfasige skuorgeometriën.Wy hawwe doe in parametryske stúdzje berekkene om it effekt fan piiphelling en lingte te ûndersiikjen op 'e meganyske fluiditeit fan' e oerdracht.Dit is nedich om te bepalen de optimale lingte foar it meitsjen fan in prototype needle.Op grûn fan 'e simulaasje waarden needelprototypes makke en har resonânsjegedrach waard eksperiminteel karakterisearre troch it mjitten fan de spanningsrefleksjekoëffisjinten en it berekkenjen fan de effisjinsje fan krêftferfier yn loft, wetter en 10% (w/v) ballistyske gelatine, wêrfan de wurkfrekwinsje bepaald waard .Uteinlik wurdt ôfbylding mei hege snelheid brûkt om direkt de ôfwiking fan 'e bûgewelle oan' e punt fan 'e naald yn loft en wetter te mjitten, en ek om de elektryske krêft te skatten dy't levere wurdt op elke skuorre hoeke en de mjitkunde fan 'e ferhâlding fan ôfbuigingskrêft ( DPR) nei it ynjeksjede medium..
Lykas werjûn yn figuer 2a, brûk in buis fan 21 gauge (0,80 mm OD, 0,49 mm ID, tube muorre dikte 0,155 mm, standert muorre) om de naaldbuis te definiearjen mei tube lingte (TL) en bevel hoek (BL) yn oerienstimming mei ISO 9626:201621) yn 316 roestfrij stiel (Young's modulus 205 \(\text {GN/m}^{2}\), tichtheid 8070 kg/m\(^{3}\) en Poisson's ferhâlding 0,275 ).
Bepaling fan 'e bûgegolflingte en ôfstimming fan it einige elemintmodel (FEM) foar naald- en grinsbetingsten.(a) Bepaling fan bevellingte (BL) en buislingte (TL).(b) Trijedimensjonaal (3D) finite elemint model (FEM) mei in harmonische puntkracht \(\tilde{F}_y\vec {j}\) om de naald proximaal te riden, it punt ôf te draaien en de snelheid te mjitten by de tip (\ ( \tilde {u}_y\vec {j}\), \(\tilde{v}_y\vec {j}\)) om de oerdracht fan meganyske fluiditeit te berekkenjen.\(\lambda _y\) wurdt definiearre as de bûgende golflingte relatyf oan de fertikale krêft \(\tilde{F}_y\vec {j}\).(c) Definysjes fan it swiertepunt, it trochsneedgebiet A, en de traagheidsmomenten \(I_{xx}\) en \(I_{yy}\) om respektivelik de x- en y-assen.
As werjûn yn fig.2b,c, foar in ûneinige (ûneinige) beam mei dwerstrochsneedgebiet A en op in golflingte grutter dan de trochsneedgrutte fan 'e beam, wurdt de bûgde (of bûgde) fazesnelheid \( c_{EI }\) bepaald troch 22 :
dêr't E Young's modulus is (\(\text {N/m}^{2}\)), \(\omega _0 = 2\pi f_0\) is de eksitaasjehoekfrekwinsje (rad/s), wêrby't \(f_0 \ ) is de lineêre frekwinsje (1/s of Hz), I is it ynertiamomint fan it gebiet om de as fan belang\((\text {m}^{4})\), \(m'=\ rho _0 A\) is de massa op ienheid lingte (kg/m), dêr't \(\rho _0\) is de tichtheid\((\text {kg/m}^{3})\) en A is it krús diel fan it beamgebiet (xy-flak) (\(\ tekst {m}^{2}\)).Sûnt de krêft tapast yn ús foarbyld is parallel oan de fertikale y-as, dws \(\tilde{F}_y\vec {j}\), binne wy allinich ynteressearre yn it regionale traagheidsmoment om de horizontale x-as, ie \(I_{xx}\), dus:
Foar it finite elemint model (FEM) wurdt in suvere harmonische ferpleatsing (m) oannommen, sadat de fersnelling (\(\text {m/s}^{2}\)) útdrukt wurdt as \(\partial ^2 \vec { u}/ \ partial t^2 = -\omega ^2\vec {u}\) as \(\vec {u}(x, y, z, t): = u_x\vec {i} + u_y\ vec {j} + u_z\vec {k}\) is in trijediminsjonale ferpleatsingsvektor jûn yn romtlike koördinaten.Ynstee fan dat lêste, yn oerienstimming mei de ymplemintaasje dêrfan yn it softwarepakket COMSOL Multiphysics (ferzjes 5.4-5.5, COMSOL Inc., Massachusetts, FS), wurdt de einige deformaasje Lagrangiaanske foarm fan 'e wet foar momentumbalâns as folget jûn:
wêr \(\vec {\nabla}:= \frac{\partial}}{\partial x}\vec {i} + \frac{\partial}}{\partial y}\vec {j} + \frac{ \partial }{\partial z}\vec {k}\) is de tensor-diverginsje-operator, \({\underline{\sigma}}\) is de twadde Piola-Kirchhoff-stresstensor (twadde folchoarder, \(\ text { N/ m}^{2}\)) en \(\vec {F_V}:= F_{V_x}\vec {i}+ F_{V_y}\vec {j}+ F_{V_z}\vec {k} \) is de lichemskrêftvektor (\(\text {N/m}^{3}\)) foar elk misfoarme folume, en \(e^{j\phi}\) is de fazehoekvektor\(\ phi \ ) (bliid).Yn ús gefal is de folumekrêft fan it lichem nul, ús model giet út fan geometryske lineariteit en in lytse suver elastyske ferfoarming, dat wol sizze wêr \({\underline{\varepsilon}}^{el}\) en \({\underline) {\varepsilon}}\) binne respektivelik elastyske strain en totale strain (twadde oarder, dimensjeleas).Hooke's konstitutive isotropyske elastisiteitstensor \(\underline{\underline{C}}\) wurdt berekkene mei Young's modulus E (\(\text {N/m}^{2}\)) en Poisson's ferhâlding v wurdt bepaald, dus d.w.s. \(\underline{\underline{C}}:=\underline{\underline{C}}(E,v)\) (fjirde folchoarder).Sa wurdt de spanningsberekkening \({\underline{\sigma}} := \underline{\underline{C}}:{\underline{\varepsilon}}\).
De berekkening brûkt in 10-knooppunt tetraëdrysk elemint mei in elemintgrutte \(\le\) fan 8 µm.De needle wurdt modelearre yn fakuüm, en de wearde fan 'e oerdroegen meganyske mobiliteit (ms-1 N-1) wurdt definiearre as \(|\tilde{Y}_{v_yF_y}|= |\tilde{v}_y\vec { j}|/ |\ tilde{F}_y\vec {j}|\)24, wêrby't \(\tilde{v}_y\vec {j}\) de útfier komplekse snelheid fan it hânstik is en \( \ tilde {F}_y\ vec {j}\) is in komplekse driuwende krêft dy't leit oan it proximale ein fan 'e buis, lykas werjûn yn figuer 2b.Translate de meganyske fluiditeit yn desibel (dB) mei de maksimale wearde as referinsje, dws \(20\log _{10} (|\tilde{Y}|/ |\tilde{Y}_{max}|) \ ) .Alle FEM-stúdzjes waarden útfierd op in frekwinsje fan 29.75 kHz.
It ûntwerp fan de needle (fig. 3) bestiet út in konvinsjonele 21-gauge hypodermyske needle (Cat. No. 4665643, Sterican\(^\circledR\), bûtendiameter 0,8 mm, lingte 120 mm, AISI 304 roestfrij chromium-nikkel steel , B. Braun Melsungen AG, Melsungen, Germany) útrist mei in plestik Luer Lock sleeve makke fan polypropylene oan de proximal ein en passend wizige oan 'e ein.De needle buis wurdt soldered oan de waveguide lykas werjûn yn figuer 3b.De waveguides waarden printe op in RVS 3D-printer (EOS 316L RVS op in EOS M 290 3D-printer, 3D Formtech Oy, Jyväskylä, Finlân) en dan hechte oan de Langevin-sensor mei M4-bouten.De Langevin-sensor bestiet út 8 piëzoelektryske ring-eleminten dy't oan beide einen mei twa massa's laden binne.
De fjouwer soarten tips (foto), in kommersjeel beskikber lanset (L) en trije produsearre axisymmetric single-stage bevels (AX1-3) waarden karakterisearre troch bevel lingtematen (BL) fan respektivelik 4, 1,2 en 0,5 mm.(a) Close-up fan 'e klear needle tip.(b) Top werjefte fan fjouwer pins soldered oan de 3D printe waveguide en dan ferbûn mei de Langevin sensor mei M4 bouten.
Trije axisymmetric bevel tips (figuer 3) waarden produsearre (TAs Machine Tools Oy) mei bevel lingtematen (BL, lykas definiearre yn figuer 2a) fan 4,0, 1,2 en 0,5 mm, oerienkommende mei \(\approx) 2 \(^ \ circ\), 7\(^\circ\) en 18\(^\circ\) respektivelik.De massa fan 'e golfgeleider en naald is 3,4 ± 0,017 g (gemiddelde ± sd, n = 4) foar respektivelik bevels L en AX1-3 (Quintix\(^\circledR\) 224 Design 2, Sartorius AG, Göttingen, Dútslân) .Foar de L- en AX1-3-bevels yn figuer 3b wie de totale lingte fan 'e tip fan' e needle oant it ein fan 'e plestik mouwe respektivelik 13,7, 13,3, 13,3 en 13,3 sm.
Foar alle naaldkonfiguraasjes wie de lingte fan 'e tip fan' e needel oant de tip fan 'e golfgeleider (dus nei it weldgebiet) 4,3 sm, en de naaldbuis waard rjochte mei de besuniging nei boppen (dat wol sizze, parallel mei de Y-as) , lykas werjûn yn de figuer.c (ôfb. 2).
In oanpast skript yn MATLAB (R2019a, The MathWorks Inc., Massachusetts, FS) dat rint op in kompjûter (Latitude 7490, Dell Inc., Texas, FS) waard brûkt om in lineêre sinusoïdale sweep fan 25 nei 35 kHz foar 7 sekonden te generearjen, trochjaan In digitaal-nei-analog (DA) converter (Analog Discovery 2, Digilent Inc., Washington, Feriene Steaten) konvertearret nei in analoog sinjaal.It analoge sinjaal \(V_0\) (0,5 Vp-p) waard doe fersterke mei in tawijd radiofrekwinsje (RF) fersterker (Mariachi Oy, Turku, Finlân).Fallende fersterke spanning \({V_I}\) fan 'e RF-fersterker mei in útgongsimpedânsje fan 50 ohm wurdt oanfierd nei in transformator ynboud yn' e needelstruktuer mei in ynfierimpedânsje fan 50 ohm.Langevin-transducers (foar- en efterste swiere multilayer piëzo-elektryske transducers) wurde brûkt om meganyske weagen te generearjen.De oanpaste RF-fersterker is foarsjoen fan in dual-channel standing wave power factor (SWR) meter dy't it ynsidint \({V_I}\) en reflektearre fersterke spanning \(V_R\) registrearret yn analoog-nei-digitale (AD) modus.mei in sampling rate fan 300 kHz Converter (analoge Discovery 2).It eksitaasjesinjaal wurdt amplitude modulearre oan it begjin en oan 'e ein om foar te kommen dat de fersterkerynfier mei transients oerladen wurdt.
Mei help fan in oanpast skript ymplementearre yn MATLAB, waard de frekwinsje-antwurdfunksje (FRF), dat wol sizze \(\tilde{H}(f)\), offline rûsd mei in twa-kanaals sinusoïdale sweepmetoade (fig. 4), dy't oannimt lineariteit yn 'e tiid.invariant systeem.Derneist wurdt in 20 oant 40 kHz bandpassfilter tapast om alle net winske frekwinsjes fan it sinjaal te ferwiderjen.Ferwizend nei de teory fan oerdrachtlinen, yn dit gefal is \(\tilde{H}(f)\) lykweardich oan de spanningsrefleksjekoëffisjint, dat wol sizze \(\rho _{V} \equiv {V_R}/{V_I}\ ) \) fermindert nei \({V_R}^ 2 /{V_I}^2\) is lyk oan \(|\rho _{V}|^2\).Yn gefallen dêr't absolute wearden foar elektryske krêft nedich binne, wurde ynfallende krêft \(P_I\) en reflektearre krêft \(P_R\) macht (W) berekkene troch bygelyks de rms-wearde (rms) fan 'e oerienkommende spanning te nimmen.foar in oerdracht line mei sinusoidal excitation \(P = {V}^2/(2Z_0)\)26, dêr't \(Z_0\) is lyk oan 50 \(\Omega\).De elektryske krêft levere oan de lading \(P_T\) (dat wol sizze, it ynfoege medium) kin wurde berekkene as \(|P_I – P_R |\) (W RMS), lykas de effisjinsje fan macht oerdracht (PTE) en persintaazje ( %) kin bepaald wurde hoe't de foarm wurdt jûn, dus 27:
De acikulêre modale frekwinsjes \(f_{1-3}\) (kHz) en harren oerienkommende machtoerdrachtfaktoaren \(\text {PTE}_{1{-}3} \) wurde dan rûsd mei de FRF.FWHM (\(\text {FWHM}_{1{-}3}\), Hz) direkt rûsd fan \(\text {PTE}_{1{-}3}\), út Tabel 1 A iensidich lineêr spektrum wurdt krigen by de beskreaune modale frekwinsje \(f_{1-3}\).
Meting fan de frekwinsje antwurd (AFC) fan needle struktueren.In sinusoïdale twa-kanaal sweep-mjitting25,38 wurdt brûkt om de frekwinsje-antwurdfunksje \(\tilde{H}(f)\) en syn ympulsantwurd H(t) te krijen.\({\mathcal {F}}\) en \({\mathcal {F}}^{-1}\) fertsjintwurdigje de Fourier-transformaasje fan respektivelik digitale trunkaasje en syn ynverse.\(\tilde{G}(f)\) betsjut it produkt fan twa sinjalen yn it frekwinsjedomein, bygelyks \(\tilde{G}_{XrX}\) betsjut it omkearde scanprodukt\(\tilde{ X} r (f)\) en drop spanning \(\tilde{X}(f)\) respektivelik.
Lykas werjûn yn figuer 5, is de hege snelheid kamera (Phantom V1612, Vision Research Inc., NJ, Feriene Steaten) foarsjoen fan in makro lens (MP-E 65mm, \(f\)/2.8, 1-5\).(\times\), Canon Inc., Tokio, Japan), om tipôfwikingen op te nimmen by bûgjen fan excitaasje (ienfrekwinsje, trochgeande sinusoïde) by frekwinsjes fan 27,5-30 kHz.Om in skaadkaart te meitsjen, waard in koele elemint fan in wite LED mei hege yntinsiteit (dielnûmer: 4052899910881, wite LED, 3000 K, 4150 lm, Osram Opto Semiconductors GmbH, Regensburg, Dútslân) pleatst efter de tip fan 'e naald.
Foarútsicht fan de eksperimintele opset.Djipte wurdt mjitten fan it oerflak fan it medium.De needelstruktuer wurdt klemd en monteard op in motorisearre transfertafel.Brûk in hege snelheidskamera mei in lens mei hege fergrutting (5\(\x\)) om de ôfwiking fan 'e skuorre hoeke te mjitten.Alle dimensjes binne yn millimeters.
Foar elk type needlevel hawwe wy 300 frames opnommen fan in hege snelheidskamera dy't 128 \(\x\) 128 piksels mjit, elk mei in romtlike resolúsje fan 1/180 mm (\(\sawat) 5 µm), mei in tydlike resolúsje fan 310.000 frames per sekonde.Lykas werjûn yn figuer 6, wurdt elk frame (1) ôfsnien (2) sadat de tip fan 'e naald yn' e lêste rigel (ûnder) fan it frame is, en it histogram fan 'e ôfbylding (3) wurdt berekkene, sadat de Canny drompels fan 1 en 2 kinne wurde bepaald.Dan tapasse Canny edge detection 28 (4) mei Sobel operator 3 \ (\ kear \) 3 en berekkenje posysjes foar net-hypotenuse piksels (markearre \ (\ mathbf {\ kear }\)) sûnder cavitation 300 tiid stappen.Om it berik fan tip deflection te bepalen, berekkenje de derivative (mei it sintrale ferskilalgoritme) (6) en bepale it frame (7) dat de lokale ekstreems (dus pyk) fan de deflection befettet.Nei in fisuele ynspeksje fan 'e kavitaasjefrije râne waard in pear frames (of twa frames mei in ynterval fan heale tiid) selektearre (7) en de ôfwiking fan' e tip waard mjitten (oanjûn as \(\mathbf {\times } \) ).It boppesteande wurdt ymplementearre yn Python (v3.8, Python Software Foundation, python.org) mei it OpenCV Canny edge detection algoritme (v4.5.1, iepen boarne kompjûter fyzje bibleteek, opencv.org).Uteinlik wurdt de ôfwikingskrêftfaktor (DPR, µm / W) berekkene as de ferhâlding fan 'e peak-to-peak-ôfbuiging nei de oerdroegen elektryske krêft \(P_T\) (Wrms).
Mei help fan in 7-stap algoritme (1-7), ynklusyf cropping (1-2), Canny edge detection (3-4), berekkening, mjit de pikselposysje fan 'e tip-ôfbuigingsrâne mei in searje frames nommen út in hege- snelheid kamera op 310 kHz (5) en syn tiid derivative (6), en, as lêste, it berik fan tip deflection wurdt metten op visueel kontrolearre pearen fan frames (7).
Metten yn loft (22,4-22,9 °C), deionisearre wetter (20,8-21,5 °C) en 10% (w/v) wetterige ballistyske gelatine (19,7-23,0 °C , \(\text {Honeywell}^{ \ text { TM}}\) \(\text {Fluka}^{\text {TM}}\) Bovine and Pork Bone Gelatine foar Type I Ballistic Analysis, Honeywell International, North Carolina, USA).Temperatuer waard metten mei in K-type thermocouple fersterker (AD595, Analog Devices Inc., MA, Feriene Steaten) en in K-type thermocouple (Fluke 80PK-1 Bead Probe No. 3648 type-K, Fluke Corporation, Washington, Feriene Steaten).Brûk in fertikale motorisearre Z-as-poadium (8MT50-100BS1-XYZ, Standa Ltd., Vilnius, Litouwen) om djipte te mjitten fan it media-oerflak (ynsteld as de oarsprong fan 'e Z-as) mei in resolúsje fan 5 µm per stap.
Sûnt de stekproefgrutte wie lyts (n = 5) en normaliteit koe net oannommen wurde, waard de twa-sample twa-tailed Wilcoxon rangsum test (R, v4.0.3, R Foundation for Statistical Computing, r-project.org) brûkt te fergelykjen it bedrach fan fariânsje needle tip foar ferskate bevels.Trije fergelikingen waarden makke foar elke helling, sadat in Bonferroni-korreksje waard tapast mei in oanpast betsjuttingsnivo fan 0.017 en in flaterrate fan 5%.
Der wurdt ferwiisd nei figuer 7 hjirûnder.By 29,75 kHz is de bûgde heale golflingte (\(\lambda _y/2\)) fan in 21-gauge naald \(\ likernôch) 8 mm.De bûgende golflingte nimt ôf lâns de helling as it de tip benaderet.Oan 'e tip \(\lambda _y/2\) binne d'r stapke skuorringen fan respektivelik 3, 1 en 7 mm foar gewoane lansetten (a), asymmetrysk (b) en asymmetrysk (c).Dat betsjut dus dat de lanset \(\sawat\) 5 mm ferskilt (troch it feit dat de twa fleantugen fan de lanset in punt fan 29,30 foarmje), de asymmetryske helling sil 7 mm ferskille, en de symmetryske helling oer 1mm.Asymmetryske hellingen (it swiertepunt bliuwt itselde, sadat allinnich de muorredikte eins feroaret lâns de helling).
Tapassing fan 'e FEM-stúdzje by 29.75 kHz en de fergeliking.(1) Berekkenje de bûgen heal-wave feroaring (\(\lambda _y/2\)) foar lanset (a), asymmetrysk (b) en axisymmetrysk (c) oblique mjitkunde (lykas yn Fig. 1a, b, c).).De gemiddelde \(\lambda_y/2\) foar de lanset-, asymmetryske en asymmetryske hellingen is respektivelik 5,65, 5,17 en 7,52 mm.Tink derom dat tipdikte foar asymmetryske en asymmetryske bevels beheind is ta \(\ sawat) 50 µm.
Peak mobiliteit \(|\tilde{Y}_{v_yF_y}|\) is in kombinaasje fan optimale buislingte (TL) en oanstriidlingte (BL) (fig. 8, 9).Foar in konvinsjonele lanset, om't syn grutte fêst is, is de optimale TL \(\approx\) 29,1 mm (fig. 8).Foar asymmetryske en axisymmetryske hellingen (ôfb. 9a, b, respektivelik) befette de FEM-stúdzje BL fan 1 oant 7 mm, sadat de optimale TL-beriken wiene fan 26,9 oant 28,7 mm (berik 1,8 mm) en fan 27,9 oant 29,2 mm (berik) 1,3 mm).) ), respektivelik.Foar asymmetryske hellingen (fig. 9a) ferhege de optimale TL lineêr, berikke in plato op BL 4 mm, en dan skerp ôfnommen fan BL 5 oan 7 mm.Foar axisymmetryske hellingen (figuer 9b) ferheget de optimale TL lineêr mei BL-ferlinging en stabilisearret úteinlik by BL fan 6 oan 7 mm.In útwreide stúdzje fan axisymmetryske hellingen (fig. 9c) liet in oare set fan optimale TL's sjen op \(\ sawat) 35,1-37,1 mm.Foar alle BL's is de ôfstân tusken twa sets fan optimale TL's \(\approx\) 8 mm (lykweardich oan \(\lambda _y/2\)).
Lancet oerdracht mobiliteit op 29,75 kHz.De needelbuis waard bûgd op in frekwinsje fan 29.75 kHz, de trilling waard oan 'e ein mjitten en útdrukt as it bedrach fan oerdroegen meganyske mobiliteit (dB relatyf oan de maksimale wearde) foar TL 26.5-29.5 mm (0.1 mm stap).
Parametryske stúdzjes fan 'e FEM by in frekwinsje fan 29,75 kHz litte sjen dat de transfermobiliteit fan' e axisymmetryske tip minder beynfloede wurdt troch feroaringen yn 'e lingte fan' e buis as syn asymmetryske tsjinhinger.Bevellengte (BL) en pipe lingte (TL) stúdzjes foar asymmetrysk (in) en axisymmetric (b, c) bevel geometry yn frekwinsje domein stúdzjes mei help fan FEM (grinsbetingsten wurde werjûn yn figuer 2).(a, b) TL rûn fan 26,5 oant 29,5 mm (0,1 mm stap) en BL 1-7 mm (0,5 mm stap).(c) Extended axisymmetric oblique hoeke stúdzje ynklusyf TL 25-40mm (0,05mm stap) en 0,1-7mm (0,1mm stap) dy't docht bliken de winske ferhâlding \ (\ lambda_y / 2 \) Losse moving grins betingsten foar in tip binne tefreden.
De needelstruktuer hat trije natuerlike frekwinsjes \(f_{1-3}\) ferdield yn lege, medium en hege modale regio's lykas werjûn yn Tabel 1. De PTE-grutte wurdt werjûn yn figuer 10 en dan analysearre yn figuer 11. Hjirûnder binne de resultaten foar elk modaal gebiet:
Typyske opnommen instantaneous macht oerdracht effisjinsje (PTE) amplitudes krigen mei help fan sinusoidal excitation mei swept frekwinsje op in djipte fan 20 mm foar in lanset (L) en axisymmetric hellingen AX1-3 yn lucht, wetter en gelatine.In iensidich spektrum wurdt toand.De mjitten frekwinsje antwurd (300 kHz sample rate) waard low-pass filtere en dan downsampled troch in faktor fan 200 foar modale analyze.De sinjaal-to-ruis-ferhâlding is \(\le\) 45 dB.De PTE-faze (purple dotted line) wurdt werjûn yn graden (\(^{\circ}\)).
De modale antwurdanalyse wurdt werjûn yn figuer 10 (gemiddelde ± standertdeviaasje, n = 5) foar de L- en AX1-3 hellingen yn loft, wetter en 10% gelatine (20 mm djipte) mei (boppeste) trije modale regio's (leech) , medium, heech).), en har oerienkommende modale frekwinsjes\(f_{1-3}\) (kHz), (gemiddelde) enerzjy-effisjinsje\(\text {PTE}_{1{-}3}\) brûkt ûntwerpfergelikingen.(4) en (ûnder) binne respektivelik de folsleine breedte by de helte fan de maksimale mjitten wearde \(\text {FWHM}_{1{-}3}\) (Hz).Tink derom dat by it opnimmen fan in lege PTE, dus yn it gefal fan in AX2-helling, de bânbreedtemjitting is weilitten, \(\text {FWHM}_{1}\).De \(f_2\)-modus wurdt beskôge as de meast geskikt foar it fergelykjen fan de ôfwiking fan hellende fleantugen, om't it it heechste nivo fan effisjinsje fan machtoerdracht toant (\(\text {PTE}_{2}\)), oant 99%.
Earste modale regio: \(f_1\) is net ôfhinklik fan it ynfoege mediatype, mar hinget ôf fan 'e bevelgeometry.\(f_1\) nimt ôf mei ôfnimmende bevellingte (27,1, 26,2 en 25,9 kHz foar respektivelik AX1-3 yn loft).De regionale gemiddelden \(\text {PTE}_{1}\) en \(\text {FWHM}_{1}\) binne respektivelik \(\approx\) 81% en 230 Hz.\(\text {FWHM}_{1}\) wie de heechste yn gelatine fan Lancet (L, 473 Hz).Tink derom dat \(\text {FWHM}_{1}\) foar AX2 yn gelatine kin net wurde rûsd fanwegen de lege omfang fan de rapportearre frekwinsje-antwurden.
De twadde modale regio: \(f_2\) hinget ôf fan it type paste en bevel media.Yn loft, wetter en gelatine binne de gemiddelde \(f_2\) wearden respektivelik 29,1, 27,9 en 28,5 kHz.De PTE foar dizze modale regio berikte ek 99%, de heechste ûnder alle mjitgroepen, mei in regionaal gemiddelde fan 84%.It gebietgemiddelde \(\text {FWHM}_{2}\) is \(\approx\) 910 Hz.
Tredde modale regio: \(f_3\) De frekwinsje hinget ôf fan it type ynfoegje medium en bevel.Gemiddelde \(f_3\) wearden binne respektivelik 32,0, 31,0 en 31,3 kHz yn loft, wetter en gelatine.\(\text {PTE}_{3}\) hat in regionaal gemiddelde fan \(\approximately\) 74%, it leechste fan elke regio.It regionale gemiddelde \(\text {FWHM}_{3}\) is \(\approximately\) 1085 Hz, wat heger is as de earste en twadde regio.
It folgjende ferwiist nei Fig.12 en Tabel 2. De lanset (L) bûgde it meast (mei hege betsjutting foar alle tips, \(p<\) 0,017) yn sawol loft as wetter (Fig. 12a), en berikte de heechste DPR (oant 220 µm/ W yn loft). 12 en Tabel 2. De lanset (L) bûgde it meast (mei hege betsjutting foar alle tips, \(p<\) 0,017) yn sawol loft as wetter (Fig. 12a), en berikte de heechste DPR (oant 220 µm/ W yn loft). Следующее относится к рисунку 12 en таблице ов, \(p<\) 0,017) как в воздухе, так и в воде (рис. 12а), достигая самого высокого DPR . It folgjende jildt foar figuer 12 en tabel 2. Lancet (L) deflected it meast (mei hege betsjutting foar alle tips, \(p<\) 0,017) yn sawol lucht en wetter (figuer 12a), it berikken fan de heechste DPR.(oant 220 μm/W yn loft).Ferwizing wurdt makke nei figuer 12 en tabel 2 hjirûnder.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殉意繉，\(0Ｐ\)最高DPR （空气中高达220 µm/W）.柳叶刀(L) hat de heechste ôfwiking yn loft en wetter (图12a) (对所述尖端是对尖端是是电影,\(p<\) 0.017), en berikte de heechste DPR (oant µm/220) W yn loft). Ланцет (L) имеет наибольшее отклонение (весьма значимое для всех наконечников, \(p<\) 0,017) yn возидух, да амого высокого DPR (oant 220 мкм/Вт в воздухе). Lancet (L) hat de grutste ôfwiking (heul wichtich foar alle tips, \(p<\) 0,017) yn loft en wetter (Fig. 12a), en berikt de heechste DPR (oant 220 µm / W yn loft). Yn loft bûgde AX1 dy't hegere BL hie, heger ôf as AX2-3 (mei betsjutting, \(p<\) 0.017), wylst AX3 (dy't de leechste BL hie) mear as AX2 ôfwike mei in DPR fan 190 µm/W. Yn loft bûgde AX1 dy't hegere BL hie, heger ôf as AX2-3 (mei betsjutting, \(p<\) 0.017), wylst AX3 (dy't de leechste BL hie) mear as AX2 ôfwike mei in DPR fan 190 µm/W. В воздухе AX1 с более высоким BL отклонялся выше, чем AX2–3 (as значимостью \(p<\) 0,017), мкада кан онялся больше, чем AX2 с DPR 190 мкм/Вт. Yn 'e loft bûgde AX1 mei hegere BL heger as AX2-3 (mei betsjutting \(p<\) 0.017), wylst AX3 (mei leechste BL) mear ôfwike as AX2 mei 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），转高显着怅，转大于AX2，DPR 为190 µm/W. Yn 'e loft is de ôfwiking fan AX1 mei hegere BL heger as dy fan AX2-3 (signifikant, \(p<\) 0.017), en de ôfwiking fan AX3 (mei leechste BL) is heger as dy fan AX2, DPR is 190 µm/W. В воздухе AX1 с более высоким BL имеет большее отклонение, чем AX2-3 (sначимо, \(p<\) 0,017), мкагда ким ет большее отклонение, чем AX2 с DPR 190 мкм/Вт. Yn loft hat AX1 mei hegere BL gruttere ôfwiking dan AX2-3 (signifikant, \(p<\) 0.017), wylst AX3 (mei leechste BL) gruttere ôfwiking hat as AX2 mei DPR fan 190 μm/W. Yn wetter op 20 mm waarden gjin signifikante ferskillen (\(p>\) 0.017) fûn yn ôfwiking en PTE foar AX1-3. Yn wetter op 20 mm waarden gjin signifikante ferskillen (\(p>\) 0.017) fûn yn ôfwiking en PTE foar AX1-3. В воде на глубине 20 мм достоверных различий (\(p>\) 0,017) по прогибу и ФТР для AX1–3 не обнаружено. Yn wetter op in djipte fan 20 mm waarden signifikante ferskillen (\(p>\) 0.017) yn ôfwiking en FTR ûntdutsen foar AX1-3.在20 mm 的水中，AX1-3 的挠度和PTE 没有显着差异(\(p>\) 0.017)。 Yn 20 mm wetter wie der gjin signifikant ferskil tusken AX1-3 en PTE (\(p>\) 0,017). На глубине 20 мм прогиб и PTE AX1-3 существенно не отличались (\(p>\) 0,017). Op 'e djipte fan 20 mm de deflection en PTE AX1-3 net ferskille signifikant (\(p>\) 0,017).De nivo's fan PTE yn wetter (90,2-98,4%) wiene oer it generaal heger as yn loft (56-77,5%) (Fig. 12c), en it ferskynsel fan kavitaasje waard opmurken yn it eksperimint yn wetter (Fig. 13, sjoch ek oanfoljende ynformaasje).
Tip bûgen amplitude mjittingen (gemiddelde ± standertdeviaasje, n = 5) foar L en AX1-3 chamfers yn lucht en wetter (djipte 20 mm) die bliken it effekt fan feroarjen chamfer mjitkunde.De mjittingen wurde krigen mei trochgeande sinusoïdale eksitaasje mei ienfrekwinsje.(a) Peak ôfwiking (\(u_y\vec {j}\)) by it toppunt, mjitten op (b) harren respektive modale frekwinsjes \(f_2\).(c) Power transmission effisjinsje (PTE, rms, %) as in fergeliking.(4) en (d) Ofwiking macht faktor (DPR, µm / W) berekkene as peak ôfwiking en transmit macht \(P_T\) (Wrms).
Typysk skaadplot fan in hege snelheidskamera dy't de totale ôfwiking fan 'e lansetpunt (griene en reade stippellinen) fan' e lanset (L) en asymmetryske tip (AX1-3) yn wetter (djipte 20 mm), heale syklus, rydfrekwinsje toant \(f_2\) (frekwinsje 310 kHz sampling).De fêstleine griisskaalôfbylding hat dimensjes fan 128 × 128 piksels mei in pikselgrutte fan \(\ sawat) 5 µm.Fideo is te finen yn oanfoljende ynformaasje.
Sa hawwe wy de wiziging yn 'e bûging fan' e golflingte modeleare (Fig. 7) en berekkene de meganyske mobiliteit foar oerdracht foar konvinsjonele lanseolate, asymmetryske en axiale kombinaasjes fan buislingte en bevel (Fig. 8, 9).Symmetryske skuorre geometry.Op grûn fan dat lêste skatte wy de optimale tip-to-weld-ôfstân op 43 mm (of \(\approx\) 2,75\(\lambda_y\) by 29,75 kHz) lykas werjûn yn figuer 5, en makken trije asymmetryske bevels mei ferskillende bevel lingtematen.Wy karakterisearre doe har frekwinsje-antwurden yn fergeliking mei konvinsjonele lansetten yn loft, wetter en 10% (w / v) ballistyske gelatine (figueren 10, 11) en bepale it bêste gefal foar it fergelykjen fan tiltdefleksjemodus.Uteinlik mjitten wy tipdefleksje troch weach yn loft en wetter te bûgen op in djipte fan 20 mm en kwantifisearre de effisjinsje fan krêftferfier (PTE,%) en defleksjekrêftfaktor (DPR, µm / W) fan it ynjeksjede medium foar elke tilt.type (fig. 12).
De resultaten litte sjen dat de tilt as fan de mjitkunde beynfloedet de amplitude ôfwiking fan de tip as.De lanset hie de heechste kromming en ek de heechste DPR yn ferliking mei de axisymmetryske bevel, wylst de axisymmetryske bevel in lytsere gemiddelde ôfwiking hie (fig. 12). De axi-symmetryske 4 mm skuorre (AX1) mei de langste skuorlingte, berikte statistysk signifikante heechste ôfwiking yn loft (\(p <0.017\), Tabel 2), yn ferliking mei oare as-symmetryske needles (AX2-3), mar gjin signifikante ferskillen waarden waarnommen, doe't de needle waard pleatst yn wetter. De axi-symmetryske 4 mm skuorre (AX1) mei de langste skuorlingte, berikte statistysk signifikante heechste ôfwiking yn loft (\(p <0.017\), Tabel 2), yn ferliking mei oare as-symmetryske needles (AX2-3), mar gjin signifikante ferskillen waarden waarnommen, doe't de needle waard pleatst yn wetter. Осесимметричный скос 4 мм (AX1), имеющий наибольшую длину скоса, достиг статистически значимого наибольшую длину скоса, достиг статистически значимого наивегольш p <0,017\), tabel 2) foar сравнению с другими осесимметричными иглами (AX2–3). Axisymmetric bevel 4 mm (AX1), hawwende de langste bevel lingte, berikte in statistysk signifikante gruttere ôfwiking yn lucht (\(p <0,017\), Tabel 2) yn ferliking mei oare axisymmetric needles (AX2-3).mar signifikante ferskillen waarden net waarnommen by it pleatsen fan de needle yn wetter.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. Yn ferliking mei oare axial symmetryske needles (AX2-3), hat it de langste skuorre hoeke fan 4 mm axally symmetrysk (AX1) yn 'e loft, en it hat berikt statistysk signifikante maksimale deflection (\(p <0,017\), Tabel 2) , mar doe't de needel yn wetter pleatst waard, waard gjin signifikant ferskil waarnommen. Осесимметричный скос 4 мм (AX1) с наибольшей длиной скоса обеспечивает статистически значимое максимальноз равнению с другими осесимметричными иглами (AX2-3) (\(p < 0,017\), tabel 2), но существенной разницы. De asymmetryske helling mei de langste hellingslingte fan 4 mm (AX1) levere in statistysk signifikante maksimale ôfwiking yn lucht yn ferliking mei de oare asymmetryske hellingen (AX2-3) (\(p <0,017\), tabel 2), mar der wie gjin signifikant ferskil.wurdt waarnommen as de needel yn wetter pleatst wurdt.Sa hat in langere bevellingte gjin foar de hân lizzende foardielen yn termen fan peak tip deflection.Mei it each dêrop docht bliken dat de hellinggeometry, dy't yn dit ûndersyk ûndersocht wurdt, in gruttere ynfloed hat op de amplitudeôfbuiging as de hellingslingte.Dit kin bygelyks relatearre wurde oan bûgingsstivens, ôfhinklik fan it materiaal dat bûgd wurdt en de totale dikte fan 'e bounaald.
Yn eksperimintele stúdzjes wurdt de grutte fan 'e reflektearre flekswelle beynfloede troch de grinsbetingsten fan' e tip.Doe't de naaldpunt yn wetter en gelatine ynfoege waard, wie \(\text {PTE}_{2}\) gemiddeld \(\approx\) 95% en \(\text {PTE}_{2}\) gemiddelde de wearden binne respektivelik 73% en 77% (\text {PTE}_{1}\) en \(\text {PTE}_{3}\), (fig. 11).Dit jout oan dat de maksimale oerdracht fan akoestyske enerzjy nei it casting medium (bygelyks wetter of gelatine) bart by \(f_2\).Fergelykber gedrach waard beoardiele yn in eardere stúdzje mei ienfâldiger apparaatstruktueren by frekwinsjes fan 41-43 kHz, wêr't de auteurs de spanningsrefleksjekoëffisjint oantoand ferbûn mei de meganyske modulus fan it ynterkalearre medium.De penetraasjedjipte32 en de meganyske eigenskippen fan it weefsel jouwe in meganyske lêst op 'e needel en wurde dêrom ferwachte dat se it resonânsjegedrach fan' e UZeFNAB beynfloedzje.Dêrom kinne resonânsje-tracking-algoritmen lykas 17, 18, 33 wurde brûkt om de krêft fan it lûd te optimalisearjen dat troch de stylus wurdt levere.
Bend golflingte modellering (figuer 7) lit sjen dat axisymmetric hat hegere strukturele stivens (dat wol sizze hegere bûgen stivens) oan de tip as lanset en asymmetrysk bevel.Oflaat fan (1) en mei de bekende snelheid-frekwinsje relaasje, skatte wy de bûgstiffens fan 'e lanset, asymmetryske en asymmetryske tips as hellingen \(\ likernôch) 200, 20 en 1500 MPa, respektivelik.Dit komt oerien mei (\lambda _y\) respektivelik 5,3, 1,7 en 14,2 mm by 29,75 kHz (fig. 7a–c).Sjoen de klinyske feiligens fan 'e USeFNAB-proseduere, moat de ynfloed fan mjitkunde op' e stivens fan 'e bevelûntwerp wurde evaluearre34.
De stúdzje fan 'e parameters fan' e bevel en de lingte fan 'e buis (Fig. 9) liet sjen dat it optimale TL-berik foar de asymmetryske (1,8 mm) heger wie as foar de axisymmetryske bevel (1,3 mm).Dêrnjonken rint it mobiliteitsplateau fan 4 oant 4,5 mm en fan 6 oant 7 mm foar respektivelik asymmetryske en asymmetryske tilt (fig. 9a, b).De praktyske relevânsje fan dizze fynst wurdt útdrukt yn manufacturing tolerances, Bygelyks, in legere berik fan optimale TL kin ymplisearje in needsaak foar hegere lingte krektens.Tagelyk jout de opbringst platfoarm in gruttere tolerânsje foar de kar fan helling lingte op in opjûne frekwinsje sûnder signifikant beynfloedzje de opbringst.
De stúdzje befettet de folgjende beheiningen.Direkte mjitting fan naaldôfwiking mei help fan rânedeteksje en ôfbyldings mei hege snelheid (figuer 12) betsjut dat wy beheind binne ta optysk transparante media lykas loft en wetter.Wy wolle ek oanjaan dat wy gjin eksperiminten hawwe brûkt om de simulearre transfermobiliteit te testen en oarsom, mar FEM-stúdzjes brûkten om de optimale lingte fan 'e makke needle te bepalen.Ut it eachpunt fan praktyske beheiningen is de lingte fan 'e lanset fan tip nei mouwe 0,4 sm langer as oare needles (AX1-3), sjoch fig.3b.Dit kin de modale reaksje fan 'e acikulêre struktuer beynfloede hawwe.Dêrneist, de foarm en folume fan waveguide lead solder (sjoch figuer 3) kin beynfloedzje de meganyske impedance fan de pin design, resultearret yn flaters yn meganyske impedance en bûgen gedrach.
Uteinlik hawwe wy eksperiminteel oantoand dat de bevelgeometry de hoemannichte ôfwiking yn USeFNAB beynfloedet.Yn situaasjes dêr't in hegere deflection amplitude kin hawwe in posityf effekt op it effekt fan de naald op it weefsel, bygelyks, cutting effisjinsje nei puncture, in konvinsjonele lanset kin wurde oanrikkemandearre foar USeFNAB, sûnt it jout de grutste deflection amplitude wylst behâld fan genôch rigidity op it puntsje fan it ûntwerp.Derneist hat in resinte stúdzje oantoand dat gruttere tipôfwiking biologyske effekten kin ferbetterje lykas kavitaasje, wat kin helpe by it ûntwikkeljen fan applikaasjes foar minimaal invasive sjirurgyske yntervinsjes.Sjoen dat tanimmende totale akoestyske krêft is oantoand om biopsie-opbringst fan USeFNAB13 te ferheegjen, binne fierdere kwantitative stúdzjes fan sample-opbringst en kwaliteit nedich om de detaillearre klinyske foardiel fan 'e studearre needle-geometry te beoardieljen.
Frable, WJ Fine needle aspiration biopsy: in resinsje.Humph.Siik.14 : 9-28.https://doi.org/10.1016/s0046-8177(83)80042-2 (1983).
Post tiid: okt-13-2022