Terima kasih telah mengunjungi Nature.com.Versi browser yang Anda gunakan memiliki dukungan CSS yang terbatas.Untuk pengalaman terbaik, kami menyarankan Anda menggunakan browser yang diperbarui (atau menonaktifkan Mode Kompatibilitas di Internet Explorer).Sementara itu, untuk memastikan dukungan berkelanjutan, kami akan merender situs tanpa gaya dan JavaScript.
Baru-baru ini telah dibuktikan bahwa penggunaan USG meningkatkan hasil jaringan pada aspirasi jarum halus berbantuan USG (USeFNAB) dibandingkan dengan aspirasi jarum halus konvensional (FNAB).Sampai saat ini, hubungan antara geometri kemiringan dan pergerakan ujung belum dipelajari secara menyeluruh.Dalam studi ini, kami menyelidiki sifat resonansi jarum dan amplitudo defleksi untuk berbagai geometri bevel jarum dengan panjang bevel berbeda.Dengan menggunakan lanset miring konvensional 3,9 mm, faktor daya defleksi ujung (DPR) di udara dan air masing-masing adalah 220 dan 105 µm/W.Ini lebih tinggi dari ujung miring 4mm axisymmetric, masing-masing menyediakan 180 dan 80 µm/W DPR di udara dan air.Studi ini menyoroti pentingnya hubungan antara kekakuan lentur geometri bevel dalam konteks cara penyisipan yang berbeda, dan oleh karena itu dapat memberikan wawasan tentang metode untuk mengendalikan tindakan pemotongan pasca penusukan dengan mengubah geometri bevel jarum, yang mana hal ini penting.untuk aplikasi USeFNAB sangat penting.
Biopsi aspirasi jarum halus (FNA) adalah metode pengambilan sampel jaringan untuk dugaan patologi1,2,3 menggunakan jarum.Ujung Franseen telah terbukti memberikan kinerja diagnostik yang lebih tinggi dibandingkan ujung lancet4 dan Menghini5 konvensional.Kemiringan sumbu simetris (yaitu melingkar) juga disarankan untuk meningkatkan kemungkinan spesimen secara histopatologis memadai.
Selama biopsi, jarum dimasukkan melalui lapisan kulit dan jaringan untuk mendapatkan akses ke lesi yang mencurigakan.Penelitian terbaru menunjukkan bahwa USG dapat mengurangi kekuatan penetrasi yang diperlukan untuk mengakses jaringan lunak7,8,9,10.Geometri kemiringan jarum telah terbukti mempengaruhi gaya interaksi jarum, misalnya, kemiringan yang lebih panjang terbukti memiliki gaya penetrasi jaringan yang lebih rendah11.Setelah jarum menembus permukaan jaringan, yaitu setelah ditusuk, gaya potong jarum dapat mencapai 75% dari gaya interaksi jarum dengan jaringan12.Telah terbukti bahwa pada fase pasca tusukan, USG (USG) meningkatkan efisiensi biopsi jaringan lunak diagnostik.Teknik biopsi tulang lain yang ditingkatkan dengan USG telah dikembangkan untuk mengambil sampel jaringan keras, namun belum ada laporan hasil yang meningkatkan hasil biopsi.Sejumlah penelitian juga telah mengkonfirmasi bahwa perpindahan mekanis meningkat ketika terkena tekanan ultrasonik16,17,18.Meskipun ada banyak penelitian tentang gaya statis aksial (longitudinal) dalam interaksi jarum-jaringan19,20, terdapat penelitian terbatas mengenai dinamika temporal dan geometri kemiringan jarum di bawah FNAB ultrasonik (USeFNAB).
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui pengaruh geometri bevel yang berbeda terhadap pergerakan ujung jarum pada jarum yang digerakkan oleh pembengkokan ultrasonik.Secara khusus, kami menyelidiki efek media injeksi pada defleksi ujung jarum setelah tusukan untuk kemiringan jarum tradisional (yaitu, jarum USeFNAB untuk berbagai tujuan seperti aspirasi selektif atau perolehan jaringan lunak.
Berbagai geometri bevel dimasukkan dalam penelitian ini.(a) Spesifikasi Lancet mematuhi ISO 7864:201636 dengan \(\alpha\) adalah bevel primer, \(\theta\) adalah sudut rotasi bevel sekunder, dan \(\phi\) adalah bevel sekunder sudut., saat berputar, dalam derajat (\(^\circ\)).(b) Talang satu langkah asimetris linier (disebut “standar” dalam DIN 13097:201937) dan (c) Talang satu langkah aksisimetris linier (melingkar).
Pendekatan kami dimulai dengan memodelkan perubahan panjang gelombang lentur sepanjang bevel untuk geometri bevel satu tahap lanset konvensional, axisymmetric, dan asimetris.Kami kemudian menghitung studi parametrik untuk menguji pengaruh kemiringan dan panjang pipa terhadap fluiditas mekanis transfer.Hal ini diperlukan untuk menentukan panjang optimal untuk pembuatan prototipe jarum.Berdasarkan simulasi, prototipe jarum dibuat dan perilaku resonansinya dikarakterisasi secara eksperimental dengan mengukur koefisien refleksi tegangan dan menghitung efisiensi perpindahan daya di udara, air dan gelatin balistik 10% (b/v), yang kemudian menentukan frekuensi operasi. .Terakhir, pencitraan berkecepatan tinggi digunakan untuk mengukur secara langsung defleksi gelombang lentur di ujung jarum di udara dan air, serta untuk memperkirakan daya listrik yang disalurkan pada setiap sudut miring dan geometri rasio daya defleksi ( DPR) ke media yang disuntikkan..
Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2a, gunakan tabung pengukur 21 (OD 0,80 mm, ID 0,49 mm, ketebalan dinding tabung 0,155 mm, dinding standar) untuk menentukan tabung jarum dengan panjang tabung (TL) dan sudut kemiringan (BL) sesuai dengan ISO 9626:201621) dalam baja tahan karat 316 (modulus Young 205 \(\text {GN/m}^{2}\), massa jenis 8070 kg/m\(^{3}\) dan rasio Poisson 0,275 ).
Penentuan panjang gelombang lentur dan penyetelan model elemen hingga (FEM) untuk kondisi jarum dan batas.(a) Penentuan panjang bevel (BL) dan panjang pipa (TL).(b) Model elemen hingga (FEM) tiga dimensi (3D) menggunakan gaya titik harmonik \(\tilde{F}_y\vec {j}\) untuk menggerakkan jarum ke arah proksimal, membelokkan titik, dan mengukur kecepatan di titik tersebut. tip (\ ( \tilde {u}_y\vec {j}\), \(\tilde{v}_y\vec {j}\)) untuk menghitung transfer fluiditas mekanis.\(\lambda _y\) didefinisikan sebagai panjang gelombang lentur relatif terhadap gaya vertikal \(\tilde{F}_y\vec {j}\).(c) Definisi pusat gravitasi, luas penampang A, dan momen inersia \(I_{xx}\) dan \(I_{yy}\) di sekitar sumbu x dan y.
Seperti yang ditunjukkan pada gambar.2b,c, untuk sinar tak terhingga (tak terhingga) dengan luas penampang A dan pada panjang gelombang lebih besar dari ukuran penampang balok, kecepatan fasa bengkok (atau bengkok) \( c_{EI }\) ditentukan oleh 22 :
di mana E adalah modulus Young (\(\text {N/m}^{2}\)), \(\omega _0 = 2\pi f_0\) adalah frekuensi sudut eksitasi (rad/s), di mana \( f_0 \ ) adalah frekuensi linier (1/s atau Hz), I adalah momen inersia area di sekitar sumbu yang diinginkan\((\text {m}^{4})\), \(m'=\ rho _0 A\ ) adalah massa pada satuan panjang (kg/m), dengan \(\rho _0\) adalah massa jenis\((\text {kg/m}^{3})\) dan A adalah salib bagian luas balok (bidang xy) (\(\ text {m}^{2}\)).Karena gaya yang diterapkan pada contoh kita sejajar dengan sumbu y vertikal, yaitu \(\tilde{F}_y\vec {j}\), kita hanya tertarik pada momen inersia regional di sekitar sumbu x horizontal, yaitu \(I_{xx}\), jadi:
Untuk model elemen hingga (FEM), diasumsikan perpindahan harmonik murni (m), sehingga percepatan (\(\text {m/s}^{2}\)) dinyatakan sebagai \(\partial ^2 \vec { u}/ \ parsial t^2 = -\omega ^2\vec {u}\) sebagai \(\vec {u}(x, y, z, t): = u_x\vec {i} + u_y\ vec {j } + u_z\vec {k}\) adalah vektor perpindahan tiga dimensi yang diberikan dalam koordinat spasial.Alih-alih yang terakhir, sesuai dengan implementasinya dalam paket perangkat lunak COMSOL Multiphysics (versi 5.4-5.5, COMSOL Inc., Massachusetts, USA), deformasi terbatas Bentuk Lagrangian dari hukum keseimbangan momentum diberikan sebagai berikut:
dimana \(\vec {\nabla}:= \frac{\partial}}{\partial x}\vec {i} + \frac{\partial}}{\partial y}\vec {j} + \frac{ \partial }{\partial z}\vec {k}\) adalah operator divergensi tensor, \({\underline{\sigma}}\) adalah tensor tegangan Piola-Kirchhoff kedua (urutan kedua, \(\ text { N/ m}^{2}\)) dan \(\vec {F_V}:= F_{V_x}\vec {i}+ F_{V_y}\vec {j}+ F_{V_z}\vec {k} \) adalah vektor gaya benda (\(\text {N/m}^{3}\)) untuk setiap volume terdeformasi, dan \(e^{j\phi }\) adalah vektor sudut fasa\(\ phi \ ) ( senang).Dalam kasus kita, gaya volume benda adalah nol, model kita mengasumsikan linearitas geometri dan deformasi elastis murni kecil, yaitu, di mana \({\underline{\varepsilon}}^{el}\) dan \({\underline {\varepsilon}}\) masing-masing adalah regangan elastis dan regangan total (orde kedua, tak berdimensi).Tensor elastisitas isotropik konstitutif Hooke \(\underline{\underline{C}}\) dihitung menggunakan modulus Young E (\(\text {N/m}^{2}\)) dan rasio Poisson v ditentukan, sehingga yaitu \(\underline{\underline{C}}:=\underline{\underline{C}}(E,v)\) (urutan keempat).Sehingga perhitungan tegangannya menjadi \({\underline{\sigma}} := \underline{\underline{C}}:{\underline{\varepsilon}}\).
Perhitungannya menggunakan elemen tetrahedral 10 node dengan ukuran elemen \(\le\) 8 µm.Jarum dimodelkan dalam ruang hampa, dan nilai mobilitas mekanis yang ditransfer (ms-1 N-1) didefinisikan sebagai \(|\tilde{Y}_{v_yF_y}|= |\tilde{v}_y\vec { j}|/ |\ tilde{F}_y\vec {j}|\)24, dengan \(\tilde{v}_y\vec {j}\) adalah kecepatan kompleks keluaran handpiece dan \( \ tilde {F}_y\ vec {j }\) adalah gaya penggerak kompleks yang terletak di ujung proksimal tabung, seperti ditunjukkan pada Gambar 2b.Terjemahkan fluiditas mekanis dalam desibel (dB) dengan menggunakan nilai maksimum sebagai acuan, yaitu \(20\log _{10} (|\tilde{Y}|/ |\tilde{Y}_{max}|) \ ) .Semua studi FEM dilakukan pada frekuensi 29,75 kHz.
Desain jarum (Gbr. 3) terdiri dari jarum suntik konvensional ukuran 21 (Kat. No. 4665643, Sterican\(^\circledR\), diameter luar 0,8 mm, panjang 120 mm, AISI 304 stainless chromium-nickel baja , B. Braun Melsungen AG, Melsungen, Jerman) dilengkapi dengan selongsong Luer Lock plastik yang terbuat dari polipropilen di ujung proksimal dan dimodifikasi sesuai di bagian akhir.Tabung jarum disolder ke pandu gelombang seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3b.Pandu gelombang dicetak pada printer 3D baja tahan karat (baja tahan karat EOS 316L pada printer 3D EOS M 290, 3D Formtech Oy, Jyväskylä, Finlandia) dan kemudian dipasang ke sensor Langevin menggunakan baut M4.Sensor Langevin terdiri dari 8 elemen cincin piezoelektrik yang dibebani di kedua ujungnya dengan dua massa.
Empat jenis tip (foto), lanset (L) yang tersedia secara komersial dan tiga bevel satu tahap aksisimetris yang diproduksi (AX1-3) dicirikan oleh panjang bevel (BL) masing-masing 4, 1,2 dan 0,5 mm.(a) Tampilan jarak dekat dari ujung jarum yang sudah jadi.(b) Tampak atas empat pin yang disolder ke pandu gelombang cetak 3D dan kemudian dihubungkan ke sensor Langevin dengan baut M4.
Tiga ujung bevel axisymmetric (Gbr. 3) diproduksi (TAs Machine Tools Oy) dengan panjang bevel (BL, sebagaimana didefinisikan dalam Gbr. 2a) sebesar 4,0, 1,2 dan 0,5 mm, sesuai dengan \(\approx) 2 \(^ \ circ\), 7\(^\circ\) dan 18\(^\circ\) masing-masing.Massa pandu gelombang dan jarum adalah 3,4 ± 0,017 g (rata-rata ± sd, n = 4) masing-masing untuk bevel L dan AX1-3 (Quintix\(^\circledR\) 224 Design 2, Sartorius AG, Göttingen, Jerman) .Untuk bevel L dan AX1-3 pada Gambar 3b, panjang total dari ujung jarum hingga ujung selongsong plastik masing-masing adalah 13,7, 13,3, 13,3, dan 13,3 cm.
Untuk semua konfigurasi jarum, panjang dari ujung jarum ke ujung pandu gelombang (yaitu ke area pengelasan) adalah 4,3 cm, dan tabung jarum diorientasikan dengan potongan ke atas (yaitu sejajar dengan sumbu Y) , seperti yang ditunjukkan pada gambar.c (Gbr. 2).
Skrip khusus di MATLAB (R2019a, The MathWorks Inc., Massachusetts, USA) yang berjalan di komputer (Latitude 7490, Dell Inc., Texas, USA) digunakan untuk menghasilkan sapuan sinusoidal linier dari 25 hingga 35 kHz selama 7 detik, lewat Konverter digital-ke-analog (DA) (Analog Discovery 2, Digilent Inc., Washington, USA) mengkonversi menjadi sinyal analog.Sinyal analog \(V_0\) (0,5 Vp-p) kemudian diperkuat dengan penguat frekuensi radio (RF) khusus (Mariachi Oy, Turku, Finlandia).Tegangan jatuh yang diperkuat \({V_I}\) dari penguat RF dengan impedansi keluaran 50 ohm diumpankan ke transformator yang terpasang pada struktur jarum dengan impedansi masukan 50 ohm.Transduser Langevin (transduser piezoelektrik multilayer tugas berat depan dan belakang) digunakan untuk menghasilkan gelombang mekanis.Penguat RF khusus dilengkapi dengan pengukur faktor daya gelombang berdiri (SWR) saluran ganda yang mencatat kejadian \({V_I}\) dan memantulkan tegangan yang diperkuat\(V_R\) dalam mode analog-ke-digital (AD).dengan sampling rate 300 kHz Converter (analog Discovery 2).Sinyal eksitasi dimodulasi amplitudo di awal dan di akhir untuk mencegah kelebihan beban pada input amplifier dengan transien.
Menggunakan skrip khusus yang diterapkan di MATLAB, fungsi respons frekuensi (FRF), yaitu \(\tilde{H}(f)\), diperkirakan secara offline menggunakan metode pengukuran sapuan sinusoidal dua saluran (Gbr. 4), yang mengasumsikan linearitas dalam waktu.sistem invarian.Selain itu, filter band pass 20 hingga 40 kHz diterapkan untuk menghilangkan frekuensi yang tidak diinginkan dari sinyal.Mengacu pada teori saluran transmisi, dalam hal ini \(\tilde{H}(f)\) setara dengan koefisien refleksi tegangan, yaitu \(\rho _{V} \equiv {V_R}/{V_I}\ ) \) berkurang menjadi \({V_R}^ 2 /{V_I}^2\ ) sama dengan \(|\rho _{V}|^2\).Dalam kasus di mana nilai daya listrik absolut diperlukan, daya datang \(P_I\) dan daya pantul \(P_R\) daya (W) dihitung dengan mengambil nilai rms (rms) dari tegangan yang sesuai, misalnya.untuk saluran transmisi dengan eksitasi sinusoidal \( P = {V}^2/(2Z_0)\)26, dimana \(Z_0\) sama dengan 50 \(\Omega\).Daya listrik yang disuplai ke beban \(P_T\) (yaitu media yang dimasukkan) dapat dihitung sebagai \(|P_I – P_R |\) (W RMS), serta efisiensi perpindahan daya (PTE) dan persentase ( %) dapat ditentukan bagaimana bentuk yang diberikan, jadi 27:
Frekuensi modal acicular \(f_{1-3}\) (kHz) dan faktor transfer daya yang sesuai \(\text {PTE}_{1{-}3} \) kemudian diperkirakan menggunakan FRF.FWHM (\(\text {FWHM}_{1{-}3}\), Hz) diperkirakan langsung dari \(\text {PTE}_{1{-}3}\), dari Tabel 1 A satu sisi spektrum linier diperoleh pada frekuensi modal yang dijelaskan \(f_{1-3}\).
Pengukuran respon frekuensi (AFC) struktur jarum.Pengukuran sapuan dua saluran sinusoidal digunakan untuk mendapatkan fungsi respons frekuensi \(\tilde{H}(f)\) dan respons impulsnya H(t).\({\mathcal {F}}\) dan \({\mathcal {F}}^{-1}\) masing-masing mewakili transformasi Fourier dari pemotongan digital dan kebalikannya.\(\tilde{G}(f)\) berarti perkalian dua sinyal dalam domain frekuensi, misalnya \(\tilde{G}_{XrX}\) berarti perkalian pemindaian terbalik\(\tilde{ X} r (f)\ ) dan tegangan jatuh \(\tilde{X}(f)\) masing-masing.
Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5, kamera kecepatan tinggi (Phantom V1612, Vision Research Inc., NJ, USA) dilengkapi dengan lensa makro (MP-E 65mm, \(f\)/2.8, 1-5\).(\times\), Canon Inc., Tokyo, Jepang), untuk merekam defleksi ujung selama eksitasi lentur (frekuensi tunggal, sinusoidal kontinu) pada frekuensi 27,5-30 kHz.Untuk membuat peta bayangan, elemen dingin LED putih intensitas tinggi (nomor komponen: 4052899910881, LED putih, 3000 K, 4150 lm, Osram Opto Semiconductors GmbH, Regensburg, Jerman) ditempatkan di belakang ujung jarum.
Tampilan depan dari pengaturan eksperimental.Kedalaman diukur dari permukaan medium.Struktur jarum dijepit dan dipasang pada meja transfer bermotor.Gunakan kamera berkecepatan tinggi dengan lensa pembesaran tinggi (5\(\x\)) untuk mengukur deviasi sudut miring.Semua dimensi dalam milimeter.
Untuk setiap jenis kemiringan jarum, kami merekam 300 bingkai kamera berkecepatan tinggi berukuran 128 \(\x\) 128 piksel, masing-masing dengan resolusi spasial 1/180 mm (\(\kira-kira) 5 µm), dengan a resolusi temporal 310.000 frame per detik.Seperti terlihat pada Gambar 6, setiap frame (1) dipotong (2) sedemikian rupa sehingga ujung jarum berada di baris terakhir (bawah) frame, dan histogram gambar (3) dihitung, sehingga Canny ambang batas 1 dan 2 dapat ditentukan.Kemudian terapkan deteksi tepi Canny 28(4) dengan operator Sobel 3 \(\times\) 3 dan hitung posisi untuk piksel non-sisi miring (berlabel \(\mathbf {\times }\)) tanpa kavitasi 300 langkah waktu.Untuk menentukan kisaran defleksi ujung, hitung turunannya (menggunakan algoritma selisih pusat) (6) dan tentukan kerangka (7) yang berisi defleksi ekstrem lokal (yaitu puncak).Setelah inspeksi visual pada tepi bebas kavitasi, sepasang bingkai (atau dua bingkai dengan interval paruh waktu) dipilih (7) dan defleksi ujung diukur (dilambangkan sebagai \(\mathbf {\times } \) ).Hal di atas diimplementasikan dalam Python (v3.8, Python Software Foundation, python.org) menggunakan algoritma deteksi tepi OpenCV Canny (v4.5.1, perpustakaan visi komputer sumber terbuka, opencv.org).Terakhir, faktor daya defleksi (DPR, µm/W) dihitung sebagai rasio defleksi puncak ke puncak terhadap daya listrik yang ditransmisikan \(P_T\) (Wrms).
Menggunakan algoritma 7 langkah (1-7), termasuk cropping (1-2), deteksi tepi Canny (3-4), perhitungan, mengukur posisi piksel ujung defleksi tepi menggunakan serangkaian frame yang diambil dari ketinggian kamera kecepatan pada 310 kHz (5) dan turunan waktunya (6), dan, terakhir, kisaran defleksi ujung diukur pada pasangan frame yang diperiksa secara visual (7).
Diukur di udara (22,4-22,9°C), air deionisasi (20,8-21,5°C) dan 10% (b/v) gelatin balistik berair (19,7-23,0°C , \(\text {Honeywell}^{ \ text { TM}}\) \(\text {Fluka}^{\text {TM}}\) Gelatin Tulang Sapi dan Babi untuk Analisis Balistik Tipe I, Honeywell International, North Carolina, AS).Suhu diukur dengan penguat termokopel tipe K (AD595, Analog Devices Inc., MA, USA) dan termokopel tipe K (Fluke 80PK-1 Bead Probe No. 3648 tipe-K, Fluke Corporation, Washington, USA).Gunakan tahap sumbu Z bermotor vertikal (8MT50-100BS1-XYZ, Standa Ltd., Vilnius, Lithuania) untuk mengukur kedalaman dari permukaan media (ditetapkan sebagai asal sumbu Z) dengan resolusi 5 µm per langkah.
Karena ukuran sampel kecil (n = 5) dan normalitas tidak dapat diasumsikan, uji jumlah peringkat Wilcoxon dua sisi dua sampel (R, v4.0.3, R Foundation for Statistical Computing, r-project.org) digunakan untuk membandingkan jumlah varians ujung jarum untuk berbagai bevel.Tiga perbandingan dibuat untuk setiap lereng, sehingga diterapkan koreksi Bonferroni dengan tingkat signifikansi yang disesuaikan sebesar 0,017 dan tingkat kesalahan sebesar 5%.
Referensi dibuat pada Gambar 7 di bawah.Pada 29,75 kHz, setengah panjang gelombang melengkung (\(\lambda _y/2\)) dari jarum ukuran 21 adalah \(\kira-kira) 8 mm.Panjang gelombang lentur berkurang sepanjang lereng saat mendekati ujung.Pada ujung \(\lambda _y/2\) terdapat bevel berundak masing-masing sebesar 3, 1 dan 7 mm, untuk lanset biasa (a), asimetris (b) dan axisymmetric (c).Jadi, ini berarti bahwa lanset akan berbeda sebesar \(\tentang\) 5 mm (karena kedua bidang lanset membentuk titik 29,30), kemiringan asimetris akan bervariasi sebesar 7 mm, dan kemiringan simetris akan bervariasi sebesar 7 mm. sebesar 1mm.Lereng aksimetris (pusat gravitasi tetap sama, sehingga hanya ketebalan dinding yang berubah sepanjang lereng).
Penerapan studi FEM pada 29,75 kHz dan persamaannya.(1) Hitung perubahan setengah gelombang lentur (\(\lambda _y/2\)) untuk geometri miring lanset (a), asimetris (b) dan axisymmetric (c) (seperti pada Gambar 1a,b,c).).Rata-rata \(\lambda_y/2\) untuk kemiringan lanset, asimetris, dan sumbusimetris berturut-turut adalah 5,65, 5,17, dan 7,52 mm.Perhatikan bahwa ketebalan ujung untuk bevel asimetris dan aksisimetri dibatasi hingga \(\kira-kira) 50 µm.
Mobilitas puncak \(|\tilde{Y}_{v_yF_y}|\) adalah kombinasi panjang tabung optimal (TL) dan panjang kemiringan (BL) (Gbr. 8, 9).Untuk lanset konvensional, karena ukurannya tetap, TL optimalnya adalah \(\kira-kira\) 29,1 mm (Gbr. 8).Untuk lereng asimetris dan axisymmetric (masing-masing Gambar 9a, b), studi FEM mencakup BL dari 1 hingga 7 mm, sehingga rentang TL optimal adalah dari 26,9 hingga 28,7 mm (kisaran 1,8 mm) dan dari 27,9 hingga 29,2 mm (kisaran 1,3 mm).) ), masing-masing.Untuk lereng asimetris (Gbr. 9a), TL optimal meningkat secara linier, mencapai dataran tinggi pada BL 4 mm, dan kemudian menurun tajam dari BL 5 menjadi 7 mm.Untuk lereng aksisimetris (Gbr. 9b), TL optimal meningkat secara linier dengan pemanjangan BL dan akhirnya stabil pada BL dari 6 menjadi 7 mm.Sebuah studi yang diperluas tentang lereng axisymmetric (Gbr. 9c) menunjukkan serangkaian TL optimal berbeda yang terletak di \(\kira-kira) 35,1–37,1 mm.Untuk semua BL, jarak antara dua set TL optimal adalah \(\approx\) 8 mm (setara dengan \(\lambda _y/2\)).
Mobilitas transmisi Lancet pada 29,75 kHz.Tabung jarum ditekuk pada frekuensi 29,75 kHz, getaran diukur di ujungnya dan dinyatakan sebagai jumlah mobilitas mekanis yang ditransmisikan (dB relatif terhadap nilai maksimum) untuk TL 26,5-29,5 mm (langkah 0,1 mm).
Studi parametrik FEM pada frekuensi 29,75 kHz menunjukkan bahwa mobilitas transfer ujung axi-simetris kurang dipengaruhi oleh perubahan panjang tabung dibandingkan bagian asimetrisnya.Studi panjang bevel (BL) dan panjang pipa (TL) untuk geometri bevel asimetris (a) dan axisymmetric (b, c) dalam studi domain frekuensi menggunakan FEM (kondisi batas ditunjukkan pada Gambar 2).(a, b) TL berkisar antara 26,5 hingga 29,5 mm (langkah 0,1 mm) dan BL 1-7 mm (langkah 0,5 mm).(c) Studi sudut miring axi-simetris yang diperluas termasuk TL 25-40mm (langkah 0,05mm) dan 0,1-7mm (langkah 0,1mm) yang menunjukkan rasio yang diinginkan \(\lambda_y/2\) Kondisi batas pergerakan longgar untuk sebuah ujung terpenuhi.
Struktur jarum memiliki tiga frekuensi alami \(f_{1-3}\) yang dibagi menjadi daerah modal rendah, sedang dan tinggi seperti yang ditunjukkan pada Tabel 1. Ukuran PTE ditunjukkan pada Gambar 10 dan kemudian dianalisis pada Gambar 11. Di bawah ini adalah hasil untuk setiap area modal:
Amplitudo efisiensi transfer daya sesaat (PTE) yang direkam secara khas diperoleh dengan menggunakan eksitasi sinusoidal dengan frekuensi sapuan pada kedalaman 20 mm untuk lanset (L) dan lereng sumbumetrik AX1-3 di udara, air, dan gelatin.Spektrum satu sisi ditampilkan.Respons frekuensi yang diukur (laju sampel 300 kHz) difilter low-pass dan kemudian diturunkan sampelnya dengan faktor 200 untuk analisis modal.Rasio sinyal terhadap kebisingan adalah \(\le\) 45 dB.Fase PTE (garis putus-putus ungu) ditunjukkan dalam derajat (\(^{\circ}\)).
Analisis respons modal ditunjukkan pada Gambar 10 (rata-rata ± standar deviasi, n = 5) untuk lereng L dan AX1-3 di udara, air, dan gelatin 10% (kedalaman 20 mm) dengan (atas) tiga wilayah modal (rendah , sedang, tinggi).), dan frekuensi modal yang sesuai\(f_{1-3}\) (kHz), efisiensi energi (rata-rata)\(\text {PTE}_{1{-}3 }\) menggunakan persamaan desain.(4) dan (bawah) masing-masing adalah lebar penuh setengah dari nilai terukur maksimum \(\text {FWHM}_{1{-}3}\) (Hz).Perhatikan bahwa ketika merekam PTE rendah, yaitu dalam kasus kemiringan AX2, pengukuran bandwidth dihilangkan, \(\text {FWHM}_{1}\).Mode \(f_2\) dianggap paling cocok untuk membandingkan defleksi bidang miring, karena mode ini menunjukkan tingkat efisiensi transfer daya tertinggi (\(\text {PTE}_{2}\)), hingga 99% .
Wilayah modal pertama: \(f_1\) tidak terlalu bergantung pada jenis media yang dimasukkan, namun bergantung pada geometri kemiringan.\(f_1\) berkurang dengan menurunnya panjang bevel (masing-masing 27,1, 26,2 dan 25,9 kHz untuk AX1-3, di udara).Rata-rata regional \(\text {PTE}_{1}\) dan \(\text {FWHM}_{1}\) masing-masing adalah \(\approx\) 81% dan 230 Hz.\(\text {FWHM}_{1}\) adalah gelatin tertinggi dari Lancet (L, 473 Hz).Perhatikan bahwa \(\text {FWHM}_{1}\) untuk AX2 dalam gelatin tidak dapat diperkirakan karena rendahnya besaran respons frekuensi yang dilaporkan.
Wilayah modal kedua: \(f_2\) bergantung pada jenis media tempel dan bevel.Di udara, air dan gelatin, nilai rata-rata \(f_2\) masing-masing adalah 29,1, 27,9 dan 28,5 kHz.PTE wilayah modal ini juga mencapai 99%, tertinggi di antara seluruh kelompok pengukuran, dengan rata-rata wilayah sebesar 84%.Rata-rata luas \(\text {FWHM}_{2}\) adalah \(\approx\) 910 Hz.
Wilayah modal ketiga: \(f_3\) Frekuensi bergantung pada jenis media penyisipan dan kemiringan.Nilai rata-rata \(f_3\) masing-masing adalah 32,0, 31,0 dan 31,3 kHz di udara, air, dan gelatin.\(\text {PTE}_{3}\) memiliki rata-rata regional sebesar \(\approximately\) 74%, terendah dibandingkan wilayah mana pun.Rata-rata regional \(\text {FWHM}_{3}\) adalah \(\approximately\) 1085 Hz, lebih tinggi dari wilayah pertama dan kedua.
Berikut ini mengacu pada Gambar.12 dan Tabel 2. Lancet (L) paling banyak dibelokkan (dengan signifikansi tinggi pada semua tip, \(p<\) 0,017) baik di udara maupun di air (Gbr. 12a), mencapai DPR tertinggi (hingga 220 µm/ W di udara). 12 dan Tabel 2. Lancet (L) paling banyak dibelokkan (dengan signifikansi tinggi pada semua tip, \(p<\) 0,017) baik di udara maupun di air (Gbr. 12a), mencapai DPR tertinggi (hingga 220 µm/ W di udara). Следующее относится к рисунку 12 dan таблице 2. Ланцет (L) отклонялся больше всего (с высокой) ю для всех наконечников, \(p<\) 0,017) как в воздухе, так и в воде (рис. 12а), достигая самого высокого DPR . Hal berikut ini berlaku pada Gambar 12 dan Tabel 2. Lancet (L) paling banyak dibelokkan (dengan signifikansi tinggi untuk semua tip, \(p<\) 0,017) baik di udara maupun di air (Gbr. 12a), mencapai DPR tertinggi.(lakukan 220 μm/W di udara).Referensi dibuat pada Gambar 12 dan Tabel 2 di bawah ini.柳叶刀(Kiri) 在空气和水中（图12a）中偏转最大（对所有尖端具有高度意义，\(p<\) 0.017），实现最DPR （空气中高达220 µm/W）。柳叶刀(L) memiliki defleksi tertinggi di udara dan air (图12a) (对所述尖端是对尖端是是电影,\(p<\) 0.017), dan mencapai DPR tertinggi (hingga 220 µm/ W di udara). Ланцет (Kiri) имеет наибольшее отклонение (весьма значимое для всех наконечников, \(p<\) 0,017) в воздухе и вод е (рис. 12а), достигая самого высокого DPR (до 220 мкм/Вт в воздухе). Lancet (L) memiliki deviasi terbesar (sangat signifikan untuk semua tip, \(p<\) 0,017) di udara dan air (Gbr. 12a), mencapai DPR tertinggi (hingga 220 µm/W di udara). Di udara, AX1 yang memiliki BL lebih tinggi, dibelokkan lebih tinggi dibandingkan AX2–3 (dengan signifikansi, \(p<\) 0,017), sedangkan AX3 (yang memiliki BL terendah) dibelokkan lebih besar dibandingkan AX2 dengan DPR 190 µm/W. Di udara, AX1 yang memiliki BL lebih tinggi, dibelokkan lebih tinggi dibandingkan AX2–3 (dengan signifikansi, \(p<\) 0,017), sedangkan AX3 (yang memiliki BL terendah) dibelokkan lebih besar dibandingkan AX2 dengan DPR 190 µm/W. Untuk AX1 dengan BL отклонялся выше, yaitu AX2–3 (со значимостью \(p<\) 0,017), тогда как AX3 (с самым низким BL) отклонялся больше, yaitu AX2 dengan DPR 190 мкм/Вт. Di udara, AX1 dengan BL lebih tinggi dibelokkan lebih tinggi dibandingkan AX2–3 (dengan signifikansi \(p<\) 0,017), sedangkan AX3 (dengan BL terendah) dibelokkan lebih besar dibandingkan AX2 dengan 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），而AX3（具有最低BL）的偏转大于AX2,DPR 190 µm/W。 Di udara, defleksi AX1 dengan BL lebih tinggi lebih tinggi dibandingkan AX2-3 (secara signifikan, \(p<\) 0,017), dan defleksi AX3 (dengan BL terendah) lebih tinggi dibandingkan AX2, DPR adalah 190 m/W. Di antara AX1 yang digunakan oleh BL adalah AX2-3 (значимо, \(p<\) 0,017), yaitu AX3 (с самым низким BL) имеет большее отклонение, чем AX2 с DPR 190 мкм/Вт. Di udara, AX1 dengan BL lebih tinggi memiliki deviasi lebih besar dibandingkan AX2-3 (signifikan, \(p<\) 0,017), sedangkan AX3 (dengan BL terendah) memiliki deviasi lebih besar dibandingkan AX2 dengan DPR 190 μm/W. Di dalam air pada kedalaman 20 mm, tidak ada perbedaan signifikan (\(p>\) 0,017) yang ditemukan pada defleksi dan PTE untuk AX1–3. Di dalam air pada kedalaman 20 mm, tidak ada perbedaan signifikan (\(p>\) 0,017) yang ditemukan pada defleksi dan PTE untuk AX1–3. В Воде на глубине 20 д достоверных рзичий (\ (p> \) 0,017) по про orang и д д д о о00 о о о KAN. Di air pada kedalaman 20 mm, perbedaan signifikan (\(p>\) 0,017) dalam defleksi dan FTR terdeteksi untuk AX1–3.在20 mm 的水中,AX1-3 的挠度和PTE 没有显着差异(\(p>\) 0.017)。 Pada kedalaman air 20 mm, tidak terdapat perbedaan yang signifikan antara AX1-3 dan PTE (\(p>\) 0,017). Lebih dari 20 juta poin dan PTE AX1-3 tidak melebihi nilai (\(p>\) 0,017). Pada kedalaman 20 mm defleksi dan PTE AX1-3 tidak berbeda nyata (\(p>\) 0,017).Tingkat PTE dalam air (90,2-98,4%) umumnya lebih tinggi daripada di udara (56-77,5%) (Gambar 12c), dan fenomena kavitasi tercatat selama percobaan di dalam air (Gambar 13, lihat juga tambahan informasi).
Pengukuran amplitudo lentur ujung (rata-rata ± standar deviasi, n = 5) untuk talang L dan AX1-3 di udara dan air (kedalaman 20 mm) mengungkapkan efek perubahan geometri talang.Pengukuran diperoleh dengan menggunakan eksitasi sinusoidal frekuensi tunggal kontinu.(a) Deviasi puncak (\(u_y\vec {j}\)) pada titik puncak, diukur pada (b) frekuensi modalnya masing-masing \(f_2\).(c) Efisiensi transmisi daya (PTE, rms, %) sebagai persamaan.(4) dan (d) Faktor daya deviasi (DPR, µm/W) dihitung sebagai deviasi puncak dan daya pancar \(P_T\) (Wrms).
Plot bayangan khas kamera kecepatan tinggi menunjukkan defleksi total ujung lanset (garis putus-putus hijau dan merah) lanset (L) dan ujung sumbu simetris (AX1-3) di dalam air (kedalaman 20mm), setengah siklus, frekuensi penggerak \(f_2\) (frekuensi pengambilan sampel 310 kHz).Gambar skala abu-abu yang ditangkap memiliki dimensi 128×128 piksel dengan ukuran piksel \(\kira-kira) 5 µm.Video dapat ditemukan di informasi tambahan.
Dengan demikian, kami memodelkan perubahan panjang gelombang lentur (Gbr. 7) dan menghitung mobilitas mekanis untuk transfer untuk kombinasi panjang dan kemiringan tabung konvensional, asimetris, dan aksial (Gbr. 8, 9).Geometri miring simetris.Berdasarkan yang terakhir, kami memperkirakan jarak ujung-ke-las yang optimal adalah 43 mm (atau \(\approx\) 2,75\(\lambda_y\) pada 29,75 kHz) seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5, dan membuat tiga bevel aksisimetris dengan panjang kemiringan yang berbeda.Kami kemudian mengkarakterisasi respons frekuensinya dibandingkan dengan lanset konvensional di udara, air, dan gelatin balistik 10% (b/v) (Gambar 10, 11) dan menentukan kasus terbaik untuk membandingkan mode defleksi kemiringan.Terakhir, kami mengukur defleksi ujung dengan membengkokkan gelombang di udara dan air pada kedalaman 20 mm dan menghitung efisiensi transfer daya (PTE, %) dan faktor daya defleksi (DPR, µm/W) dari media yang disuntikkan untuk setiap kemiringan.ketik (Gbr. 12).
Hasil penelitian menunjukkan bahwa sumbu kemiringan geometri mempengaruhi simpangan amplitudo sumbu ujung.Lancet memiliki kelengkungan tertinggi dan juga DPR tertinggi dibandingkan dengan bevel axisymmetric, sedangkan bevel axisymmetric memiliki mean deviasi yang lebih kecil (Gbr. 12). Kemiringan sumbu simetris 4 mm (AX1) yang memiliki panjang kemiringan terpanjang, mencapai defleksi tertinggi yang signifikan secara statistik di udara (\(p < 0,017\), Tabel 2), dibandingkan dengan jarum simetris sumbu lainnya (AX2–3), tetapi tidak ada perbedaan signifikan yang diamati ketika jarum dimasukkan ke dalam air. Kemiringan sumbu simetris 4 mm (AX1) yang memiliki panjang kemiringan terpanjang, mencapai defleksi tertinggi yang signifikan secara statistik di udara (\(p < 0,017\), Tabel 2), dibandingkan dengan jarum simetris sumbu lainnya (AX2–3), tetapi tidak ada perbedaan signifikan yang diamati ketika jarum dimasukkan ke dalam air. Осесимметричный скос 4 мм (AX1), имеющий наибольшую длину скоса, достиг статистически значимого наиболь шего отклонения в воздухе (\(p <0,017\), таблица 2) по сравнению с другими осесимметричными иглами (AX2–3). Kemiringan sumbu simetris 4 mm (AX1), yang memiliki panjang kemiringan terpanjang, mencapai penyimpangan yang lebih besar secara signifikan secara statistik di udara (\(p < 0,017\), Tabel 2) dibandingkan dengan jarum sumbu simetris lainnya (AX2–3).tetapi perbedaan signifikan tidak terlihat saat memasukkan jarum ke dalam air.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) 在空气中实现了统计上显着的最高偏转(\(p < 0.017\)，表2),但当将针头放入水中时,没有观察到显着差异。 Dibandingkan dengan jarum simetris aksial lainnya (AX2-3), jarum ini memiliki sudut miring terpanjang sebesar 4 mm simetris aksial (AX1) di udara, dan telah mencapai defleksi maksimum yang signifikan secara statistik (\(p < 0,017\), Tabel 2) , tetapi ketika jarum dimasukkan ke dalam air, tidak ada perbedaan signifikan yang terlihat. Оесиметричный скос 4 м (AX1) с наиболшей диной скоса ончancing внчо secara снчancing мнчancing мнчancing мнчancing мнчancing мнчancing по сравнению с друими осесиметричныи илами (ax2-3) (\ (p <0,017 \), т: т: т: т: т: \: \: \: \: \: \: Kemiringan sumbu simetri dengan panjang lereng terpanjang 4 mm (AX1) memberikan deviasi maksimum yang signifikan secara statistik di udara dibandingkan dengan lereng sumbu simetris lainnya (AX2-3) (\(p < 0,017\), Tabel 2), namun tidak ada perbedaan yang signifikan.diamati ketika jarum dimasukkan ke dalam air.Dengan demikian, panjang bevel yang lebih panjang tidak memiliki keuntungan nyata dalam hal defleksi ujung puncak.Dengan memperhatikan hal tersebut, ternyata geometri lereng yang diteliti dalam penelitian ini mempunyai pengaruh yang lebih besar terhadap amplitudo defleksi dibandingkan dengan panjang lereng.Hal ini dapat dikaitkan dengan kekakuan lentur, misalnya, bergantung pada material yang dibengkokkan dan ketebalan keseluruhan jarum konstruksi.
Dalam studi eksperimental, besarnya gelombang lentur yang dipantulkan dipengaruhi oleh kondisi batas ujungnya.Ketika ujung jarum dimasukkan ke dalam air dan gelatin, \(\text {PTE}_{2}\) rata-rata \(\approx\) 95% dan \(\text {PTE}_{2}\) rata-rata nilainya adalah 73% dan 77% (\text {PTE}_{1}\) dan \(\text {PTE}_{3}\), masing-masing (Gbr. 11).Hal ini menunjukkan bahwa transfer energi akustik maksimum ke media pengecoran (misalnya air atau gelatin) terjadi pada \(f_2\).Perilaku serupa diamati dalam penelitian sebelumnya menggunakan struktur perangkat yang lebih sederhana pada frekuensi 41-43 kHz, di mana penulis menunjukkan koefisien refleksi tegangan yang terkait dengan modulus mekanik media interkalasi.Kedalaman penetrasi32 dan sifat mekanik jaringan memberikan beban mekanis pada jarum dan oleh karena itu diharapkan mempengaruhi perilaku resonansi UZeFNAB.Oleh karena itu, algoritma pelacakan resonansi seperti 17, 18, 33 dapat digunakan untuk mengoptimalkan kekuatan suara yang dikirimkan melalui stylus.
Pemodelan panjang gelombang tikungan (Gbr. 7) menunjukkan bahwa axisymmetric memiliki kekakuan struktural yang lebih tinggi (yaitu kekakuan lentur yang lebih tinggi) pada ujungnya dibandingkan lanset dan bevel asimetris.Berasal dari (1) dan menggunakan hubungan kecepatan-frekuensi yang diketahui, kami memperkirakan kekakuan lentur ujung lanset, ujung asimetris dan sumbu simetris sebagai kemiringan masing-masing 200, 20 dan 1500 MPa.Ini sesuai dengan (\lambda _y\) 5.3, 1.7 dan 14.2 mm pada 29.75 kHz, masing-masing (Gbr. 7a–c).Mengingat keamanan klinis dari prosedur USeFNAB, pengaruh geometri terhadap kekakuan desain bevel perlu dievaluasi34.
Studi tentang parameter bevel dan panjang tabung (Gbr. 9) menunjukkan bahwa kisaran TL optimal untuk bevel asimetris (1,8 mm) lebih tinggi daripada bevel axisymmetric (1,3 mm).Selain itu, dataran tinggi mobilitas masing-masing berkisar antara 4 hingga 4,5 mm dan dari 6 hingga 7 mm untuk kemiringan asimetris dan sumbusimetris (Gbr. 9a, b).Relevansi praktis dari temuan ini dinyatakan dalam toleransi manufaktur, misalnya, kisaran TL optimal yang lebih rendah mungkin menyiratkan perlunya akurasi panjang yang lebih tinggi.Pada saat yang sama, platform hasil memberikan toleransi yang lebih besar terhadap pilihan panjang lereng pada frekuensi tertentu tanpa mempengaruhi hasil secara signifikan.
Penelitian ini mencakup keterbatasan berikut.Pengukuran langsung defleksi jarum menggunakan deteksi tepi dan pencitraan berkecepatan tinggi (Gambar 12) berarti kita terbatas pada media transparan optik seperti udara dan air.Kami juga ingin menunjukkan bahwa kami tidak menggunakan eksperimen untuk menguji simulasi mobilitas transfer dan sebaliknya, tetapi menggunakan studi FEM untuk menentukan panjang optimal jarum yang diproduksi.Dari segi keterbatasan praktis, panjang lanset dari ujung hingga selongsong lebih panjang 0,4 cm dibandingkan jarum lainnya (AX1-3), lihat gbr.3b.Hal ini mungkin mempengaruhi respon modal struktur acicular.Selain itu, bentuk dan volume solder timah pandu gelombang (lihat Gambar 3) dapat mempengaruhi impedansi mekanis desain pin, yang mengakibatkan kesalahan dalam impedansi mekanis dan perilaku lentur.
Akhirnya, kami secara eksperimental telah menunjukkan bahwa geometri bevel mempengaruhi jumlah defleksi di USeFNAB.Dalam situasi di mana amplitudo defleksi yang lebih tinggi dapat memberikan efek positif pada efek jarum pada jaringan, misalnya, efisiensi pemotongan setelah tusukan, lanset konvensional dapat direkomendasikan untuk USeFNAB, karena memberikan amplitudo defleksi terbesar dengan tetap mempertahankan kekakuan yang cukup. di ujung desain.Selain itu, penelitian terbaru menunjukkan bahwa defleksi ujung yang lebih besar dapat meningkatkan efek biologis seperti kavitasi, yang dapat membantu mengembangkan penerapan intervensi bedah invasif minimal.Mengingat bahwa peningkatan daya akustik total telah terbukti meningkatkan hasil biopsi dari USeFNAB13, studi kuantitatif lebih lanjut mengenai hasil dan kualitas sampel diperlukan untuk menilai manfaat klinis terperinci dari geometri jarum yang dipelajari.
Frable, WJ Biopsi aspirasi jarum halus: tinjauan.Huh.Sakit.14:9-28.https://doi.org/10.1016/s0046-8177(83)80042-2 (1983).
Waktu posting: 13 Oktober 2022