Matur nuwun kanggo ngunjungi Nature.com.Versi browser sing sampeyan gunakake nduweni dhukungan CSS sing winates.Kanggo pengalaman paling apik, disaranake sampeyan nggunakake browser sing dianyari (utawa mateni Mode Kompatibilitas ing Internet Explorer).Ing sawetoro wektu, kanggo mesthekake dhukungan terus, kita bakal nerjemahake situs tanpa gaya lan JavaScript.
Saiki wis ditampilake yen panggunaan ultrasonik nambah asil jaringan ing aspirasi jarum halus sing dibantu ultrasonik (USeFNAB) dibandhingake karo aspirasi jarum halus (FNAB) konvensional.Nganti saiki, hubungan antara geometri bevel lan gerakan tip durung diteliti kanthi tliti.Ing panliten iki, kita nyelidiki sifat resonansi jarum lan amplitudo defleksi kanggo macem-macem geometri bevel jarum kanthi dawa bevel sing beda.Nggunakake lancet miring 3,9 mm konvensional, faktor daya defleksi tip (DPR) ing udara lan banyu masing-masing 220 lan 105 µm/W.Iki luwih dhuwur tinimbang tip beveled 4mm axisymmetric, nyedhiyakake 180 lan 80 µm/W DPR ing udara lan banyu.Panaliten iki nyoroti pentinge hubungan antarane kaku mlengkung geometri bevel ing konteks cara selipan sing beda-beda, lan mulane bisa menehi wawasan babagan cara kanggo ngontrol aksi pemotongan post-piercing kanthi ngganti geometri bevel jarum, sing penting.kanggo aplikasi USeFNAB kritis.
Fine-needle aspiration biopsy (FNA) minangka cara kanggo njupuk sampel jaringan sing dicurigai patologi1,2,3 nggunakake jarum.Tip Franseen wis ditampilake nyedhiyakake kinerja diagnostik sing luwih dhuwur tinimbang tip lancet4 lan Menghini5 konvensional.Lereng axisymmetric (yaiku circumferential) uga disaranake kanggo nambah kemungkinan spesimen histopatologis nyukupi.
Sajrone biopsi, jarum dilewati liwat lapisan kulit lan jaringan kanggo entuk akses menyang lesi sing curiga.Panaliten anyar nuduhake yen ultrasonik bisa nyuda kekuwatan penetrasi sing dibutuhake kanggo ngakses jaringan alus7,8,9,10.Geometri bevel jarum wis ditampilake mengaruhi gaya interaksi jarum, contone, bevel sing luwih dawa wis dituduhake duwe daya penetrasi jaringan sing luwih murah11.Sawise jarum wis nembus lumahing jaringan, yaiku sawise tusukan, gaya pemotongan jarum bisa 75% saka gaya interaksi jarum karo jaringan12.Wis ditampilake yen ing fase post-puncture, ultrasonik (ultrasound) nambah efisiensi biopsi jaringan alus diagnostik.Teknik biopsi balung sing ditingkatake ultrasonik liyane wis dikembangake kanggo njupuk conto jaringan keras, nanging ora ana asil sing dilapurake sing nambah asil biopsi.Akeh pasinaon uga wis dikonfirmasi sing mechanical pamindahan mundhak nalika ngalami ultrasonik stress16,17,18.Nalika ana akeh studi babagan gaya statis aksial (longitudinal) ing interaksi jarum-jaringan19,20, ana studi winates babagan dinamika temporal lan geometri bevel jarum ing ultrasonik FNAB (USeFNAB).
Tujuan saka panliten iki yaiku kanggo nyelidiki efek geometri bevel sing beda-beda ing gerakan ujung jarum ing jarum sing didorong dening bending ultrasonik.Utamane, kita nyelidiki efek media injeksi ing defleksi tip jarum sawise tusukan kanggo bevel jarum tradisional (yaiku, jarum USeFNAB kanggo macem-macem tujuan kayata aspirasi selektif utawa akuisisi jaringan alus.
Maneka warna geometri bevel kalebu ing panliten iki.(a) Spesifikasi Lancet tundhuk karo ISO 7864:201636 ing ngendi \(\alpha\) minangka bevel primer, \(\theta\) minangka sudut rotasi saka bevel sekunder, lan \(\phi\) minangka bevel sekunder sudut., nalika muter, ing derajat (\(^\circ\)).(b) Linear asimetris single step chamfers (disebut "standar" ing DIN 13097:201937) lan (c) Linear axisymmetric (circumferential) single step chamfers.
Pendekatan kita diwiwiti kanthi modeling owah-owahan dawa gelombang mlengkung ing sadawane bevel kanggo lancet konvensional, axisymmetric, lan geometri bevel siji-tataran asimetris.Kita banjur ngetung studi parametrik kanggo mriksa efek slope pipa lan dawa ing fluiditas mekanik saka transfer.Iki perlu kanggo nemtokake dawa optimal kanggo nggawe jarum prototipe.Adhedhasar simulasi, prototipe jarum digawe lan prilaku resonansi kasebut ditondoi kanthi eksperimen kanthi ngukur koefisien refleksi voltase lan ngitung efisiensi transfer daya ing udhara, banyu lan 10% (w/v) gelatin balistik, saka ngendi frekuensi operasi ditemtokake. .Pungkasan, pencitraan kanthi kacepetan dhuwur digunakake kanggo langsung ngukur defleksi gelombang mlengkung ing pucuk jarum ing udhara lan banyu, uga kanggo ngira daya listrik sing dikirim ing saben sudut miring lan geometri rasio daya defleksi ( DPR) menyang medium sing disuntikake..
Minangka ditampilake ing Gambar 2a, gunakake tabung 21 gauge (0,80 mm OD, 0,49 mm ID, kekandelan tembok tabung 0,155 mm, tembok standar) kanggo nemtokake tabung jarum kanthi dawa tabung (TL) lan sudut bevel (BL) miturut ISO. 9626:201621) ing 316 stainless steel (Modulus Young 205 \ (\text {GN / m} ^ {2} \), Kapadhetan 8070 kg / m \ (^{3} \) lan rasio Poisson 0,275).
Penentuan dawa gelombang mlengkung lan nyetel model unsur terhingga (FEM) kanggo kondisi jarum lan wates.(a) Penentuan dawa bevel (BL) lan dawa pipa (TL).(b) Model unsur terhingga (FEM) telung dimensi (3D) nggunakake gaya titik harmonik \(\tilde{F}_y\vec {j}\) kanggo nyopir jarum kanthi proksimal, nyimpangake titik, lan ngukur kecepatan ing tip (\ (\tilde {u}_y\vec {j}\), \(\tilde{v}_y\vec {j}\)) kanggo ngitung transfer fluiditas mekanik.\(\lambda _y\) ditetepake minangka dawa gelombang mlengkung relatif marang gaya vertikal \(\tilde{F}_y\vec {j}\).(c) Dhéfinisi pusat gravitasi, area penampang A, lan momen inersia \(I_{xx}\) lan \(I_{yy}\) ing saubengé sumbu x lan y.
Minangka ditampilake ing anjir.2b,c, kanggo balok tanpa wates (tanpa wates) kanthi area salib A lan ing dawa gelombang luwih gedhe tinimbang ukuran salib balok, kecepatan fase mbengkongaken \( c_{EI }\) ditemtokake dening 22 :
ngendi E iku modulus Young (\(\text {N/m}^{2}\)), \(\omega _0 = 2\pi f_0\) iku frekuensi sudut eksitasi (rad/s), ngendi \(f_0 \ ) yaiku frekuensi linier (1/s utawa Hz), I minangka momen inersia area ing saubengé sumbu kapentingan\((\text {m}^{4})\), \(m'=\ rho _0 A\ ) yaiku massa ing dawa unit (kg/m), ing ngendi \(\rho _0\) minangka kerapatan\((\text {kg/m}^{3})\) lan A minangka salib bagean saka area beam (bidang xy) (\(\ text {m}^{2}\)).Amarga gaya sing ditrapake ing conto kita sejajar karo sumbu y vertikal, yaiku \(\tilde{F}_y\vec {j}\), kita mung kasengsem ing momen inersia regional ing sakubenge sumbu x horisontal, yaiku \(I_{xx}\), dadi:
Kanggo model unsur terhingga (FEM), diasumsikan pamindahan harmonik murni (m), saéngga percepatan (\(\text {m/s}^{2}\)) dituduhake minangka \(\partial ^2 \vec { u}/ \ parsial t^2 = -\omega ^2\vec {u}\) minangka \(\vec {u}(x, y, z, t): = u_x\vec {i} + u_y\ vec {j } + u_z\vec {k}\) minangka vektor pamindahan telung dimensi sing diwenehake ing koordinat spasial.Tinimbang sing terakhir, sesuai karo implementasine ing paket piranti lunak COMSOL Multiphysics (versi 5.4-5.5, COMSOL Inc., Massachusetts, USA), deformasi terhingga Lagrangian saka hukum imbangan momentum diwenehi minangka nderek:
ngendi \(\vec {\nabla}:= \frac{\partial}}{\partial x}\vec {i} + \frac{\partial}}{\partial y}\vec {j} + \frac{ \parsial }{\parsial z}\vec {k}\) yaiku operator divergensi tensor, \({\ underline{\sigma}}\) iku tensor tegangan Piola-Kirchhoff kapindho (urutan kapindho, \(\ text { N/ m}^{2}\)) lan \(\vec {F_V}:= F_{V_x}\vec {i}+ F_{V_y}\vec {j}+ F_{V_z}\vec {k} \) yaiku vektor gaya awak (\(\text {N/m}^{3}\)) kanggo saben volume cacat, lan \(e^{j\phi }\) minangka vektor sudut fase\(\ phi \) (seneng).Ing kasus kita, gaya volume awak nol, model kita nganggep linearitas geometris lan deformasi elastis murni cilik, yaiku, ing ngendi \({\ underline{\ varepsilon}}^{el}\) lan \({\underline {\varepsilon}}\) yaiku galur elastis lan galur total (urutan kapindho, tanpa dimensi).Tensor elastisitas isotropik konstitutif Hooke \(\underline{\underline{C}}\) diitung nganggo modulus Young E (\(\text {N/m}^{2}\)) lan rasio Poisson v ditemtokake, yaiku. \(\underline{\underline{C}}:=\underline{\underline{C}}(E,v)\) (urutan papat).Dadi petungan tegangan dadi \({\underline{\sigma}} := \underline{\underline{C}}:{\underline{\varepsilon}}\).
Petungan nggunakake unsur tetrahedral 10 simpul kanthi ukuran unsur \(\le\) 8 µm.Jarum dimodelake ing vakum, lan nilai mobilitas mekanik sing ditransfer (ms-1 N-1) ditetepake minangka \(|\tilde{Y}_{v_yF_y}|= |\tilde{v}_y\vec { j}|/ |\ tilde{F}_y\vec {j}|\)24, ing ngendi \(\tilde{v}_y\vec {j}\) minangka kecepatan kompleks output saka handpiece lan \( \ tilde {F}_y\ vec {j }\) minangka gaya pendorong kompleks sing ana ing ujung proksimal tabung, kaya sing dituduhake ing Gambar 2b.Terjemahake fluiditas mekanik ing desibel (dB) nggunakake nilai maksimum minangka referensi, yaiku \(20\log _{10} (|\tilde{Y}|/ |\tilde{Y}_{maks}|) \ ) .Kabeh studi FEM ditindakake kanthi frekuensi 29,75 kHz.
Desain jarum (Gambar 3) kasusun saka jarum hipodermik 21-gauge konvensional (No. Cat. 4665643, Sterican\(^\circledR\), diameter njaba 0,8 mm, dawane 120 mm, AISI 304 stainless kromium-nikel baja , B. Braun Melsungen AG, Melsungen, Jerman) dilengkapi karo plastik Luer Kunci lengen digawe saka polypropylene ing mburi proksimal lan cocok diowahi ing mburi.Tabung jarum wis soldered kanggo waveguide minangka ditampilake ing Fig. 3b.Waveguides dicithak ing printer 3D stainless steel (stainless steel EOS 316L ing printer 3D EOS M 290, 3D Formtech Oy, Jyväskylä, Finlandia) banjur dipasang ing sensor Langevin nggunakake baut M4.Sensor Langevin kasusun saka 8 unsur ring piezoelektrik dimuat ing loro ends karo loro massa.
Papat jinis tip (foto), lancet sing kasedhiya kanthi komersial (L) lan telung bevel tahap tunggal axisymmetric sing diprodhuksi (AX1-3) ditondoi kanthi dawa bevel (BL) masing-masing 4, 1,2 lan 0,5 mm.(a) Close-up saka tip jarum rampung.(b) Ndhuwur tampilan papat lencana soldered menyang 3D dicithak waveguide lan banjur disambungake menyang sensor Langevin karo M4 bolts.
Telung tips bevel axisymmetric (Fig. 3) diprodhuksi (TAs Machine Tools Oy) karo dawa bevel (BL, minangka ditegesake ing Fig. 2a) saka 4,0, 1,2 lan 0,5 mm, cocog karo \ (\ approx) 2 \ (^ \ circ\), 7\(^\circ\) lan 18\(^\circ\).Massa pandu gelombang lan jarum yaiku 3,4 ± 0,017 g (rata-rata ± sd, n = 4) kanggo bevel L lan AX1-3, masing-masing (Quintix\(^\circledR\) 224 Design 2, Sartorius AG, Göttingen, Jerman) .Kanggo bevels L lan AX1-3 ing Gambar 3b, dawa total saka pucuk jarum nganti pungkasan lengen plastik yaiku 13,7, 13,3, 13,3, lan 13,3 cm.
Kanggo kabeh konfigurasi jarum, dawa saka pucuk jarum nganti pucuk pandu gelombang (yaiku, menyang area las) yaiku 4,3 cm, lan tabung jarum diarahake kanthi potongan munggah (yaiku, sejajar karo sumbu Y). , minangka ditampilake ing tokoh.c (Gambar 2).
Skrip khusus ing MATLAB (R2019a, The MathWorks Inc., Massachusetts, USA) sing mlaku ing komputer (Latitude 7490, Dell Inc., Texas, USA) digunakake kanggo ngasilake sapuan sinusoidal linier saka 25 nganti 35 kHz sajrone 7 detik, liwat Konverter digital-to-analog (DA) (Analog Discovery 2, Digilent Inc., Washington, USA) ngowahi sinyal analog.Sinyal analog \(V_0\) (0,5 Vp-p) banjur digedhekake nganggo amplifier frekuensi radio (RF) khusus (Mariachi Oy, Turku, Finlandia).Mudhun voltase digedhèkaké \ ({V_I} \) saka amplifier RF karo impedansi output 50 ohm dipakani kanggo trafo dibangun ing struktur jarum karo impedansi input 50 ohm.Transduser Langevin (transduser piezoelektrik multilayer ngarep lan mburi) digunakake kanggo ngasilake gelombang mekanik.Penguat RF khusus dilengkapi meter faktor daya gelombang ngadeg (SWR) dual-channel sing ngrekam kedadeyan \ ({V_I} \) lan voltase digedhekake sing dibayangke \ (V_R \) ing mode analog-to-digital (AD).kanthi tingkat sampling 300 kHz Konverter (analog Discovery 2).Sinyal eksitasi dimodulasi amplitudo ing wiwitan lan ing pungkasan kanggo nyegah overloading input amplifier karo transien.
Nggunakake skrip khusus sing diimplementasikake ing MATLAB, fungsi respon frekuensi (FRF), yaiku \ (\ tilde {H} (f) \), dikira offline nggunakake metode pangukuran sapuan sinusoidal rong saluran (Fig. 4), sing nganggep linearity ing wektu.sistem invarian.Kajaba iku, filter pass band 20 nganti 40 kHz ditrapake kanggo mbusak frekuensi sing ora dikarepake saka sinyal kasebut.Ngarujuk marang téori saluran transmisi, ing kasus iki \(\tilde{H}(f)\) padha karo koefisien refleksi voltase, yaiku \(\rho _{V} \equiv {V_R}/{V_I}\ ) \) mudhun dadi \({V_R}^ 2 /{V_I}^2\ ) padha karo \(|\rho _{V}|^2\).Ing kasus-kasus ing ngendi nilai daya listrik mutlak dibutuhake, daya kedadeyan \(P_I\) lan daya sing dibayangke \(P_R\) daya (W) diwilang kanthi njupuk nilai rms (rms) saka voltase sing cocog, contone.kanggo saluran transmisi kanthi eksitasi sinusoidal \( P = {V}^2/(2Z_0)\)26, ing ngendi \(Z_0\) padha karo 50 \(\ Omega \).Daya listrik sing diwenehake kanggo beban \(P_T\) (yaiku, medium sing dilebokake) bisa diitung minangka \(|P_I – P_R |\) (W RMS), uga efisiensi transfer daya (PTE) lan persentase ( %) saged dipuntemtokaken kados pundi wujudipun, dados 27:
Frekuensi modal acicular \(f_{1-3}\) (kHz) lan faktor transfer daya sing cocog \(\text {PTE}_{1{-}3} \) banjur dikira nganggo FRF.FWHM (\(\text {FWHM}_{1{-}3}\), Hz) ditaksir langsung saka \(\text {PTE}_{1{-}3}\), saka Tabel 1 A siji-sisi spektrum linear dijupuk ing frekuensi modal diterangake \ (f_{1-3}\).
Pangukuran respon frekuensi (AFC) saka struktur jarum.Pangukuran sapuan rong saluran sinusoidal25,38 digunakake kanggo entuk fungsi respon frekuensi \(\tilde{H}(f)\) lan respon impuls H(t).\({\mathcal {F}}\) lan \({\mathcal {F}}^{-1}\) makili transformasi Fourier saka truncation digital lan invers, mungguh.\(\tilde{G}(f)\) tegese produk saka rong sinyal ing domain frekuensi, contone \(\tilde{G}_{XrX}\) tegese produk pindai kuwalik\(\tilde{ X} r (f)\ ) lan voltase drop \(\tilde{X}(f)\) mungguh.
Minangka ditampilake ing Figure 5, kamera kacepetan dhuwur (Phantom V1612, Vision Research Inc., NJ, USA) dilengkapi lensa makro (MP-E 65mm, \ (f \) / 2.8, 1-5 \).(\times\), Canon Inc., Tokyo, Jepang), kanggo ngrekam defleksi tip sajrone eksitasi mlengkung (frekuensi tunggal, sinusoid kontinu) kanthi frekuensi 27,5-30 kHz.Kanggo nggawe peta bayangan, unsur digawe adhem saka LED putih intensitas dhuwur (nomer bagean: 4052899910881, LED putih, 3000 K, 4150 lm, Osram Opto Semiconductors GmbH, Regensburg, Jerman) diselehake ing mburi jarum.
Tampilan ngarep persiyapan eksperimen.Ambane diukur saka lumahing medium.Struktur jarum dijepit lan dipasang ing meja transfer motor.Gunakake kamera kacepetan dhuwur kanthi lensa nggedhekake dhuwur (5\(\x\)) kanggo ngukur panyimpangan sudut miring.Kabeh dimensi ana ing milimeter.
Kanggo saben jinis bevel jarum, kita ngrekam 300 pigura saka kamera kacepetan dhuwur sing ukurane 128 \(\x\) 128 piksel, saben kanthi resolusi spasial 1/180 mm (\(\approx) 5 µm), kanthi résolusi temporal 310.000 pigura per detik.Kaya sing dituduhake ing Gambar 6, saben pigura (1) dipotong (2) supaya pucuk jarum ana ing garis pungkasan (ngisor) pigura, lan histogram gambar (3) diitung, mula Canny batesan 1 lan 2 bisa ditemtokake.Banjur aplikasi deteksi pinggiran Canny 28 (4) karo operator Sobel 3 \ (\ kaping \) 3 lan ngetung posisi kanggo piksel non-hypotenuse (label \ (\ mathbf {\ kaping }\)) tanpa cavitation 300 langkah wektu.Kanggo nemtokake sawetara defleksi tip, etung turunan (nggunakake algoritma beda tengah) (6) lan nemtokake pigura (7) sing ngemot ekstrem lokal (yaiku puncak) defleksi.Sawise inspeksi visual pinggiran tanpa cavitation, sepasang pigura (utawa rong pigura kanthi interval setengah wektu) dipilih (7) lan defleksi tip diukur (dilambangake minangka \(\mathbf {\times } \)).Ing ndhuwur diimplementasikake ing Python (v3.8, Python Software Foundation, python.org) nggunakake algoritma deteksi pinggiran OpenCV Canny (v4.5.1, perpustakaan visi komputer open source, opencv.org).Pungkasan, faktor daya defleksi (DPR, µm/W) diitung minangka rasio defleksi puncak-kanggo-puncak kanggo daya listrik sing dipancarake \(P_T\) (Wrms).
Nggunakake algoritma 7-langkah (1-7), kalebu cropping (1-2), deteksi pinggiran Canny (3-4), pitungan, ngukur posisi piksel pinggiran defleksi tip nggunakake seri pigura sing dijupuk saka dhuwur- kamera kacepetan ing 310 kHz ( 5) lan turunan wektu (6), lan, pungkasanipun, sawetara deflection tip diukur ing pasangan pigura dicenthang visual (7).
Diukur ing hawa (22.4-22.9°C), banyu deionisasi (20.8-21.5°C) lan 10% (w/v) gelatin balistik banyu (19.7-23.0°C , \(\text {Honeywell}^{ \ text { TM}}\) \(\text {Fluka}^{\text {TM}}\) Bovine and Pork Bone Gelatin for Type I Ballistic Analysis, Honeywell International, North Carolina, USA).Suhu diukur nganggo amplifier termokopel K-jinis (AD595, Analog Devices Inc., MA, USA) lan termokopel K-jinis (Fluke 80PK-1 Bead Probe No. 3648 tipe-K, Fluke Corporation, Washington, USA).Gunakake panggung sumbu Z bermotor vertikal (8MT50-100BS1-XYZ, Standa Ltd., Vilnius, Lithuania) kanggo ngukur ambane saka permukaan media (diset minangka asal saka sumbu Z) kanthi resolusi 5 µm saben langkah.
Amarga ukuran sampel cilik (n = 5) lan normalitas ora bisa dianggep, tes jumlah Wilcoxon rangking loro-sampel (R, v4.0.3, R Foundation for Statistical Computing, r-project.org) digunakake. kanggo mbandhingake jumlah tip jarum variasi kanggo macem-macem bevels.Telung perbandingan digawe kanggo saben slope, mula koreksi Bonferroni ditrapake kanthi tingkat signifikansi sing disetel 0,017 lan tingkat kesalahan 5%.
Referensi digawe kanggo Fig.. 7 ngisor.Ing 29,75 kHz, setengah dawa gelombang mlengkung (\(\lambda _y/2\)) saka jarum 21-gauge yaiku \(\udakara) 8 mm.Dawane gelombang mlengkung mudhun ing sadawane lereng nalika nyedhaki pucuk.Ing tip \(\lambda _y/2\) ana bevel stepped 3, 1 lan 7 mm, kanggo lancet biasa (a), asimetris (b) lan axisymmetric (c).Mangkono, iki tegese lancet bakal beda-beda dening \(\ab\) 5 mm (amarga kasunyatan sing loro bidang lancet mbentuk titik 29,30), slope asimetris bakal beda-beda dening 7 mm, lan slope simetris. ing 1 mm.Lereng axisymmetric (pusat gravitasi tetep padha, dadi mung kekandelan tembok sing bener-bener owah ing lereng).
Aplikasi saka sinau FEM ing 29,75 kHz lan persamaan.(1) Etung owah-owahan setengah gelombang mlengkung (\(\lambda _y/2\)) kanggo lancet (a), asimetris (b) lan axisymmetric (c) geometri miring (kaya ing Fig. 1a, b, c).).Rata-rata \(\lambda_y/2\) kanggo lereng lancet, asimetris, lan axisymmetric yaiku 5,65, 5,17, lan 7,52 mm.Elinga yen kekandelan tip kanggo bevel asimetris lan axisymmetric diwatesi nganti \(\approx) 50 µm.
Mobilitas puncak \(|\tilde{Y}_{v_yF_y}|\) minangka kombinasi dawa tabung optimal (TL) lan dawa inclination (BL) (Fig. 8, 9).Kanggo lancet konvensional, amarga ukurane tetep, TL optimal yaiku \(\approx\) 29,1 mm (Fig. 8).Kanggo lereng asimetris lan axisymmetric (Gambar 9a, b, masing-masing), studi FEM kalebu BL saka 1 nganti 7 mm, saengga kisaran TL sing optimal yaiku saka 26,9 nganti 28,7 mm (kisaran 1,8 mm) lan saka 27,9 nganti 29,2 mm (kisaran 29,2 mm). 1,3 mm).)), masing-masing.Kanggo lereng asimetris (Fig. 9a), TL optimal tambah linear, tekan dataran tinggi ing BL 4 mm, lan banjur mudhun banget saka BL 5 nganti 7 mm.Kanggo lereng axisymmetric (Fig. 9b), TL optimal mundhak linearly karo elongation BL lan pungkasanipun stabil ing BL saka 6 kanggo 7 mm.Sinau lengkap babagan lereng axisymmetric (Fig. 9c) nuduhake set TL optimal sing beda sing dumunung ing \ (\ kira-kira) 35,1-37,1 mm.Kanggo kabeh BL, jarak antarane rong set TL optimal yaiku \(\approx\) 8 mm (padha karo \(\lambda _y/2\)).
Lancet transmisi mobilitas ing 29,75 kHz.Tabung jarum ditekuk kanthi frekuensi 29,75 kHz, getaran diukur ing pungkasan lan dituduhake minangka jumlah mobilitas mekanik sing ditularake (dB relatif marang nilai maksimum) kanggo TL 26,5-29,5 mm (langkah 0,1 mm).
Pasinaon parametrik saka FEM kanthi frekuensi 29,75 kHz nuduhake yen mobilitas transfer tip axisymmetric kurang kena pengaruh owah-owahan ing dawa tabung tinimbang pasangan asimetris.Bevel dawa (BL) lan dawa pipa (TL) pasinaon kanggo asimetris (a) lan axisymmetric (b, c) geometri bevel ing pasinaon domain frekuensi nggunakake FEM (kondisi wates ditampilake ing Figure 2).(a, b) TL kisaran saka 26,5 kanggo 29,5 mm (0,1 mm langkah) lan BL 1-7 mm (0,5 mm langkah).(c) Extended axisymmetric amba oblique sinau kalebu TL 25-40mm (0.05mm langkah) lan 0.1-7mm (0.1mm langkah) kang marang rasio dikarepake \ (\ lambda_y/2 \) ngeculke obah kahanan wates kanggo tip wareg.
Struktur jarum duwe telung frekuensi alami \(f_{1-3}\) sing dipérang dadi wilayah modal rendah, medium lan dhuwur kaya sing ditampilake ing Tabel 1. Ukuran PTE ditampilake ing Gambar 10 banjur dianalisis ing Gambar 11. Ing ngisor iki ana asil kanggo saben area modal:
Amplitudo efisiensi transfer daya instan (PTE) khas sing direkam kanthi nggunakake eksitasi sinusoidal kanthi frekuensi kesapu ing ambane 20 mm kanggo lancet (L) lan lereng axisymmetric AX1-3 ing udhara, banyu lan gelatin.Spektrum siji-sisi ditampilake.Tanggepan frekuensi sing diukur (tingkat sampel 300 kHz) disaring low-pass banjur dikurangi kanthi faktor 200 kanggo analisis modal.Rasio sinyal-kanggo-noise yaiku \(\le\) 45 dB.Fase PTE (garis burik ungu) ditampilake ing derajat (\(^{\circ}\)).
Analisis respon modal ditampilake ing Gambar 10 (tegese ± standar deviasi, n = 5) kanggo lereng L lan AX1-3 ing udhara, banyu, lan gelatin 10% (ambane 20 mm) kanthi (ndhuwur) telung wilayah modal (rendah). , medium, dhuwur).), lan frekuensi modal sing cocog \(f_{1-3}\) (kHz), (rata-rata) efisiensi energi\(\text {PTE}_{1{-}3 }\) nggunakake persamaan desain.(4) lan (ngisor) minangka jembar lengkap ing setengah saka nilai maksimum sing diukur \(\text {FWHM}_{1{-}3}\) (Hz), mungguh.Elinga yen nalika ngrekam PTE sing kurang, yaiku yen ana kemiringan AX2, pangukuran bandwidth diilangi, \(\text {FWHM}_{1}\).Mode \(f_2\) dianggep paling cocok kanggo mbandhingake defleksi bidang miring, amarga nuduhake tingkat efisiensi transfer daya sing paling dhuwur (\(\text {PTE}_{2}\)), nganti 99% .
Wilayah modal pisanan: \ (f_1 \) ora gumantung banget ing jinis media sing dipasang, nanging gumantung saka geometri bevel.\(f_1\) sudo karo mudun dawa bevel (27,1, 26,2 lan 25,9 kHz kanggo AX1-3, mungguh ing udhara).Rata-rata regional \(\text {PTE}_{1}\) lan \(\text {FWHM}_{1}\) yaiku \(\approx\) 81% lan 230 Hz.\(\text {FWHM}_{1}\) paling dhuwur ing gelatin saka Lancet (L, 473 Hz).Elinga yen \(\text {FWHM}_{1}\) kanggo AX2 ing gelatin ora bisa dikira-kira amarga kurang gedhene respon frekuensi sing dilaporake.
Wilayah modal kapindho: \(f_2\) gumantung saka jinis media tempel lan bevel.Ing udhara, banyu lan gelatin, nilai rata-rata \(f_2\) yaiku 29,1, 27,9 lan 28,5 kHz.PTE kanggo wilayah modal iki uga tekan 99%, sing paling dhuwur ing antarane kabeh klompok pangukuran, kanthi rata-rata regional 84%.Rata-rata area \(\text {FWHM}_{2}\) yaiku \(\approx\) 910 Hz.
Wilayah modal katelu: \(f_3\) Frekuensi gumantung saka jinis medium sisipan lan bevel.Nilai rata-rata \(f_3\) yaiku 32.0, 31.0 lan 31.3 kHz ing udhara, banyu lan gelatin.\(\text {PTE}_{3}\) nduweni rata-rata regional \(\udakara\) 74%, sing paling cendhek ing antarane wilayah apa wae.Rata-rata regional \(\text {FWHM}_{3}\) yaiku \(\udakara\) 1085 Hz, sing luwih dhuwur tinimbang wilayah pisanan lan kaloro.
Ing ngisor iki nuduhake Fig.12 lan Tabel 2. Lancet (L) deflected paling (kanthi pinunjul dhuwur kanggo kabeh tip, \(p<\) 0,017) ing udara lan banyu (Fig. 12a), nggayuh DPR paling dhuwur (nganti 220 µm/ W ing udara). 12 lan Tabel 2. Lancet (L) deflected paling (kanthi pinunjul dhuwur kanggo kabeh tip, \(p<\) 0,017) ing udara lan banyu (Fig. 12a), nggayuh DPR paling dhuwur (nganti 220 µm/ W ing udara). Следующее относится к рисунку 12 и таблице 2. Ланцет (L) отклонялся больше всего (с высокой значикдоть p<\) 0,017) как воздухе, так и в воде (рис. 12а), достигая самого высокого DPR . Ing ngisor iki ditrapake kanggo Figure 12 lan Tabel 2. Lancet (L) deflected paling (karo pinunjul dhuwur kanggo kabeh tips, \ (p<\) 0,017) ing loro udhara lan banyu (Fig. 12a), entuk DPR paling dhuwur.(nganti 220 μm/W ing udara).Referensi digawe ing Gambar 12 lan Tabel 2 ing ngisor iki.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具有高度意，7.高DPR （空气中高达220 µm/W）.柳叶刀(L) nduweni defleksi paling dhuwur ing udara lan banyu (图12a) (对所述尖端是对尖端是是电影,\(p<\) 0,017), lan nggayuh DPR paling dhuwur (nganti µm/220). W ing udara). Ланцет (L) имеет наибольшее отклонение (весьма значимое для всех наконечников, \(p<\) 0,017) ing возд.яде мого высокого DPR (nganti 220 мкм/Вт в воздухе). Lancet (L) nduweni panyimpangan paling gedhe (sing penting banget kanggo kabeh tip, \(p<\) 0,017) ing udara lan banyu (Gambar 12a), tekan DPR paling dhuwur (nganti 220 µm/W ing udara). Ing udhara, AX1 sing nduweni BL luwih dhuwur, membelok luwih dhuwur tinimbang AX2–3 (kanthi signifikansi, \(p<\) 0,017), dene AX3 (sing nduweni BL paling murah) membelok luwih saka AX2 kanthi DPR 190 µm/W. Ing udhara, AX1 sing nduweni BL luwih dhuwur, membelok luwih dhuwur tinimbang AX2–3 (kanthi signifikansi, \(p<\) 0,017), dene AX3 (sing nduweni BL paling murah) membelok luwih saka AX2 kanthi DPR 190 µm/W. В воздухе AX1 с более высоким BL отклонялся выше, чем AX2–3 (со значимостью \(p<\) 0,017), тогда злонки AX3 больше, чем AX2 с DPR 190 мкм/Вт. Ing udhara, AX1 kanthi BL luwih dhuwur membelok luwih dhuwur tinimbang AX2–3 (kanthi signifikansi \(p<\) 0,017), dene AX3 (kanthi BL paling sithik) membelok luwih saka AX2 kanthi 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（倷佉的AX3（倷佉佉DPR 190 µm/W. Ing udhara, defleksi AX1 kanthi BL sing luwih dhuwur luwih dhuwur tinimbang AX2-3 (nyata, \(p<\) 0,017), lan defleksi AX3 (kanthi BL paling murah) luwih dhuwur tinimbang AX2, DPR yaiku 190 µm/W. В воздухе AX1 с более высоким BL имеет большее отклонение, чем AX2-3 (значимо, \(p<\) 0,017), тогда з.микт AX3 льшее отклонение, чем AX2 с DPR 190 мкм/Вт. Ing udhara, AX1 kanthi BL luwih dhuwur nduweni deviasi luwih gedhe tinimbang AX2-3 (signifikan, \(p<\) 0,017), dene AX3 (kanthi BL paling murah) duwe deviasi luwih gedhe tinimbang AX2 kanthi DPR 190 μm/W. Ing banyu ing 20 mm, ora ana beda sing signifikan (\(p>\) 0,017) ditemokake ing defleksi lan PTE kanggo AX1-3. Ing banyu ing 20 mm, ora ana beda sing signifikan (\(p>\) 0,017) ditemokake ing defleksi lan PTE kanggo AX1-3. В воде на глубине 20 мм достоверных различий (\(p>\) 0,017) saka прогибу и ФТР для AX1–3 не обнаружено. Ing banyu ing ambane 20 mm, beda sing signifikan (\(p>\) 0,017) ing deflection lan FTR dideteksi kanggo AX1-3.20 mm 的水中，AX1-3 的挠度和 PTE 没有显着差异(\(p>\) 0.017). Ing 20 mm banyu, ora ana prabédan sing signifikan antarane AX1-3 lan PTE (\(p>\) 0,017). На глубине 20 мм прогиб и PTE AX1-3 существенно не отличались (\(p>\) 0,017). Ing ambane 20 mm deflection lan PTE AX1-3 ora beda Ngartekno (\(p>\) 0,017).Tingkat PTE ing banyu (90.2-98.4%) umume luwih dhuwur tinimbang ing udhara (56-77.5%) (Gambar 12c), lan fenomena kavitasi dicathet nalika eksperimen ing banyu (Gambar 13, deleng uga tambahan informasi).
Pangukuran amplitudo tip mlengkung (tegese ± standar deviasi, n = 5) kanggo L lan AX1-3 chamfers ing udhara lan banyu (ambane 20 mm) dicethakaké efek saka owah-owahan geometri chamfer.Pangukuran dijupuk kanthi nggunakake eksitasi sinusoidal frekuensi tunggal sing terus-terusan.(a) Penyimpangan puncak (\(u_y\vec {j}\)) ing vertex, diukur ing (b) frekuensi modal masing-masing \(f_2\).(c) Efisiensi transmisi daya (PTE, rms, %) minangka persamaan.(4) lan (d) Faktor daya panyimpangan (DPR, µm/W) diitung minangka panyimpangan puncak lan daya pangirim \(P_T\) (Wrms).
Plot bayangan khas kamera kacepetan dhuwur sing nuduhake total defleksi ujung lancet (garis titik ijo lan abang) lancet (L) lan tip axisymmetric (AX1-3) ing banyu (ambane 20mm), setengah siklus, frekuensi drive \(f_2\) (frekuensi 310 kHz sampling).Gambar grayscale sing dijupuk nduweni dimensi 128×128 piksel kanthi ukuran piksel \(\udakara) 5 µm.Video bisa ditemokake ing informasi tambahan.
Mangkono, kita maringi tulodho owah-owahan ing dawa gelombang mlengkung (Fig. 7) lan ngetung mobilitas mechanical kanggo transfer kanggo lanceolate conventional, asimetris, lan kombinasi sumbu dawa tabung lan bevel (Fig. 8, 9).Geometri beveled simetris.Adhedhasar sing terakhir, kita ngira jarak tip-to-weld paling luweh yaiku 43 mm (utawa \(\approx\) 2.75\(\lambda_y\) ing 29.75 kHz) kaya sing dituduhake ing Gambar 5, lan nggawe telung bevel axisymmetric kanthi dawa bevel beda.Banjur kita menehi ciri respon frekuensi dibandhingake lancet konvensional ing udhara, banyu, lan 10% (w / v) gelatin balistik (Gambar 10, 11) lan nemtokake kasus sing paling apik kanggo mbandhingake mode defleksi miring.Pungkasan, kita ngukur defleksi tip kanthi mlengkung gelombang ing udara lan banyu ing ambane 20 mm lan ngitung efisiensi transfer daya (PTE, %) lan faktor daya defleksi (DPR, µm/W) saka medium sing disuntikake kanggo saben miring.jinis (Fig. 12).
Asil nuduhake yen sumbu ngiringake geometri mengaruhi deviasi amplitudo saka sumbu tip.Lancet nduweni kelengkungan sing paling dhuwur lan uga paling dhuwur DPR dibandhingake karo bevel axisymmetric, dene bevel axisymmetric nduweni simpangan rata-rata sing luwih cilik (Gambar 12). Bevel 4 mm sumbu simetris (AX1) kanthi dawa bevel paling dawa, entuk defleksi udara paling signifikan sacara statistik (\(p <0,017\), Tabel 2), dibandhingake karo jarum simetris sumbu liyane (AX2-3), nanging ora ana bedane sing signifikan, nalika jarum dilebokake ing banyu. Bevel 4 mm sumbu simetris (AX1) kanthi dawa bevel paling dawa, entuk defleksi udara paling signifikan sacara statistik (\(p <0,017\), Tabel 2), dibandhingake karo jarum simetris sumbu liyane (AX2-3), nanging ora ana bedane sing signifikan, nalika jarum dilebokake ing banyu. Осесимметричный скос 4 мм (AX1), имеющий наибольшую длину скоса, достиг статистически значимого нагибольтш <0,017\), таблица 2) по сравнению с другими осесимметричными иглами (AX2–3). Bevel Axisymmetric 4 mm (AX1), kanthi dawa bevel paling dawa, entuk panyimpangan sing luwih gedhe sacara statistik ing udara (\(p <0,017\), Tabel 2) dibandhingake karo jarum axisymmetric liyane (AX2-3).nanging beda sing signifikan ora diamati nalika nempatake jarum ing banyu.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) 在空气美短家最高偏转(\(p < 0,017\),表2)，但当将针头放入水中时，没有观察到显着差异。 Dibandhingake karo jarum simetris aksial liyane (AX2-3), nduweni sudut oblique paling dawa 4 mm simetris aksial (AX1) ing udhara, lan wis entuk defleksi maksimum sing signifikan sacara statistik (\(p <0,017\), Tabel 2) , nanging nalika jarum diselehake ing banyu, ora ana prabédan sing signifikan. Осесимметричный скос 4 мм (AX1) с наибольшей подлиной скоса обеспечивает статистически значимое максимально максимально внению с другими осесимметричными иглами (AX2-3) (\(p < 0,017\), таблица 2), существенной разницы не было. Lereng axisymmetric kanthi dawa kemiringan paling dawa 4 mm (AX1) nyedhiyakake deviasi maksimum sing signifikan sacara statistik ing udara dibandhingake karo lereng axisymmetric liyane (AX2-3) (\(p <0,017 \), Tabel 2), nanging ora ana. prabédan pinunjul.diamati nalika jarum diselehake ing banyu.Dadi, dawa bevel sing luwih dawa ora duwe kaluwihan sing jelas babagan defleksi tip puncak.Yen dipikirake, pranyata geometri slope, sing diteliti ing panliten iki, nduweni pengaruh sing luwih gedhe ing defleksi amplitudo tinimbang dawa slope.Iki bisa digandhengake karo kaku mlengkung, contone, gumantung saka materi sing ditekuk lan kekandelan sakabèhé jarum konstruksi.
Ing studi eksperimen, magnitudo gelombang lentur sing dibayangke dipengaruhi dening kondisi wates ujung.Nalika pucuk jarum dilebokake ing banyu lan gelatin, \(\text {PTE}_{2}\) rata-rata \(\approx\) 95% lan \(\text {PTE}_{2}\) rata-rata nilai. yaiku 73% lan 77% (\text {PTE}_{1}\) lan \(\text {PTE}_{3}\), mungguh (Fig. 11).Iki nuduhake yen transfer maksimum energi akustik menyang medium casting (contone, banyu utawa gelatin) dumadi ing \(f_2\).Prilaku sing padha diamati ing panaliten sadurunge nggunakake struktur piranti sing luwih prasaja ing frekuensi 41-43 kHz, ing ngendi penulis nuduhake koefisien refleksi voltase sing ana gandhengane karo modulus mekanik saka medium intercalated.Kedalaman penetrasi32 lan sifat mekanik jaringan nyedhiyakake beban mekanik ing jarum lan mulane bakal mengaruhi prilaku resonansi UZeFNAB.Mula, algoritma pelacakan resonansi kayata 17, 18, 33 bisa digunakake kanggo ngoptimalake kekuwatan swara sing dikirim liwat stylus.
Modeling dawa gelombang bend (Gambar 7) nuduhake yen axisymmetric nduweni kaku struktur sing luwih dhuwur (yaiku kaku mlengkung sing luwih dhuwur) ing pucuk tinimbang lancet lan bevel asimetris.Asalé saka (1) lan nggunakake hubungan kacepetan-frekuensi dikenal, kita ngira kaku mlengkung saka lancet, tips asimetris lan axisymmetric minangka lereng \(\ kira-kira) 200, 20 lan 1500 MPa, mungguh.Iki cocog karo (\lambda _y\) 5,3, 1,7 lan 14,2 mm ing 29,75 kHz, mungguh (Fig. 7a-c).Ngelingi safety klinis prosedur USeFNAB, pengaruh geometri ing kekakuan desain bevel kudu dievaluasi34.
Sinau paramèter saka bevel lan dawa tabung (Gambar 9) nuduhake yen kisaran TL optimal kanggo asimetris (1,8 mm) luwih dhuwur tinimbang kanggo bevel axisymmetric (1,3 mm).Kajaba iku, dataran tinggi mobilitas antara 4 nganti 4,5 mm lan saka 6 nganti 7 mm kanggo miring asimetris lan axisymmetric (Gambar 9a, b).Relevansi praktis saka temuan iki dituduhake ing toleransi manufaktur, contone, sawetara TL optimal sing luwih murah bisa uga mbutuhake akurasi dawa sing luwih dhuwur.Ing wektu sing padha, platform ngasilake menehi toleransi sing luwih gedhe kanggo pilihan dawa slope ing frekuensi tartamtu tanpa mengaruhi asil.
Panliten kasebut kalebu watesan ing ngisor iki.Pangukuran langsung defleksi jarum nggunakake deteksi pinggiran lan pencitraan kacepetan dhuwur (Gambar 12) tegese kita diwatesi ing media transparan optik kayata udhara lan banyu.Kita uga pengin nuduhake yen kita ora nggunakake eksperimen kanggo nguji mobilitas transfer simulasi lan kosok balene, nanging nggunakake studi FEM kanggo nemtokake dawa optimal saka jarum sing diprodhuksi.Saka sudut pandang watesan praktis, dawa lancet saka tip nganti lengen dawane 0,4 cm luwih dawa tinimbang jarum liyane (AX1-3), deleng anjir.3b.Iki bisa uga mengaruhi respon modal saka struktur acicular.Kajaba iku, wangun lan volume saka waveguide timbal solder (ndeleng Figure 3) bisa mengaruhi impedansi mechanical saka desain pin, asil ing kasalahan ing impedansi mechanical lan prilaku mlengkung.
Pungkasan, kita wis eksperimen nuduhake yen geometri bevel mengaruhi jumlah deflection ing USeFNAB.Ing kahanan sing amplitudo defleksi sing luwih dhuwur bisa duwe efek positif ing efek jarum ing jaringan, contone, efisiensi pemotongan sawise tusukan, lancet konvensional bisa dianjurake kanggo USeFNAB, amarga menehi amplitudo defleksi paling gedhe nalika njaga kaku sing cukup. ing pucuk desain.Kajaba iku, panaliten anyar nuduhake yen defleksi tip sing luwih gedhe bisa ningkatake efek biologis kayata kavitasi, sing bisa mbantu ngembangake aplikasi kanggo intervensi bedah minimal invasif.Given sing nambah total daya akustik wis ditampilake kanggo nambah ngasilaken biopsi saka USeFNAB13, studi kuantitatif luwih saka asil sampel lan kualitas dibutuhake kanggo netepke keuntungan Clinical rinci saka geometri jarum sinau.
Frable, WJ Fine needle aspiration biopsy: review.Humph.lara.14:9-28.https://doi.org/10.1016/s0046-8177(83)80042-2 (1983).
Wektu kirim: Oct-13-2022