Dėkojame, kad apsilankėte Nature.com.Naudojama naršyklės versija turi ribotą CSS palaikymą.Norėdami gauti geriausią patirtį, rekomenduojame naudoti atnaujintą naršyklę (arba išjungti suderinamumo režimą „Internet Explorer“).Tuo tarpu norėdami užtikrinti nuolatinį palaikymą, svetainę pateiksime be stilių ir „JavaScript“.
Neseniai buvo įrodyta, kad ultragarso naudojimas padidina audinių išeigą ultragarsu naudojant smulkios adatos aspiraciją (USeFNAB), palyginti su įprastine smulkios adatos aspiracija (FNAB).Iki šiol ryšys tarp kampo geometrijos ir antgalio judėjimo nebuvo nuodugniai ištirtas.Šiame tyrime ištyrėme adatos rezonanso ir įlinkio amplitudės ypatybes įvairioms adatų nuožulnumo geometrijoms su skirtingu kampo ilgiu.Naudojant įprastą 3,9 mm nuožulnią lancetą, antgalio įlinkio galios koeficientas (DPR) ore ir vandenyje buvo atitinkamai 220 ir 105 µm/W.Tai yra didesnis nei ašiesimetrinis 4 mm nuožulnus antgalis, užtikrinantis atitinkamai 180 ir 80 µm/W DPR ore ir vandenyje.Šiame tyrime pabrėžiama santykio tarp kampinės geometrijos lenkimo standumo svarba, kai naudojamos skirtingos įterpimo priemonės, todėl gali suteikti informacijos apie pjovimo po pradūrimo veiksmo valdymo metodus keičiant adatos kampo geometriją, o tai yra svarbu.USeFNAB programai labai svarbu.
Smulkios adatos aspiracinė biopsija (FNA) – tai audinių mėginių, įtariamų patologijų1,2,3, paėmimo adata metodas.Įrodyta, kad „Franseen“ antgalis užtikrina didesnį diagnostikos našumą nei įprasti „lancet4“ ir „Menghini5“ antgaliai.Taip pat siūlomi ašimetriniai (ty apskritimo) nuolydžiai, siekiant padidinti histopatologiškai tinkamų mėginių tikimybę.
Biopsijos metu adata praleidžiama per odos ir audinių sluoksnius, kad būtų galima patekti į įtartinus pažeidimus.Naujausi tyrimai parodė, kad ultragarsas gali sumažinti įsiskverbimo jėgą, reikalingą pasiekti minkštuosius audinius7,8,9,10.Įrodyta, kad adatos kampo geometrija turi įtakos adatos sąveikos jėgoms, pavyzdžiui, buvo įrodyta, kad ilgesnės nuožulnos turi mažesnes audinių įsiskverbimo jėgas11.Adatai prasiskverbus per audinio paviršių, ty po pradūrimo, adatos pjovimo jėga gali būti 75 % adatos sąveikos su audiniu jėgos12.Įrodyta, kad fazėje po punkcijos ultragarsas (ultragarsas) padidina diagnostinės minkštųjų audinių biopsijos efektyvumą.Kietųjų audinių mėginiams imti buvo sukurti kiti ultragarsu patobulinti kaulų biopsijos metodai, tačiau nebuvo pranešta apie rezultatus, kurie pagerintų biopsijos derlių.Daugybė tyrimų taip pat patvirtino, kad mechaninis poslinkis padidėja, kai yra veikiamas ultragarso įtempių 16, 17, 18.Nors yra daug tyrimų apie ašines (išilgines) statines adatos ir audinio sąveikos jėgas 19, 20, adatos kampo laiko dinamikos ir geometrijos tyrimai ultragarsiniu FNAB (USeFNAB) yra riboti.
Šio tyrimo tikslas buvo ištirti skirtingų kampų geometrijų įtaką adatos galiuko judėjimui ultragarsinio lenkimo varomoje adatoje.Visų pirma, mes ištyrėme įpurškimo terpės poveikį adatos galiuko nukrypimui po pradūrimo naudojant tradicinius adatos kampus (ty USeFNAB adatas įvairiems tikslams, pavyzdžiui, selektyviam aspiracijai ar minkštųjų audinių įsigijimui.
Į šį tyrimą buvo įtrauktos įvairios kampinės geometrijos.a) „Lancet“ specifikacija atitinka ISO 7864:201636, kur \(\alpha\) yra pirminis nuožulnus kampas, \(\theta\) yra antrinio kampo pasukimo kampas ir \(\phi\) yra antrinis nuožulnus kampas. kampu., kai sukasi, laipsniais (\(^\circ\)).b) linijinės asimetrinės vienos pakopos nuožulnos (vadinamos „standartu“ pagal DIN 13097:201937) ir c) linijinės ašies simetrinės (apskritiminės) vienos pakopos nuožulnos.
Mūsų metodas prasideda modeliuojant lenkimo bangos ilgio pokytį išilgai nuožulnios įprastos lancetinės, ašiesimetrinės ir asimetrinės vienos pakopos kampo geometrijos.Tada apskaičiavome parametrinį tyrimą, kad ištirtume vamzdžio nuolydžio ir ilgio poveikį mechaniniam perdavimo sklandumui.Tai būtina norint nustatyti optimalų adatos prototipo ilgį.Remiantis modeliavimu, buvo pagaminti adatų prototipai ir eksperimentiškai charakterizuojamas jų rezonansinis elgesys, matuojant įtampos atspindžio koeficientus ir apskaičiuojant galios perdavimo efektyvumą ore, vandenyje ir 10 % (m/t) balistinėje želatinoje, iš kurios buvo nustatytas veikimo dažnis. .Galiausiai, didelės spartos vaizdavimas yra naudojamas tiesiogiai matuoti lenkimo bangos įlinkį adatos galiuke ore ir vandenyje, taip pat įvertinti elektros galią, tiekiamą kiekvienu įstrižu kampu, ir deformacijos galios santykio geometriją ( DPR) į švirkštą terpę..
Kaip parodyta 2a paveiksle, naudokite 21 dydžio vamzdelį (0,80 mm OD, 0,49 mm ID, vamzdžio sienelės storis 0,155 mm, standartinė sienelė), kad nustatytumėte adatos vamzdelį su vamzdelio ilgiu (TL) ir nuožulniu kampu (BL) pagal ISO. 9626:201621) 316 nerūdijančio plieno (Youngo modulis 205 \(\tekstas {GN/m}^{2}\), tankis 8070 kg/m\(^{3}\) ir Puasono koeficientas 0,275).
Lenkimo bangos ilgio nustatymas ir baigtinių elementų modelio (FEM) derinimas adatos ir kraštinėms sąlygoms.a) Nuožulnio ilgio (BL) ir vamzdžio ilgio (TL) nustatymas.b) trimatis (3D) baigtinių elementų modelis (FEM), naudojant harmoninę taško jėgą \(\tilde{F}_y\vec {j}\), kad adata būtų proksimaliai, nukreiptų tašką ir išmatuotų greitį patarimas (\ ( \tilde {u}_y\vec {j}\), \(\tilde{v}_y\vec {j}\)), kad apskaičiuotumėte mechaninio sklandumo perdavimą.\(\lambda _y\) apibrėžiamas kaip lenkimo bangos ilgis, palyginti su vertikalia jėga \(\tilde{F}_y\vec {j}\).(c) svorio centro, skerspjūvio ploto A ir inercijos momentų \(I_{xx}\) ir \(I_{yy}\) aplink x ir y ašis atitinkamai.
Kaip parodyta pav.2b,c, begaliniam (begaliniam) pluoštui, kurio skerspjūvio plotas A ir kurio bangos ilgis didesnis už pluošto skerspjūvio dydį, išlenktas (arba išlenktas) fazės greitis \(c_{EI }\) nustatomas 22 :
kur E yra Youngo modulis (\(\text {N/m}^{2}\)), \(\omega _0 = 2\pi f_0\) yra sužadinimo kampinis dažnis (rad/s), kur \( f_0 \ ) yra tiesinis dažnis (1/s arba Hz), I yra srities aplink dominančią ašį inercijos momentas\((\text {m}^{4})\), \(m'=\ rho _0 A\ ) yra ilgio vieneto masė (kg/m), kur \(\rho _0\) yra tankis\((\tekstas {kg/m}^{3})\) ir A yra kryžius spindulio srities dalis (xy plokštuma) (\(\ text {m}^{2}\)).Kadangi mūsų pavyzdyje taikoma jėga yra lygiagreti vertikaliajai y ašiai, ty \(\tilde{F}_y\vec {j}\), mus domina tik regioninis inercijos momentas aplink horizontalią x ašį, ty \(I_{xx}\), taigi:
Baigtinių elementų modeliui (FEM) daroma prielaida, kad yra grynas harmoninis poslinkis (m), todėl pagreitis (\(\text {m/s}^{2}\)) išreiškiamas kaip \(\partial ^2 \vec { u}/ \ dalinis t^2 = -\omega ^2\vec {u}\) kaip \(\vec {u}(x, y, z, t): = u_x\vec {i} + u_y\ vec {j } + u_z\vec {k}\) yra trimatis poslinkio vektorius, nurodytas erdvinėmis koordinatėmis.Vietoj pastarosios, atsižvelgiant į jos įdiegimą COMSOL Multiphysics programiniame pakete (versijos 5.4-5.5, COMSOL Inc., Masačusetsas, JAV), impulsų balanso dėsnio baigtinės deformacijos Lagranžo forma pateikiama taip:
kur \(\vec {\nabla}:= \frac{\partial}}{\partial x}\vec {i} + \frac{\partial}}{\partial y}\vec {j} + \frac{ \partial } N/ m}^{2}\)) ir \(\vec {F_V}:= F_{V_x}\vec {i}+ F_{V_y}\vec {j}+ F_{V_z}\vec {k} \) yra kiekvieno deformuoto tūrio kūno jėgos vektorius (\(\tekstas {N/m}^{3}\)), o \(e^{j\phi }\) yra fazės kampo vektorius\(\ phi \ ) (džiugu).Mūsų atveju kūno tūrinė jėga lygi nuliui, mūsų modelis numato geometrinį tiesiškumą ir nedidelę grynai tamprią deformaciją, ty , kur \({\underline{\varepsilon}}^{el}\) ir \({\underline {\varepsilon}}\) yra atitinkamai tamprioji deformacija ir bendra deformacija (antros eilės, be matmenų).Huko konstitucinis izotropinis elastingumo tenzorius \(\underline{\underline{C}}\) apskaičiuojamas naudojant Youngo modulį E (\(\text {N/m}^{2}\)) ir nustatomas Puasono santykis v, taigi, \(\underline{\underline{C}}:=\underline{\underline{C}}(E,v)\) (ketvirta eilė).Taigi įtempių skaičiavimas tampa \({\underline{\sigma}} := \underline{\underline{C}}:{\underline{\varepsilon}}\).
Skaičiuojant naudojamas 10 mazgų tetraedrinis elementas, kurio elemento dydis \(\le\) yra 8 µm.Adata modeliuojama vakuume, o perduodamo mechaninio mobilumo vertė (ms-1 N-1) apibrėžiama kaip \(|\tilde{Y}_{v_yF_y}|= |\tilde{v}_y\vec { j}|/ |\ tilde{F}_y\vec {j}|\)24, kur \(\tilde{v}_y\vec {j}\) yra rankinio instrumento išvesties kompleksinis greitis ir \( \ tilde {F}_y\ vec {j }\) yra sudėtinga varomoji jėga, esanti proksimaliniame vamzdžio gale, kaip parodyta 2b paveiksle.Išverskite mechaninį sklandumą decibelais (dB) naudodami didžiausią reikšmę kaip nuorodą, ty \(20\log _{10} (|\tilde{Y}|/ |\tilde{Y}_{max}|) \ ) .Visi FEM tyrimai buvo atlikti 29,75 kHz dažniu.
Adatos konstrukcija (3 pav.) susideda iš įprastinės 21 dydžio poodinės adatos (kat. Nr. 4665643, Sterican\(^\circledR\), išorinis skersmuo 0,8 mm, ilgis 120 mm, AISI 304 nerūdijantis chromas-nikelis plieno , B. Braun Melsungen AG, Melsungenas, Vokietija) su plastikine Luer Lock mova, pagaminta iš polipropileno proksimaliniame gale ir atitinkamai modifikuota gale.Adatinis vamzdelis prilituojamas prie bangolaidžio, kaip parodyta 3b pav.Bangolaidžiai buvo atspausdinti ant nerūdijančio plieno 3D spausdintuvo (EOS 316L nerūdijančio plieno ant EOS M 290 3D spausdintuvo, 3D Formtech Oy, Jyväskylä, Suomija) ir pritvirtinti prie Langevin jutiklio naudojant M4 varžtus.Langevin jutiklis susideda iš 8 pjezoelektrinio žiedo elementų, iš abiejų galų apkrautų dviem masėmis.
Keturių tipų antgaliai (nuotrauka), parduodamas lancetas (L) ir trys pagaminti ašiesimetriniai vienpakopiai kampai (AX1-3) pasižymėjo atitinkamai 4, 1,2 ir 0,5 mm nuožulniais ilgiais (BL).a) Iš arti gatavo adatos galo.(b) Keturių kaiščių, prilituotų prie 3D spausdinto bangolaidžio ir prijungtų prie Langevin jutiklio M4 varžtais, vaizdas iš viršaus.
Buvo pagaminti trys ašies simetriniai kūginiai antgaliai (3 pav.) (TAs Machine Tools Oy), kurių kampų ilgiai (BL, kaip apibrėžta 2a pav.) buvo 4,0, 1,2 ir 0,5 mm, atitinkantys \(\approx) 2 \(^ \ circ\), 7\(^\circ\) ir 18\(^\circ\).Bangolaidžio ir adatos masė yra atitinkamai 3,4 ± 0,017 g (vidurkis ± sd, n = 4) nuožulnėms L ir AX1-3 (Quintix\(^\circledR\) 224 Design 2, Sartorius AG, Göttingen, Vokietija) .3b paveiksle parodytų L ir AX1-3 kampų bendras ilgis nuo adatos galo iki plastikinės movos galo buvo atitinkamai 13,7, 13,3, 13,3 ir 13,3 cm.
Visų adatų konfigūracijų ilgis nuo adatos galo iki bangolaidžio galo (ty iki suvirinimo vietos) buvo 4,3 cm, o adatos vamzdelis buvo nukreiptas pjūviu į viršų (ty lygiagretus Y ašiai). , kaip parodyta paveikslėlyje.c (2 pav.).
Pasirinktinis scenarijus MATLAB (R2019a, The MathWorks Inc., Masačusetsas, JAV), veikiantis kompiuteryje (Latitude 7490, Dell Inc., Teksasas, JAV), buvo naudojamas linijiniam sinusoidiniam slinkimui nuo 25 iki 35 kHz 7 sekundes generuoti. perdavimas Skaitmeninis-analoginis (DA) keitiklis (Analog Discovery 2, Digilent Inc., Vašingtonas, JAV) konvertuoja į analoginį signalą.Tada analoginis signalas \(V_0\) (0,5 Vp-p) buvo sustiprintas tam skirtu radijo dažnio (RF) stiprintuvu (Mariachi Oy, Turku, Suomija).Krintanti sustiprinta įtampa \({V_I}\) iš RF stiprintuvo, kurios išėjimo varža 50 omų, tiekiama į adatos konstrukcijoje įmontuotą transformatorių, kurio įėjimo varža 50 omų.Langevin keitikliai (priekiniai ir galiniai didelio našumo daugiasluoksniai pjezoelektriniai keitikliai) naudojami mechaninėms bangoms generuoti.Pasirinktiniame RF stiprintuve yra dviejų kanalų stovinčios bangos galios koeficiento (SWR) matuoklis, kuris registruoja krintantį \({V_I}\) ir atspindėtą sustiprintą įtampą\(V_R\) analoginio į skaitmeninį (AD) režimu.su 300 kHz atrankos dažniu Keitiklis (analoginis Discovery 2).Sužadinimo signalo amplitudė yra moduliuojama pradžioje ir pabaigoje, kad būtų išvengta stiprintuvo įvesties perkrovos pereinamaisiais elementais.
Naudojant pasirinktinį scenarijų, įdiegtą MATLAB, dažnio atsako funkcija (FRF), ty \(\tilde{H}(f)\), buvo įvertinta neprisijungus naudojant dviejų kanalų sinusoidinio braukimo matavimo metodą (4 pav.), kuriame daroma prielaida, kad tiesiškumas laike.nekintamoji sistema.Be to, naudojamas 20–40 kHz dažnių juostos pralaidumo filtras, kuris pašalina visus nepageidaujamus signalo dažnius.Atsižvelgiant į perdavimo linijų teoriją, šiuo atveju \(\tilde{H}(f)\) yra lygiavertis įtampos atspindžio koeficientui, ty \(\rho _{V} \equiv {V_R}/{V_I}\ ) \) sumažėja iki \({V_R}^ 2 /{V_I}^2\ ) lygus \(|\rho _{V}|^2\).Tais atvejais, kai reikalingos absoliučios elektros galios vertės, kritimo galia \(P_I\) ir atspindėtinė galia \(P_R\) galia (W) apskaičiuojama, pavyzdžiui, imant atitinkamos įtampos kvadratinę vertę (vidutinė kvadratinė vertė).perdavimo linijai su sinusoidiniu sužadinimu \( P = {V}^2/(2Z_0)\)26, kur \(Z_0\) yra lygus 50 \(\Omega\).Apkrovai tiekiama elektros energija \(P_T\) (ty įterpta terpė) gali būti apskaičiuojama kaip \(|P_I – P_R |\) (W RMS), taip pat galios perdavimo efektyvumas (PTE) ir procentas ( %) galima nustatyti, kaip suteikiama forma, taigi 27:
Tada naudojant FRF apskaičiuojami smailieji modaliniai dažniai \(f_{1-3}\) (kHz) ir atitinkami galios perdavimo koeficientai \(\text {PTE}_{1{-}3} \).FWHM (\(\text {FWHM}_{1{-}3}\), Hz) apskaičiuotas tiesiogiai iš \(\text {PTE}_{1{-}3}\), iš 1 A lentelės vienpusis tiesinis spektras gaunamas esant aprašytam modaliniam dažniui \(f_{1-3}\).
Adatinių konstrukcijų dažninio atsako (AFC) matavimas.Dažnio atsako funkcijai \(\tilde{H}(f)\) ir jos impulsiniam atsakui H(t) gauti naudojamas sinusinis dviejų kanalų slinkimo matavimas25,38.\({\mathcal {F}}\) ir \({\mathcal {F}}^{-1}\) reiškia atitinkamai skaitmeninio sutrumpinimo Furjė transformaciją ir jos atvirkštinę.\(\tilde{G}(f)\) reiškia dviejų dažnių srities signalų sandaugą, pvz., \(\tilde{G}_{XrX}\) reiškia atvirkštinio nuskaitymo produktą\(\tilde{ X} r (f)\ ) ir kritimo įtampa \(\tilde{X}(f)\) atitinkamai.
Kaip parodyta 5 paveiksle, didelės spartos fotoaparatas (Phantom V1612, Vision Research Inc., NJ, JAV) turi makro objektyvą (MP-E 65mm, \(f\)/2.8, 1-5\).(\times\), Canon Inc., Tokijas, Japonija), kad būtų galima įrašyti antgalio įlinkius lenkimo sužadinimo metu (vieno dažnio, nuolatinis sinusoidinis), esant 27,5–30 kHz dažniui.Norėdami sukurti šešėlinį žemėlapį, už adatos galiuko buvo uždėtas aušinamas didelio intensyvumo balto šviesos diodo elementas (dalies numeris: 4052899910881, baltas LED, 3000 K, 4150 lm, Osram Opto Semiconductors GmbH, Regensburgas, Vokietija).
Eksperimentinės sąrankos vaizdas iš priekio.Gylis matuojamas nuo terpės paviršiaus.Adatos konstrukcija yra prispausta ir sumontuota ant motorizuoto perdavimo stalo.Norėdami išmatuoti pasvirojo kampo nuokrypį, naudokite didelės spartos kamerą su didelio padidinimo objektyvu (5\(\x\)).Visi matmenys nurodyti milimetrais.
Kiekvienam adatos kampo tipui įrašėme 300 didelės spartos kameros kadrų, kurių matmenys yra 128 \(\x\) 128 pikseliai, kurių kiekvieno erdvinė skiriamoji geba yra 1/180 mm (\(\apytiksliai) 5 µm), su 310 000 kadrų per sekundę laiko skiriamoji geba.Kaip parodyta 6 paveiksle, kiekvienas kadras (1) yra apkarpytas (2) taip, kad adatos galas būtų paskutinėje kadro eilutėje (apačioje), ir apskaičiuojama vaizdo histograma (3), todėl Canny galima nustatyti 1 ir 2 slenksčius.Tada pritaikykite Canny briaunų aptikimą 28(4) su Sobel operatoriumi 3 \(\times\) 3 ir apskaičiuokite ne hipotenuzinių pikselių (pažymėtų \(\mathbf {\times }\)) padėtis be kavitacijos 300 laiko žingsnių.Norėdami nustatyti antgalio nuokrypio diapazoną, apskaičiuokite išvestinę (naudodami centrinio skirtumo algoritmą) (6) ir nustatykite kadrą (7), kuriame yra vietiniai pakreipimo taškai (ty didžiausias).Vizualiai apžiūrėjus kraštą be kavitacijos, buvo pasirinkta pora kadrų (arba du kadrai su pusės laiko intervalu) (7) ir išmatuotas galiuko įlinkis (žymimas kaip \(\mathbf {\times } \) ).Tai, kas išdėstyta aukščiau, įdiegta Python (v3.8, Python Software Foundation, python.org) naudojant OpenCV Canny krašto aptikimo algoritmą (v4.5.1, atvirojo kodo kompiuterio vizijos biblioteka, opencv.org).Galiausiai, deformacijos galios koeficientas (DPR, µm/W) apskaičiuojamas kaip didžiausios ir didžiausios nuokrypos ir perduodamos elektros galios santykis \(P_T\) (Wrms).
Naudodami 7 žingsnių algoritmą (1–7), įskaitant apkarpymą (1–2), „Canny“ krašto aptikimą (3–4), skaičiavimą, išmatuokite galiuko nukrypimo krašto pikselių padėtį naudodami seriją kadrų, paimtų iš aukšto 310 kHz (5) greičio kamera ir jos laiko išvestinė (6), o galiausiai – antgalio nuokrypio diapazonas matuojamas vizualiai patikrintose kadrų porose (7).
Matuojama ore (22,4-22,9°C), dejonizuotame vandenyje (20,8-21,5°C) ir 10 % (m/v) vandeninėje balistinės želatinos (19,7-23,0°C), \(\text {Honeywell}^{ \ text { TM}}\) \(\text {Fluka}^{\text {TM}}\) Galvijų ir kiaulienos kaulų želatina I tipo balistinei analizei, Honeywell International, Šiaurės Karolina, JAV).Temperatūra buvo matuojama K tipo termoporos stiprintuvu (AD595, Analog Devices Inc., MA, JAV) ir K tipo termopora (Fluke 80PK-1 Bead Probe No. 3648 type-K, Fluke Corporation, Vašingtonas, JAV).Naudokite vertikalią motorinę Z ašies sceną (8MT50-100BS1-XYZ, Standa Ltd., Vilnius, Lietuva), norėdami išmatuoti gylį nuo terpės paviršiaus (nustatyta kaip Z ašies pradžia) 5 µm žingsniu.
Kadangi imties dydis buvo mažas (n = 5) ir negalima daryti prielaidos normalumo, buvo naudojamas dviejų imčių dvipusis Wilcoxon rangų sumos testas (R, v4.0.3, R Foundation for Statistical Computing, r-project.org). palyginti skirtingų nuožulnų adatos antgalio dispersijos dydį.Kiekvienam nuolydžiui buvo atlikti trys palyginimai, todėl buvo pritaikyta Bonferroni korekcija su pakoreguotu 0,017 reikšmingumo lygiu ir 5% klaidų lygiu.
Toliau pateikiama nuoroda į 7 pav.Esant 29,75 kHz, 21 dydžio adatos išlenktas pusės bangos ilgis (\(\lambda _y/2\)) yra \(\apytiksliai) 8 mm.Lenkimo bangos ilgis mažėja išilgai nuolydžio, kai jis artėja prie galo.Ant galo \(\lambda _y/2\) yra atitinkamai 3, 1 ir 7 mm pakopiniai nuožulniai paprastiems lancetams (a), asimetriniai (b) ir ašiesimetriniai (c).Taigi tai reiškia, kad lancetas skirsis \(\apie\) 5 mm (dėl to, kad dvi lanceto plokštumos sudaro tašką 29,30), asimetrinis nuolydis skirsis 7 mm, o simetriškas. 1 mm.Ašiesimetriniai šlaitai (svorio centras išlieka tas pats, todėl išilgai šlaito faktiškai keičiasi tik sienelės storis).
FEM tyrimo taikymas esant 29,75 kHz ir lygtis.(1) Apskaičiuokite lenkimo pusės bangos pokytį (\(\lambda _y/2\)) lancetinei (a), asimetrinei (b) ir ašiesimetrinei (c) įstrižai geometrijai (kaip 1a,b,c pav.).).Vidutinis \(\lambda_y/2\) lancetiniam, asimetriniam ir ašiesimetriniam nuolydžiui yra atitinkamai 5,65, 5,17 ir 7,52 mm.Atkreipkite dėmesį, kad asimetrinio ir ašies nuožulnumo antgalio storis ribojamas iki \(\apytiksliai) 50 µm.
Didžiausias mobilumas \(|\tilde{Y}_{v_yF_y}|\) yra optimalaus vamzdžio ilgio (TL) ir nuolydžio ilgio (BL) derinys (8, 9 pav.).Įprastam lancetui, kadangi jo dydis yra fiksuotas, optimalus TL yra \(\approx\) 29,1 mm (8 pav.).Asimetrinių ir ašiesimetrinių nuolydžių (atitinkamai 9a, b pav.) FEM tyrimas apėmė BL nuo 1 iki 7 mm, todėl optimalūs TL diapazonai buvo nuo 26,9 iki 28,7 mm (diapazonas 1,8 mm) ir nuo 27,9 iki 29,2 mm (diapazonas). 1,3 mm).) ), atitinkamai.Asimetriškų šlaitų atveju (9a pav.) optimalus TL didėjo tiesiškai, pasiekdamas plokščiakalnį ties BL 4 mm, o po to smarkiai sumažėjo nuo BL 5 iki 7 mm.Ašiesimetrinių nuolydžių (9b pav.) optimalus TL didėja tiesiškai didėjant BL pailgėjimui ir galiausiai stabilizuojasi ties BL nuo 6 iki 7 mm.Išplėstinis ašiesimetrinių šlaitų tyrimas (9c pav.) parodė skirtingą optimalių TL rinkinį, esantį \(\apytiksliai) 35,1–37,1 mm.Visiems BL atstumas tarp dviejų optimalių TL rinkinių yra \(\approx\) 8 mm (atitinka \(\lambda _y/2\)).
Lanceto perdavimo mobilumas esant 29,75 kHz.Adatos vamzdis buvo sulenktas 29,75 kHz dažniu, vibracija išmatuota pabaigoje ir išreikšta kaip perduodamo mechaninio mobilumo dydis (dB, palyginti su maksimalia verte) TL 26,5-29,5 mm (0,1 mm žingsniu).
Parametriniai FEM tyrimai 29,75 kHz dažniu rodo, kad ašiesimetrinio galo perdavimo mobilumui vamzdžio ilgio pokyčiai yra mažiau paveikti nei jo asimetrinio atitikmens.Nuožulniojo ilgio (BL) ir vamzdžio ilgio (TL) tyrimai asimetrinės (a) ir ašies simetrinės (b, c) kampinės geometrijos tyrimuose dažnių srities tyrimuose, naudojant FEM (ribinės sąlygos parodytos 2 pav.).(a, b) TL svyravo nuo 26,5 iki 29,5 mm (0,1 mm žingsnis) ir BL 1-7 mm (0,5 mm žingsnis).(c) Išplėstinis ašies simetrinio įstrižinio kampo tyrimas, apimantis TL 25–40 mm (0,05 mm žingsnis) ir 0,1–7 mm (0,1 mm žingsnis), kuris atskleidžia norimą santykį \(\lambda_y/2\) Antgalio laisvos judėjimo ribinės sąlygos yra tenkinamos.
Adatos struktūra turi tris natūralius dažnius \(f_{1-3}\), suskirstytus į žemo, vidutinio ir didelio modalumo sritis, kaip parodyta 1 lentelėje. PTE dydis parodytas 10 paveiksle, o tada analizuojamas 11 paveiksle. Žemiau yra kiekvienos modalinės srities rezultatai:
Įprastos užfiksuotos momentinio galios perdavimo efektyvumo (PTE) amplitudės, gautos naudojant sinusoidinį sužadinimą su slydimo dažniu 20 mm gylyje lancetui (L) ir ašiesimetriniams šlaitams AX1-3 ore, vandenyje ir želatinoje.Rodomas vienpusis spektras.Išmatuotas dažnio atsakas (300 kHz mėginių ėmimo dažnis) buvo filtruojamas žemųjų dažnių dažniu ir sumažintas 200 kartų, kad būtų galima atlikti modalinę analizę.Signalo ir triukšmo santykis yra \(\le\) 45 dB.PTE fazė (violetinė punktyrinė linija) rodoma laipsniais (\(^{\circ}\)).
Modalinio atsako analizė parodyta 10 paveiksle (vidurkis ± standartinis nuokrypis, n = 5) L ir AX1-3 nuolydžiams ore, vandenyje ir 10 % želatinoje (20 mm gylyje) su trimis modalinėmis sritimis (viršuje) (žemas). , Vidutinio ūgio).), ir atitinkamus modalinius dažnius\(f_{1-3}\) (kHz), (vidutinį) energijos vartojimo efektyvumą\(\text {PTE}_{1{-}3 }\) naudoja projektavimo lygtis.(4) ir (apačioje) yra visas plotis, atitinkamai pusė didžiausios išmatuotos vertės \(\text {FWHM}_{1{-}3}\) (Hz).Atminkite, kad įrašant žemą PTE, ty esant AX2 nuolydžiui, praleidžiamas pralaidumo matavimas, \(\text {FWHM}_{1}\).\(f_2\) režimas laikomas tinkamiausiu lyginant pasvirusių plokštumų įlinkį, nes demonstruoja aukščiausią galios perdavimo efektyvumo lygį (\(\text {PTE}_{2}\)), iki 99 %.
Pirmoji modalinė sritis: \(f_1\) nelabai priklauso nuo įterptos laikmenos tipo, bet priklauso nuo kampo geometrijos.\(f_1\) mažėja mažėjant kampo ilgiui (27,1, 26,2 ir 25,9 kHz atitinkamai AX1-3 ore).Regioniniai vidurkiai \(\text {PTE}_{1}\) ir \(\text {FWHM}_{1}\) yra atitinkamai \(\approx\) 81 % ir 230 Hz.\(\text {FWHM}_{1}\) buvo didžiausias Lancet želatinos kiekis (L, 473 Hz).Atminkite, kad \(\text {FWHM}_{1}\) AX2 želatinoje negali būti įvertintas dėl mažo praneštų dažnio atsakų dydžio.
Antroji modalinė sritis: \(f_2\) priklauso nuo pastos tipo ir nuožulniosios terpės.Ore, vandenyje ir želatinoje vidutinės \(f_2\) reikšmės yra atitinkamai 29,1, 27,9 ir 28,5 kHz.Šio modalinio regiono PTE taip pat pasiekė 99%, aukščiausią tarp visų matavimo grupių, o regiono vidurkis buvo 84%.Vidutinis plotas \(\tekstas {FWHM}_{2}\) yra \(\apytiksliai\) 910 Hz.
Trečioji modalinė sritis: \(f_3\) Dažnis priklauso nuo įterpimo terpės tipo ir nuožulnumo.Vidutinės \(f_3\) reikšmės yra atitinkamai 32,0, 31,0 ir 31,3 kHz ore, vandenyje ir želatinoje.\(\text {PTE}_{3}\) regiono vidurkis yra \(\apytiksliai\) 74%, mažiausias iš visų regionų.Regiono vidurkis \(\text {FWHM}_{3}\) yra \(\apytiksliai\) 1085 Hz, o tai yra didesnis nei pirmojo ir antrojo regionų.
Toliau nurodyta pav.12 ir 2 lentelė. Lancetas (L) labiausiai (svarbiausia visiems antgaliams, \(p<\) 0,017) nukrypo tiek ore, tiek vandenyje (12a pav.), pasiekdamas aukščiausią DPR (iki 220 µm/). W ore). 12 ir 2 lentelė. Lancetas (L) labiausiai (svarbiausia visiems antgaliams, \(p<\) 0,017) nukrypo tiek ore, tiek vandenyje (12a pav.), pasiekdamas aukščiausią DPR (iki 220 µm/). W ore). Следующее относится к рисунку 12 и таблице 2. Ланцет (L) отклонялся больше вселххчиенкой значв в, \(p<\) 0,017) как в воздухе, так и в воде (рис. 12а), достигая самого высокого DPR . Tai taikoma 12 paveikslui ir 2 lentelei. Lancetas (L) labiausiai nukrypo (svarbiausia visiems antgaliams, \(p<\) 0,017) ir ore, ir vandenyje (12a pav.), pasiekdamas didžiausią DPR.(iki 220 μm/W ore).Toliau pateikiama nuoroda į 12 paveikslą ir 2 lentelę.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 猼 07 高度意0.最高DPR （空气中高达220 µm/W）.柳叶刀(L) turi didžiausią deformaciją ore ir vandenyje (图12a) (对所述尖端是对尖端是是电影,\(p<\) 0,017) ir pasiekė didžiausią DPR (iki µm/20). W ore). Ланцет (L) имеет наибольшее отклонение (весьма значимое для всех наконечников, \(p<\) 0,017) в воста.2 я самого высокого DPR (iki 220 мкм/Вт в воздухе). Lancetas (L) turi didžiausią nuokrypį (labai reikšmingas visiems antgaliams, \(p<\) 0,017) ore ir vandenyje (12a pav.), pasiekia didžiausią DPR (iki 220 µm/W ore). Ore AX1, kurio BL buvo didesnis, nukreipė daugiau nei AX2–3 (svarbu, \(p<\) 0,017), o AX3 (kuris turėjo mažiausią BL) nukreipė daugiau nei AX2, kai DPR buvo 190 µm/W. Ore AX1, kurio BL buvo didesnis, nukreipė daugiau nei AX2–3 (svarbu, \(p<\) 0,017), o AX3 (kuris turėjo mažiausią BL) nukreipė daugiau nei AX2, kai DPR buvo 190 µm/W. В воздухе AX1 с более высоким BL отклонялся выше, чем AX2–3 (со значимостью \(p<\) 0,017), BL онялся больше, чем AX2 с DPR 190 мкм/Вт. Ore AX1 su didesniu BL nukreipė daugiau nei AX2–3 (su reikšmingumu \(p<\) 0,017), o AX3 (su mažiausiu BL) nukreipė daugiau nei AX2, kai DPR buvo 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，\(p<\)缉弉彄恷恷恷恷恎而AX3转大于AX2, DPR 为 190 µm/W. Ore AX1 įlinkis su didesniu BL yra didesnis nei AX2-3 (žymiai, \(p<\) 0,017), o AX3 (su mažiausiu BL) deformacija yra didesnė nei AX2, DPR yra 190 µm/W. В воздухе AX1 с более высоким BL имеет большее отклонение, чем AX2-3 (значимо, \(p<\) 0,017), токсаким ет большее отклонение, чем AX2 с DPR 190 мкм/Вт. Ore AX1 su didesniu BL nuokrypis yra didesnis nei AX2-3 (reikšmingas, \(p<\) 0,017), tuo tarpu AX3 (su mažiausiu BL) nuokrypis yra didesnis nei AX2, kurio DPR yra 190 μm/W. 20 mm vandenyje reikšmingų skirtumų (\(p>\) 0,017) AX1–3 įlinkio ir PTE nenustatyta. 20 mm vandenyje reikšmingų skirtumų (\(p>\) 0,017) AX1–3 įlinkio ir PTE nenustatyta. В воде на глубине 20 мм достоверных различий (\(p>\) 0,017) по прогибу и ФТР для AX1–3 не обнаруже Vandenyje 20 mm gylyje AX1-3 nustatyti reikšmingi įlinkio ir FTR skirtumai (\(p>\) 0,017).在20 mm 的水中，AX1-3 的挠度和PTE 没有显着差异(\(p>\) 0,017). 20 mm vandenyje reikšmingo skirtumo tarp AX1-3 ir PTE nebuvo (\(p>\) 0,017). На глубине 20 мм прогиб и PTE AX1-3 существенно не отличались (\(p>\) 0,017). 20 mm gylyje įlinkis ir PTE AX1-3 reikšmingai nesiskyrė (\(p>\) 0,017).PTE kiekis vandenyje (90,2–98,4 %) paprastai buvo didesnis nei ore (56–77,5 %) (12c pav.), o eksperimento su vandeniu metu buvo pastebėtas kavitacijos reiškinys (13 pav., taip pat žr. informacija).
Antgalio lenkimo amplitudės matavimai (vidurkis ± standartinis nuokrypis, n = 5) L ir AX1-3 nuožulnioms ore ir vandenyje (gylis 20 mm) atskleidė besikeičiančios nuožulnų geometrijos poveikį.Matavimai gauti naudojant nuolatinį vieno dažnio sinusoidinį žadinimą.(a) Didžiausias nuokrypis (\(u_y\vec {j}\)) viršūnėje, išmatuotas ties (b) atitinkamais modaliniais dažniais \(f_2\).c) galios perdavimo efektyvumas (PTE, kvadratinis vidurkis, %) kaip lygtis.(4) ir (d) nuokrypio galios koeficientas (DPR, µm/W), apskaičiuotas kaip didžiausias nuokrypis ir perdavimo galia \(P_T\) (Wrms).
Tipiškas didelės spartos fotoaparato šešėlių grafikas, rodantis bendrą lanceto (L) ir ašiesimetrinio galo (AX1-3) lanceto galo (žalios ir raudonos punktyrinės linijos) deformaciją vandenyje (gylis 20 mm), pusės ciklo, pavaros dažnį. \(f_2\) (dažnio 310 kHz atranka).Užfiksuoto pilkos spalvos vaizdo matmenys yra 128 × 128 pikseliai, o pikselių dydis yra \(\apytiksliai) 5 µm.Vaizdo įrašą galite rasti papildomoje informacijoje.
Taigi, mes sumodeliavome lenkimo bangos ilgio pokytį (7 pav.) ir apskaičiavome mechaninį judrumą perkėlimui įprastiniams lancetiniams, asimetriniams ir ašiniams vamzdžio ilgio ir nuožulnumo deriniams (8, 9 pav.).Simetrinė nuožulni geometrija.Remdamiesi pastaruoju, apskaičiavome, kad optimalus atstumas nuo antgalio iki suvirinimo siūlės yra 43 mm (arba \(\approx\) 2,75\(\lambda_y\) esant 29,75 kHz), kaip parodyta 5 paveiksle, ir pagaminome tris ašies simetriškus kampus su skirtingų kampų ilgių.Tada apibūdinome jų dažnio atsaką, palyginti su įprastomis lancetėmis ore, vandenyje ir 10 % (m/v) balistinėje želatinoje (10, 11 pav.) ir nustatėme geriausią atvejį, kad būtų galima palyginti pasvirimo deformacijos režimą.Galiausiai išmatavome antgalio deformaciją lenkiant bangą ore ir vandenyje 20 mm gylyje ir kiekybiškai įvertinome įpuršktos terpės galios perdavimo efektyvumą (PTE, %) ir deformacijos galios koeficientą (DPR, µm/W) kiekvienam pakreipimui.tipas (12 pav.).
Rezultatai rodo, kad geometrijos pasvirimo ašis turi įtakos antgalio ašies amplitudės nuokrypiui.Lancetas turėjo didžiausią kreivumą ir didžiausią DPR, palyginti su ašiesimetriniu nuožulniu kampu, o ašiesimetrinio kampo vidutinis nuokrypis buvo mažesnis (12 pav.). Ašies simetriškas 4 mm nuožulnis (AX1), turintis ilgiausią kampo ilgį, pasiekė statistiškai reikšmingą didžiausią deformaciją ore (\(p < 0,017\), 2 lentelė), palyginti su kitomis ašies simetrinėmis adatomis (AX2–3), tačiau įdėjus adatą į vandenį reikšmingų skirtumų nepastebėta. Ašies simetriškas 4 mm nuožulnis (AX1), turintis ilgiausią kampo ilgį, pasiekė statistiškai reikšmingą didžiausią deformaciją ore (\(p < 0,017\), 2 lentelė), palyginti su kitomis ašies simetrinėmis adatomis (AX2–3), tačiau įdėjus adatą į vandenį reikšmingų skirtumų nepastebėta. Осесимметричный скос 4 мм (AX1), имеющий наибольшую длину скоса, достиг статистически значимого вхулунольше наибольшую длину скоса, достиг статистически значимого е (\(p <0,017\), таблица 2) по сравнению с другими осесимметричными иглами (AX2–3). Ašiesimetrinė nuožulna 4 mm (AX1), turinti ilgiausią kampo ilgį, pasiekė statistiškai reikšmingai didesnį oro nuokrypį (\(p < 0,017\), 2 lentelė), palyginti su kitomis ašies simetrinėmis adatomis (AX2–3).tačiau įdėjus adatą į vandenį reikšmingų skirtumų nepastebėta.与其他轴对称针(AX2-3) 相比，具有最长斜角长度的轴对称4 mm 斜角(AX1) 在䮟膡着的最高偏转(\(p < 0,017\)，表2)，但当将针头放入水中时，没有观察到显着差异. Palyginti su kitomis ašies simetrinėmis adatomis (AX2-3), jis turi ilgiausią 4 mm ašies simetrišką įstrižą kampą (AX1) ore ir pasiekė statistiškai reikšmingą didžiausią įlinkį (\(p < 0,017\), 2 lentelė). , tačiau adatą įdėjus į vandenį reikšmingo skirtumo nepastebėta. Осесимметричный скос 4 мм (AX1) с наибольшей длиной скоса обеспечивает статистически значимое максим сравнению с другими осесимметричными иглами (AX2-3) (\(p < 0,017\), таблица 2), но существенной разницлы онебылы. Ašimetrinis nuolydis, kurio ilgiausias nuolydžio ilgis – 4 mm (AX1), davė statistiškai reikšmingą maksimalų nuokrypį ore, palyginti su kitais ašies simetriniais šlaitais (AX2-3) (\(p < 0,017\), 2 lentelė), tačiau nebuvo. reikšmingas skirtumas.stebimas adatą įdėjus į vandenį.Taigi, ilgesnis kūgio ilgis neturi akivaizdžių pranašumų didžiausio antgalio įlinkio atžvilgiu.Atsižvelgiant į tai, paaiškėja, kad nuolydžio geometrija, kuri yra tiriama šiame tyrime, turi didesnę įtaką amplitudės įlinkiui nei šlaito ilgis.Tai gali būti susiję su lenkimo standumu, pavyzdžiui, priklausomai nuo lenkimo medžiagos ir bendro konstrukcijos adatos storio.
Atliekant eksperimentinius tyrimus, atspindėtos lenkimo bangos dydžiui įtakos turi galiuko ribinės sąlygos.Kai adatos galiukas buvo įkištas į vandenį ir želatiną, \(\text {PTE}_{2}\) vidurkis buvo \(\approx\) 95 %, o \(\text {PTE}_{2}\) – reikšmių vidurkis yra atitinkamai 73% ir 77% (\text {PTE}_{1}\) ir \(\text {PTE}_{3}\) (11 pav.).Tai rodo, kad didžiausias akustinės energijos perdavimas į liejimo terpę (pavyzdžiui, vandenį arba želatiną) vyksta ties \(f_2\).Panašus elgesys buvo pastebėtas ankstesniame tyrime, naudojant paprastesnes įrenginio struktūras 41–43 kHz dažniais, kur autoriai parodė įtampos atspindžio koeficientą, susijusį su įsiterpusios terpės mechaniniu moduliu.Įsiskverbimo gylis32 ir audinio mechaninės savybės suteikia adatos mechaninę apkrovą, todėl tikimasi, kad tai turės įtakos UZeFNAB rezonansiniam elgesiui.Todėl rezonanso sekimo algoritmus, tokius kaip 17, 18, 33, galima naudoti norint optimizuoti garso, perduodamo per rašiklį, galią.
Lenkimo bangos ilgio modeliavimas (7 pav.) rodo, kad ašiesimetrinis turi didesnį struktūrinį standumą (ty didesnį lenkimo standumą) ties galiuku nei lancetas ir asimetrinis kūgis.Išvedami iš (1) ir naudojant žinomą greičio ir dažnio santykį, mes įvertiname lanceto, asimetrinių ir ašiesimetrinių antgalių lenkimo standumą kaip atitinkamai 200, 20 ir 1500 MPa nuolydžius.Tai atitinka (\lambda _y\) 5,3, 1,7 ir 14,2 mm, esant 29,75 kHz, atitinkamai (7a–c pav.).Atsižvelgiant į klinikinį USeFNAB procedūros saugumą, reikia įvertinti geometrijos įtaką kampinio konstrukcijos standumui34.
Ištyrus nuožulniojo kampo parametrus ir vamzdžio ilgį (9 pav.), nustatyta, kad optimalus TL diapazonas asimetriniam (1,8 mm) buvo didesnis nei ašimetrinio nuožulnumo (1,3 mm).Be to, mobilumo plokščiakalnis atitinkamai svyruoja nuo 4 iki 4,5 mm ir nuo 6 iki 7 mm asimetrinio ir ašiesimetrinio posvyrio atveju (9a, b pav.).Praktinė šios išvados svarba išreiškiama gamybos tolerancijose, pavyzdžiui, mažesnis optimalaus TL diapazonas gali reikšti, kad reikia didesnio ilgio tikslumo.Tuo pačiu metu derliaus platforma suteikia didesnę nuolydžio ilgio pasirinkimo tam tikru dažniu toleranciją, nedarant reikšmingos įtakos derliui.
Tyrimas apima šiuos apribojimus.Tiesioginis adatos įlinkio matavimas naudojant krašto aptikimą ir didelės spartos vaizdavimą (12 pav.), reiškia, kad apsiribojame optiškai skaidriomis terpėmis, tokiomis kaip oras ir vanduo.Taip pat norėtume atkreipti dėmesį, kad mes nenaudojome eksperimentų, kad patikrintume imituojamą pernešimo mobilumą ir atvirkščiai, o naudojome FEM tyrimus, kad nustatytų optimalų pagamintos adatos ilgį.Praktinių apribojimų požiūriu lanceto ilgis nuo galo iki rankovės yra 0,4 cm ilgesnis nei kitų adatų (AX1-3), žr.3b.Tai galėjo turėti įtakos akikulinės struktūros modaliniam atsakui.Be to, bangolaidžio švino lydmetalio forma ir tūris (žr. 3 pav.) gali paveikti kaiščio konstrukcijos mechaninę varžą, todėl gali atsirasti mechaninės varžos ir lenkimo elgsenos klaidų.
Galiausiai eksperimentiškai parodėme, kad kampinė geometrija turi įtakos USeFNAB deformacijos dydžiui.Tais atvejais, kai didesnė deformacijos amplitudė gali turėti teigiamą poveikį adatos poveikiui audiniui, pavyzdžiui, pjovimo efektyvumui po punkcijos, USeFNAB galima rekomenduoti įprastą lancetą, nes jis užtikrina didžiausią nukreipimo amplitudę išlaikant pakankamą standumą. dizaino gale.Be to, neseniai atliktas tyrimas parodė, kad didesnis galiuko nukrypimas gali sustiprinti biologinį poveikį, pvz., kavitaciją, o tai gali padėti sukurti minimaliai invazinių chirurginių intervencijų programas.Atsižvelgiant į tai, kad įrodyta, kad didėjanti bendra akustinė galia padidina USeFNAB13 biopsijos išeigą, reikia atlikti tolesnius kiekybinius mėginių išeigos ir kokybės tyrimus, kad būtų galima įvertinti išsamią klinikinę tiriamos adatos geometrijos naudą.
Frable, WJ Smulkios adatos aspiracinė biopsija: apžvalga.Humph.serga.14:9-28.https://doi.org/10.1016/s0046-8177(83)80042-2 (1983).
Paskelbimo laikas: 2022-10-13