Paldies, ka apmeklējāt vietni Nature.com.Jūsu izmantotajai pārlūkprogrammas versijai ir ierobežots CSS atbalsts.Lai nodrošinātu vislabāko pieredzi, ieteicams izmantot atjauninātu pārlūkprogrammu (vai atspējot saderības režīmu pārlūkprogrammā Internet Explorer).Tikmēr, lai nodrošinātu nepārtrauktu atbalstu, mēs atveidosim vietni bez stiliem un JavaScript.
Nesen tika pierādīts, ka ultraskaņas izmantošana palielina audu daudzumu smalkās adatas aspirācijā ar ultraskaņas palīdzību (USeFNAB), salīdzinot ar parasto smalkās adatas aspirāciju (FNAB).Līdz šim saikne starp slīpuma ģeometriju un uzgaļa kustību nav rūpīgi pētīta.Šajā pētījumā mēs pētījām adatas rezonanses un novirzes amplitūdas īpašības dažādām adatas slīpuma ģeometrijām ar dažādu slīpuma garumu.Izmantojot parasto 3,9 mm slīpo lanceti, gala novirzes jaudas koeficients (DPR) gaisā un ūdenī bija attiecīgi 220 un 105 µm/W.Tas ir augstāks par asimetrisko 4 mm slīpo galu, nodrošinot attiecīgi 180 un 80 µm/W DPR gaisā un ūdenī.Šis pētījums uzsver, cik svarīga ir saikne starp slīpās ģeometrijas lieces stingrību dažādu ievietošanas līdzekļu kontekstā, un tāpēc tas var sniegt ieskatu metodēs, kā kontrolēt griešanas darbību pēc caurduršanas, mainot adatas slīpuma ģeometriju, kas ir svarīgi.USeFNAB lietojumprogrammai ir ļoti svarīgi.
Smalkās adatas aspirācijas biopsija (FNA) ir audu paraugu iegūšanas metode aizdomas par patoloģiju1,2,3, izmantojot adatu.Ir pierādīts, ka Franseen uzgalis nodrošina labāku diagnostisko veiktspēju nekā parastie Lancet4 un Menghini5 uzgaļi.Ir ierosināts arī asimetriskas (ti, apkārtmēru) slīpums, lai palielinātu histopatoloģiski atbilstošu paraugu iespējamību.
Biopsijas laikā adata tiek izlaista cauri ādas un audu slāņiem, lai piekļūtu aizdomīgiem bojājumiem.Jaunākie pētījumi liecina, ka ultraskaņa var samazināt iespiešanās spēku, kas nepieciešams, lai piekļūtu mīkstajiem audiem7,8,9,10.Ir pierādīts, ka adatas slīpuma ģeometrija ietekmē adatas mijiedarbības spēkus, piemēram, ir pierādīts, ka garākām slīpām malām ir mazāki audu iespiešanās spēki11.Pēc tam, kad adata ir iekļuvusi audu virsmā, ti, pēc punkcijas, adatas griešanas spēks var būt 75% no adatas mijiedarbības spēka ar audiem12.Ir pierādīts, ka pēc punkcijas fāzē ultraskaņa (ultraskaņa) palielina diagnostiskās mīksto audu biopsijas efektivitāti.Cieto audu paraugu ņemšanai ir izstrādātas citas ar ultraskaņu uzlabotas kaulu biopsijas metodes, taču nav ziņots par rezultātiem, kas uzlabotu biopsijas iznākumu.Daudzi pētījumi ir arī apstiprinājuši, ka mehāniskā pārvietošanās palielinās, pakļaujot ultraskaņas spriedzi 16, 17, 18.Lai gan ir daudz pētījumu par aksiālajiem (garenvirziena) statiskajiem spēkiem adatas un audu mijiedarbībā19, 20, ir ierobežoti pētījumi par adatas slīpuma laika dinamiku un ģeometriju ultraskaņas FNAB (USeFNAB) režīmā.
Šī pētījuma mērķis bija izpētīt dažādu slīpuma ģeometriju ietekmi uz adatas gala kustību adatā, ko darbina ultraskaņas liece.Jo īpaši mēs pētījām injekcijas vides ietekmi uz adatas gala novirzi pēc punkcijas tradicionālajiem adatas slīpumiem (ti, USeFNAB adatām dažādiem mērķiem, piemēram, selektīvai aspirācijai vai mīksto audu iegūšanai.
Šajā pētījumā tika iekļautas dažādas slīpuma ģeometrijas.(a) Lancet specifikācija atbilst ISO 7864:201636, kur \(\alpha\) ir primārais slīpums, \(\theta\) ir sekundārā slīpuma griešanās leņķis un \(\phi\) ir sekundārais slīpums. leņķis., pagriežot, grādos (\(^\circ\)).(b) Lineāras asimetriskas vienpakāpju nošķelnes (sauktas par “standarta” DIN 13097:201937) un (c) Lineāras asimetriskas (apkārtnes) viena pakāpiena noapaļojumi.
Mūsu pieeja sākas ar lieces viļņa garuma izmaiņu modelēšanu gar slīpumu tradicionālajām lancetes, asimetriskām un asimetriskām vienpakāpes slīpuma ģeometrijām.Pēc tam mēs aprēķinājām parametru pētījumu, lai pārbaudītu caurules slīpuma un garuma ietekmi uz pārneses mehānisko plūstamību.Tas ir nepieciešams, lai noteiktu optimālo garumu adatas prototipa izgatavošanai.Pamatojoties uz simulāciju, tika izgatavoti adatu prototipi un eksperimentāli raksturota to rezonanses uzvedība, izmērot sprieguma atstarošanas koeficientus un aprēķinot jaudas pārneses efektivitāti gaisā, ūdenī un 10% (w/v) ballistiskajā želatīnā, no kuras tika noteikta darba frekvence. .Visbeidzot, ātrgaitas attēlveidošanu izmanto, lai tieši izmērītu lieces viļņa novirzi adatas galā gaisā un ūdenī, kā arī novērtētu katrā slīpā leņķī piegādāto elektrisko jaudu un novirzes jaudas attiecības ģeometriju ( DPR) uz ievadīto barotni..
Kā parādīts 2.a attēlā, izmantojiet 21 gabarīta cauruli (0,80 mm OD, 0,49 mm ID, caurules sienas biezums 0,155 mm, standarta siena), lai noteiktu adatas cauruli ar caurules garumu (TL) un slīpuma leņķi (BL) saskaņā ar ISO. 9626:201621) 316 nerūsējošā tērauda (Young's modulis 205 \(\text {GN/m}^{2}\), blīvums 8070 kg/m\(^{3}\) un Puasona koeficients 0,275).
Liekšanas viļņa garuma noteikšana un galīgo elementu modeļa (FEM) regulēšana adatas un robežnosacījumiem.a) slīpuma garuma (BL) un caurules garuma (TL) noteikšana.(b) Trīsdimensiju (3D) galīgo elementu modelis (FEM), izmantojot harmoniskā punkta spēku \(\tilde{F}_y\vec {j}\), lai virzītu adatu proksimāli, novirzītu punktu un izmērītu ātrumu padoms (\ ( \tilde {u}_y\vec {j}\), \(\tilde{v}_y\vec {j}\)), lai aprēķinātu mehāniskās plūstamības pārnesi.\(\lambda _y\) ir definēts kā lieces viļņa garums attiecībā pret vertikālo spēku \(\tilde{F}_y\vec {j}\).(c) Smaguma centra, šķērsgriezuma laukuma A un inerces momentu \(I_{xx}\) un \(I_{yy}\) definīcijas attiecīgi ap x un y asīm.
Kā parādīts attēlā.2b,c bezgalīgam (bezgalīgam) staram ar šķērsgriezuma laukumu A un pie viļņa garuma, kas ir lielāks par stara šķērsgriezuma izmēru, saliekto (vai saliekto) fāzes ātrumu \(c_{EI }\) nosaka ar 22 :
kur E ir Janga modulis (\(\text {N/m}^{2}\)), \(\omega _0 = 2\pi f_0\) ir ierosmes leņķiskā frekvence (rad/s), kur \( f_0 \ ) ir lineārā frekvence (1/s vai Hz), I ir apgabala inerces moments ap interesējošo asi\((\text {m}^{4})\), \(m'=\ rho _0 A\ ) ir masa uz garuma vienību (kg/m), kur \(\rho _0\) ir blīvums\((\text {kg/m}^{3})\) un A ir krusts staru kūļa apgabala sadaļa (xy plakne) (\(\ text {m}^{2}\)).Tā kā mūsu piemērā pielietotais spēks ir paralēls vertikālajai y asij, ti, \(\tilde{F}_y\vec {j}\), mūs interesē tikai reģionālais inerces moments ap horizontālo x asi, ti, \(I_{xx}\), tātad:
Galīgo elementu modelim (FEM) tiek pieņemta tīra harmoniskā nobīde (m), tāpēc paātrinājums (\(\text {m/s}^{2}\)) tiek izteikts kā \(\partial ^2 \vec { u}/ \ daļēja t^2 = -\omega ^2\vec {u}\) kā \(\vec {u}(x, y, z, t): = u_x\vec {i} + u_y\ vec {j } + u_z\vec {k}\) ir trīsdimensiju nobīdes vektors, kas norādīts telpiskās koordinātēs.Pēdējā vietā saskaņā ar tās ieviešanu programmatūras pakotnē COMSOL Multiphysics (versija 5.4-5.5, COMSOL Inc., Masačūsetsa, ASV) impulsa līdzsvara likuma galīgās deformācijas Lagranža forma ir dota šādi:
kur \(\vec {\nabla}:= \frac{\partial}}{\partial x}\vec {i} + \frac{\partial}}{\partial y}\vec {j} + \frac{ \partial } N/ m}^{2}\)) un \(\vec {F_V}:= F_{V_x}\vec {i}+ F_{V_y}\vec {j}+ F_{V_z}\vec {k} \) ir ķermeņa spēka vektors (\(\text {N/m}^{3}\)) katram deformētajam tilpumam, un \(e^{j\phi }\) ir fāzes leņķa vektors\(\ phi \ ) (prieks).Mūsu gadījumā korpusa tilpuma spēks ir nulle, mūsu modelis pieņem ģeometrisku linearitāti un nelielu tīri elastīgu deformāciju, ti, kur \({\underline{\varepsilon}}^{el}\) un \({\pasvītrot {\varepsilon}}\) ir attiecīgi elastīgā deformācija un kopējā deformācija (otrās kārtas, bezizmēra).Huka konstitutīvā izotropā elastības tensors \(\underline{\underline{C}}\) tiek aprēķināts, izmantojot Janga moduli E (\(\text {N/m}^{2}\)) un tiek noteikta Puasona attiecība v, tātad, ti. \(\underline{\underline{C}}:=\underline{\underline{C}}(E,v)\) (ceturtā secība).Tātad stresa aprēķins kļūst par \({\underline{\sigma}} := \underline{\underline{C}}:{\underline{\varepsilon}}\).
Aprēķinos tiek izmantots 10 mezglu tetraedrisks elements ar elementa izmēru \(\le\) 8 µm.Adata tiek modelēta vakuumā, un pārnestās mehāniskās mobilitātes vērtība (ms-1 N-1) ir definēta kā \(|\tilde{Y}_{v_yF_y}|= |\tilde{v}_y\vec { j}|/ |\ tilde{F}_y\vec {j}|\)24, kur \(\tilde{v}_y\vec {j}\) ir rokas instrumenta izejas kompleksais ātrums un \( \ tilde {F}_y\ vec {j }\) ir sarežģīts dzinējspēks, kas atrodas caurules proksimālajā galā, kā parādīts 2.b attēlā.Pārvērtiet mehānisko plūstamību decibelos (dB), izmantojot maksimālo vērtību kā atsauci, ti, \(20\log _{10} (|\tilde{Y}|/ |\tilde{Y}_{max}|) \ ) .Visi FEM pētījumi tika veikti ar frekvenci 29, 75 kHz.
Adatas dizains (3. att.) sastāv no parastās 21 izmēra zemādas adatas (kat. Nr. 4665643, Sterican\(^\circledR\), ārējais diametrs 0,8 mm, garums 120 mm, AISI 304 nerūsējošais hroms-niķelis tērauds , B. Braun Melsungen AG, Melsungen, Vācija), kas aprīkots ar plastmasas Luer Lock uzmavu, kas izgatavota no polipropilēna proksimālajā galā un attiecīgi modificēta galā.Adatas caurule ir pielodēta pie viļņvada, kā parādīts 3.b attēlā.Viļņvadi tika izdrukāti uz nerūsējošā tērauda 3D printera (EOS 316L nerūsējošais tērauds uz EOS M 290 3D printera, 3D Formtech Oy, Jyväskylä, Somija) un pēc tam piestiprināti pie Langevin sensora, izmantojot M4 skrūves.Langevin sensors sastāv no 8 pjezoelektriskiem gredzena elementiem, kas abos galos ir noslogoti ar divām masām.
Četru veidu uzgaļi (foto), komerciāli pieejamā lancete (L) un trīs ražotās asimetriskas vienpakāpes slīpās malas (AX1-3) tika raksturotas ar slīpuma garumiem (BL) attiecīgi 4, 1,2 un 0,5 mm.a) Gatavās adatas gala tuvplāns.(b) Skats no augšas uz četrām tapām, kas pielodētas pie 3D drukātā viļņvada un pēc tam savienotas ar Langevin sensoru ar M4 skrūvēm.
Tika izgatavoti trīs asimetriskas slīpuma uzgaļi (3. att.) (TAs Machine Tools Oy) ar slīpuma garumiem (BL, kā noteikts 2.a attēlā) 4,0, 1,2 un 0,5 mm, kas atbilst \(\approx) 2 \(^ \ circ\), 7\(^\circ\) un 18\(^\circ\).Viļņvada un adatas masa ir attiecīgi 3,4 ± 0,017 g (vidējais ± sd, n = 4) slīpiem L un AX1-3 (Quintix\(^\circledR\) 224 Design 2, Sartorius AG, Getingena, Vācija) .L un AX1-3 slīpajām malām 3.b attēlā kopējais garums no adatas gala līdz plastmasas uzmavas galam bija attiecīgi 13,7, 13,3, 13,3 un 13,3 cm.
Visām adatas konfigurācijām garums no adatas gala līdz viļņvada galam (ti, līdz metinājuma laukumam) bija 4,3 cm, un adatas caurule bija vērsta ar griezumu uz augšu (ti, paralēli Y asij). , kā parādīts attēlā.c (2. att.).
Pielāgots skripts pakalpojumā MATLAB (R2019a, The MathWorks Inc., Masačūsetsa, ASV), kas darbojas datorā (Latitude 7490, Dell Inc., Teksasa, ASV), tika izmantots, lai ģenerētu lineāru sinusoidālu slaucīšanu no 25 līdz 35 kHz uz 7 sekundēm. nodošana Digitālā-analogā (DA) pārveidotājs (Analog Discovery 2, Digilent Inc., Vašingtona, ASV) pārveido par analogo signālu.Pēc tam analogais signāls \(V_0\) (0,5 Vp-p) tika pastiprināts ar speciālu radiofrekvences (RF) pastiprinātāju (Mariachi Oy, Turku, Somija).Krītošais pastiprinātais spriegums \({V_I}\) no RF pastiprinātāja ar izejas pretestību 50 omi tiek padots uz adatas konstrukcijā iebūvētu transformatoru ar ieejas pretestību 50 omi.Mehānisko viļņu ģenerēšanai tiek izmantoti Langevin devēji (priekšējie un aizmugurējie lieljaudas daudzslāņu pjezoelektriskie devēji).Pielāgotais RF pastiprinātājs ir aprīkots ar divu kanālu stāvviļņu jaudas koeficienta (SWR) mērītāju, kas reģistrē krītošo \({V_I}\) un atstaroto pastiprināto spriegumu\(V_R\) analogā-digitālā (AD) režīmā.ar paraugu ņemšanas frekvenci 300 kHz pārveidotājs (analogs Discovery 2).Ierosinājuma signāls tiek modulēts amplitūdas sākumā un beigās, lai novērstu pastiprinātāja ieejas pārslodzi ar pārejām.
Izmantojot pielāgotu skriptu, kas ieviests MATLAB, frekvences reakcijas funkcija (FRF), ti, \(\tilde{H}(f)\), tika aprēķināta bezsaistē, izmantojot divkanālu sinusoidālās slaucīšanas mērīšanas metodi (4. att.), kurā tiek pieņemts, ka linearitāte laikā.nemainīga sistēma.Turklāt tiek izmantots 20 līdz 40 kHz frekvenču joslas caurlaides filtrs, lai noņemtu signālam nevēlamās frekvences.Atsaucoties uz pārvades līniju teoriju, šajā gadījumā \(\tilde{H}(f)\) ir ekvivalents sprieguma atstarošanas koeficientam, ti, \(\rho _{V} \equiv {V_R}/{V_I}\ ) \) samazinās līdz \({V_R}^ 2 /{V_I}^2\ ) ir vienāds ar \(|\rho _{V}|^2\).Gadījumos, kad nepieciešamas absolūtās elektriskās jaudas vērtības, krītošā jauda \(P_I\) un atstarotā jauda \(P_R\) jauda (W) tiek aprēķināta, piemēram, ņemot atbilstošā sprieguma efektīvo vērtību (rms).pārvades līnijai ar sinusoidālu ierosmi \(P = {V}^2/(2Z_0)\)26, kur \(Z_0\) ir vienāds ar 50 \(\Omega\).Slodzei \(P_T\) (ti, ievietotajai barotnei) piegādāto elektrisko jaudu var aprēķināt kā \(|P_I – P_R |\) (W RMS), kā arī jaudas pārneses efektivitāti (PTE) un procentus ( %) var noteikt, kā tiek dota forma, tāpēc 27:
Pēc tam, izmantojot FRF, tiek aprēķinātas adatveida modālās frekvences \(f_{1-3}\) (kHz) un tām atbilstošie jaudas pārneses koeficienti \(\text {PTE}_{1{-}3} \).FWHM (\(\text {FWHM}_{1{-}3}\), Hz) aprēķināts tieši no \(\text {PTE}_{1{-}3}\), no 1. tabulas vienpusējs lineārais spektrs tiek iegūts pie aprakstītās modālās frekvences \(f_{1-3}\).
Adatu konstrukciju frekvences reakcijas (AFC) mērīšana.Lai iegūtu frekvences reakcijas funkciju \(\tilde{H}(f)\) un tās impulsa reakciju H(t), tiek izmantots sinusoidāls divkanālu slaucīšanas mērījums25,38.\({\mathcal {F}}\) un \({\mathcal {F}}^{-1}\) apzīmē attiecīgi ciparu saīsināšanas Furjē transformāciju un tās apgriezto transformāciju.\(\tilde{G}(f)\) ir divu signālu reizinājums frekvenču domēnā, piemēram, \(\tilde{G}_{XrX}\) ir apgrieztās skenēšanas produkts\(\tilde{ X} r (f)\ ) un kritiena spriegumu \(\tilde{X}(f)\) attiecīgi.
Kā parādīts 5. attēlā, ātrgaitas kamera (Phantom V1612, Vision Research Inc., NJ, ASV) ir aprīkota ar makro objektīvu (MP-E 65mm, \(f\)/2.8, 1-5\).(\times\), Canon Inc., Tokija, Japāna), lai reģistrētu galu novirzes lieces ierosmes laikā (vienfrekvences, nepārtraukta sinusoīda) 27,5–30 kHz frekvencēs.Lai izveidotu ēnu karti, aiz adatas gala tika novietots augstas intensitātes baltas gaismas diodes (daļas numurs: 4052899910881, balta LED, 3000 K, 4150 lm, Osram Opto Semiconductors GmbH, Rēgensburga, Vācija) atdzesēts elements.
Eksperimentālās iestatīšanas priekšskats.Dziļums tiek mērīts no barotnes virsmas.Adatas konstrukcija ir nostiprināta un uzstādīta uz motorizēta pārneses galda.Izmantojiet ātrgaitas kameru ar liela palielinājuma objektīvu (5\(\x\)), lai izmērītu slīpā leņķa novirzi.Visi izmēri norādīti milimetros.
Katram adatas slīpuma veidam mēs ierakstījām 300 ātrgaitas kameras kadrus ar 128 \(\x\) 128 pikseļiem, katrs ar telpisko izšķirtspēju 1/180 mm (\(\aptuveni) 5 µm), ar laika izšķirtspēja 310 000 kadru sekundē.Kā parādīts 6. attēlā, katrs kadrs (1) tiek apgriezts (2) tā, lai adatas gals atrastos kadra pēdējā rindā (apakšā), un tiek aprēķināta attēla histogramma (3), tādējādi Canny. var noteikt slieksni 1 un 2.Pēc tam lietojiet Canny malu noteikšanu 28(4) ar Sobel operatoru 3 \(\times\) 3 un aprēķiniet pozīcijas pikseļiem, kas nav hipotenūzi (apzīmēti ar \(\mathbf {\times }\)) bez kavitācijas 300 laika soļiem.Lai noteiktu gala novirzes diapazonu, aprēķiniet atvasinājumu (izmantojot centrālās atšķirības algoritmu) (6) un nosakiet rāmi (7), kas satur novirzes lokālās galējības (ti, maksimumu).Pēc bezkavitācijas malas vizuālas pārbaudes tika atlasīts kadru pāris (vai divi kadri ar puslaika intervālu) (7) un tika izmērīta gala novirze (apzīmēta kā \(\mathbf {\times }). \) ).Iepriekš minētais ir ieviests programmā Python (v3.8, Python Software Foundation, python.org), izmantojot OpenCV Canny malu noteikšanas algoritmu (v4.5.1, atvērtā pirmkoda datora redzes bibliotēka, opencv.org).Visbeidzot, novirzes jaudas koeficients (DPR, µm/W) tiek aprēķināts kā maksimālās un maksimālās novirzes attiecība pret pārraidīto elektrisko jaudu \(P_T\) (Wrms).
Izmantojot 7 pakāpju algoritmu (1–7), ieskaitot apgriešanu (1–2), Canny malu noteikšanu (3–4), aprēķinu, izmēra gala novirzes malas pikseļu pozīciju, izmantojot virkni kadru, kas ņemti no augstas ātruma kameru ar frekvenci 310 kHz (5) un tā laika atvasinājumu (6), un, visbeidzot, gala novirzes diapazonu mēra uz vizuāli pārbaudītiem kadru pāriem (7).
Mērīts gaisā (22,4-22,9°C), dejonizētā ūdenī (20,8-21,5°C) un 10% (w/v) ballistiskā želatīna ūdenī (19,7-23,0°C , \(\text {Honeywell}^{ \ text { TM}}\) \(\text {Fluka}^{\text {TM}}\) Liellopu un cūkgaļas kaulu želatīns I tipa ballistiskajai analīzei, Honeywell International, Ziemeļkarolīna, ASV).Temperatūra tika mērīta ar K veida termopāra pastiprinātāju (AD595, Analog Devices Inc., MA, ASV) un K veida termopāri (Fluke 80PK-1 Bead Probe Nr. 3648 Type-K, Fluke Corporation, Vašingtona, ASV).Izmantojiet vertikālu motorizētu Z ass skatuvi (8MT50-100BS1-XYZ, Standa Ltd., Viļņa, Lietuva), lai izmērītu dziļumu no materiāla virsmas (iestatīts kā Z ass sākumpunkts) ar izšķirtspēju 5 µm katrā solī.
Tā kā izlases lielums bija mazs (n = 5) un nevarēja pieņemt normālu, tika izmantots divu paraugu Vilkoksona rangu summas tests (R, v4.0.3, R Foundation for Statistical Computing, r-project.org). lai salīdzinātu dispersijas adatas galu apjomu dažādiem slīpumiem.Katram slīpumam tika veikti trīs salīdzinājumi, tāpēc tika piemērota Bonferroni korekcija ar koriģētu nozīmīguma līmeni 0,017 un kļūdu līmeni 5%.
Tālāk sniegta atsauce uz 7. attēlu.Pie 29,75 kHz 21 gabarīta adatas izliektais pusviļņa garums (\(\lambda _y/2\)) ir \(\aptuveni) 8 mm.Liekšanas viļņa garums samazinās gar slīpumu, tuvojoties galam.Galā \(\lambda _y/2\) ir attiecīgi 3, 1 un 7 mm pakāpju slīpumi parastajām lancetēm (a), asimetriskām (b) un asimetriskām (c).Tādējādi tas nozīmē, ka lancete atšķirsies par \(\apmēram\) 5 mm (sakarā ar to, ka abas lancetes plaknes veido punktu 29,30), asimetriskais slīpums mainīsies par 7 mm, bet simetriskais slīpums par 1 mm.Asimetriskas nogāzes (smaguma centrs paliek nemainīgs, tāpēc faktiski mainās tikai sienas biezums pa slīpumu).
FEM pētījuma pielietojums pie 29,75 kHz un vienādojuma.(1) Aprēķiniet lieces pusviļņa izmaiņas (\(\lambda _y/2\)) lancetei (a), asimetriskai (b) un asimetriskai (c) slīpajai ģeometrijai (kā 1.a,b,c attēlā).).Vidējais \(\lambda_y/2\) lancetu, asimetrisko un asimetrisko slīpumu gadījumā ir attiecīgi 5,65, 5,17 un 7,52 mm.Ņemiet vērā, ka uzgaļu biezums asimetriskām un asimetriskām slīpām malām ir ierobežots līdz \(\aptuveni) 50 µm.
Maksimālā mobilitāte \(|\tilde{Y}_{v_yF_y}|\) ir optimālā caurules garuma (TL) un slīpuma garuma (BL) kombinācija (8., 9. att.).Parastajai lancetei, tā kā tās izmērs ir fiksēts, optimālais TL ir \(\apmēram\) 29,1 mm (8. att.).Asimetriskām un asimetriskām nogāzēm (attiecīgi 9.a, b att.) FEM pētījumā tika iekļauts BL no 1 līdz 7 mm, tāpēc optimālie TL diapazoni bija no 26,9 līdz 28,7 mm (diapazons 1,8 mm) un no 27,9 līdz 29,2 mm (diapazons). 1,3 mm).) ), attiecīgi.Asimetriskām nogāzēm (9.a att.) optimālais TL palielinājās lineāri, sasniedzot plato pie BL 4 mm, un pēc tam strauji samazinājās no BL 5 līdz 7 mm.Asimetriskām nogāzēm (9.b att.) optimālais TL lineāri palielinās līdz ar BL pagarinājumu un visbeidzot stabilizējas pie BL no 6 līdz 7 mm.Paplašināts asimetrisko slīpumu pētījums (9.c att.) parādīja atšķirīgu optimālo TL kopu, kas atrodas \(\aptuveni) 35,1–37,1 mm.Visiem BL attālums starp divām optimālo TL kopām ir \(\apmēram\) 8 mm (ekvivalents \(\lambda _y/2\)).
Lancetes pārraides mobilitāte pie 29,75 kHz.Adatas caurule tika izlocīta ar frekvenci 29,75 kHz, vibrācija tika izmērīta beigās un izteikta kā pārraidītās mehāniskās mobilitātes apjoms (dB attiecībā pret maksimālo vērtību) TL 26,5-29,5 mm (0,1 mm solis).
FEM parametriskie pētījumi ar frekvenci 29, 75 kHz liecina, ka asimetriskā gala pārneses mobilitāti mazāk ietekmē caurules garuma izmaiņas nekā tā asimetriskā līdzinieka.Slīpu garuma (BL) un caurules garuma (TL) pētījumi asimetriskai (a) un asimetriskai (b, c) slīpuma ģeometrijai frekvenču domēna pētījumos, izmantojot FEM (robežnosacījumi parādīti 2. attēlā).(a, b) TL svārstījās no 26,5 līdz 29,5 mm (0,1 mm solis) un BL 1-7 mm (0,5 mm solis).(c) Paplašināts asimetriskā slīpā leņķa pētījums, kas ietver TL 25–40 mm (0,05 mm solis) un 0,1–7 mm (0,1 mm solis), kas atklāj vēlamo attiecību \(\lambda_y/2\) Ir izpildīti uzgaļa brīvas kustības robežnosacījumi.
Adatas struktūrai ir trīs dabiskās frekvences \(f_{1-3}\), kas sadalītas zemas, vidējas un augstas modālajos apgabalos, kā parādīts 1. tabulā. PTE izmērs ir parādīts 10. attēlā un pēc tam analizēts 11. attēlā. rezultāti katrai modālajai zonai:
Tipiskas reģistrētās momentānās jaudas pārneses efektivitātes (PTE) amplitūdas, kas iegūtas, izmantojot sinusoidālu ierosmi ar slīdēšanas frekvenci 20 mm dziļumā lancetei (L) un asimetriskām nogāzēm AX1-3 gaisā, ūdenī un želatīnā.Tiek parādīts vienpusējs spektrs.Izmērītā frekvences reakcija (300 kHz parauga frekvence) tika filtrēta zemas caurlaidības režīmā un pēc tam modālai analīzei samazināta par koeficientu 200.Signāla un trokšņa attiecība ir \(\le\) 45 dB.PTE fāze (violeta punktēta līnija) ir parādīta grādos (\(^{\circ}\)).
Modālās reakcijas analīze ir parādīta 10. attēlā (vidējā ± standartnovirze, n = 5) L un AX1-3 slīpumiem gaisā, ūdenī un 10% želatīnā (20 mm dziļumā) ar (augšējā) trim modālajiem apgabaliem (zems). , vidējs, augsts).), un to atbilstošās modālās frekvences\(f_{1-3}\) (kHz), (vidējā) energoefektivitāte\(\text {PTE}_{1{-}3 }\) izmanto projektēšanas vienādojumus.(4) un (apakšā) ir attiecīgi pilns platums uz pusi no maksimālās izmērītās vērtības \(\text {FWHM}_{1{-}3}\) (Hz).Ņemiet vērā, ka, ierakstot zemu PTE, ti, AX2 slīpuma gadījumā, joslas platuma mērījums tiek izlaists, \(\text {FWHM}_{1}\).\(f_2\) režīms tiek uzskatīts par vispiemērotāko slīpo plakņu novirzes salīdzināšanai, jo tas demonstrē visaugstāko jaudas pārneses efektivitātes līmeni (\(\text {PTE}_{2}\)), līdz pat 99% .
Pirmais modālais apgabals: \(f_1\) nav daudz atkarīgs no ievietotā datu nesēja veida, bet ir atkarīgs no slīpuma ģeometrijas.\(f_1\) samazinās, samazinoties slīpuma garumam (attiecīgi 27,1, 26,2 un 25,9 kHz AX1-3, gaisā).Vidējie reģionālie rādītāji \(\text {PTE}_{1}\) un \(\text {FWHM}_{1}\) ir attiecīgi \(\apmēram\) 81% un 230 Hz.\(\text {FWHM}_{1}\) bija lielākais Lancet želatīna saturs (L, 473 Hz).Ņemiet vērā, ka \(\text {FWHM}_{1}\) AX2 želatīnā nevar novērtēt ziņoto frekvences reakciju zemā apjoma dēļ.
Otrais modālais apgabals: \(f_2\) ir atkarīgs no pastas veida un slīpā materiāla veida.Gaisā, ūdenī un želatīnā vidējās \(f_2\) vērtības ir attiecīgi 29,1, 27,9 un 28,5 kHz.Arī šī modālā reģiona PTE sasniedza 99%, kas ir augstākais starp visām mērījumu grupām ar reģionālo vidējo rādītāju 84%.Apgabala vidējais \(\text {FWHM}_{2}\) ir \(\apmēram\) 910 Hz.
Trešais modālais apgabals: \(f_3\) Biežums ir atkarīgs no ievietošanas vides un slīpuma veida.Vidējās \(f_3\) vērtības ir attiecīgi 32,0, 31,0 un 31,3 kHz gaisā, ūdenī un želatīnā.\(\text {PTE}_{3}\) reģionālais vidējais rādītājs ir \(\aptuveni\) 74%, kas ir zemākais no jebkura reģiona.Reģiona vidējais \(\text {FWHM}_{3}\) ir \(\aptuveni\) 1085 Hz, kas ir augstāks nekā pirmajā un otrajā reģionā.
Tālāk norādīts uz att.12. un 2. tabula. Lancete (L) visvairāk (ar lielu nozīmi visiem galiem, \(p<\) 0,017) novirzījās gan gaisā, gan ūdenī (12.a att.), sasniedzot augstāko DPR (līdz 220 µm/). W gaisā). 12. un 2. tabula. Lancete (L) visvairāk (ar lielu nozīmi visiem galiem, \(p<\) 0,017) novirzījās gan gaisā, gan ūdenī (12.a att.), sasniedzot augstāko DPR (līdz 220 µm/). W gaisā). 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 . Sekojošais attiecas uz 12. attēlu un 2. tabulu. Lancete (L) visvairāk novirzījās (ar lielu nozīmi visiem uzgaļiem, \(p<\) 0,017) gan gaisā, gan ūdenī (12.a attēls), sasniedzot augstāko DPR.(līdz 220 μm/W gaisā).Tālāk sniegta atsauce uz 12. attēlu un 2. tabulu.柳叶刀(L) 在空气和水中（图12a）中偏转最大（对所有尖端具有高度意0猼 07高度意0)最高DPR （空气中高达220 µm/W）.柳叶刀(L) ir vislielākā novirze gaisā un ūdenī (图12a) (对所述尖端是对尖端是是电影,\(p<\) 0,017), un tas sasniedza augstāko DPR (līdz µm/20). W gaisā). Ланцет (L) имеет наибольшее отклонение (весьма значимое для всех наконечников, \(p<\) 0,017) в вости я самого высокого DPR (до 220 мкм/Вт в воздухе). Lancetei (L) ir vislielākā novirze (ļoti nozīmīga visiem uzgaļiem, \(p<\) 0,017) gaisā un ūdenī (12.a att.), sasniedzot augstāko DPR (līdz 220 µm/W gaisā). Gaisā AX1, kuram bija augstāks BL, novirzījās augstāk par AX2–3 (ar nozīmīgumu \(p<\) 0,017), savukārt AX3 (kuram bija zemākais BL) novirzīja vairāk nekā AX2 ar DPR 190 µm/W. Gaisā AX1, kuram bija augstāks BL, novirzījās augstāk par AX2–3 (ar nozīmīgumu \(p<\) 0,017), savukārt AX3 (kuram bija zemākais BL) novirzīja vairāk nekā AX2 ar DPR 190 µm/W. В воздухе AX1 с более высоким BL отклонялся выше, чем AX2–3 (со значимостью \(p<\) 0,017), BL токсоким ( онялся больше, чем AX2 с DPR 190 мкм/Вт. Gaisā AX1 ar augstāku BL novirzījās augstāk par AX2–3 (ar nozīmīgumu \(p<\) 0,017), savukārt AX3 (ar zemāko BL) novirzījās vairāk nekā AX2 ar 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，\(p<\)缉有彁恷恷有，而AX3（转大于AX2, DPR 为 190 µm/W. Gaisā AX1 novirze ar lielāku BL ir lielāka nekā AX2-3 (ievērojami, \(p<\) 0,017), un AX3 (ar zemāko BL) novirze ir lielāka nekā AX2, DPR ir 190 µm/W. В воздухе AX1 с более высоким BL имеет большее отклонение, чем AX2-3 (значимо, \(p<\) 0,017), токсимаким (BL) ет большее отклонение, чем AX2 с DPR 190 мкм/Вт. Gaisā AX1 ar lielāku BL ir lielāka novirze nekā AX2-3 (nozīmīga, \(p<\) 0,017), turpretim AX3 (ar zemāko BL) novirze ir lielāka nekā AX2 ar DPR 190 μm/W. Ūdenī pie 20 mm būtiskas atšķirības (\(p>\) 0,017) netika konstatētas novirzē un PTE AX1–3. Ūdenī pie 20 mm būtiskas atšķirības (\(p>\) 0,017) netika konstatētas novirzē un PTE AX1–3. В воде на глубине 20 мм достоверных различий (\(p>\) 0,017) по прогибу и ФТР для AX1–3 не обнаруже Ūdenī 20 mm dziļumā AX1–3 tika konstatētas būtiskas atšķirības (\(p>\) 0,017) novirzē un FTR.在20 mm 的水中，AX1-3 的挠度和PTE 没有显着差异(\(p>\) 0,017). 20 mm ūdenī nebija būtiskas atšķirības starp AX1-3 un PTE (\(p>\) 0,017). На глубине 20 мм прогиб и PTE AX1-3 существенно не отличались (\(p>\) 0,017). 20 mm dziļumā izliece un PTE AX1-3 būtiski neatšķīrās (\(p>\) 0,017).PTE līmenis ūdenī (90,2–98,4%) kopumā bija augstāks nekā gaisā (56–77,5%) (12.c att.), un eksperimenta laikā ūdenī tika novērota kavitācijas parādība (13. att., skatīt arī papildu informācija).
Uzgaļu lieces amplitūdas mērījumi (vidējā ± standartnovirze, n = 5) L un AX1-3 slīpajām malām gaisā un ūdenī (dziļums 20 mm) atklāja slīpumu ģeometrijas maiņas efektu.Mērījumus iegūst, izmantojot nepārtrauktu vienas frekvences sinusoidālu ierosmi.(a) Maksimālā novirze (\(u_y\vec {j}\)) virsotnē, mērīta (b) to attiecīgajās modālajās frekvencēs \(f_2\).(c) Enerģijas pārvades efektivitāte (PTE, rms, %) kā vienādojums.(4) un (d) Novirzes jaudas koeficients (DPR, µm/W), kas aprēķināts kā maksimālā novirze un pārraides jauda \(P_T\) (Wrms).
Tipisks ātrgaitas kameras ēnu grafiks, kas parāda lancetes gala (zaļas un sarkanas punktētas līnijas) un asimetriskā gala (AX1-3) kopējo novirzi ūdenī (dziļums 20 mm), pusciklu, piedziņas frekvenci \(f_2\) (frekvences 310 kHz iztveršana).Uzņemtā pelēktoņu attēla izmēri ir 128 × 128 pikseļi ar pikseļu izmēru \(\aptuveni) 5 µm.Video var atrast papildu informācijā.
Tādējādi mēs modelējām lieces viļņa garuma izmaiņas (7. att.) un aprēķinājām mehānisko mobilitāti pārvietošanai parastajām lancetiskām, asimetriskām un aksiālām caurules garuma un slīpuma kombinācijām (8., 9. att.).Simetriska slīpā ģeometrija.Pamatojoties uz pēdējo, mēs aprēķinājām, ka optimālais attālums no galos līdz metinājumam ir 43 mm (vai \(\approx\) 2,75\(\lambda_y\) pie 29,75 kHz), kā parādīts 5. attēlā, un izgatavojām trīs asimetriskas slīpas ar dažādi slīpuma garumi.Pēc tam mēs raksturojām to frekvences reakcijas salīdzinājumā ar parastajām lancetēm gaisā, ūdenī un 10% (w/v) ballistiskajā želatīnā (10., 11. attēls) un noteicām labāko gadījumu slīpuma novirzes režīma salīdzināšanai.Visbeidzot, mēs izmērījām uzgaļa novirzi, liekot vilni gaisā un ūdenī 20 mm dziļumā, un kvantitatīvi noteicām ievadītās vides jaudas pārneses efektivitāti (PTE, %) un novirzes jaudas koeficientu (DPR, µm / W) katram slīpumam.veids (12. att.).
Rezultāti liecina, ka ģeometrijas slīpuma ass ietekmē gala ass amplitūdas novirzi.Lancetei bija vislielākais izliekums un arī vislielākā DPR salīdzinājumā ar asimetrisko slīpumu, savukārt asimetriskajam slīpumam bija mazāka vidējā novirze (12. att.). Asi simetriskā 4 mm slīpā mala (AX1) ar garāko slīpuma garumu sasniedza statistiski nozīmīgi lielāko novirzi gaisā (\(p < 0,017\), 2. tabula), salīdzinot ar citām asimetriskām adatām (AX2–3), bet, ievietojot adatu ūdenī, būtiskas atšķirības netika novērotas. Asi simetriskā 4 mm slīpā mala (AX1) ar garāko slīpuma garumu sasniedza statistiski nozīmīgi lielāko novirzi gaisā (\(p < 0,017\), 2. tabula), salīdzinot ar citām asimetriskām adatām (AX2–3), bet, ievietojot adatu ūdenī, būtiskas atšķirības netika novērotas. Осесимметричный скос 4 мм (AX1), имеющий наибольшую длину скоса, достиг статистически значимого вххунольши е (\(p <0,017\), таблица 2) по сравнению с другими осесимметричными иглами (AX2–3). Asimetriskā slīpā mala 4 mm (AX1), kurai ir vislielākais slīpuma garums, sasniedza statistiski nozīmīgi lielāku novirzi gaisā (\(p < 0,017\), 2. tabula), salīdzinot ar citām asimetriskām adatām (AX2–3).bet, ievietojot adatu ūdenī, būtiskas atšķirības netika novērotas.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) 在䮟膡气与羺気着的最高偏转(\(p < 0,017\)，表2)，但当将针头放入水中时，没有观察到显着差异. Salīdzinot ar citām aksiāli simetriskām adatām (AX2-3), tai ir garākais slīpais leņķis 4 mm aksiāli simetrisks (AX1) gaisā, un tas ir sasniedzis statistiski nozīmīgu maksimālo novirzi (\(p < 0,017\), 2. tabula) , bet, ievietojot adatu ūdenī, būtiska atšķirība netika novērota. 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. Asimetriskais slīpums ar garāko slīpuma garumu 4 mm (AX1) nodrošināja statistiski nozīmīgu maksimālo novirzi gaisā, salīdzinot ar citiem asimetriskiem slīpumiem (AX2-3) (\(p < 0,017\), 2. tabula), bet nebija. būtiska atšķirība.tiek novērota, ievietojot adatu ūdenī.Tādējādi lielākam slīpuma garumam nav acīmredzamu priekšrocību pīķa gala novirzes ziņā.Ņemot to vērā, izrādās, ka šajā pētījumā pētītajai slīpuma ģeometrijai ir lielāka ietekme uz amplitūdas novirzi nekā slīpuma garumam.Tas var būt saistīts, piemēram, ar lieces stingrību atkarībā no liekamā materiāla un konstrukcijas adatas kopējā biezuma.
Eksperimentālajos pētījumos atstarotā lieces viļņa lielumu ietekmē gala robežnosacījumi.Kad adatas gals tika ievietots ūdenī un želatīnā, \(\text {PTE}_{2}\) vidējais rādītājs \(\approx\) 95% un \(\text {PTE}_{2}\) vidējā vērtība ir attiecīgi 73% un 77% (\text {PTE}_{1}\) un \(\text {PTE}_{3}\) (11. att.).Tas norāda, ka maksimālā akustiskās enerģijas pārnešana uz liešanas vidi (piemēram, ūdeni vai želatīnu) notiek pie \(f_2\).Līdzīga uzvedība tika novērota iepriekšējā pētījumā, izmantojot vienkāršākas ierīču struktūras 41–43 kHz frekvencēs, kur autori demonstrēja sprieguma atstarošanas koeficientu, kas saistīts ar interkalētās vides mehānisko moduli.Iespiešanās dziļums32 un audu mehāniskās īpašības nodrošina adatas mehānisku slodzi, un tāpēc ir paredzams, ka tie ietekmēs UZeFNAB rezonanses darbību.Tāpēc, lai optimizētu caur irbuli pārraidītās skaņas jaudu, var izmantot rezonanses izsekošanas algoritmus, piemēram, 17, 18, 33.
Liekuma viļņa garuma modelēšana (7. att.) parāda, ka asimetriskam ir augstāka strukturālā stingrība (ti, lielāka lieces stingrība) galā nekā lancetei un asimetriskajam slīpumam.Atvasināts no (1) un izmantojot zināmo ātruma-frekvences attiecību, mēs novērtējam lancetes, asimetrisko un asimetrisko galu lieces stingrību kā slīpumus \ (\aptuveni) 200, 20 un 1500 MPa.Tas atbilst (\lambda _y\) attiecīgi 5,3, 1,7 un 14,2 mm pie 29,75 kHz (7.a–c att.).Ņemot vērā USeFNAB procedūras klīnisko drošību, ir jānovērtē ģeometrijas ietekme uz slīpuma konstrukcijas stingrību34.
Slīpuma parametru un caurules garuma izpēte (9. att.) parādīja, ka optimālais TL diapazons asimetriskajam (1,8 mm) bija augstāks nekā asimetriskajam slīpumam (1,3 mm).Turklāt mobilitātes plato svārstās attiecīgi no 4 līdz 4,5 mm un no 6 līdz 7 mm asimetriskajam un asimetriskam slīpumam (9.a, b att.).Šī atraduma praktiskā nozīme ir izteikta ražošanas pielaidēs, piemēram, zemāks optimālā TL diapazons var nozīmēt nepieciešamību pēc lielākas garuma precizitātes.Tajā pašā laikā ražas platforma nodrošina lielāku pielaidi slīpuma garuma izvēlei noteiktā frekvencē, būtiski neietekmējot ražu.
Pētījums ietver šādus ierobežojumus.Tieša adatas novirzes mērīšana, izmantojot malu noteikšanu un liela ātruma attēlveidošanu (12. attēls), nozīmē, ka mēs aprobežojamies ar optiski caurspīdīgiem materiāliem, piemēram, gaisu un ūdeni.Vēlamies arī norādīt, ka mēs neizmantojām eksperimentus, lai pārbaudītu simulēto pārneses mobilitāti un otrādi, bet izmantojām FEM pētījumus, lai noteiktu izgatavotās adatas optimālo garumu.No praktisko ierobežojumu viedokļa lancetes garums no gala līdz piedurknei ir par 0,4 cm garāks nekā citām adatām (AX1-3), skatīt att.3b.Tas varēja ietekmēt adatveida struktūras modālo reakciju.Turklāt viļņvada svina lodmetāla forma un tilpums (sk. 3. attēlu) var ietekmēt tapas konstrukcijas mehānisko pretestību, kā rezultātā rodas kļūdas mehāniskajā pretestībā un lieces darbībā.
Visbeidzot, mēs esam eksperimentāli pierādījuši, ka slīpuma ģeometrija ietekmē USeFNAB novirzes apjomu.Situācijās, kad lielāka novirzes amplitūda var pozitīvi ietekmēt adatas ietekmi uz audiem, piemēram, griešanas efektivitāti pēc punkcijas, USeFNAB var ieteikt parasto lanceti, jo tā nodrošina vislielāko novirzes amplitūdu, vienlaikus saglabājot pietiekamu stingrību. dizaina galā.Turklāt nesen veikts pētījums ir parādījis, ka lielāka galu novirze var uzlabot bioloģiskos efektus, piemēram, kavitāciju, kas var palīdzēt izstrādāt lietojumus minimāli invazīvām ķirurģiskām iejaukšanās darbībām.Ņemot vērā to, ka ir pierādīts, ka pieaugošā kopējā akustiskā jauda palielina USeFNAB13 biopsijas iznākumu, ir nepieciešami turpmāki kvantitatīvi pētījumi par paraugu iznākumu un kvalitāti, lai novērtētu pētītās adatas ģeometrijas detalizēto klīnisko ieguvumu.
Frable, WJ Smalkas adatas aspirācijas biopsija: pārskats.Humph.Slims.14:9-28.https://doi.org/10.1016/s0046-8177(83)80042-2 (1983).
Izlikšanas laiks: 13. oktobris 2022