Ви благодариме што ја посетивте Nature.com.Верзијата на прелистувачот што ја користите има ограничена поддршка за CSS.За најдобро искуство, препорачуваме да користите ажуриран прелистувач (или да го оневозможите режимот на компатибилност во Internet Explorer).Во меѓувреме, за да обезбедиме континуирана поддршка, ќе ја направиме страницата без стилови и JavaScript.
Неодамна беше докажано дека употребата на ултразвук го зголемува приносот на ткивото при аспирација со фини игли со помош на ултразвук (USeFNAB) во споредба со конвенционалната аспирација со фини иглички (FNAB).До денес, односот помеѓу геометријата на косите и движењето на врвот не е темелно проучен.Во оваа студија, ги истражувавме својствата на резонанцијата на иглата и амплитудата на отклонување за различни геометрии на откос на иглата со различни должини на откос.Со користење на конвенционален заоблен ланцет од 3,9 mm, факторот на моќност на отклонување на врвот (DPR) во воздухот и водата беше 220 и 105 µm/W, соодветно.Ова е повисоко од оскисиметричниот закосениот врв од 4 mm, обезбедувајќи 180 и 80 µm/W DPR во воздух и вода, соодветно.Оваа студија ја нагласува важноста на односот помеѓу вкочанетоста на свиткување на геометријата на косите во контекст на различни средства за вметнување, и затоа може да обезбеди увид во методите за контролирање на дејството на сечењето по пирсинг со менување на геометријата на наклонот на иглата, што е важно.за апликација USeFNAB е критична.
Теноиглена аспирациона биопсија (FNA) е метод за добивање на примероци од ткиво за сомнителна патологија1,2,3 со помош на игла.Се покажа дека врвот Franseen обезбедува повисоки дијагностички перформанси од конвенционалните совети Lancet4 и Menghini5.Аксисиметрични (т.е. периферни) падини се исто така предложени за да се зголеми веројатноста за хистопатолошки соодветни примероци.
За време на биопсијата, иглата се пренесува низ слоевите на кожата и ткивото за да се добие пристап до сомнителни лезии.Неодамнешните студии покажаа дека ултразвукот може да ја намали силата на пенетрација потребна за пристап до меките ткива7,8,9,10.Се покажа дека геометријата на откосите на иглата влијае на силите на интеракцијата на иглата, на пример, се покажа дека подолгите отсеци имаат помали сили на пенетрација во ткивото11.Откако иглата ќе навлезе во површината на ткивото, односно по пункција, силата на сечење на иглата може да биде 75% од силата на интеракцијата на иглата со ткивото12.Се покажа дека во фазата по пункција, ултразвукот (ултразвук) ја зголемува ефикасноста на дијагностичката биопсија на меките ткива.Други техники за биопсија на коските зајакнати со ултразвук се развиени за земање примероци од тврдо ткиво, но не се пријавени резултати кои го подобруваат приносот на биопсијата.Бројни студии исто така потврдија дека механичкото поместување се зголемува кога е подложено на ултразвучен стрес16,17,18.Иако има многу студии за аксијалните (надолжни) статички сили во интеракциите меѓу игла-ткиво19,20, постојат ограничени студии за временската динамика и геометријата на откос на иглата под ултразвучен FNAB (USeFNAB).
Целта на оваа студија беше да се истражи ефектот на различните геометрии на коси на движењето на врвот на иглата во игла управувана со ултразвучно свиткување.Конкретно, го испитавме ефектот на медиумот за инјектирање врз отклонувањето на врвот на иглата по пункција за традиционалните закосени игли (т.е. USeFNAB игли за различни намени, како што се селективна аспирација или стекнување на меко ткиво.
Во оваа студија беа вклучени различни геометрии на коси.(а) Спецификациите Lancet се усогласени со ISO 7864:201636 каде \(\alpha\) е примарна откос, \(\theta\) е аголот на ротација на секундарниот откос и \(\phi\) е секундарната откос агол., кога се ротира, во степени (\(^\circ\)).(б) Линеарни асиметрични единечни шпорети (наречени „стандардни“ во DIN 13097:201937) и (в) Линеарни оскисиметрични (обемни) единечни шпорети.
Нашиот пристап започнува со моделирање на промената на брановата должина на свиткување долж откос за конвенционалните геометрии на копје, оскисиметрични и асиметрични едностепени наклони.Потоа пресметавме параметарска студија за да го испитаме ефектот на наклонот и должината на цевката врз механичката флуидност на преносот.Ова е неопходно за да се одреди оптималната должина за изработка на прототип на игла.Врз основа на симулацијата, беа направени прототипови на игли и нивното резонантно однесување беше експериментално карактеризирано со мерење на коефициентите на рефлексија на напон и пресметување на ефикасноста на пренос на моќност во воздух, вода и 10% (w/v) балистички желатин, од кои беше одредена работната фреквенција. .Конечно, снимањето со голема брзина се користи за директно мерење на отклонувањето на бранот на свиткување на врвот на иглата во воздух и вода, како и за проценка на електричната енергија испорачана на секој кос агол и геометријата на односот на моќта на отклонување ( DPR) на инјектираниот медиум..
Како што е прикажано на слика 2а, користете цевка со 21 мерач (0,80 mm OD, 0,49 mm ID, дебелина на ѕидот на цевката 0,155 mm, стандарден ѕид) за да ја дефинирате цевката за игла со должина на цевката (TL) и агол на откос (BL) во согласност со ISO 9626:201621) во 316 нерѓосувачки челик (Модул на Јанг 205 \(\text {GN/m}^{2}\), густина 8070 kg/m\(^{3}\) и Поасонов сооднос 0,275 ).
Определување на брановата должина на свиткување и подесување на моделот на конечни елементи (FEM) за игла и гранични услови.(а) Определување на должината на косината (BL) и должината на цевката (TL).(б) Тридимензионален (3D) модел на конечни елементи (FEM) со помош на хармонична точкаст сила \(\tilde{F}_y\vec {j}\) за да се придвижи иглата проксимално, да се отклони точката и да се измери брзината на совет (\ ( \tilde {u}_y\vec {j}\), \(\tilde{v}_y\vec {j}\)) за да се пресмета преносот на механичка флуидност.\(\lambda _y\) се дефинира како бранова должина на свиткување во однос на вертикалната сила \(\tilde{F}_y\vec {j}\).(в) Дефиниции за центарот на гравитација, областа на пресекот A и моментите на инерција \(I_{xx}\) и \(I_{yy}\) околу оските x и y, соодветно.
Како што е прикажано на сл.2b,c, за бесконечен (бесконечен) зрак со површина на пресек А и со бранова должина поголема од големината на пресекот на зракот, брзината на свиткана (или свиткана) фаза \( c_{EI }\) се одредува со 22 :
каде E е Јанг-овиот модул (\(\text {N/m}^{2}\)), \(\omega _0 = 2\pi f_0\) е аголната фреквенција на возбуда (rad/s), каде што \( f_0 \ ) е линеарна фреквенција (1/s или Hz), I е моментот на инерција на областа околу оската на интерес\((\text {m}^{4})\), \(m'=\ rho _0 A\ ) е масата по единица должина (kg/m), каде \(\rho _0\) е густината\((\text {kg/m}^{3})\) и A е крстот дел од областа на зракот (xy рамнина) (\(\ текст {m}^{2}\)).Бидејќи силата применета во нашиот пример е паралелна со вертикалната y-оска, т.е. \(\tilde{F}_y\vec {j}\), ние сме заинтересирани само за регионалниот момент на инерција околу хоризонталната x-оска, т.е. \(I_{xx}\), значи:
За моделот на конечни елементи (FEM), се претпоставува чисто хармонично поместување (m), така што забрзувањето (\(\text {m/s}^{2}\)) се изразува како \(\делумно ^2 \vec { u}/ \ делумно t^2 = -\omega ^2\vec {u}\) како \(\vec {u}(x, y, z, t): = u_x\vec {i} + u_y\ vec {j } + u_z\vec {k}\) е тродимензионален вектор на поместување даден во просторни координати.Наместо второто, во согласност со неговата имплементација во софтверскиот пакет COMSOL Multiphysics (верзии 5.4-5.5, COMSOL Inc., Масачусетс, САД), лагранжовата форма на конечна деформација на законот за рамнотежа на импулсот е дадена на следниов начин:
каде \(\vec {\nabla}:= \frac{\partial}}{\partial x}\vec {i} + \frac{\partial}}{\partial y}\vec {j} + \frac{ \partial }{\partial z}\vec {k}\) е оператор за дивергенција на тензорот, \({\underline{\sigma}}\) е вториот тензор на стрес на Piola-Kirchhoff (втор ред, \(\ text { N/ m}^{2}\)) и \(\vec {F_V}:= F_{V_x}\vec {i}+ F_{V_y}\vec {j}+ F_{V_z}\vec {k} \) е векторот на телесната сила (\(\text {N/m}^{3}\)) за секој деформиран волумен, и \(e^{j\phi }\) е векторот на фазен агол\(\ phi \ ) ( мило).Во нашиот случај, волуменската сила на телото е нула, нашиот модел претпоставува геометриска линеарност и мала чисто еластична деформација, т.е. каде \({\underline{\varepsilon}}^{el}\) и \({\ underline {\varepsilon}}\) се еластично деформирање и вкупно деформирање (втор ред, бездимензионално), соодветно.Хуковиот конститутивен тензор за изотропна еластичност \(\underline{\underline{C}}\) се пресметува со помош на Јанг-овиот модул E (\(\text {N/m}^{2}\)) и се одредува Поасонов сооднос v, па т.е. \(\underline{\underline{C}}:=\underline{\underline{C}}(E,v)\) (четврт ред).Така, пресметката на стресот станува \({\underline{\sigma}} := \underline{\underline{C}}:{\underline{\varepsilon}}\).
Пресметката користи тетраедарски елемент од 10 јазли со големина на елементот \(\le\) од 8 µm.Иглата е моделирана во вакуум, а вредноста на пренесената механичка подвижност (ms-1 N-1) е дефинирана како \(|\tilde{Y}_{v_yF_y}|= |\tilde{v}_y\vec { j}|/ |\ tilde{F}_y\vec {j}|\)24, каде што \(\tilde{v}_y\vec {j}\) е излезна комплексна брзина на рачката и \( \ tilde {F}_y\ vec {j }\) е сложена движечка сила сместена на проксималниот крај на цевката, како што е прикажано на слика 2б.Преведете ја механичката флуидност во децибели (dB) користејќи ја максималната вредност како референца, т.е. \(20\log _{10} (|\tilde{Y}|/ |\tilde{Y}_{max}|) \ ) .Сите FEM студии беа спроведени на фреквенција од 29,75 kHz.
Дизајнот на иглата (слика 3) се состои од конвенционална хиподермична игла со 21 калибар (Кат. бр. 4665643, Sterican\(^\circledR\), надворешен дијаметар 0,8 mm, должина 120 mm, AISI 304 не'рѓосувачки хром-никел челик , B. Braun Melsungen AG, Melsungen, Германија) опремен со пластична чаура Luer Lock направена од полипропилен на проксималниот крај и соодветно модифицирана на крајот.Цевката со игла е залемена на брановодот како што е прикажано на сл. 3б.Брановите водичи беа испечатени на 3D печатач од не'рѓосувачки челик (нерѓосувачки челик EOS 316L на 3D печатач EOS M 290, 3D Formtech Oy, Jyväskylä, Финска) и потоа беа прикачени на сензорот Langevin со помош на завртки M4.Сензорот Langevin се состои од 8 пиезоелектрични прстенести елементи оптоварени на двата краја со две маси.
Четирите типа на врвови (фото), комерцијално достапен копје (L) и три произведени оскисиметрични едностепени косини (AX1-3) се карактеризираа со должини на косите (BL) од 4, 1,2 и 0,5 mm, соодветно.(а) Одблиску на готовиот врв на иглата.(б) Горен поглед на четири иглички залемени на 3D печатениот брановод и потоа поврзани со сензорот Langevin со M4 завртки.
Беа произведени три оскисиметрични коси врвови (слика 3) (TAs Machine Tools Oy) со должини на коси (BL, како што е дефинирано на слика 2а) од 4,0, 1,2 и 0,5 mm, што одговара на \(\приближно) 2 \(^ \ circ\), 7\(^\circ\) и 18\(^\circ\) соодветно.Масата на брановодот и иглата е 3,4 ± 0,017 g (средна вредност ± sd, n = 4) за коси L и AX1-3, соодветно (Quintix\(^\circledR\) 224 Design 2, Sartorius AG, Göttingen, Германија) .За косите L и AX1-3 на слика 3б, вкупната должина од врвот на иглата до крајот на пластичниот чаур беше 13,7, 13,3, 13,3 и 13,3 cm, соодветно.
За сите конфигурации на иглата, должината од врвот на иглата до врвот на брановодот (т.е. до областа на заварувањето) беше 4,3 см, а цевката за игла беше ориентирана со сечењето нагоре (т.е. паралелно со оската Y) , како што е прикажано на сликата.в (сл. 2).
Прилагодена скрипта во MATLAB (R2019a, The MathWorks Inc., Масачусетс, САД) што работи на компјутер (Latitude 7490, Dell Inc., Тексас, САД) беше искористена за генерирање на линеарно синусоидално движење од 25 до 35 kHz за 7 секунди, поминување Конвертор од дигитално во аналоген (DA) (Analog Discovery 2, Digilent Inc., Вашингтон, САД) се претвора во аналоген сигнал.Аналогниот сигнал \(V_0\) (0,5 Vp-p) потоа беше засилен со наменски засилувач за радиофреквенција (RF) (Mariachi Oy, Турку, Финска).Паѓањето на засилениот напон \({V_I}\) од RF засилувачот со излезна импеданса од 50 оми се внесува во трансформатор вграден во структурата на иглата со влезна импеданса од 50 оми.Langevin Трансдуцери (предни и задни тешки повеќеслојни пиезоелектрични трансдуктори) се користат за генерирање механички бранови.Прилагодениот RF засилувач е опремен со двоканален мерач на фактор на моќност на стоечки бранови (SWR) кој го снима инцидентот \({V_I}\) и рефлектираниот засилен напон\(V_R\) во аналогно-дигитален (AD) режим.со брзина на земање примероци од 300 kHz Конвертор (аналоген Discovery 2).Сигналот за возбуда е амплитудно модулиран на почетокот и на крајот за да се спречи преоптоварување на влезот на засилувачот со транзиенти.
Користејќи приспособена скрипта имплементирана во MATLAB, функцијата за одговор на фреквенција (FRF), т.е. \(\tilde{H}(f)\), беше проценета офлајн користејќи двоканален синусоидален метод за мерење на мерење (сл. 4), кој претпоставува линеарност во времето.непроменлив систем.Дополнително, се применува пропусниот филтер од 20 до 40 kHz за да се отстранат сите несакани фреквенции од сигналот.Осврнувајќи се на теоријата на далноводи, во овој случај \(\tilde{H}(f)\) е еквивалентно на коефициентот на рефлексија на напонот, т.е. \(\rho _{V} \equiv {V_R}/{V_I}\ ) \) се намалува на \({V_R}^ 2 /{V_I}^2\ ) е еднакво на \(|\rho _{V}|^2\).Во случаи кога се потребни апсолутни вредности на електричната моќност, ударната моќност \(P_I\) и рефлектираната моќност \(P_R\) моќноста (W) се пресметуваат со земање на вредноста rms (rms) на соодветниот напон, на пример.за далновод со синусоидно возбудување \( P = {V}^2/(2Z_0)\)26, каде што \(Z_0\) е еднакво на 50 \(\Omega\).Електричната енергија што се испорачува на товарот \(P_T\) (т.е. вметната средина) може да се пресмета како \(|P_I – P_R |\) (W RMS), како и ефикасноста на пренос на енергија (PTE) и процентот ( %) може да се определи како е дадена формата, па 27:
Ацикуларните модални фреквенции \(f_{1-3}\) (kHz) и нивните соодветни фактори за пренос на моќност \(\text {PTE}_{1{-}3} \) потоа се проценуваат со користење на FRF.FWHM (\(\text {FWHM}_{1{-}3}\), Hz) проценет директно од \(\text {PTE}_{1{-}3}\), од Табела 1 А едностран линеарен спектар се добива на опишаната модална фреквенција \(f_{1-3}\).
Мерење на фреквентниот одговор (AFC) на игла структури.За да се добие функцијата на одговор на фреквенцијата \(\tilde{H}(f)\) и нејзиниот импулсен одговор H(t) се користи синусоидално мерење на два канали25,38.\({\mathcal {F}}\) и \({\mathcal {F}}^{-1}\) ја претставуваат Фуриеовата трансформација на дигиталното скратување и неговата инверзна, соодветно.\(\tilde{G}(f)\) значи производ на два сигнала во доменот на фреквенција, на пр. \(\tilde{G}_{XrX}\) значи производ на инверзно скенирање\(\tilde{ X} r (f)\ ) и пад на напон \(\tilde{X}(f)\) соодветно.
Како што е прикажано на слика 5, камерата со голема брзина (Phantom V1612, Vision Research Inc., NJ, САД) е опремена со макро објектив (MP-E 65mm, \(f\)/2,8, 1-5\).(\times\), Canon Inc., Токио, Јапонија), за снимање на отклонувањата на врвовите при возбудување на свиткување (едно-фреквенција, континуиран синусоид) на фреквенции од 27,5-30 kHz.За да се создаде мапа во сенка, зад врвот на иглата беше поставен оладен елемент од бела LED диода со висок интензитет (број на дел: 4052899910881, бела LED, 3000 K, 4150 lm, Osram Opto Semiconductors GmbH, Регенсбург, Германија).
Преден поглед на експерименталното поставување.Длабочината се мери од површината на медиумот.Структурата на иглата е прицврстена и монтирана на моторизирана маса за пренос.Користете камера со голема брзина со објектив со големо зголемување (5\(\x\)) за мерење на отстапувањето на косиот агол.Сите димензии се во милиметри.
За секој тип на игла, снимивме 300 рамки од камера со голема брзина со димензии 128 \(\x\) 128 пиксели, секоја со просторна резолуција од 1/180 mm (\(\приближно) 5 μm), со временска резолуција од 310.000 фрејмови во секунда.Како што е прикажано на слика 6, секоја рамка (1) е исечена (2) така што врвот на иглата е во последната линија (долу) на рамката, а хистограмот на сликата (3) е пресметан, така што Canny може да се одредат прагови од 1 и 2.Потоа примени Canny Edge Detection 28(4) со Sobel оператор 3 \(\times\) 3 и пресметај ги позициите за пиксели без хипотенуза (означени со \(\mathbf {\times }\)) без кавитација 300 временски чекори.За да го одредите опсегот на отклонување на врвот, пресметајте го изводот (користејќи го алгоритамот за централна разлика) (6) и определете ја рамката (7) што ги содржи локалните екстреми (т.е. врв) на отклонувањето.По визуелна проверка на работ без кавитација, беше избран пар рамки (или две кадри со интервал од полувреме) (7) и беше измерено отклонувањето на врвот (означено како \(\mathbf {\times } \)).Горенаведеното е имплементирано во Python (v3.8, Python Software Foundation, python.org) користејќи го алгоритмот за откривање на рабовите OpenCV Canny (v4.5.1, библиотека за компјутерска визија со отворен код, opencv.org).Конечно, факторот на моќност на отклонување (DPR, µm/W) се пресметува како однос на отклонот врв до врв до пренесената електрична моќност \(P_T\) (Wrms).
Користејќи алгоритам од 7 чекори (1-7), вклучително и сечење (1-2), откривање на кани раб (3-4), пресметка, измерете ја положбата на пикселот на работ на отклонување на врвот користејќи серија рамки земени од високо брза камера на 310 kHz (5) и нејзиниот временски дериват (6), и, конечно, опсегот на отклонување на врвот се мери на визуелно проверени парови рамки (7).
Измерено во воздух (22,4-22,9°C), дејонизирана вода (20,8-21,5°C) и 10% (w/v) воден балистички желатин (19,7-23,0°C , \(\text {Honeywell}^{ \ text { TM}}\) \(\text {Fluka}^{\text {TM}}\) Желатин од говеда и свинска коска за тип I балистичка анализа, Honeywell International, Северна Каролина, САД).Температурата беше измерена со засилувач на термоспој од К-тип (AD595, Analog Devices Inc., MA, САД) и термоспој од типот К (Fluke 80PK-1 Bead Probe No. 3648 type-K, Fluke Corporation, Вашингтон, САД).Користете вертикална моторизирана фаза на Z-оската (8MT50-100BS1-XYZ, Standa Ltd., Вилнус, Литванија) за мерење на длабочина од површината на медиумот (поставена како почеток на Z-оската) со резолуција од 5 µm по чекор.
Со оглед на тоа што големината на примерокот беше мала (n = 5) и не можеше да се претпостави нормалност, беше искористен тестот за збир на ранг на Wilcoxon со две примероци (R, v4.0.3, R Foundation for Statistical Computing, r-project.org). да се спореди количеството на варијанса врвот на иглата за различни откос.Беа направени три споредби за секој наклон, така што беше применета корекција на Bonferroni со приспособено ниво на значајност од 0,017 и стапка на грешка од 5%.
Се повикува на сл. 7 подолу.На 29,75 kHz, закривената половина бранова должина (\(\lambda _y/2\)) на игла со 21 мерач е \(\приближно) 8 mm.Брановата должина на свиткување се намалува по наклонот додека се приближува до врвот.На врвот \(\ламбда _y/2\) има скалести косини од 3, 1 и 7 mm, соодветно, за обични копчиња (а), асиметрични (b) и аксисиметрични (c).Така, ова значи дека ланцетата ќе се разликува за \(\околу\) 5 mm (поради фактот што двете рамнини на ланцетата формираат точка од 29,30), асиметричниот наклон ќе варира за 7 mm, а симетричниот наклон за 1 мм.Аксисиметрични падини (центарот на гравитација останува ист, така што само дебелината на ѕидот всушност се менува долж наклонот).
Примена на студијата FEM на 29,75 kHz и равенката.(1) Пресметајте ја промената на полубрановите на свиткување (\(\ламбда _y/2\)) за ланцета (а), асиметрична (б) и аксисиметрична (в) коси геометрија (како на Сл. 1a,b,c).).Просечниот \(\lambda_y/2\) за ланцет, асиметричен и аксисиметричен наклон е 5,65, 5,17 и 7,52 mm, соодветно.Забележете дека дебелината на врвовите за асиметрични и оскисиметрични косини е ограничена на \(\приближно) 50 µm.
Врвната подвижност \(|\tilde{Y}_{v_yF_y}|\) е комбинација од оптимална должина на цевката (TL) и должина на наклон (BL) (сл. 8, 9).За конвенционална ланцета, бидејќи нејзината големина е фиксна, оптималната TL е \(\приближно\) 29,1 mm (слика 8).За асиметрични и аксисиметрични косини (слика 9а, б, соодветно), студијата FEM вклучи BL од 1 до 7 mm, така што оптималните опсег на TL беа од 26,9 до 28,7 mm (опсег 1,8 mm) и од 27,9 до 29,2 mm (опсег 1,3 мм).) ), соодветно.За асиметрични падини (слика 9а), оптималната TL се зголеми линеарно, достигнувајќи плато на BL 4 mm, а потоа нагло се намали од BL 5 на 7 mm.За оскисиметрични падини (сл. 9б), оптималната TL се зголемува линеарно со издолжување BL и конечно се стабилизира на BL од 6 до 7 mm.Проширена студија на оскисиметрични падини (сл. 9в) покажа различен сет на оптимални TL лоцирани на \(\приближно) 35,1-37,1 mm.За сите BL, растојанието помеѓу две групи оптимални TL е \(\приближно\) 8 mm (еквивалентно на \(\lambda _y/2\)).
Мобилност на пренос на Lancet на 29,75 kHz.Цевката на иглата беше свиткана на фреквенција од 29,75 kHz, вибрациите беа измерени на крајот и изразени како количина на пренесена механичка подвижност (dB во однос на максималната вредност) за TL 26,5-29,5 mm (чекор 0,1 mm).
Параметриските студии на FEM на фреквенција од 29,75 kHz покажуваат дека мобилноста на преносот на оскисиметричниот врв е помалку засегната од промените во должината на цевката отколку нејзиниот асиметричен колега.Студии за должината на косиот (BL) и должината на цевката (TL) за асиметрични (а) и аксисиметрични (b, c) геометрии на косите во студиите на доменот на фреквенција користејќи FEM (граничните услови се прикажани на Слика 2).(а, б) TL се движеше од 26,5 до 29,5 mm (чекор 0,1 mm) и BL 1-7 mm (чекор 0,5 mm).(в) Проширена осносиметрична студија за кос агол, вклучувајќи TL 25-40mm (чекор 0,05mm) и 0,1-7mm (0,1mm чекор) што го открива саканиот сооднос \(\lambda_y/2\) Задоволени се граничните услови за лабаво движење за врв.
Структурата на иглата има три природни фреквенции \(f_{1-3}\) поделени на ниски, средни и високи модални региони како што е прикажано во Табела 1. Големината на PTE е прикажана на Слика 10, а потоа анализирана на слика 11. Подолу се прикажани резултати за секоја модална област:
Типични снимени амплитуди на ефикасноста на моментален пренос на енергија (PTE) добиени со помош на синусоидно возбудување со фреквенција на фреквенција на длабочина од 20 mm за ланцета (L) и оскисиметрични падини AX1-3 во воздух, вода и желатин.Прикажан е едностран спектар.Измерениот фреквентен одговор (стапка на примерок од 300 kHz) беше нископропусен филтриран, а потоа намален примерок за фактор 200 за модална анализа.Односот сигнал-шум е \(\le\) 45 dB.Фазата PTE (виолетова испрекината линија) е прикажана во степени (\(^{\circ}\)).
Анализата на модалниот одговор е прикажана на Слика 10 (средна ± стандардна девијација, n = 5) за наклоните L и AX1-3 во воздух, вода и 10% желатин (20 mm длабочина) со (горните) три модални региони (ниско , средно, високо).), и нивните соодветни модални фреквенции\(f_{1-3}\) (kHz), (просечна) енергетска ефикасност\(\text {PTE}_{1{-}3 }\) користи дизајнерски равенки.(4) и (долу) се целосната ширина на половина од максималната измерена вредност \(\text {FWHM}_{1{-}3}\) (Hz), соодветно.Забележете дека при снимање на низок PTE, т.е. во случај на наклон AX2, мерењето на пропусниот опсег е испуштено, \(\text {FWHM}_{1}\).Режимот \(f_2\) се смета за најсоодветен за споредување на отклонувањето на наклонетите рамнини, бидејќи покажува највисоко ниво на ефикасност на пренос на енергија (\(\text {PTE}_{2}\)), до 99%.
Првиот модален регион: \(f_1\) не зависи многу од внесениот тип на медиум, туку зависи од геометријата на откос.\(f_1\) се намалува со намалување на должината на откос (27,1, 26,2 и 25,9 kHz за AX1-3, соодветно, во воздухот).Регионалните просеци \(\text {PTE}_{1}\) и \(\text {FWHM}_{1}\) се \(\приближно\) 81% и 230 Hz соодветно.\(\text {FWHM}_{1}\) беше највисок во желатин од Lancet (L, 473 Hz).Имајте предвид дека \(\text {FWHM}_{1}\) за AX2 во желатин не може да се процени поради малата големина на пријавените одговори на фреквенцијата.
Вториот модален регион: \(f_2\) зависи од видот на пастата и косиот медиум.Во воздухот, водата и желатинот, просечните вредности на \(f_2\) се 29,1, 27,9 и 28,5 kHz, соодветно.ЈСП за овој модален регион исто така достигна 99%, највисоко меѓу сите мерни групи, со регионален просек од 84%.Просечната површина \(\text {FWHM}_{2}\) е \(\приближно\) 910 Hz.
Трет модален регион: \(f_3\) Фреквенцијата зависи од типот на медиумот за вметнување и откос.Просечните вредности на \(f_3\) се 32,0, 31,0 и 31,3 kHz во воздух, вода и желатин, соодветно.\(\text {PTE}_{3}\) има регионален просек од \(\приближно\) 74%, најнизок од кој било регион.Регионалниот просек \(\text {FWHM}_{3}\) е \(\приближно\) 1085 Hz, што е повисоко од првиот и вториот регион.
Следново се однесува на Сл.12 и Табела 2. Ланцетата (L) најмногу се отклонува (со големо значење за сите врвови, \(p<\) 0,017) и во воздух и во вода (сл. 12а), постигнувајќи највисок DPR (до 220 μm/ W во воздух). 12 и Табела 2. Ланцетата (L) најмногу се отклонува (со големо значење за сите врвови, \(p<\) 0,017) и во воздух и во вода (сл. 12а), постигнувајќи највисок DPR (до 220 μm/ W во воздух). Склежеео Олносится Крисунку 12 идабице 2. Лланцет (л), ортклнон ( p <\) 0,017) Катк В Воддухе, Татк и Воде (ри. 12а), до -асмого Воркоко ДПР . Следното се однесува на слика 12 и табела 2. Лансетот (L) најмногу се отклонува (со големо значење за сите врвови, \(p<\) 0,017) и во воздухот и во водата (сл. 12а), постигнувајќи највисок DPR .(до 220 μm/W во воздух).Се повикува на Слика 12 и Табела 2 подолу.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买，，度意\0.最高DPR (空气中高达220 µm/W）).柳叶刀(L) има најголемо отклонување во воздухот и водата (图12a) (对所述尖端是对尖端是是电影, \(p<\) 0,017) и постигна највисок DPR (до 220 µm/ W во воздух). Ланцет (L) имеет наибольшее отклонение (весьма значимое для всех наконечников, \(p<\) 0,017) во воздух и вода (рис. 12а), достигая само высокого DPR (до 220 мкм/Вт во воздух). Лансет (L) има најголемо отстапување (многу значајно за сите врвови, \(p<\) 0,017) во воздухот и водата (слика 12а), достигнувајќи го највисокиот DPR (до 220 µm/W во воздухот). Во воздухот, AX1 кој имаше повисок BL, отклонуваше повисоко од AX2-3 (со значајно, \(p<\) 0,017), додека AX3 (кој имаше најнизок BL) отклонуваше повеќе од AX2 со DPR од 190 µm/W. Во воздухот, AX1 кој имаше повисок BL, отклонуваше повисоко од AX2-3 (со значајно, \(p<\) 0,017), додека AX3 (кој имаше најнизок BL) отклонуваше повеќе од AX2 со DPR од 190 µm/W. Во воздухот AX1 со более высоким BL отклонува повеќе, штом AX2–3 (со значителен број \(p<\) 0,017), колку AX3 (најмалку BL) отклони повеќе од 190 DPR. Во воздухот, AX1 со повисок BL отклонуваше повисоко од AX2-3 (со значајно \(p<\) 0,017), додека AX3 (со најниска BL) отклонуваше повеќе од AX2 со 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），3BLA偏转大于AX2, DPR 为190 μm/W. Во воздухот, отклонот на AX1 со повисок BL е поголем од оној на AX2-3 (значително, \(p<\) 0,017), а девијацијата на AX3 (со најниска BL) е поголема од онаа на AX2, DPR е 190 µm/W. Во воздух AX1 со повеќе высоким BL имеет повеќе отклонение, чем AX2-3 (значимо, \(p<\) 0,017), како AX3 (слика BL) имеет повеќе отклонение, чем AX2 спрема DPR. Во воздухот, AX1 со повисок BL има поголемо отстапување од AX2-3 (значајно, \(p<\) 0,017), додека AX3 (со најниска BL) има поголемо отстапување од AX2 со DPR од 190 μm/W. Во вода на 20 mm, не беа пронајдени значајни разлики (\(p>\) 0,017) во девијацијата и PTE за AX1-3. Во вода на 20 mm, не беа пронајдени значајни разлики (\(p>\) 0,017) во девијацијата и PTE за AX1-3. Воде на глубине 20 мм достоверных различий (\(p>\) 0,017) по прогибу и ФТР для AX1–3 не обнаружено. Во вода на длабочина од 20 mm, забележани се значителни разлики (\(p>\) 0,017) во отклонување и FTR за AX1-3.在20 mm 的水中，AX1-3 的挠度和PTE 没有显着差异(\(p>\) 0,017)". Во 20 mm вода, немаше значителна разлика помеѓу AX1-3 и PTE (\(p>\) 0,017). На глубине 20 мм прогиб и PTE AX1-3 существенно не отличались (\(p>\) 0,017). На длабочина од 20 mm девијацијата и PTE AX1-3 не се разликуваа значително (\(p>\) 0,017).Нивоата на PTE во водата (90,2-98,4%) беа генерално повисоки отколку во воздухот (56-77,5%) (сл. 12c), а феноменот на кавитација беше забележан за време на експериментот во вода (сл. 13, видете исто така дополнителни информации).
Мерењата на амплитудата на свиткување на врвовите (средна ± стандардна девијација, n = 5) за L и AX1-3 заоблени во воздух и вода (длабочина 20 mm) го открија ефектот на менување на геометријата на обвивката.Мерењата се добиваат со користење на континуирано синусоидно возбудување со една фреквенција.(а) Врвното отстапување (\(u_y\vec {j}\)) на темето, измерено на (б) нивните соодветни модални фреквенции \(f_2\).(в) Ефикасност на пренос на енергија (PTE, rms, %) како равенка.(4) и (г) Фактор на моќност на отстапување (DPR, µm/W) пресметан како врвна девијација и моќност на пренос \(P_T\) (Wrms).
Типична шема на сенка на камера со голема брзина која го прикажува вкупното отклонување на врвот на ланцетата (зелени и црвени точки линии) на ланцетата (L) и оскисиметричниот врв (AX1-3) во вода (длабочина 20 mm), половина циклус, фреквенција на возење \(f_2\) (земање примероци од фреквенција 310 kHz).Снимената слика со сива скала има димензии од 128×128 пиксели со големина на пиксели од \(\приближно) 5 µm.Видеото може да се најде во дополнителни информации.
Така, ја моделиравме промената во брановата должина на свиткување (сл. 7) и ја пресметавме механичката подвижност за пренос за конвенционалните ланцетни, асиметрични и аксијални комбинации на должината на цевката и наклонот (сл. 8, 9).Симетрична закосена геометрија.Врз основа на второто, го проценивме оптималното растојание од врвот до заварувањето да биде 43 mm (или \(\приближно\) 2,75\(\lambda_y\) на 29,75 kHz) како што е прикажано на Слика 5, и направивме три оскисиметрични косини со различни должини на косите.Потоа ги карактеризиравме нивните фреквентни одговори во споредба со конвенционалните копчиња во воздух, вода и 10% (w/v) балистички желатин (слики 10, 11) и го одредивме најдобриот случај за споредување на режимот на отклонување на навалување.Конечно, го измеривме отклонувањето на врвот со свиткување на бранот во воздух и вода на длабочина од 20 mm и ја квантифициравме ефикасноста на пренос на моќност (PTE, %) и факторот на моќност на отклон (DPR, µm/W) на инјектираниот медиум за секое навалување.тип (сл. 12).
Резултатите покажуваат дека оската на навалување на геометријата влијае на отстапувањето на амплитудата на оската на врвот.Ланцетата имаше највисока кривина и исто така највисока DPR во споредба со оскисиметричната откос, додека оскисиметричната откос имаше помала средна девијација (сл. 12). Оско-симетричниот откос од 4 mm (AX1) со најдолга должина на косиот, постигна статистички значајно највисоко отклонување во воздухот (\(p <0,017\), Табела 2), во споредба со другите акси-симетрични игли (AX2–3), но не беа забележани значајни разлики кога иглата беше ставена во вода. Оско-симетричниот откос од 4 mm (AX1) со најдолга должина на косиот, постигна статистички значајно највисоко отклонување во воздухот (\(p <0,017\), Табела 2), во споредба со другите акси-симетрични игли (AX2–3), но не беа забележани значајни разлики кога иглата беше ставена во вода. Осесимметричный скос 4 мм (AX1), имеющий наибольшую длину скоса, достиг статистически значимого наибольшего отклонения во воздухе (\(p <0,017\), таблица 2) по сравненију со други осими (AX2 исими3). Оската симетрична косина 4 mm (AX1), која има најдолга должина на откос, постигна статистички значајно поголемо отстапување во воздухот (\(p <0,017\), Табела 2) во споредба со другите оскисиметрични игли (AX2-3).но не се забележани значителни разлики при ставање на иглата во вода.与其他轴对称针(AX2-3) 相比，具有最长斜角长度的轴对称4 мм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. Во споредба со другите аксијално симетрични игли (AX2-3), тој има најдолг кос агол од 4 mm аксијално симетричен (AX1) во воздухот и има постигнато статистички значајно максимално отклонување (\(p <0,017\), Табела 2) , но кога иглата била ставена во вода, не била забележана значајна разлика. Осесимметричный скос 4 мм (AX1) со наибольшей длиной скоса обеспечивает статистически значимое максимално отклонение во воздух по сравнению со други осесимметрични иглами (AX2-3) (не\(p\20), ыло. Оската симетрична падина со најдолга должина на наклон од 4 mm (AX1) обезбеди статистички значајно максимално отстапување во воздухот во споредба со другите оскисиметрични косини (AX2-3) (\(p <0,017\), Табела 2), но немаше значајна разлика.се забележува кога иглата се става во вода.Така, подолгата должина на откос нема очигледни предности во однос на отклонувањето на врвот на врвот.Земајќи го ова предвид, излегува дека геометријата на наклонот, која е истражувана во оваа студија, има поголемо влијание врз отклонувањето на амплитудата отколку должината на наклонот.Ова може да биде поврзано со вкочанетоста на свиткување, на пример, во зависност од материјалот што се свиткува и вкупната дебелина на конструктивната игла.
Во експерименталните студии, големината на рефлектираниот флексурален бран е под влијание на граничните услови на врвот.Кога врвот на иглата беше вметнат во вода и желатин, \(\text {PTE}_{2}\) во просек изнесуваше \(\приближно\) 95% и \(\text {PTE}_{2}\) ги просечно вредностите се 73% и 77% (\text {PTE}_{1}\) и \(\text {PTE}_{3}\), соодветно (сл. 11).Ова покажува дека максималниот пренос на акустична енергија до медиумот за леење (на пример, вода или желатин) се случува на \(f_2\).Слично однесување беше забележано во претходната студија користејќи поедноставни структури на уреди на фреквенции од 41-43 kHz, каде што авторите го демонстрираа коефициентот на рефлексија на напонот поврзан со механичкиот модул на интеркалираната средина.Длабочината на пенетрација32 и механичките својства на ткивото обезбедуваат механичко оптоварување на иглата и затоа се очекува да влијаат на резонантното однесување на UZeFNAB.Затоа, алгоритмите за следење на резонанца како што се 17, 18, 33 може да се користат за оптимизирање на моќта на звукот што се испорачува преку иглата.
Моделирањето на брановата должина на свиткување (сл. 7) покажува дека axisymmetric има поголема структурна вкочанетост (т.е. поголема крутост на свиткување) на врвот од ланцетата и асиметричната косина.Изведено од (1) и користејќи ја познатата врска брзина-фреквенција, ја проценуваме вкочанетоста на свиткување на ланцетата, асиметричните и аксисиметричните врвови како наклони \(\приближно) 200, 20 и 1500 MPa, соодветно.Ова одговара на (\lambda _y\) 5,3, 1,7 и 14,2 mm на 29,75 kHz, соодветно (сл. 7a–c).Со оглед на клиничката безбедност на процедурата USeFNAB, треба да се оцени влијанието на геометријата врз вкочанетоста на дизајнот на косите34.
Студијата на параметрите на косината и должината на цевката (слика 9) покажа дека оптималниот опсег на TL за асиметричниот (1,8 mm) е повисок отколку за оскисиметричниот откос (1,3 mm).Дополнително, платото на мобилноста се движи од 4 до 4,5 mm и од 6 до 7 mm за асиметрично и аксисиметрично навалување, соодветно (сл. 9а, б).Практичната релевантност на ова откритие е изразена во производните толеранции, на пример, помал опсег на оптимална TL може да значи потреба за поголема точност на должината.Во исто време, платформата на принос обезбедува поголема толеранција за избор на должина на наклон на дадена фреквенција без значително да влијае на приносот.
Студијата ги вклучува следните ограничувања.Директното мерење на отклонувањето на иглата со помош на откривање на рабовите и сликање со голема брзина (Слика 12) значи дека сме ограничени на оптички транспарентни медиуми како што се воздухот и водата.Исто така, би сакале да истакнеме дека не користевме експерименти за тестирање на симулираната преносна мобилност и обратно, туку користевме FEM студии за да ја одредиме оптималната должина на произведената игла.Од гледна точка на практични ограничувања, должината на ланцетата од врвот до ракавот е 0,4 cm подолга од другите игли (AX1-3), види сл.3б.Ова може да влијаело на модалниот одговор на ацикуларната структура.Дополнително, обликот и волуменот на лемењето со олово од брановоди (види слика 3) може да влијае на механичката импеданса на дизајнот на пиновите, што резултира со грешки во механичката импеданса и однесувањето на свиткување.
Конечно, експериментално покажавме дека геометријата на косите влијае на количината на отклонување во USeFNAB.Во ситуации кога поголема амплитуда на отклон може да има позитивен ефект врз ефектот на иглата врз ткивото, на пример, ефикасноста на сечењето по пункција, може да се препорача конвенционална ланцета за USeFNAB, бидејќи обезбедува најголема амплитуда на отклон, додека одржува доволна ригидност на врвот на дизајнот.Дополнително, една неодамнешна студија покажа дека поголемото отклонување на врвот може да ги подобри биолошките ефекти како што е кавитација, што може да помогне да се развијат апликации за минимално инвазивни хируршки интервенции.Со оглед на тоа што се покажа дека зголемувањето на вкупната акустична моќност го зголемува приносот на биопсијата од USeFNAB13, потребни се дополнителни квантитативни студии за приносот и квалитетот на примерокот за да се процени деталната клиничка корист од проучуваната геометрија на иглата.
Fable, WJ Фина иглена аспирациона биопсија: преглед.Хамф.Болен.14:9-28.https://doi.org/10.1016/s0046-8177(83)80042-2 (1983).
Време на објавување: Октомври-13-2022 година