Terima kasih kerana melawat Nature.com.Versi penyemak imbas yang anda gunakan mempunyai sokongan CSS yang terhad.Untuk pengalaman terbaik, kami mengesyorkan agar anda menggunakan penyemak imbas yang dikemas kini (atau lumpuhkan Mod Keserasian dalam Internet Explorer).Sementara itu, untuk memastikan sokongan berterusan, kami akan menjadikan tapak tanpa gaya dan JavaScript.
Baru-baru ini telah ditunjukkan bahawa penggunaan ultrasound meningkatkan hasil tisu dalam aspirasi jarum halus berbantukan ultrasound (USeFNAB) berbanding aspirasi jarum halus konvensional (FNAB).Sehingga kini, hubungan antara geometri serong dan pergerakan hujung belum dikaji secara menyeluruh.Dalam kajian ini, kami menyiasat sifat resonans jarum dan amplitud pesongan untuk pelbagai geometri serong jarum dengan panjang serong yang berbeza.Menggunakan lancet serong 3.9 mm konvensional, faktor kuasa pesongan hujung (DPR) dalam udara dan air ialah 220 dan 105 µm/W, masing-masing.Ini lebih tinggi daripada hujung serong 4mm axisymmetric, masing-masing menyediakan 180 dan 80 µm/W DPR dalam udara dan air.Kajian ini menyerlahkan kepentingan hubungan antara kekukuhan lenturan geometri serong dalam konteks cara penyisipan yang berbeza, dan oleh itu boleh memberikan gambaran tentang kaedah untuk mengawal tindakan pemotongan selepas tusukan dengan menukar geometri serong jarum, yang penting.untuk aplikasi USeFNAB adalah kritikal.
Biopsi aspirasi jarum halus (FNA) ialah kaedah mendapatkan sampel tisu untuk patologi yang disyaki1,2,3 menggunakan jarum.Petua Franseen telah ditunjukkan untuk memberikan prestasi diagnostik yang lebih tinggi daripada petua lancet4 dan Menghini5 konvensional.Cerun aksimetri (iaitu lilitan) juga dicadangkan untuk meningkatkan kemungkinan spesimen histopatologi yang mencukupi.
Semasa biopsi, jarum disalurkan melalui lapisan kulit dan tisu untuk mendapatkan akses kepada lesi yang mencurigakan.Kajian terbaru menunjukkan bahawa ultrasound boleh mengurangkan daya penembusan yang diperlukan untuk mengakses tisu lembut7,8,9,10.Geometri serong jarum telah ditunjukkan mempengaruhi daya interaksi jarum, contohnya, serong yang lebih panjang telah terbukti mempunyai daya penembusan tisu yang lebih rendah11.Selepas jarum menembusi permukaan tisu, iaitu selepas tusukan, daya pemotongan jarum boleh menjadi 75% daripada daya interaksi jarum dengan tisu12.Telah ditunjukkan bahawa dalam fasa selepas tusukan, ultrasound (ultrasound) meningkatkan kecekapan biopsi tisu lembut diagnostik.Teknik biopsi tulang dipertingkatkan ultrasound lain telah dibangunkan untuk mengambil sampel tisu keras, tetapi tiada keputusan dilaporkan yang meningkatkan hasil biopsi.Banyak kajian juga telah mengesahkan bahawa anjakan mekanikal meningkat apabila tertakluk kepada tekanan ultrasonik16,17,18.Walaupun terdapat banyak kajian tentang daya statik paksi (membujur) dalam interaksi jarum-tisu19,20, terdapat kajian terhad mengenai dinamik temporal dan geometri serong jarum di bawah FNAB ultrasonik (USeFNAB).
Matlamat kajian ini adalah untuk menyiasat kesan geometri serong yang berbeza terhadap pergerakan hujung jarum dalam jarum yang didorong oleh lenturan ultrasonik.Khususnya, kami menyiasat kesan medium suntikan pada pesongan hujung jarum selepas tusukan untuk serong jarum tradisional (iaitu, jarum USeFNAB untuk pelbagai tujuan seperti aspirasi terpilih atau pemerolehan tisu lembut.
Pelbagai geometri serong telah dimasukkan dalam kajian ini.(a) Spesifikasi Lancet mematuhi ISO 7864:201636 dengan \(\alpha\) ialah serong utama, \(\theta\) ialah sudut putaran serong sekunder dan \(\phi\) ialah serong sekunder sudut., apabila berputar, dalam darjah (\(^\circ\)).(b) Talang satu langkah asimetri linear (dipanggil "standard" dalam DIN 13097:201937) dan (c) Talang langkah tunggal paksisimetri (lilitan) linear.
Pendekatan kami bermula dengan memodelkan perubahan dalam panjang gelombang lentur sepanjang serong untuk geometri serong satu peringkat konvensional, paksisimetri dan asimetri.Kami kemudian mengira kajian parametrik untuk mengkaji kesan cerun dan panjang paip pada kecairan mekanikal pemindahan.Ini adalah perlu untuk menentukan panjang optimum untuk membuat jarum prototaip.Berdasarkan simulasi, prototaip jarum telah dibuat dan tingkah laku resonansnya dicirikan secara eksperimen dengan mengukur pekali pantulan voltan dan mengira kecekapan pemindahan kuasa dalam udara, air dan 10% (w/v) gelatin balistik, dari mana kekerapan operasi ditentukan. .Akhir sekali, pengimejan berkelajuan tinggi digunakan untuk mengukur secara langsung pesongan gelombang lentur di hujung jarum dalam udara dan air, serta untuk menganggarkan kuasa elektrik yang dihantar pada setiap sudut serong dan geometri nisbah kuasa pesongan ( DPR) kepada medium yang disuntik..
Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 2a, gunakan tiub tolok 21 (0.80 mm OD, 0.49 mm ID, ketebalan dinding tiub 0.155 mm, dinding standard) untuk menentukan tiub jarum dengan panjang tiub (TL) dan sudut serong (BL) mengikut ISO 9626:201621) dalam keluli tahan karat 316 (Modulus Muda 205 \(\text {GN/m}^{2}\), ketumpatan 8070 kg/m\(^{3}\) dan nisbah Poisson 0.275 ).
Penentuan panjang gelombang lentur dan penalaan model unsur terhingga (FEM) untuk keadaan jarum dan sempadan.(a) Penentuan panjang serong (BL) dan panjang paip (TL).(b) Model unsur terhingga (3D) tiga dimensi (3D) menggunakan daya titik harmonik \(\tilde{F}_y\vec {j}\) untuk memacu jarum secara proksimal, memesongkan titik dan mengukur halaju pada tip (\ ( \tilde {u}_y\vec {j}\), \(\tilde{v}_y\vec {j}\)) untuk mengira pemindahan kecairan mekanikal.\(\lambda _y\) ditakrifkan sebagai panjang gelombang lenturan berbanding dengan daya menegak \(\tilde{F}_y\vec {j}\).(c) Takrifan pusat graviti, luas keratan rentas A, dan momen inersia \(I_{xx}\) dan \(I_{yy}\) masing-masing di sekeliling paksi x dan y.
Seperti yang ditunjukkan dalam rajah.2b,c, untuk rasuk tak terhingga (tak terhingga) dengan luas keratan rentas A dan pada panjang gelombang lebih besar daripada saiz keratan rentas rasuk, halaju fasa bengkok (atau bengkok) \( c_{EI }\) ditentukan oleh 22 :
dengan E ialah modulus Young (\(\text {N/m}^{2}\)), \(\omega _0 = 2\pi f_0\) ialah frekuensi sudut pengujaan (rad/s), dengan \( f_0 \ ) ialah frekuensi linear (1/s atau Hz), I ialah momen inersia bagi kawasan di sekeliling paksi kepentingan\((\text {m}^{4})\), \(m'=\ rho _0 A\ ) ialah jisim pada unit panjang (kg/m), dengan \(\rho _0\) ialah ketumpatan\((\text {kg/m}^{3})\) dan A ialah salib bahagian kawasan rasuk (satah xy) (\(\ teks {m}^{2}\)).Oleh kerana daya yang digunakan dalam contoh kami adalah selari dengan paksi-y menegak, iaitu \(\tilde{F}_y\vec {j}\), kami hanya berminat dengan momen inersia serantau di sekeliling paksi-x mendatar, iaitu \(I_{xx}\), jadi:
Untuk model unsur terhingga (FEM), sesaran harmonik tulen (m) diandaikan, jadi pecutan (\(\text {m/s}^{2}\)) dinyatakan sebagai \(\partial ^2 \vec { u}/ \ separa t^2 = -\omega ^2\vec {u}\) sebagai \(\vec {u}(x, y, z, t): = u_x\vec {i} + u_y\ vec {j } + u_z\vec {k}\) ialah vektor sesaran tiga dimensi yang diberikan dalam koordinat spatial.Daripada yang terakhir, selaras dengan pelaksanaannya dalam pakej perisian COMSOL Multiphysics (versi 5.4-5.5, COMSOL Inc., Massachusetts, Amerika Syarikat), bentuk Lagrangian ubah bentuk terhingga bagi undang-undang imbangan momentum diberikan seperti berikut:
di mana \(\vec {\nabla}:= \frac{\partial}}{\partial x}\vec {i} + \frac{\partial}}{\partial y}\vec {j} + \frac{ \separa }{\separa z}\vec {k}\) ialah pengendali celah tensor, \({\gariskan{\sigma}}\) ialah tensor tegasan Piola-Kirchhoff kedua (tertib kedua, \(\ text { N/ m}^{2}\)) dan \(\vec {F_V}:= F_{V_x}\vec {i}+ F_{V_y}\vec {j}+ F_{V_z}\vec {k} \) ialah vektor daya badan (\(\text {N/m}^{3}\)) untuk setiap isipadu yang cacat, dan \(e^{j\phi }\) ialah vektor sudut fasa\(\ phi \ ) (gembira).Dalam kes kami, daya isipadu badan adalah sifar, model kami mengandaikan kelinearan geometri dan ubah bentuk anjal semata-mata kecil, iaitu , di mana \({\underline{\varepsilon}}^{el}\) dan \({\underline {\varepsilon}}\) masing-masing ialah terikan elastik dan jumlah terikan (tertib kedua, tidak berdimensi).Tensor keanjalan isotropik konstitutif Hooke \(\underline{\underline{C}}\) dikira menggunakan modulus Young E (\(\text {N/m}^{2}\)) dan nisbah Poisson v ditentukan, jadi ie \(\underline{\underline{C}}:=\underline{\underline{C}}(E,v)\) (urutan keempat).Maka pengiraan tegasan menjadi \({\underline{\sigma}} := \underline{\underline{C}}:{\underline{\varepsilon}}\).
Pengiraan menggunakan elemen tetrahedral 10 nod dengan saiz elemen \(\le\) 8 µm.Jarum dimodelkan dalam vakum, dan nilai mobiliti mekanikal yang dipindahkan (ms-1 N-1) ditakrifkan sebagai \(|\tilde{Y}_{v_yF_y}|= |\tilde{v}_y\vec { j}|/ |\ tilde{F}_y\vec {j}|\)24, dengan \(\tilde{v}_y\vec {j}\) ialah halaju kompleks keluaran bagi alat tangan dan \( \ tilde {F}_y\ vec {j }\) ialah daya penggerak kompleks yang terletak di hujung proksimal tiub, seperti ditunjukkan dalam Rajah 2b.Terjemahkan kecairan mekanikal dalam desibel (dB) menggunakan nilai maksimum sebagai rujukan, iaitu \(20\log _{10} (|\tilde{Y}|/ |\tilde{Y}_{maks}|) \ ) .Semua kajian FEM telah dijalankan pada frekuensi 29.75 kHz.
Reka bentuk jarum (Rajah 3) terdiri daripada jarum hipodermik 21 tolok konvensional (No. Cat. 4665643, Sterican\(^\circledR\), diameter luar 0.8 mm, panjang 120 mm, kromium-nikel tahan karat AISI 304 keluli , B. Braun Melsungen AG, Melsungen, Jerman) dilengkapi dengan lengan Luer Lock plastik yang diperbuat daripada polipropilena pada hujung proksimal dan sesuai diubah suai pada hujungnya.Tiub jarum dipateri ke pandu gelombang seperti ditunjukkan dalam Rajah 3b.Pandu gelombang telah dicetak pada pencetak 3D keluli tahan karat (keluli tahan karat EOS 316L pada pencetak 3D EOS M 290, 3D Formtech Oy, Jyväskylä, Finland) dan kemudian dipasang pada penderia Langevin menggunakan bolt M4.Sensor Langevin terdiri daripada 8 elemen cincin piezoelektrik yang dimuatkan pada kedua-dua hujung dengan dua jisim.
Empat jenis petua (foto), lancet (L) yang tersedia secara komersil (L) dan tiga serong peringkat tunggal axisymmetric buatan (AX1-3) telah dicirikan oleh panjang serong (BL) masing-masing 4, 1.2 dan 0.5 mm.(a) Gambar dekat hujung jarum yang telah siap.(b) Pandangan atas empat pin yang dipateri pada pandu gelombang bercetak 3D dan kemudian disambungkan ke sensor Langevin dengan bolt M4.
Tiga hujung serong axisymmetric (Rajah 3) telah dihasilkan (TAs Machine Tools Oy) dengan panjang serong (BL, seperti yang ditakrifkan dalam Rajah 2a) sebanyak 4.0, 1.2 dan 0.5 mm, sepadan dengan \(\approx) 2 \(^ \ circ\), masing-masing 7\(^\circ\) dan 18\(^\circ\).Jisim pandu gelombang dan jarum ialah 3.4 ± 0.017 g (min ± sd, n = 4) untuk serong L dan AX1-3, masing-masing (Quntix\(^\circledR\) 224 Design 2, Sartorius AG, Göttingen, Jerman) .Untuk serong L dan AX1-3 dalam Rajah 3b, jumlah panjang dari hujung jarum ke hujung lengan plastik ialah 13.7, 13.3, 13.3, dan 13.3 cm, masing-masing.
Untuk semua konfigurasi jarum, panjang dari hujung jarum ke hujung pandu gelombang (iaitu, ke kawasan kimpalan) ialah 4.3 cm, dan tiub jarum diorientasikan dengan potongan ke atas (iaitu, selari dengan paksi Y) , seperti yang ditunjukkan dalam rajah.c (Gamb. 2).
Skrip tersuai dalam MATLAB (R2019a, The MathWorks Inc., Massachusetts, USA) yang dijalankan pada komputer (Latitud 7490, Dell Inc., Texas, USA) telah digunakan untuk menjana sapuan sinusoidal linear dari 25 hingga 35 kHz selama 7 saat, lulus Penukar digital-ke-analog (DA) (Analog Discovery 2, Digilent Inc., Washington, USA) menukar kepada isyarat analog.Isyarat analog \(V_0\) (0.5 Vp-p) kemudiannya dikuatkan dengan penguat frekuensi radio (RF) khusus (Mariachi Oy, Turku, Finland).Voltan dikuatkan yang jatuh \({V_I}\) daripada penguat RF dengan galangan keluaran 50 ohm disalurkan kepada pengubah yang dibina ke dalam struktur jarum dengan galangan input 50 ohm.Transduser Langevin (transduser piezoelektrik multilayer tugas berat depan dan belakang) digunakan untuk menjana gelombang mekanikal.Penguat RF tersuai dilengkapi dengan meter faktor kuasa gelombang berdiri (SWR) dwi saluran yang merekodkan kejadian \({V_I}\) dan voltan dikuatkan terpantul\(V_R\) dalam mod analog-ke-digital (AD).dengan kadar pensampelan 300 kHz Penukar (Penemuan analog 2).Isyarat pengujaan dimodulasi amplitud pada permulaan dan pada penghujung untuk mengelakkan lebihan beban input penguat dengan transien.
Menggunakan skrip tersuai yang dilaksanakan dalam MATLAB, fungsi tindak balas frekuensi (FRF), iaitu \(\tilde{H}(f)\), dianggarkan di luar talian menggunakan kaedah pengukuran sapuan sinusoidal dua saluran (Rajah 4), yang menganggap lineariti dalam masa.sistem invarian.Di samping itu, penapis pas jalur 20 hingga 40 kHz digunakan untuk mengeluarkan sebarang frekuensi yang tidak diingini daripada isyarat.Merujuk kepada teori talian penghantaran, dalam kes ini \(\tilde{H}(f)\) adalah bersamaan dengan pekali pantulan voltan, iaitu \(\rho _{V} \equiv {V_R}/{V_I}\ ) \) berkurangan kepada \({V_R}^ 2 /{V_I}^2\ ) sama dengan \(|\rho _{V}|^2\).Dalam kes di mana nilai kuasa elektrik mutlak diperlukan, kuasa kejadian \(P_I\) dan kuasa pantulan \(P_R\) kuasa (W) dikira dengan mengambil nilai rms (rms) voltan yang sepadan, sebagai contoh.untuk talian penghantaran dengan pengujaan sinusoidal \( P = {V}^2/(2Z_0)\)26, dengan \(Z_0\) adalah bersamaan dengan 50 \(\Omega\).Kuasa elektrik yang dibekalkan kepada beban \(P_T\) (iaitu, medium yang dimasukkan) boleh dikira sebagai \(|P_I – P_R |\) (W RMS), serta kecekapan pemindahan kuasa (PTE) dan peratusan ( %) boleh ditentukan bagaimana bentuk diberikan, jadi 27:
Frekuensi modal acicular \(f_{1-3}\) (kHz) dan faktor pemindahan kuasa yang sepadan \(\text {PTE}_{1{-}3} \) kemudian dianggarkan menggunakan FRF.FWHM (\(\text {FWHM}_{1{-}3}\), Hz) dianggarkan terus daripada \(\text {PTE}_{1{-}3}\), daripada Jadual 1 A sebelah spektrum linear diperoleh pada frekuensi modal yang diterangkan \(f_{1-3}\).
Pengukuran tindak balas frekuensi (AFC) struktur jarum.Ukuran sapuan dua saluran sinusoidal25,38 digunakan untuk mendapatkan fungsi tindak balas frekuensi \(\tilde{H}(f)\) dan tindak balas impulsnya H(t).\({\mathcal {F}}\) dan \({\mathcal {F}}^{-1}\) masing-masing mewakili transformasi Fourier bagi pemotongan digital dan songsangannya.\(\tilde{G}(f)\) bermaksud hasil darab dua isyarat dalam domain frekuensi, cth \(\tilde{G}_{XrX}\) bermaksud produk imbasan songsang\(\tilde{ X} r (f)\ ) dan voltan jatuh masing-masing \(\tilde{X}(f)\).
Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 5, kamera berkelajuan tinggi (Phantom V1612, Vision Research Inc., NJ, USA) dilengkapi dengan lensa makro (MP-E 65mm, \(f\)/2.8, 1-5\).(\times\), Canon Inc., Tokyo, Jepun), untuk merekodkan pesongan hujung semasa pengujaan lentur (frekuensi tunggal, sinusoid berterusan) pada frekuensi 27.5-30 kHz.Untuk mencipta peta bayang, elemen disejukkan bagi LED putih berintensiti tinggi (nombor bahagian: 4052899910881, LED putih, 3000 K, 4150 lm, Osram Opto Semiconductors GmbH, Regensburg, Jerman) diletakkan di belakang hujung jarum.
Pandangan hadapan bagi persediaan percubaan.Kedalaman diukur dari permukaan medium.Struktur jarum diapit dan dipasang pada meja pemindahan bermotor.Gunakan kamera berkelajuan tinggi dengan kanta pembesaran tinggi (5\(\x\)) untuk mengukur sisihan sudut serong.Semua dimensi adalah dalam milimeter.
Untuk setiap jenis serong jarum, kami merekodkan 300 bingkai kamera berkelajuan tinggi berukuran 128 \(\x\) 128 piksel, setiap satu dengan resolusi spatial 1/180 mm (\(\approx) 5 µm), dengan resolusi temporal 310,000 bingkai sesaat.Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 6, setiap bingkai (1) dipotong (2) supaya hujung jarum berada di baris terakhir (bawah) bingkai, dan histogram imej (3) dikira, jadi Canny ambang 1 dan 2 boleh ditentukan.Kemudian gunakan pengesanan tepi Canny 28(4) dengan operator Sobel 3 \(\times\) 3 dan hitung kedudukan untuk piksel bukan hipotenus (berlabel \(\mathbf {\times }\)) tanpa peronggaan 300 langkah masa.Untuk menentukan julat pesongan hujung, hitung derivatif (menggunakan algoritma perbezaan pusat) (6) dan tentukan bingkai (7) yang mengandungi ekstrem tempatan (iaitu puncak) pesongan.Selepas pemeriksaan visual pada tepi bebas peronggaan, sepasang bingkai (atau dua bingkai dengan selang separuh masa) telah dipilih (7) dan pesongan hujung diukur (ditandakan sebagai \(\mathbf {\times } \) ).Perkara di atas dilaksanakan dalam Python (v3.8, Yayasan Perisian Python, python.org) menggunakan algoritma pengesanan tepi OpenCV Canny (v4.5.1, perpustakaan penglihatan komputer sumber terbuka, opencv.org).Akhir sekali, faktor kuasa pesongan (DPR, µm/W) dikira sebagai nisbah pesongan puncak ke puncak kepada kuasa elektrik yang dihantar \(P_T\) (Wrms).
Menggunakan algoritma 7 langkah (1-7), termasuk pemangkasan (1-2), pengesanan tepi Canny (3-4), pengiraan, ukur kedudukan piksel tepi pesongan hujung menggunakan satu siri bingkai yang diambil dari kamera kelajuan pada 310 kHz ( 5) dan terbitan masanya (6), dan, akhirnya, julat pesongan hujung diukur pada pasangan bingkai yang diperiksa secara visual (7).
Diukur dalam udara (22.4-22.9°C), air ternyahion (20.8-21.5°C) dan 10% (w/v) gelatin balistik berair (19.7-23.0°C , \(\text {Honeywell}^{ \ text { TM}}\) \(\text {Fluka}^{\text {TM}}\) Gelatin Tulang Lembu dan Babi untuk Analisis Balistik Jenis I, Honeywell International, North Carolina, Amerika Syarikat).Suhu diukur dengan penguat termokopel jenis K (AD595, Peranti Analog Inc., MA, Amerika Syarikat) dan termokopel jenis K (Probe Manik Fluke 80PK-1 No. 3648 jenis-K, Fluke Corporation, Washington, Amerika Syarikat).Gunakan peringkat paksi Z bermotor menegak (8MT50-100BS1-XYZ, Standa Ltd., Vilnius, Lithuania) untuk mengukur kedalaman dari permukaan media (ditetapkan sebagai asal paksi Z) dengan resolusi 5 µm setiap langkah.
Memandangkan saiz sampel adalah kecil (n = 5) dan kenormalan tidak boleh diandaikan, ujian jumlah dua-sampel Wilcoxon dua ekor (R, v4.0.3, R Foundation for Statistical Computing, r-project.org) telah digunakan untuk membandingkan jumlah hujung jarum varians untuk pelbagai bevel.Tiga perbandingan telah dibuat untuk setiap cerun, jadi pembetulan Bonferroni digunakan dengan tahap keertian yang diselaraskan 0.017 dan kadar ralat 5%.
Rujukan dibuat kepada Rajah 7 di bawah.Pada 29.75 kHz, separuh panjang gelombang melengkung (\(\lambda _y/2\)) jarum 21-tolok ialah \(\lebih kurang) 8 mm.Panjang gelombang lentur berkurangan di sepanjang cerun apabila ia menghampiri hujung.Di hujung \(\lambda _y/2\) terdapat serong bertingkat masing-masing 3, 1 dan 7 mm, untuk lancet biasa (a), asimetri (b) dan paksisimetri (c).Oleh itu, ini bermakna bahawa lancet akan berbeza dengan \(\kira-kira\) 5 mm (disebabkan oleh fakta bahawa kedua-dua satah lancet membentuk titik 29.30), cerun tidak simetri akan berbeza sebanyak 7 mm, dan cerun simetri sebanyak 1 mm.Cerun Axisymmetric (pusat graviti kekal sama, jadi hanya ketebalan dinding yang berubah di sepanjang cerun).
Aplikasi kajian FEM pada 29.75 kHz dan persamaan.(1) Kira perubahan separuh gelombang lentur (\(\lambda _y/2\)) untuk lancet (a), asimetri (b) dan paksisimetri (c) geometri serong (seperti dalam Rajah 1a,b,c).).Purata \(\lambda_y/2\) untuk cerun lancet, asimetri dan paksisimetri ialah 5.65, 5.17 dan 7.52 mm, masing-masing.Ambil perhatian bahawa ketebalan hujung untuk serong asimetrik dan paksisimetri adalah terhad kepada \(\lebih kurang) 50 µm.
Mobiliti puncak \(|\tilde{Y}_{v_yF_y}|\) ialah gabungan panjang tiub optimum (TL) dan panjang condong (BL) (Rajah 8, 9).Untuk lancet konvensional, kerana saiznya ditetapkan, TL optimum ialah \(\lebih kurang\) 29.1 mm (Rajah 8).Untuk cerun asimetri dan axisymmetric (Rajah 9a, b, masing-masing), kajian FEM termasuk BL dari 1 hingga 7 mm, jadi julat TL optimum adalah dari 26.9 hingga 28.7 mm (julat 1.8 mm) dan dari 27.9 hingga 29.2 mm (julat 1.3 mm).) ), masing-masing.Untuk cerun asimetri (Rajah 9a), TL optimum meningkat secara linear, mencapai dataran tinggi pada BL 4 mm, dan kemudian menurun secara mendadak daripada BL 5 hingga 7 mm.Untuk cerun axisymmetric (Rajah 9b), TL optimum meningkat secara linear dengan pemanjangan BL dan akhirnya stabil pada BL dari 6 hingga 7 mm.Kajian lanjutan mengenai cerun paksisimetri (Rajah 9c) menunjukkan set TL optimum yang berbeza terletak pada \(\lebih kurang) 35.1–37.1 mm.Untuk semua BL, jarak antara dua set TL optimum ialah \(\approx\) 8 mm (bersamaan dengan \(\lambda _y/2\)).
Mobiliti penghantaran lancet pada 29.75 kHz.Tiub jarum dibengkokkan pada frekuensi 29.75 kHz, getaran diukur pada hujung dan dinyatakan sebagai jumlah mobiliti mekanikal yang dihantar (dB berbanding nilai maksimum) untuk TL 26.5-29.5 mm (langkah 0.1 mm).
Kajian parametrik FEM pada frekuensi 29.75 kHz menunjukkan bahawa mobiliti pemindahan hujung axisymmetric kurang dipengaruhi oleh perubahan dalam panjang tiub berbanding rakan asimetriknya.Kajian panjang serong (BL) dan panjang paip (TL) untuk geometri serong (a) dan paksisimetri (b, c) tidak simetri dalam kajian domain frekuensi menggunakan FEM (keadaan sempadan ditunjukkan dalam Rajah 2).(a, b) TL berjulat antara 26.5 hingga 29.5 mm (0.1 mm langkah) dan BL 1-7 mm (0.5 mm langkah).(c) Kajian sudut serong paksisimetri lanjutan termasuk TL 25-40mm (langkah 0.05mm) dan 0.1-7mm (langkah 0.1mm) yang mendedahkan nisbah yang diingini \(\lambda_y/2\) Keadaan sempadan bergerak longgar untuk hujung dipenuhi.
Struktur jarum mempunyai tiga frekuensi semula jadi \(f_{1-3}\) dibahagikan kepada kawasan modal rendah, sederhana dan tinggi seperti ditunjukkan dalam Jadual 1. Saiz PTE ditunjukkan dalam Rajah 10 dan kemudian dianalisis dalam Rajah 11. Di bawah adalah keputusan untuk setiap kawasan modal:
Amplitud kecekapan pemindahan kuasa segera (PTE) biasa yang direkodkan diperoleh menggunakan pengujaan sinusoidal dengan frekuensi sapuan pada kedalaman 20 mm untuk lancet (L) dan cerun axisymmetric AX1-3 dalam udara, air dan gelatin.Spektrum satu sisi ditunjukkan.Tindak balas frekuensi yang diukur (kadar sampel 300 kHz) ditapis lulus rendah dan kemudian diturunkan sampel dengan faktor 200 untuk analisis modal.Nisbah isyarat kepada hingar ialah \(\le\) 45 dB.Fasa PTE (garis putus-putus ungu) ditunjukkan dalam darjah (\(^{\circ}\)).
Analisis tindak balas modal ditunjukkan dalam Rajah 10 (min ± sisihan piawai, n = 5) untuk cerun L dan AX1-3 dalam udara, air, dan gelatin 10% (kedalaman 20 mm) dengan (atas) tiga kawasan modal (rendah , sederhana, tinggi).), dan frekuensi modal yang sepadan\(f_{1-3}\) (kHz), (purata) kecekapan tenaga\(\text {PTE}_{1{-}3 }\) menggunakan persamaan reka bentuk.(4) dan (bawah) ialah lebar penuh pada separuh nilai maksimum diukur \(\text {FWHM}_{1{-}3}\) (Hz), masing-masing.Ambil perhatian bahawa apabila merakam PTE rendah, iaitu dalam kes cerun AX2, ukuran lebar jalur ditinggalkan, \(\text {FWHM}_{1}\).Mod \(f_2\) dianggap paling sesuai untuk membandingkan pesongan satah condong, kerana ia menunjukkan tahap kecekapan pemindahan kuasa tertinggi (\(\text {PTE}_{2}\)), sehingga 99% .
Rantau modal pertama: \(f_1\) tidak banyak bergantung pada jenis media yang dimasukkan, tetapi bergantung pada geometri serong.\(f_1\) berkurangan dengan berkurangan panjang serong (27.1, 26.2 dan 25.9 kHz untuk AX1-3, masing-masing, di udara).Purata serantau \(\text {PTE}_{1}\) dan \(\text {FWHM}_{1}\) masing-masing ialah \(\approx\) 81% dan 230 Hz.\(\text {FWHM}_{1}\) ialah gelatin tertinggi daripada Lancet (L, 473 Hz).Ambil perhatian bahawa \(\text {FWHM}_{1}\) untuk AX2 dalam gelatin tidak boleh dianggarkan kerana magnitud rendah tindak balas frekuensi yang dilaporkan.
Rantau modal kedua: \(f_2\) bergantung pada jenis media tampal dan serong.Dalam udara, air dan gelatin, nilai purata \(f_2\) ialah 29.1, 27.9 dan 28.5 kHz, masing-masing.PTE untuk rantau modal ini juga mencapai 99%, tertinggi di antara semua kumpulan pengukuran, dengan purata serantau sebanyak 84%.Purata kawasan \(\text {FWHM}_{2}\) ialah \(\approx\) 910 Hz.
Rantau modal ketiga: \(f_3\) Kekerapan bergantung pada jenis medium sisipan dan serong.Nilai purata \(f_3\) masing-masing ialah 32.0, 31.0 dan 31.3 kHz dalam udara, air dan gelatin.\(\text {PTE}_{3}\) mempunyai purata serantau sebanyak \(\lebih kurang\) 74%, yang paling rendah daripada mana-mana rantau.Purata serantau \(\text {FWHM}_{3}\) ialah \(\lebih kurang\) 1085 Hz, yang lebih tinggi daripada kawasan pertama dan kedua.
Berikut merujuk kepada Rajah.12 dan Jadual 2. Lancet (L) terpesong paling banyak (dengan kepentingan yang tinggi untuk semua petua, \(p<\) 0.017) dalam kedua-dua udara dan air (Rajah 12a), mencapai DPR tertinggi (sehingga 220 µm/ W di udara). 12 dan Jadual 2. Lancet (L) terpesong paling banyak (dengan kepentingan yang tinggi untuk semua petua, \(p<\) 0.017) dalam kedua-dua udara dan air (Rajah 12a), mencapai DPR tertinggi (sehingga 220 µm/ W di udara). Следующее относится к рисунку 12 dan таблице 2. Ланцет (L) отклонялся больше всего (с высокой значихдоть p<\) 0,017) как в воздухе, так и в воде (рис. 12а), достигая самого высокого DPR . Perkara berikut digunakan pada Rajah 12 dan Jadual 2. Lancet (L) terpesong paling banyak (dengan kepentingan yang tinggi untuk semua petua, \(p<\) 0.017) dalam kedua-dua udara dan air (Rajah 12a), mencapai DPR tertinggi.(buat 220 μm/W dalam udara).Rujukan dibuat kepada Rajah 12 dan Jadual 2 di bawah.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.）中偏转最大（对所有尖端具有高度意(p<\)端具有高度意(p<\) ，\0义，\0义，0.高DPR （空气中高达220 µm/W）。柳叶刀(L) mempunyai pesongan tertinggi dalam udara dan air (图12a) (对所述尖端是对尖端是是电影,\(p<\) 0.017), dan mencapai DPR tertinggi (sehingga µm/220 W di udara). Ланцет (L) имеет наибольшее отклонение (весьма значимое для всех наконечников, \(p<\) 0,017) в воз.ядих , свол мого высокого DPR (untuk 220 мкм/Вт в воздухе). Lancet (L) mempunyai sisihan terbesar (sangat ketara untuk semua petua, \(p<\) 0.017) dalam udara dan air (Rajah 12a), mencapai DPR tertinggi (sehingga 220 µm/W dalam udara). Di udara, AX1 yang mempunyai BL lebih tinggi, membelok lebih tinggi daripada AX2–3 (dengan keertian, \(p<\) 0.017), manakala AX3 (yang mempunyai BL terendah) membelok lebih daripada AX2 dengan DPR 190 µm/W. Di udara, AX1 yang mempunyai BL lebih tinggi, membelok lebih tinggi daripada AX2–3 (dengan keertian, \(p<\) 0.017), manakala AX3 (yang mempunyai BL terendah) membelok lebih daripada AX2 dengan DPR 190 µm/W. В воздухе AX1 с более высоким BL отклонялся выше, чем AX2–3 (со значимостью \(p<\) 0,017), тогды злонки AX3 больше, чем AX2 с DPR 190 мкм/Вт. Di udara, AX1 dengan BL yang lebih tinggi membelok lebih tinggi daripada AX2–3 (dengan keertian \(p<\) 0.017), manakala AX3 (dengan BL terendah) membelok lebih daripada AX2 dengan DPR 190 µm/W.在空气中，具有较高BL 的AX1 偏转高于 AX2-3（具有显着性，\(p<\) 0.017），而AX3（倷佬彉，从佉从具佉住DPR 为190 µm/W。 Di udara, pesongan AX1 dengan BL yang lebih tinggi adalah lebih tinggi daripada AX2-3 (secara ketara, \(p<\) 0.017), dan pesongan AX3 (dengan BL terendah) adalah lebih tinggi daripada AX2, DPR ialah 190 µm/W. В воздухе AX1 с более высоким BL имеет большее отклонение, чем AX2-3 (значимо, \(p<\) 0,017), тогды смиктAX3 льшее отклонение, чем AX2 с DPR 190 мкм/Вт. Di udara, AX1 dengan BL yang lebih tinggi mempunyai sisihan yang lebih besar daripada AX2-3 (signifikan, \(p<\) 0.017), manakala AX3 (dengan BL terendah) mempunyai sisihan yang lebih besar daripada AX2 dengan DPR 190 μm/W. Dalam air pada 20 mm, tiada perbezaan ketara (\(p>\) 0.017) ditemui dalam pesongan dan PTE untuk AX1–3. Dalam air pada 20 mm, tiada perbezaan ketara (\(p>\) 0.017) ditemui dalam pesongan dan PTE untuk AX1–3. В воде на глубине 20 мм достоверных различий (\(p>\) 0,017) по прогибу и ФТР для AX1–3 не обнаружено. Dalam air pada kedalaman 20 mm, perbezaan ketara (\(p>\) 0.017) dalam pesongan dan FTR telah dikesan untuk AX1–3.在20 mm 的水中，AX1-3 的挠度和 PTE 没有显着差异(\(p>\) 0.017). Dalam 20 mm air, tidak terdapat perbezaan yang signifikan antara AX1-3 dan PTE (\(p>\) 0.017). На глубине 20 мм прогиб и PTE AX1-3 существенно не отличались (\(p>\) 0,017). Pada kedalaman 20 mm pesongan dan PTE AX1-3 tidak berbeza dengan ketara (\(p>\) 0.017).Tahap PTE dalam air (90.2-98.4%) secara amnya lebih tinggi daripada di udara (56-77.5%) (Rajah 12c), dan fenomena peronggaan telah diperhatikan semasa eksperimen dalam air (Rajah 13, lihat juga tambahan maklumat).
Pengukuran amplitud lentur hujung (min ± sisihan piawai, n = 5) untuk L dan AX1-3 chamfers dalam udara dan air (kedalaman 20 mm) mendedahkan kesan perubahan geometri chamfer.Pengukuran diperoleh menggunakan pengujaan sinusoidal frekuensi tunggal berterusan.(a) Sisihan puncak (\(u_y\vec {j}\)) pada puncak, diukur pada (b) frekuensi modal masing-masing \(f_2\).(c) Kecekapan penghantaran kuasa (PTE, rms, %) sebagai persamaan.(4) dan (d) Faktor kuasa sisihan (DPR, µm/W) dikira sebagai sisihan puncak dan kuasa penghantaran \(P_T\) (Wrms).
Plot bayangan biasa kamera berkelajuan tinggi menunjukkan jumlah pesongan hujung lancet (garis putus-putus hijau dan merah) lancet (L) dan hujung axisymmetric (AX1-3) dalam air (kedalaman 20mm), separuh kitaran, kekerapan pemacu \(f_2\) (persampelan frekuensi 310 kHz).Imej skala kelabu yang ditangkap mempunyai dimensi 128×128 piksel dengan saiz piksel \(\lebih kurang) 5 µm.Video boleh didapati dalam maklumat tambahan.
Oleh itu, kami memodelkan perubahan dalam panjang gelombang lentur (Rajah 7) dan mengira mobiliti mekanikal untuk pemindahan bagi gabungan berbentuk pisau pembedah, asimetri dan paksi konvensional bagi panjang dan serong tiub (Rajah 8, 9).Geometri serong simetri.Berdasarkan yang terakhir, kami menganggarkan jarak hujung-ke-kimpalan optimum ialah 43 mm (atau \(\approx\) 2.75\(\lambda_y\) pada 29.75 kHz) seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 5, dan menghasilkan tiga serong beraksimetrik dengan panjang serong yang berbeza.Kami kemudian mencirikan tindak balas frekuensi mereka berbanding dengan lancet konvensional dalam udara, air, dan 10% (w/v) gelatin balistik (Rajah 10, 11) dan menentukan kes terbaik untuk membandingkan mod pesongan kecondongan.Akhir sekali, kami mengukur pesongan hujung dengan membengkokkan gelombang dalam udara dan air pada kedalaman 20 mm dan mengukur kecekapan pemindahan kuasa (PTE, %) dan faktor kuasa pesongan (DPR, µm/W) bagi medium yang disuntik untuk setiap kecondongan.jenis (Gamb. 12).
Keputusan menunjukkan bahawa paksi kecondongan geometri mempengaruhi sisihan amplitud paksi hujung.Lancet mempunyai kelengkungan yang paling tinggi dan juga DPR tertinggi berbanding dengan serong paksisimetri, manakala serong paksisimetri mempunyai sisihan min yang lebih kecil (Rajah 12). Serong paksi-simetri 4 mm (AX1) yang mempunyai panjang serong terpanjang, mencapai pesongan tertinggi secara statistik dalam udara (\(p <0.017\), Jadual 2), berbanding jarum simetri paksi lain (AX2–3), tetapi tiada perbezaan ketara diperhatikan, apabila jarum diletakkan di dalam air. Serong paksi-simetri 4 mm (AX1) yang mempunyai panjang serong terpanjang, mencapai pesongan tertinggi secara statistik dalam udara (\(p <0.017\), Jadual 2), berbanding jarum simetri paksi lain (AX2–3), tetapi tiada perbezaan ketara diperhatikan, apabila jarum diletakkan di dalam air. Осесимметричный скос 4 мм (AX1), имеющий наибольшую длину скоса, достиг статистически значимого нагибольтушо нагибольтуш <0,017\), таблица 2) по сравнению с другими осесимметричными иглами (AX2–3). Serong aksimetri 4 mm (AX1), mempunyai panjang serong terpanjang, mencapai sisihan udara yang lebih ketara secara statistik (\(p <0.017\), Jadual 2) berbanding jarum sumbu simetri lain (AX2–3).tetapi perbezaan ketara tidak diperhatikan semasa meletakkan jarum di dalam air.与其他轴对称针(AX2-3) 相比，具有最长斜角长度的轴对称4 mm 斜角(AX1) 在空气玭中家最高偏转(\(p < 0.017\)，表2)，但当将针头放入水中时，没有观察到显着差异。 Berbanding dengan jarum simetri paksi yang lain (AX2-3), ia mempunyai sudut serong terpanjang 4 mm simetri paksi (AX1) di udara, dan ia telah mencapai pesongan maksimum yang ketara secara statistik (\(p < 0.017\), Jadual 2) , tetapi apabila jarum diletakkan di dalam air, tiada perbezaan yang ketara diperhatikan. Осесимметричный скос 4 мм (AX1) с наибольшей длиной скоса обеспечивает статистически значимое максимолехно максималькон внению с другими осесимметричными иглами (AX2-3) (\(p < 0,017\), таблица 2), но существенной разницы не было. Cerun paksisimetri dengan panjang cerun terpanjang 4 mm (AX1) memberikan sisihan maksimum yang ketara secara statistik dalam udara berbanding dengan cerun paksisimetri yang lain (AX2-3) (\(p < 0.017\), Jadual 2), tetapi tidak terdapat perbezaan ketara.diperhatikan apabila jarum diletakkan di dalam air.Oleh itu, panjang serong yang lebih panjang tidak mempunyai kelebihan yang jelas dari segi pesongan hujung puncak.Dengan mengambil kira perkara ini, ternyata geometri cerun, yang disiasat dalam kajian ini, mempunyai pengaruh yang lebih besar terhadap pesongan amplitud daripada panjang cerun.Ini boleh dikaitkan dengan kekakuan lentur, contohnya, bergantung pada bahan yang dibengkokkan dan ketebalan keseluruhan jarum pembinaan.
Dalam kajian eksperimen, magnitud gelombang lentur yang dipantulkan dipengaruhi oleh keadaan sempadan hujung.Apabila hujung jarum dimasukkan ke dalam air dan gelatin, \(\text {PTE}_{2}\) purata \(\approx\) 95% dan \(\text {PTE}_{2}\) purata nilai adalah 73% dan 77% (\text {PTE}_{1}\) dan \(\text {PTE}_{3}\), masing-masing (Rajah 11).Ini menunjukkan bahawa pemindahan maksimum tenaga akustik ke medium tuangan (contohnya, air atau gelatin) berlaku pada \(f_2\).Tingkah laku yang sama diperhatikan dalam kajian terdahulu menggunakan struktur peranti yang lebih mudah pada frekuensi 41-43 kHz, di mana pengarang menunjukkan pekali pantulan voltan yang dikaitkan dengan modulus mekanikal medium interkala.Kedalaman penembusan32 dan sifat mekanikal tisu memberikan beban mekanikal pada jarum dan oleh itu dijangka mempengaruhi tingkah laku resonan UZeFNAB.Oleh itu, algoritma pengesanan resonans seperti 17, 18, 33 boleh digunakan untuk mengoptimumkan kuasa bunyi yang dihantar melalui stilus.
Pemodelan panjang gelombang bengkok (Rajah 7) menunjukkan bahawa axisymmetric mempunyai kekakuan struktur yang lebih tinggi (iaitu kekakuan lentur yang lebih tinggi) pada hujungnya daripada lancet dan bevel asimetrik.Diperolehi daripada (1) dan menggunakan perhubungan halaju-frekuensi yang diketahui, kami menganggarkan kekukuhan lenturan lancet, petua asimetri dan paksisimetri sebagai cerun \(\ lebih kurang) 200, 20 dan 1500 MPa, masing-masing.Ini sepadan dengan (\lambda _y\) 5.3, 1.7 dan 14.2 mm pada 29.75 kHz, masing-masing (Rajah 7a–c).Memandangkan keselamatan klinikal prosedur USeFNAB, pengaruh geometri pada kekukuhan reka bentuk serong perlu dinilai34.
Kajian terhadap parameter serong dan panjang tiub (Rajah 9) menunjukkan bahawa julat TL optimum untuk asimetri (1.8 mm) adalah lebih tinggi daripada serong axisymmetric (1.3 mm).Di samping itu, dataran tinggi mobiliti berjulat dari 4 hingga 4.5 mm dan dari 6 hingga 7 mm untuk kecondongan asimetrik dan paksisimetrik, masing-masing (Rajah 9a, b).Perkaitan praktikal penemuan ini dinyatakan dalam toleransi pembuatan, contohnya, julat TL optimum yang lebih rendah mungkin membayangkan keperluan untuk ketepatan panjang yang lebih tinggi.Pada masa yang sama, platform hasil memberikan toleransi yang lebih besar untuk pilihan panjang cerun pada frekuensi tertentu tanpa menjejaskan hasil dengan ketara.
Kajian ini merangkumi batasan berikut.Pengukuran langsung pesongan jarum menggunakan pengesanan tepi dan pengimejan berkelajuan tinggi (Rajah 12) bermakna kita terhad kepada media telus optik seperti udara dan air.Kami juga ingin menunjukkan bahawa kami tidak menggunakan eksperimen untuk menguji mobiliti pemindahan simulasi dan sebaliknya, tetapi menggunakan kajian FEM untuk menentukan panjang optimum jarum yang dihasilkan.Dari sudut pandangan batasan praktikal, panjang lancet dari hujung ke lengan adalah 0.4 cm lebih panjang daripada jarum lain (AX1-3), lihat rajah.3b.Ini mungkin telah menjejaskan tindak balas modal struktur acicular.Di samping itu, bentuk dan isipadu pateri plumbum pandu gelombang (lihat Rajah 3) boleh menjejaskan impedans mekanikal reka bentuk pin, mengakibatkan ralat dalam impedans mekanikal dan tingkah laku lentur.
Akhir sekali, kami telah menunjukkan secara eksperimen bahawa geometri serong mempengaruhi jumlah pesongan dalam USeFNAB.Dalam situasi di mana amplitud pesongan yang lebih tinggi boleh memberi kesan positif pada kesan jarum pada tisu, contohnya, kecekapan pemotongan selepas tusukan, lancet konvensional boleh disyorkan untuk USeFNAB, kerana ia memberikan amplitud pesongan yang paling besar sambil mengekalkan ketegaran yang mencukupi di hujung reka bentuk.Di samping itu, kajian baru-baru ini telah menunjukkan bahawa pesongan hujung yang lebih besar boleh meningkatkan kesan biologi seperti peronggaan, yang boleh membantu membangunkan aplikasi untuk campur tangan pembedahan invasif minimum.Memandangkan peningkatan jumlah kuasa akustik telah ditunjukkan untuk meningkatkan hasil biopsi daripada USeFNAB13, kajian kuantitatif lanjut mengenai hasil dan kualiti sampel diperlukan untuk menilai faedah klinikal terperinci bagi geometri jarum yang dikaji.
Frable, WJ Biopsi aspirasi jarum halus: ulasan.Humph.sakit.14:9-28.https://doi.org/10.1016/s0046-8177(83)80042-2 (1983).
Masa siaran: 13-Okt-2022