Hatur nuhun pikeun ngadatangan Nature.com.Versi browser anu anjeun anggo gaduh dukungan CSS kawates.Pikeun pangalaman anu pangsaéna, kami nyarankeun yén anjeun nganggo browser anu diropéa (atanapi nganonaktipkeun Mode Kasaluyuan dina Internet Explorer).Samentawis waktos, pikeun mastikeun dukungan anu terus-terusan, kami bakal ngajantenkeun situs tanpa gaya sareng JavaScript.
Ayeuna parantos nunjukkeun yén panggunaan ultrasound ningkatkeun ngahasilkeun jaringan dina aspirasi jarum halus anu dibantuan ultrasound (USeFNAB) dibandingkeun sareng aspirasi jarum halus konvensional (FNAB).Nepi ka ayeuna, hubungan antara géométri bevel sareng gerakan tip teu acan ditaliti sacara saksama.Dina ulikan ieu, urang nalungtik sipat résonansi jarum jeung amplitudo defleksi pikeun sagala rupa géométri bevel jarum kalayan panjang bevel béda.Ngagunakeun lancet beveled 3.9 mm konvensional, faktor daya defleksi tip (DPR) dina hawa sareng cai masing-masing 220 sareng 105 µm/W.Ieu leuwih luhur ti axisymmetric 4mm tip beveled, nyadiakeun 180 jeung 80 µm/W DPR dina hawa jeung cai, masing-masing.Ulikan ieu nyorot pentingna hubungan antara stiffness bending tina géométri bevel dina konteks sarana panempatan béda, sarta ku kituna bisa nyadiakeun wawasan kana métode pikeun ngadalikeun aksi motong pos-piercing ku cara ngarobah géométri bevel jarum, nu penting.pikeun aplikasi USeFNAB kritis.
Fine-needle aspiration biopsy (FNA) nyaéta métode pikeun meunangkeun sampel jaringan pikeun disangka patologi1,2,3 ngagunakeun jarum.Ujung Franseen parantos kabuktian nyayogikeun kinerja diagnostik anu langkung luhur tibatan tip lancet4 sareng Menghini5 konvensional.Axisymmetrical (ie circumferential) lamping ogé disarankan pikeun ngaronjatkeun likelihood spésimén histopatologis nyukupan.
Salila biopsy, jarum dialirkeun ngaliwatan lapisan kulit jeung jaringan pikeun meunangkeun aksés ka lesions curiga.Studi panganyarna geus ditémbongkeun yén ultrasound bisa ngurangan gaya penetrasi diperlukeun pikeun ngakses jaringan lemes7,8,9,10.Géométri bevel jarum parantos kabuktian mangaruhan gaya interaksi jarum, contona, bevel anu langkung panjang kabuktian gaduh gaya penetrasi jaringan anu langkung handap11.Saatos jarum nembus kana permukaan jaringan, nyaéta saatos tusukan, gaya motong jarum tiasa 75% tina gaya interaksi jarum sareng jaringan12.Eta geus ditémbongkeun yén dina fase pos-tusukan, ultrasound (ultrasound) ngaronjatkeun efisiensi biopsy jaringan lemes diagnostik.Téhnik biopsi tulang anu ditingkatkeun ultrasound sanésna parantos dikembangkeun pikeun nyandak conto jaringan keras, tapi henteu aya hasil anu dilaporkeun anu ningkatkeun ngahasilkeun biopsi.Seueur panilitian ogé parantos negeskeun yén pamindahan mékanis ningkat nalika ngalaman stress ultrasonik16,17,18.Bari aya loba studi ngeunaan gaya statik axial (longitudinal) dina interaksi jarum-jaringan19,20, aya studi kawates dina dinamika temporal jeung géométri bevel jarum handapeun ultrasonic FNAB (USeFNAB).
Tujuan tina ulikan ieu pikeun nalungtik pangaruh géométri bevel anu béda dina gerakan ujung jarum dina jarum anu didorong ku bending ultrasonik.Khususna, urang nalungtik pangaruh médium suntik dina defleksi ujung jarum saatos tusukan pikeun bevels jarum tradisional (nyaéta, jarum USeFNAB pikeun sagala rupa kaperluan sapertos aspirasi selektif atanapi akuisisi jaringan lemes.
Rupa-rupa géométri bevel kaasup dina ulikan ieu.(a) Spésifikasi Lancet luyu jeung ISO 7864:201636 dimana \(\alpha\) mangrupa bevel primér, \(\theta\) nyaéta sudut rotasi bevel sekundér, sarta \(\phi\) nyaéta bevel sekundér. sudut., nalika puteran, dina derajat (\(^\circ\)).(b) Linear asymmetrical single step chamfers (disebut "standar" dina DIN 13097:201937) jeung (c) Linear axisymmetric (circumferential) single step chamfers.
Pendekatan kami dimimitian ku modeling parobahan panjang gelombang bending sapanjang bevel pikeun lancet konvensional, axisymmetric, sarta asimétri single-stage géométri bevel.Urang lajeng diitung ulikan parametrik pikeun nalungtik pangaruh lamping pipe sarta panjang dina fluidity mékanis tina mindahkeun.Ieu diperlukeun pikeun nangtukeun panjang optimal pikeun nyieun jarum prototipe.Dumasar simulasi, prototipe jarum dijieun jeung paripolah résonansi maranéhanana dicirian sacara ékspériméntal ku cara ngukur koefisien pantulan tegangan jeung ngitung efisiensi mindahkeun kakuatan dina hawa, cai jeung 10% (w/v) gelatin balistik, ti mana frékuénsi operasi ditangtukeun. .Tungtungna, pencitraan-speed tinggi dipaké pikeun langsung ngukur defleksi gelombang bending dina ujung jarum dina hawa jeung cai, kitu ogé keur estimasi daya listrik dikirimkeun dina unggal sudut serong jeung géométri rasio kakuatan deflection ( DPR) kana médium anu disuntik..
Ditémbongkeun saperti dina Gambar 2a, ngagunakeun tube gauge 21 (0,80 mm OD, 0,49 mm ID, ketebalan témbok tube 0,155 mm, témbok baku) pikeun nangtukeun tabung jarum panjang tube (TL) jeung sudut bevel (BL) luyu jeung ISO. 9626: 201621) dina 316 stainless steel (modulus Young urang 205 \ (\ téks {GN / m} ^ {2} \), dénsitas 8070 kg / m \ (^ {3} \) jeung rasio Poisson urang 0,275).
Penentuan panjang gelombang bending sareng tuning modél unsur terhingga (FEM) pikeun kaayaan jarum sareng wates.(a) Penentuan panjang bevel (BL) sareng panjang pipa (TL).(b) Modél unsur terhingga (FEM) tilu diménsi (3D) ngagunakeun gaya titik harmonik \(\tilde{F}_y\vec {j}\) pikeun nyorong jarum sacara proksimal, ngalieurkeun titik, sareng ngukur laju dina tip (\ (\tilde {u}_y\vec {j}\), \(\tilde{v}_y\vec {j}\)) pikeun ngitung mindahkeun fluidity mékanis.\(\lambda _y\) dihartikeun salaku panjang gelombang bending relatif ka gaya nangtung \(\tilde{F}_y\vec {j}\).(c) Watesan puseur gravitasi, aréa cross-sectional A, sarta momen inersia \(I_{xx}\) jeung \(I_{yy}\) sabudeureun sumbu x jeung y, masing-masing.
Ditémbongkeun saperti dina Gbr.2b,c, pikeun balok anu taya watesna (teu aya watesna) kalayan luas penampang A jeung dina panjang gelombang leuwih badag batan ukuran penampang balok, laju fase bengkok (atawa bengkok) \( c_{EI }\) ditangtukeun ku 22 :
dimana E nyaéta modulus Young (\(\text {N/m}^{2}\)), \(\omega _0 = 2\pi f_0\) nyaéta frékuénsi sudut éksitasi (rad/s), dimana \(f_0 \ ) nyaéta frékuénsi liniér (1/s atawa Hz), I nyaéta momen inersia wewengkon sabudeureun sumbu dipikaresep\((\text {m}^{4})\), \(m'=\ rho _0 A\ ) nyaéta massa dina hijian panjang (kg/m), dimana \(\rho _0\) nyaéta dénsitas\((\text {kg/m}^{3})\) jeung A nyaéta salib bagian wewengkon balok (bidang xy) (\(\ text {m}^{2}\)).Kusabab gaya anu diterapkeun dina conto urang sajajar sareng sumbu y nangtung, nyaéta \(\tilde{F}_y\vec {j}\), urang ngan museurkeun kana momen régional inersia sabudeureun sumbu-x horizontal, nyaéta \(I_{xx}\), jadi:
Pikeun modél unsur terhingga (FEM), displacement harmonik murni (m) dianggap, jadi akselerasi (\(\text {m/s}^{2}\)) dinyatakeun salaku \(\parsial ^2 \vec { u}/ \ parsial t^2 = -\omega ^2\vec {u}\) salaku \(\vec {u}(x, y, z, t): = u_x\vec {i} + u_y\ vec {j} + u_z\vec {k}\) nyaéta véktor kapindahan tilu diménsi anu dirumuskeun dina koordinat spasial.Gantina anu terakhir, saluyu sareng palaksanaanna dina pakét parangkat lunak COMSOL Multiphysics (versi 5.4-5.5, COMSOL Inc., Massachusetts, AS), deformasi terhingga Lagrangian tina hukum kasaimbangan moméntum dirumuskeun kieu:
dimana \(\vec {\nabla}:= \frac{\parsial}}{\parsial x}\vec {i} + \frac{\parsial}}{\parsial y}\vec {j} + \frac{ \parsial }{\parsial z}\vec {k}\) nyaéta operator divergénsi tensor, \({\ underline {\sigma}}\) nyaéta tensor stress Piola-Kirchhoff kadua (urutan kadua, \(\ text { N/ m}^{2}\)) jeung \(\vec {F_V}:= F_{V_x}\vec {i}+ F_{V_y}\vec {j}+ F_{V_z}\vec {k} \) nyaéta véktor gaya awak (\(\text {N/m}^{3}\)) pikeun tiap volume cacad, sarta \(e^{j\phi }\) nyaéta véktor sudut fase\(\ phi \) (bungah).Dina kasus urang, gaya volume awak téh nol, model urang nganggap linearity geometric sarta deformasi murni elastis leutik, nyaéta, dimana \({\ underline{\ varepsilon}}^{el}\) jeung \({\ underline {\varepsilon}}\) nyaéta galur elastis jeung galur total (urutan kadua, henteu diménsi).Tensor élastisitas isotropik konstitutif Hooke \(\underline{\underline{C}}\) diitung maké modulus Young E (\(\text {N/m}^{2}\)) jeung rasio Poisson v ditangtukeun, nyaéta. \(\underline{\underline{C}}:=\underline{\underline{C}}(E,v)\) (urutan kaopat).Jadi itungan stress jadi \({\underline{\sigma}} := \underline{\underline{C}}:{\underline{\varepsilon}}\).
Itungan ngagunakeun unsur tétrahedral 10 titik kalayan ukuran unsur \(\le\) 8 µm.Jarum dimodelkeun dina vakum, sareng nilai mobilitas mékanis anu ditransfer (ms-1 N-1) dihartikeun salaku \(|\tilde{Y}_{v_yF_y}|= |\tilde{v}_y\vec { j}|/ |\ tilde{F}_y\vec {j}|\)24, dimana \(\tilde{v}_y\vec {j}\) nyaéta laju kompléks kaluaran handpiece jeung \( \ tilde {F}_y\ vec {j }\) nyaéta gaya nyetir kompléks nu aya di tungtung proksimal tabung, ditémbongkeun saperti dina Gambar 2b.Tarjamahkeun fluiditas mékanis dina desibel (dB) ngagunakeun nilai maksimum salaku rujukan, nyaéta \(20\log _{10} (|\tilde{Y}|/ |\tilde{Y}_{max}|) \ ) .Sadaya studi FEM dilaksanakeun dina frékuénsi 29,75 kHz.
Desain jarum (Gbr. 3) diwangun ku jarum hypodermic 21-gauge konvensional (Cat. No. 4665643, Sterican\(^\circledR\), diaméterna luar 0,8 mm, panjangna 120 mm, AISI 304 stainless kromium-nikel baja , B. Braun Melsungen AG, Melsungen, Jérman) dilengkepan leungeun baju Luer Konci palastik dijieunna tina polipropilén dina tungtung proksimal tur suitably dirobah dina tungtungna.Pipa jarum soldered kana waveguide sakumaha ditémbongkeun dina Gbr. 3b.Waveguides ieu dicitak dina printer 3D stainless steel (EOS 316L stainless steel dina printer EOS M 290 3D, 3D Formtech Oy, Jyväskylä, Finlandia) lajeng napel sensor Langevin maké bolts M4.Sénsor Langevin diwangun ku 8 elemen cingcin piezoelektrik dimuat dina duanana tungtung kalawan dua massa.
Opat jinis tip (poto), lancet anu sayogi komersil (L) sareng tilu bevel tahap tunggal axisymmetric (AX1-3) dicirikeun ku panjang bevel (BL) masing-masing 4, 1,2 sareng 0,5 mm.(a) Tutup-up tina ujung jarum rengse.(b) Top view tina opat pin soldered ka waveguide dicitak 3D lajeng disambungkeun ka sensor Langevin kalawan M4 bolts.
Tilu tips bevel axisymmetric (Gbr. 3) ieu dijieun (TAs Mesin Parabot Oy) kalawan panjang bevel (BL, sakumaha didefinisikeun dina Gbr. 2a) tina 4,0, 1,2 jeung 0,5 mm, pakait jeung \ (\ approx) 2 \ (^ \ circ\), 7\(^\circ\) jeung 18\(^\circ\).Massa pandu gelombang sareng jarum nyaéta 3,4 ± 0,017 g (hartosna ± sd, n = 4) pikeun bevels L sareng AX1-3 masing-masing (Quintix \ (^ \ circledR \) 224 Desain 2, Sartorius AG, Göttingen, Jérman) .Pikeun bevels L sareng AX1-3 dina Gambar 3b, panjang total ti ujung jarum dugi ka tungtung leungeun baju plastik masing-masing 13,7, 13,3, 13,3 sareng 13,3 cm.
Pikeun sakabéh konfigurasi jarum, panjangna ti ujung jarum nepi ka ujung pandu gelombang (nyaéta, ka wewengkon las) éta 4,3 cm, sarta tabung jarum ieu berorientasi jeung cut ka luhur (ie, sajajar jeung sumbu Y). , sakumaha ditémbongkeun dina gambar.c (Gbr. 2).
Skrip khusus dina MATLAB (R2019a, The MathWorks Inc., Massachusetts, AS) dijalankeun dina komputer (Lintang 7490, Dell Inc., Texas, AS) dipaké pikeun ngahasilkeun sapuan sinusoida linier ti 25 nepi ka 35 kHz salila 7 detik, ngalirkeun A digital-to-analog (DA) converter (Analog Discovery 2, Digilent Inc., Washington, AS) ngarobah kana sinyal analog.Sinyal analog \(V_0\) (0,5 Vp-p) lajeng diamplifikasi ku frékuénsi radio dedicated (RF) amplifier (Mariachi Oy, Turku, Finlandia).Ragrag tegangan amplified \ ({V_I} \) ti panguat RF kalawan impedansi kaluaran 50 ohm ieu fed ka trafo diwangun kana struktur jarum kalawan impedansi input 50 ohm.Langevin transduser (hareup jeung pungkur beurat-tugas multilayer piezoelektrik transduser) dipaké pikeun ngahasilkeun gelombang mékanis.Panguat RF adat dilengkepan méteran faktor kakuatan gelombang nangtung (SWR) dua saluran anu ngarékam kajadian \ ({V_I} \) sareng tegangan amplifikasi anu dicerminkeun \ (V_R \) dina modeu analog-to-digital (AD).kalayan laju sampling 300 kHz Parabot Parobah (Papanggihan analog 2).Sinyal éksitasi dimodulasi amplitudo di awal sareng di ahir pikeun nyegah overloading input amplifier sareng transients.
Ngagunakeun Aksara custom dilaksanakeun dina MATLAB, fungsi respon frékuénsi (FRF), nyaéta \ (\ tilde {H} (f) \), diperkirakeun offline ngagunakeun métode pangukuran sapu sinusoida dua-kanal (Gbr. 4), nu nganggap. linearitas dina waktu.sistem invarian.Salaku tambahan, saringan pass band 20 dugi ka 40 kHz diterapkeun pikeun ngaleungitkeun frékuénsi anu teu dihoyongkeun tina sinyal.Ngarujuk kana téori jalur transmisi, dina hal ieu \(\tilde{H}(f)\) sarua jeung koefisien pantulan tegangan, nyaéta \(\rho _{V} \equiv {V_R}/{V_I}\ ) \) turun jadi \({V_R}^ 2 /{V_I}^2\ ) sarua jeung \(|\rho _{V}|^2\).Dina kasus dimana nilai kakuatan listrik mutlak diperlukeun, kakuatan kajadian \(P_I\) jeung kakuatan reflected \(P_R\) daya (W) diitung ku cara nyokot nilai rms (rms) tina tegangan pakait, contona.pikeun saluran transmisi kalayan éksitasi sinusoida \( P = {V}^2/(2Z_0)\)26, dimana \(Z_0\) sarua jeung 50 \(\Omega\).Daya listrik anu disayogikeun kana beban \(P_T\) (nyaéta, sedeng anu diselapkeun) tiasa diitung salaku \(|P_I – P_R |\) (W RMS), ogé efisiensi transfer daya (PTE) sareng persentase ( %) bisa ditangtukeun kumaha bentukna dibere, jadi 27:
Frékuénsi modal acicular \(f_{1-3}\) (kHz) sareng faktor transfer daya anu pakait \(\text {PTE}_{1{-}3} \) teras ditaksir nganggo FRF.FWHM (\(\text {FWHM}_{1{-}3}\), Hz) ditaksir langsung tina \(\text {PTE}_{1{-}3}\), tina Tabél 1 A hiji sisi spéktrum linier dicandak dina frékuénsi modal digambarkeun \(f_{1-3}\).
Ukur réspon frékuénsi (AFC) tina struktur jarum.Ukuran sapuan dua saluran sinusoida25,38 digunakeun pikeun meunangkeun fungsi réspon frékuénsi \(\tilde{H}(f)\) jeung réspon impulsna H(t).\({\mathcal {F}}\) jeung \({\mathcal {F}}^{-1}\) ngagambarkeun transformasi Fourier tina truncation digital sarta tibalikna, masing-masing.\(\tilde{G}(f)\) hartina produk dua sinyal dina domain frékuénsi, misalna \(\tilde{G}_{XrX}\) hartina produk scan tibalik\(\tilde{ X} r (f)\ ) jeung tegangan turunna \(\tilde{X}(f)\) masing-masing.
Ditémbongkeun saperti dina Gambar 5, kaméra-speed tinggi (Phantom V1612, Visi Panalungtikan Inc., NJ, AS) dilengkepan lénsa makro (MP-E 65mm, \ (f \) / 2.8, 1-5 \).(\times\), Canon Inc., Tokyo, Jepang), pikeun ngarékam defleksi ujung salila éksitasi bending (frekuensi tunggal, sinusoid kontinyu) dina frékuénsi 27,5-30 kHz.Pikeun nyieun peta kalangkang, unsur tiis tina inténsitas tinggi LED bodas (nomer bagian: 4052899910881, LED bodas, 3000 K, 4150 lm, Osram Opto Semiconductors GmbH, Regensburg, Jérman) ieu disimpen di tukangeun ujung jarum.
Panempoan hareup tina setelan eksperimen.Jero diukur tina beungeut médium.Struktur jarum dijepit sareng dipasang dina méja transfer bermotor.Paké kaméra speed tinggi jeung lensa magnification tinggi (5\(\x\)) pikeun ngukur simpangan sudut serong.Sadaya diménsi aya dina milimeter.
Pikeun unggal jinis bevel jarum, kami ngarékam 300 pigura kaméra laju anu ukuranana 128 \(\x\) 128 piksel, masing-masing kalayan résolusi spasial 1/180 mm (\(\approx) 5 µm), kalayan a resolusi temporal 310.000 pigura per detik.Sapertos dina Gambar 6, unggal pigura (1) dipotong (2) sahingga ujung jarum aya dina garis terakhir (handap) pigura, sareng histogram gambar (3) diitung, janten Canny. thresholds 1 jeung 2 bisa ditangtukeun.Lajeng nerapkeun deteksi tepi Canny 28 (4) kalawan operator Sobel 3 \ (\ kali \) 3 sarta ngitung posisi pikeun piksel non-hypotenuse (dilabélan \ (\ mathbf {\ kali} \)) tanpa cavitation 300 léngkah waktos.Pikeun nangtukeun rentang deflection tip, itung turunan (ngagunakeun algoritma bédana sentral) (6) jeung nangtukeun pigura (7) nu ngandung extremes lokal (ie puncak) deflection nu.Saatos inspeksi visual tepi bébas cavitation, sapasang pigura (atawa dua pigura kalawan interval satengah waktu) dipilih (7) jeung deflection tina ujung diukur (dilambangkeun salaku \(\mathbf {\times } \)).Di luhur dilaksanakeun dina Python (v3.8, Python Software Foundation, python.org) ngagunakeun algoritma deteksi tepi OpenCV Canny (v4.5.1, perpustakaan visi komputer open source, opencv.org).Tungtungna, faktor daya defleksi (DPR, µm/W) diitung salaku babandingan defleksi puncak-ka-puncak jeung daya listrik dikirimkeun \(P_T\) (Wrms).
Ngagunakeun algoritma 7-hambalan (1-7), kaasup cropping (1-2), deteksi tepi Canny (3-4), itungan, ngukur posisi piksel ujung deflection ujung ngagunakeun runtuyan pigura nu dicokot ti luhur- kaméra speed dina 310 kHz (5) jeung turunan waktu na (6), sarta, tungtungna, rentang deflection tip diukur dina pasangan visually dipariksa tina pigura (7).
Diukur dina hawa (22.4-22.9°C), cai deionisasi (20.8-21.5°C) jeung 10% (w/v) gelatin balistik cai (19.7-23.0°C , \(\text {Honeywell}^{ \ text { TM}}\) \(\text {Fluka}^{\text {TM}}\) Gelatin Bovine sareng Babi Bone pikeun Analisis Balistik Tipe I, Honeywell International, North Carolina, AS).Suhu diukur ku K-tipe thermocouple panguat (AD595, Analog Alat Inc., MA, AS) jeung K-tipe thermocouple (Fluke 80PK-1 Bead usik No. 3648 tipe-K, Fluke Corporation, Washington, AS).Anggo panggung sumbu Z bermotor nangtung (8MT50-100BS1-XYZ, Standa Ltd., Vilnius, Lithuania) pikeun ngukur jerona tina permukaan media (disetél salaku asal sumbu Z) kalayan resolusi 5 µm per léngkah.
Kusabab ukuran sampelna leutik (n = 5) jeung normalitas teu bisa dianggap, dua-sampel dua-buntut Wilcoxon rank sum test (R, v4.0.3, R Foundation for Statistical Computing, r-project.org) dipaké. pikeun ngabandingkeun jumlah varians tip jarum pikeun rupa bevels.Tilu babandingan dijieun pikeun tiap lamping, jadi koreksi Bonferroni ieu dilarapkeun kalawan tingkat significance disaluyukeun 0,017 sarta laju kasalahan 5%.
Rujukan dijieun pikeun Gbr. 7 di handap.Dina 29,75 kHz, satengah panjang gelombang melengkung (\(\lambda _y/2\)) tina jarum 21-gauge nyaéta \(\ kurang leuwih) 8 mm.Panjang gelombang bending turun sapanjang lamping nalika ngadeukeutan ujung.Dina ujung \(\lambda _y/2\) aya bevels stepped masing-masing 3, 1 jeung 7 mm, pikeun lancets biasa (a), asimétri (b) jeung axisymmetrical (c).Ku kituna, ieu ngandung harti yén lancet bakal béda ku \(\ ngeunaan \) 5 mm (kusabab kanyataan yén dua planes of lancet ngabentuk titik 29,30), lamping asymmetrical bakal rupa-rupa ku 7 mm, sarta lamping simetris. ku 1 mm.lamping Axisymmetric (puseur gravitasi tetep sarua, jadi ngan ketebalan témbok sabenerna robah sapanjang lamping).
Aplikasi ulikan FEM dina 29,75 kHz jeung persamaan.(1) Ngitung parobahan satengah gelombang bending (\(\lambda _y/2\)) pikeun lancet (a), asimétri (b) jeung axisymmetric (c) géométri serong (sakumaha dina Gbr. 1a, b, c).).Rata-rata \(\lambda_y/2\) pikeun lamping lancet, asimétri, sareng axisymmetric masing-masing nyaéta 5,65, 5,17, sareng 7,52 mm.Catet yén ketebalan tip pikeun bevel asimétri sareng axisymmetric dugi ka \(\approx) 50 µm.
Mobilitas puncak \(|\tilde{Y}_{v_yF_y}|\) mangrupakeun kombinasi panjang tube optimal (TL) jeung panjang inclination (BL) (Gbr. 8, 9).Pikeun lancet konvensional, saprak ukuranana tetep, TL optimal nyaéta \(\approx\) 29,1 mm (Gbr. 8).Pikeun lamping asimétri sareng axisymmetric (Gbr. 9a, b, masing-masing), ulikan FEM kalebet BL tina 1 dugi ka 7 mm, ku kituna rentang TL optimal ti 26,9 dugi ka 28,7 mm (rentang 1,8 mm) sareng ti 27,9 dugi ka 29,2 mm (rentang). 1,3 mm).)), masing-masing.Pikeun lamping asimétri (Gbr. 9a), TL optimal ngaronjat linier, ngahontal dataran di bl 4 mm, lajeng sharply turun tina bl 5 ka 7 mm.Pikeun lamping axisymmetrical (Gbr. 9b), TL optimal naek linier kalawan bl elongation sarta tungtungna stabilizes di bl ti 6 ka 7 mm.Hiji studi nambahan ngeunaan lamping axisymmetric (Gbr. 9c) némbongkeun susunan béda tina TLs optimal lokasina di \ (\ kira-kira) 35,1-37,1 mm.Pikeun sakabéh BLs, jarak antara dua sét TLs optimal \ (\ approx \) 8 mm (sarua jeung \(\lambda _y/2\)).
Lancet transmisi mobilitas dina 29,75 kHz.Pipa jarum ieu flexed dina frékuénsi 29,75 kHz, Geter ieu diukur dina tungtung jeung dinyatakeun salaku jumlah dikirimkeun mobilitas mékanis (dB relatif ka nilai maksimum) pikeun TL 26,5-29,5 mm (0,1 mm hambalan).
Ulikan paramétrik tina FEM dina frékuénsi 29,75 kHz nunjukkeun yén mobilitas mindahkeun ujung axisymmetrical kirang kapangaruhan ku parobahan dina panjang tabung ti tara asimétri na.Bevel panjang (BL) jeung pipa panjang (TL) studi pikeun asimétri (a) jeung axisymmetric (b, c) geometries bevel dina studi domain frékuénsi ngagunakeun FEM (kaayaan wates ditémbongkeun dina Gambar 2).(a, b) TL dibasajankeun 26,5 ka 29,5 mm (0,1 mm hambalan) jeung bl 1-7 mm (0,5 mm hambalan).(c) Ngalegaan axisymmetric ulikan sudut serong kaasup TL 25-40mm (0.05mm hambalan) jeung 0.1-7mm (0.1mm hambalan) nu nembongkeun rasio dipikahoyong \ (\ lambda_y / 2 \) Leupas kaayaan wates pindah pikeun tip a wareg.
Struktur jarum boga tilu frékuénsi alam \(f_{1-3}\) dibagi kana low, sedeng jeung luhur wewengkon modal saperti ditémbongkeun dina Table 1. Ukuran PTE ditémbongkeun dina Gambar 10 lajeng dianalisis dina Gambar 11. Di handap ieu mangrupakeun hasil pikeun tiap wewengkon modal:
Amplitudo efisiensi transfer daya sakedapan (PTE) anu biasa dirékam diala nganggo éksitasi sinusoida kalayan frékuénsi disapu dina jerona 20 mm pikeun lancet (L) sareng lamping axisymmetric AX1-3 dina hawa, cai sareng gelatin.Spéktrum hiji sisi dipintonkeun.Réspon frékuénsi diukur (laju sampel 300 kHz) ieu low-pass disaring lajeng downsampled ku faktor 200 pikeun analisis modal.Babandingan signal-to-noise nyaéta \(\le\) 45 dB.Fase PTE (garis titik-titik ungu) dipidangkeun dina derajat (\(^{\circ}\)).
Analisis respon modal dipidangkeun dina Gambar 10 (hartosna ± simpangan baku, n = 5) pikeun L na AX1-3 lamping dina hawa, cai, jeung 10% gelatin (jero 20 mm) kalawan (luhureun) tilu wewengkon modal (rendah). , sedeng, luhur).), jeung frékuénsi modalna nu pakait \(f_{1-3}\) (kHz), (rata-rata) efisiensi énergi\(\text {PTE}_{1{-}3 }\) ngagunakeun persamaan desain.(4) jeung (handap) nyaéta lebar pinuh dina satengah tina nilai maksimum diukur masing-masing \(\text {FWHM}_{1{-}3}\) (Hz).Catet yén nalika ngarékam PTE rendah, nyaéta dina hal lamping AX2, ukuran rubakpita dileungitkeun, \(\text {FWHM}_{1}\).Modeu \(f_2\) dianggap paling cocog pikeun ngabandingkeun defleksi pesawat condong, sabab nunjukkeun tingkat efisiensi transfer kakuatan anu paling luhur (\(\text {PTE}_{2}\)), nepi ka 99% .
Wewengkon modal munggaran: \ (f_1 \) henteu gumantung pisan kana jinis média anu diselapkeun, tapi gumantung kana géométri bevel.\(f_1\) nurun jeung nurunna panjang bevel (27,1, 26,2 jeung 25,9 kHz pikeun AX1-3, masing-masing dina hawa).Rata-rata régional \(\text {PTE}_{1}\) sareng \(\text {FWHM}_{1}\) masing-masing nyaéta \(\approx\) 81% sareng 230 Hz.\(\text {FWHM}_{1}\) éta pangluhurna di gelatin ti Lancet (L, 473 Hz).Catet yén \(\text {FWHM}_{1}\) pikeun AX2 dina gelatin teu tiasa ditaksir kusabab ageungna réspon frékuénsi anu dilaporkeun.
Wewengkon modal kadua: \(f_2\) gumantung kana jinis némpelkeun sareng média bevel.Dina hawa, cai sareng gelatin, nilai rata-rata \(f_2\) masing-masing nyaéta 29,1, 27,9 sareng 28,5 kHz.PTE pikeun daérah modal ieu ogé ngahontal 99%, pangluhurna diantara sadaya kelompok pangukuran, kalayan rata-rata régional 84%.Rata-rata aréa \(\text {FWHM}_{2}\) nyaéta \(\approx\) 910 Hz.
Wewengkon modal katilu: \ (f_3 \) Frékuénsi gumantung kana jinis médium sisipan sareng bevel.Nilai rata-rata \(f_3\) nyaéta 32.0, 31.0 sareng 31.3 kHz dina hawa, cai sareng gelatin, masing-masing.\(\text {PTE}_{3}\) rata-rata régionalna \(\kira-kira\) 74%, panghandapna tina daérah mana waé.Rata-rata régional \(\text {FWHM}_{3}\) nyaéta \(\kira-kira\) 1085 Hz, nu leuwih luhur ti wewengkon kahiji jeung kadua.
Di handap ieu nujul kana Gbr.12 jeung Table 2. Lancet (L) paling deflected (kalawan significance tinggi ka sadaya tips, \(p<\) 0,017) dina duanana hawa jeung cai (Gbr. 12a), achieving DPR pangluhurna (nepi ka 220 µm/ W dina hawa). 12 jeung Table 2. Lancet (L) paling deflected (kalawan significance tinggi ka sadaya tips, \(p<\) 0,017) dina duanana hawa jeung cai (Gbr. 12a), achieving DPR pangluhurna (nepi ka 220 µm/ W dina hawa). Следующее относится к рисунку 12 jeung таблице 2. Ланцет (L) отклонялся больше всего (с высокой значикдоть p<\) 0,017) как в воздухе, так и в воде (рис. 12а), достигая самого высокого DPR . Di handap ieu manglaku ka Gambar 12 sarta Table 2. Lancet (L) deflected paling (kalawan significance tinggi pikeun sakabéh tips, \ (p<\) 0,017) dina duanana hawa jeung cai (Gbr. 12a), achieving DPR pangluhurna.(nepi ka 220 μm/W dina hawa).Rujukan dijieun kana Gambar 12 jeung Tabél 2 di handap.A高DPR （空气中高达220 µm/W）.柳叶刀(L) boga defleksi pangluhurna dina hawa jeung cai (图12a) (对所述尖端是对尖端是是电影,\(p<\) 0,017), sarta ngahontal DPR pangluhurna (nepi ka µm/220). W dina hawa). Ланцет (L) имеет наибольшее отклонение (весьма значимое для всех наконечников, \(p<\) 0,017) в возд.яде , свод мого высокого DPR (до 220 мкм/Вт в воздухе). Lancet (L) boga simpangan pangbadagna (kacida signifikan pikeun sakabéh tips, \(p<\) 0,017) dina hawa jeung cai (Gbr. 12a), ngahontal DPR pangluhurna (nepi ka 220 µm/W dina hawa). Dina hawa, AX1 nu miboga BL luhur, deflected leuwih luhur ti AX2–3 (kalawan significance, \(p<\) 0,017), sedengkeun AX3 (nu miboga BL panghandapna) deflected leuwih ti AX2 kalawan DPR 190 µm/W. Dina hawa, AX1 nu miboga BL luhur, deflected leuwih luhur ti AX2–3 (kalawan significance, \(p<\) 0,017), sedengkeun AX3 (nu miboga BL panghandapna) deflected leuwih ti AX2 kalawan DPR 190 µm/W. В воздухе AX1 с более высоким BL отклонялся выше, чем AX2–3 (со значимостью \(p<\) 0,017), тогда злонялся зломки больше, чем AX2 с DPR 190 мкм/Вт. Dina hawa, AX1 kalawan BL nu leuwih luhur dibelokkeun leuwih luhur ti AX2–3 (kalawan significance \(p<\) 0,017), sedengkeun AX3 (kalawan BL panghandapna) deflected leuwih ti AX2 kalawan 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（有佉佉，从佉从从具住DPR 为 190 µm/W. Dina hawa, defleksi AX1 kalayan BL anu langkung luhur langkung luhur tibatan AX2-3 (nyata, \(p<\) 0,017), sareng defleksi AX3 (kalayan BL panghandapna) langkung luhur tibatan AX2, DPR 190 µm/W. В воздухе AX1 с более высоким BL имеет большее отклонение, чем AX2-3 (значимо, \(p<\) 0,017), тогда з ским 3 льшее отклонение, чем AX2 с DPR 190 мкм/Вт. Dina hawa, AX1 kalayan BL anu langkung luhur gaduh simpangan anu langkung ageung tibatan AX2-3 (signifikan, \(p<\) 0,017), sedengkeun AX3 (kalayan BL panghandapna) gaduh simpangan anu langkung ageung tibatan AX2 kalayan DPR 190 μm/W. Dina cai dina 20 mm, euweuh béda anu signifikan (\(p>\) 0,017) kapanggih dina deflection na PTE pikeun AX1-3. Dina cai dina 20 mm, euweuh béda anu signifikan (\(p>\) 0,017) kapanggih dina deflection na PTE pikeun AX1-3. В воде на глубине 20 мм достоверных различий (\(p>\) 0,017) по прогибу и ФТР для AX1–3 не обнаружено. Dina cai dina jerona 20 mm, béda anu signifikan (\(p>\) 0,017) dina defleksi sareng FTR dideteksi pikeun AX1-3.20 mm 的水中，AX1-3 的挠度和 PTE 没有显着差异(\(p>\) 0.017). Dina 20 mm cai, teu aya béda anu signifikan antara AX1-3 sareng PTE (\(p>\) 0,017). На глубине 20 мм прогиб и PTE AX1-3 существенно не отличались (\(p>\) 0,017). Dina jerona 20 mm deflection na PTE AX1-3 teu béda signifikan (\(p>\) 0,017).Tingkat PTE dina cai (90.2-98.4%) éta umumna leuwih luhur ti dina hawa (56-77.5%) (Gbr. 12c), sarta fenomena cavitation ieu nyatet salila percobaan dina cai (Gbr. 13, tingali ogé tambahan. inpormasi).
Ujung bending ukuran amplitudo (hartosna ± simpangan baku, n = 5) pikeun L na AX1-3 chamfers dina hawa jeung cai (jero 20 mm) wangsit efek ngarobah chamfer géométri.Pangukuran dicandak nganggo éksitasi sinusoida frekuensi tunggal kontinyu.(a) Puncak simpangan (\(u_y\vec {j}\)) dina vertex, diukur dina (b) frékuénsi modal masing-masing \(f_2\).(c) Efisiensi transmisi kakuatan (PTE, rms,%) salaku persamaan.(4) jeung (d) Faktor daya simpangan (DPR, µm/W) diitung salaku simpangan puncak jeung daya transmisi \(P_T\) (Wrms).
Plot bayangan tipikal tina kaméra laju anu nunjukkeun total defleksi ujung lancet (garis dotted héjo sareng beureum) tina lancet (L) sareng tip axisymmetric (AX1-3) dina cai (jero 20mm), satengah siklus, frékuénsi drive. \(f_2\) (frékuénsi 310 kHz sampling).Gambar grayscale nu dicandak gaduh diménsi 128×128 piksel sareng ukuran piksel \(\ kira-kira) 5 µm.Video tiasa dipendakan dina inpormasi tambahan.
Ku kituna, urang dimodelkeun parobahan panjang gelombang bending (Gbr. 7) jeung ngitung mobilitas mékanis pikeun mindahkeun pikeun lanceolate konvensional, asimétri, sarta kombinasi axial panjang tube na bevel (Gbr. 8, 9).Géométri beveled simetris.Dumasar kana anu terakhir, kami ngira-ngira jarak tip-to-las anu optimal janten 43 mm (atanapi \ (\ approx \) 2,75 \ (\ lambda_y \) dina 29,75 kHz) sapertos anu dipidangkeun dina Gambar 5, sareng nyiptakeun tilu bevel axisymmetric sareng panjangna bevel béda.Urang lajeng dicirikeun réspon frékuénsi maranéhanana dibandingkeun lancets konvensional dina hawa, cai, jeung 10% (w / v) gelatin balistik (Angka 10, 11) jeung nangtukeun kasus pangalusna pikeun ngabandingkeun mode Deflection Deflection.Tungtungna, urang ngukur defleksi tip ku cara ngabengkokkeun gelombang dina hawa sareng cai dina jerona 20 mm sareng ngitung efisiensi transfer kakuatan (PTE, %) sareng faktor daya defleksi (DPR, µm / W) tina médium anu disuntik pikeun unggal miring.tipe (Gbr. 12).
Hasilna nunjukkeun yén sumbu Dengdekkeun géométri mangaruhan simpangan amplitudo tina sumbu tip.Lancet miboga curvature pangluhurna sarta ogé DPR pangluhurna dibandingkeun bevel axisymmetrical, sedengkeun bevel axisymmetrical boga simpangan rata leutik (Gbr. 12). Axi-simétri 4 mm bevel (AX1) ngabogaan panjang bevel pangpanjangna, ngahontal deflection pangluhurna statistik signifikan dina hawa (\(p <0,017 \), Table 2), dibandingkeun jeung jarum sumbu-simétri séjén (AX2-3), tapi henteu aya béda anu signifikan, nalika jarum disimpen dina cai. Axi-simétri 4 mm bevel (AX1) ngabogaan panjang bevel pangpanjangna, ngahontal deflection pangluhurna statistik signifikan dina hawa (\(p <0,017 \), Table 2), dibandingkeun jeung jarum sumbu-simétri séjén (AX2-3), tapi henteu aya béda anu signifikan, nalika jarum disimpen dina cai. Осесимметричный скос 4 мм (AX1), имеющий наибольшую длину скоса, достиг статистически значимого нагибольтш <0,017\), таблица 2) по сравнению с другими осесимметричными иглами (AX2–3). Bevel Axisymmetric 4 mm (AX1), gaduh panjang bevel pangpanjangna, ngahontal simpangan hawa anu signifikan sacara statistik (\(p <0,017\), Tabél 2) dibandingkeun jarum axisymmetric séjén (AX2-3).tapi béda anu signifikan teu katalungtik nalika nempatkeun jarum dina cai.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。 Dibandingkeun jeung jarum simetris axially séjén (AX2-3), éta boga sudut serong pangpanjangna 4 mm axially simetris (AX1) dina hawa, sarta geus ngahontal deflection maksimum signifikan sacara statistik (\(p <0,017 \), Table 2) , tapi nalika jarum disimpen dina cai, henteu aya bédana anu signifikan. Осесимметричный скос 4 мм (AX1) с наибольшей длиной скоса обеспечивает статистически значимое максимально максимально максимально внению с другими осесимметричными иглами (AX2-3) (\(p < 0,017\), таблица 2), но существенной разницы не было. Lamping axisymmetrical kalayan panjang lamping pangpanjangna 4 mm (AX1) nyadiakeun simpangan maksimum sacara statistik signifikan dina hawa dibandingkeun jeung lamping axisymmetrical séjén (AX2-3) (\(p <0,017 \), Table 2), tapi euweuh. bédana signifikan.dititénan nalika jarum disimpen dina cai.Ku kituna, panjang bevel panjang teu boga kaunggulan atra dina watesan deflection ujung puncak.Nyandak ieu kana akun, tétéla yén géométri lamping, nu ditalungtik dina ulikan ieu, boga pangaruh gede dina deflection amplitudo ti panjang lamping.Ieu bisa patali jeung bending stiffness, contona, gumantung kana bahan keur ngagulung sarta ketebalan sakabéh jarum konstruksi.
Dina studi ékspérimén, gedena gelombang flexural reflected kapangaruhan ku kaayaan wates ujung.Nalika ujung jarum diselapkeun kana cai sareng gelatin, \(\text {PTE}_{2}\) rata-rata \(\approx\) 95% sareng \(\text {PTE}_{2}\) rata-rata nilaina. nyaéta 73% sareng 77% (\text {PTE}_{1}\) sareng \(\text {PTE}_{3}\), masing-masing (Gbr. 11).Ieu nunjukkeun yén mindahkeun maksimum énergi akustik ka medium casting (contona, cai atawa gelatin) lumangsung dina \(f_2\).Paripolah anu sami dititénan dina ulikan saméméhna ngagunakeun struktur alat anu langkung sederhana dina frékuénsi 41-43 kHz, dimana pangarang nunjukkeun koefisien refleksi tegangan anu aya hubunganana sareng modulus mékanis tina medium intercalated.Jero penetrasi32 sareng sipat mékanis jaringan nyayogikeun beban mékanis dina jarum sahingga diperkirakeun mangaruhan paripolah résonansi UZeFNAB.Ku alatan éta, algoritma tracking résonansi kayaning 17, 18, 33 bisa dipaké pikeun ngaoptimalkeun kakuatan sora dikirimkeun ngaliwatan stylus nu.
Modeling panjang gelombang ngalipet (Gbr. 7) nunjukeun yen axisymmetric ngabogaan stiffness struktural luhur (ie luhur bending stiffness) dina tip ti lancet na bevel asimétri.Diturunkeun tina (1) jeung ngagunakeun hubungan laju-frékuénsi dipikawanoh, urang estimasi stiffness bending tina lancet, asimétri jeung axisymmetric tips sakumaha lamping \(\ kira) 200, 20 jeung 1500 MPa, masing-masing.Ieu pakait jeung (\ lambda _y \) 5.3, 1.7 jeung 14.2 mm masing-masing dina 29.75 kHz (Gbr. 7a-c).Mertimbangkeun kasalametan klinis tina prosedur USeFNAB, pangaruh géométri dina stiffness desain bevel perlu dievaluasi34.
Ulikan ngeunaan parameter tina bevel jeung panjang tube (Gbr. 9) némbongkeun yén rentang TL optimal pikeun asimétri (1,8 mm) éta leuwih luhur ti keur bevel axisymmetric (1,3 mm).Sajaba ti éta, mobilitas dataran Bulan ti 4 nepi ka 4,5 mm sarta ti 6 nepi ka 7 mm masing-masing pikeun asimétri jeung axisymmetric Dengdekkeun (Gbr. 9a, b).Relevansi praktis tina Pananjung ieu dinyatakeun dina tolerances manufaktur, contona, rentang handap TL optimal bisa imply peryogi pikeun akurasi panjangna luhur.Dina waktos anu sami, platform ngahasilkeun nyayogikeun kasabaran anu langkung ageung pikeun pilihan panjang lamping dina frékuénsi anu ditangtukeun tanpa mangaruhan sacara signifikan ngahasilkeun.
pangajaran ngawengku watesan di handap.Pangukuran langsung tina defleksi jarum ngagunakeun deteksi ujung jeung pencitraan-speed tinggi (Gambar 12) hartina urang diwatesan ka média optik transparan kayaning hawa jeung cai.Kami ogé hoyong nunjukkeun yén kami henteu nganggo percobaan pikeun nguji mobilitas transfer simulasi sareng sabalikna, tapi nganggo studi FEM pikeun nangtukeun panjang optimal jarum anu diproduksi.Tina sudut pandang watesan praktis, panjang lancet ti ujung ka leungeun baju 0,4 cm langkung panjang tibatan jarum anu sanés (AX1-3), tingali Gbr.3b.Ieu mungkin geus mangaruhan respon modal tina struktur acicular.Sajaba ti éta, bentuk jeung volume waveguide kalungguhan solder (tingali Gambar 3) bisa mangaruhan impedansi mékanis tina desain pin, hasilna kasalahan dina impedansi mékanis jeung kabiasaan bending.
Tungtungna, kami sacara ékspériméntal nunjukkeun yén géométri bevel mangaruhan jumlah defleksi dina USeFNAB.Dina kaayaan dimana amplitudo defleksi anu langkung luhur tiasa gaduh pangaruh anu positif kana pangaruh jarum dina jaringan, contona, efisiensi motong saatos tusukan, lancet konvensional tiasa disarankeun pikeun USeFNAB, sabab éta nyayogikeun amplitudo defleksi anu paling hébat bari ngajaga kaku anu cukup. dina ujung rarancang.Salaku tambahan, panilitian panganyarna nunjukkeun yén defleksi tip anu langkung ageung tiasa ningkatkeun épék biologis sapertos kavitasi, anu tiasa ngabantosan ngembangkeun aplikasi pikeun intervensi bedah invasif minimal.Nunjukkeun yen ngaronjatna total kakuatan akustik geus ditémbongkeun ngaronjatkeun ngahasilkeun biopsy ti USeFNAB13, studi kuantitatif salajengna ngeunaan ngahasilkeun sampel sarta kualitas diperlukeun pikeun assess mangpaat klinis lengkep tina géométri jarum ditalungtik.
Frable, WJ Fine jarum biopsy aspirasi: ulasan.Huuh.gering.14:9-28.https://doi.org/10.1016/s0046-8177(83)80042-2 (1983).
waktos pos: Oct-13-2022