ขอขอบคุณที่เยี่ยมชม Nature.comเวอร์ชันเบราว์เซอร์ที่คุณใช้มีการรองรับ CSS อย่างจำกัดเพื่อประสบการณ์ที่ดีที่สุด เราขอแนะนำให้คุณใช้เบราว์เซอร์ที่อัปเดต (หรือปิดใช้งานโหมดความเข้ากันได้ใน Internet Explorer)ในระหว่างนี้ เพื่อให้มั่นใจว่าได้รับการสนับสนุนอย่างต่อเนื่อง เราจะเรนเดอร์ไซต์โดยไม่มีสไตล์และ JavaScript
มีการแสดงให้เห็นเมื่อเร็วๆ นี้ว่าการใช้อัลตราซาวนด์ช่วยเพิ่มผลผลิตเนื้อเยื่อในการสำลักด้วยเข็มละเอียดโดยใช้อัลตราซาวนด์ (USeFNAB) เมื่อเปรียบเทียบกับการสำลักด้วยเข็มละเอียดทั่วไป (FNAB)จนถึงปัจจุบัน ความสัมพันธ์ระหว่างรูปทรงมุมเอียงกับการเคลื่อนที่ของปลายยังไม่ได้รับการศึกษาอย่างละเอียดในการศึกษานี้ เราได้ตรวจสอบคุณสมบัติของเรโซแนนซ์ของเข็มและแอมพลิจูดของการโก่งตัวสำหรับรูปทรงมุมเอียงของเข็มต่างๆ ที่มีความยาวมุมเอียงต่างกันการใช้มีดหมอแบบเอียงขนาด 3.9 มม. ทั่วไป ค่ากำลังการโก่งตัวของทิป (DPR) ในอากาศและน้ำคือ 220 และ 105 µm/W ตามลำดับซึ่งสูงกว่าปลายเอียงแบบแกนสมมาตรขนาด 4 มม. โดยให้ DPR 180 และ 80 µm/W ในอากาศและน้ำ ตามลำดับการศึกษานี้เน้นย้ำถึงความสำคัญของความสัมพันธ์ระหว่างความแข็งในการดัดงอของรูปทรงมุมเอียงในบริบทของวิธีการสอดแบบต่างๆ ดังนั้นจึงอาจให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับวิธีการควบคุมการดำเนินการตัดหลังการเจาะโดยการเปลี่ยนรูปทรงมุมเอียงของเข็ม ซึ่งมีความสำคัญสำหรับแอปพลิเคชัน USeFNAB เป็นสิ่งสำคัญ
Fine-needle aspiration biopsy (FNA) เป็นวิธีการเก็บตัวอย่างเนื้อเยื่อที่สงสัยว่าเป็นโรคทางพยาธิวิทยา1,2,3 โดยใช้เข็มทิป Franseen ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าให้ประสิทธิภาพการวินิจฉัยที่สูงกว่าทิป lancet4 และ Menghini5 ทั่วไปนอกจากนี้ แนะนำให้ทำความชันตามแนวแกนสมมาตร (เช่น เส้นรอบวง) เพื่อเพิ่มความเป็นไปได้ของตัวอย่างที่มีความเพียงพอทางจุลพยาธิวิทยา
ในระหว่างการตัดชิ้นเนื้อ เข็มจะถูกส่งผ่านชั้นผิวหนังและเนื้อเยื่อเพื่อเข้าถึงรอยโรคที่น่าสงสัยการศึกษาล่าสุดแสดงให้เห็นว่าอัลตราซาวนด์สามารถลดแรงเจาะที่จำเป็นในการเข้าถึงเนื้อเยื่ออ่อน7,8,9,10รูปทรงของมุมเอียงของเข็มแสดงให้เห็นว่าส่งผลต่อแรงกระทำระหว่างเข็ม เช่น มุมเอียงที่ยาวกว่านั้นแสดงให้เห็นว่ามีแรงเจาะเนื้อเยื่อต่ำกว่าหลังจากที่เข็มทะลุพื้นผิวของเนื้อเยื่อ เช่น หลังจากเจาะ แรงตัดของเข็มสามารถเป็น 75% ของแรงปฏิสัมพันธ์ของเข็มกับเนื้อเยื่อ12แสดงให้เห็นว่าในระยะหลังการเจาะ อัลตราซาวนด์ (อัลตราซาวนด์) จะเพิ่มประสิทธิภาพในการตรวจชิ้นเนื้อเนื้อเยื่ออ่อนในการวินิจฉัยเทคนิคการตรวจชิ้นเนื้อกระดูกเสริมด้วยอัลตราซาวนด์อื่นๆ ได้รับการพัฒนาขึ้นสำหรับการเก็บตัวอย่างเนื้อเยื่อแข็ง แต่ไม่มีรายงานผลลัพธ์ที่ช่วยเพิ่มผลผลิตชิ้นเนื้อการศึกษาจำนวนมากยังยืนยันด้วยว่าการกระจัดเชิงกลเพิ่มขึ้นเมื่ออยู่ภายใต้ความเครียดล้ำเสียง 16,17,18ในขณะที่มีการศึกษาจำนวนมากเกี่ยวกับแรงสถิตในแนวแกน (ตามยาว) ในปฏิกิริยาระหว่างเนื้อเยื่อกับเข็ม แต่มีการศึกษาที่จำกัดเกี่ยวกับพลวัตทางโลกและเรขาคณิตของมุมเอียงของเข็มภายใต้อัลตราโซนิก FNAB (USeFNAB)
การศึกษานี้มีวัตถุประสงค์เพื่อศึกษาผลกระทบของรูปทรงมุมเอียงที่แตกต่างกันต่อการเคลื่อนที่ของปลายเข็มในเข็มที่ขับเคลื่อนโดยการดัดด้วยคลื่นอัลตราโซนิกโดยเฉพาะอย่างยิ่ง เราได้ตรวจสอบผลกระทบของตัวกลางในการฉีดต่อการโก่งตัวของปลายเข็มหลังการเจาะสำหรับมุมเอียงของเข็มแบบดั้งเดิม (เช่น เข็ม USeFNAB เพื่อวัตถุประสงค์ต่างๆ เช่น การเลือกความทะเยอทะยานหรือการได้มาของเนื้อเยื่ออ่อน
การศึกษานี้รวมรูปทรงเรขาคณิตมุมเอียงต่างๆ ไว้ด้วย(a) ข้อกำหนดของ Lancet เป็นไปตามมาตรฐาน ISO 7864:201636 โดยที่ \(\alpha\) คือมุมเอียงหลัก \(\theta\) คือมุมการหมุนของมุมเอียงรอง และ \(\phi\) คือมุมเอียงรอง มุม.เมื่อหมุน มีหน่วยเป็นองศา (\(^\circ\))(b) การลบมุมขั้นตอนเดียวแบบอสมมาตรเชิงเส้น (เรียกว่า “มาตรฐาน” ใน DIN 13097:201937) และ (c) การลบมุมขั้นตอนเดียวแบบแกนสมมาตรเชิงเส้น (เส้นรอบวง)
วิธีการของเราเริ่มต้นด้วยการสร้างแบบจำลองการเปลี่ยนแปลงความยาวคลื่นของการดัดงอตามแนวมุมเอียงสำหรับเรขาคณิตแบบมุมเอียงแบบขั้นตอนเดียวแบบธรรมดา แบบแกนสมมาตร และแบบอสมมาตรจากนั้น เราคำนวณการศึกษาแบบพาราเมตริกเพื่อตรวจสอบผลกระทบของความชันและความยาวของท่อต่อความลื่นไหลทางกลของการถ่ายโอนนี่เป็นสิ่งจำเป็นในการกำหนดความยาวที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการทำเข็มต้นแบบจากการจำลอง ได้มีการสร้างต้นแบบเข็มขึ้นและมีลักษณะพฤติกรรมเรโซแนนซ์โดยการวัดค่าสัมประสิทธิ์การสะท้อนแรงดันไฟฟ้า และคำนวณประสิทธิภาพการถ่ายโอนพลังงานในอากาศ น้ำ และเจลาตินแบบขีปนาวุธ 10% (w/v) ซึ่งเป็นความถี่ในการทำงานที่ถูกกำหนด .สุดท้ายนี้ การถ่ายภาพความเร็วสูงจะใช้ในการวัดการโก่งตัวของคลื่นการโก่งตัวที่ปลายเข็มในอากาศและน้ำโดยตรง ตลอดจนเพื่อประมาณกำลังไฟฟ้าที่ส่งในแต่ละมุมเฉียง และเรขาคณิตของอัตราส่วนกำลังโก่ง ( DPR) ไปยังตัวกลางที่ถูกฉีด-
ดังแสดงในรูปที่ 2a ให้ใช้ท่อขนาด 21 เกจ (OD 0.80 มม. ID 0.49 มม. ความหนาของผนังท่อ 0.155 มม. ผนังมาตรฐาน) เพื่อกำหนดท่อเข็มที่มีความยาวท่อ (TL) และมุมเอียง (BL) ตามมาตรฐาน ISO 9626:201621) ในสแตนเลส 316 (โมดูลัสของยัง 205 \(\ข้อความ {GN/m}^{2}\) ความหนาแน่น 8070 กิโลกรัม/เมตร\(^{3}\) และอัตราส่วนปัวซอง 0.275 )
การหาค่าความยาวคลื่นของการดัดงอและการปรับแบบจำลองไฟไนต์เอลิเมนต์ (FEM) สำหรับเงื่อนไขของเข็มและขอบเขต(a) การกำหนดความยาวเอียง (BL) และความยาวท่อ (TL)(b) โมเดลไฟไนต์เอลิเมนต์ (FEM) สามมิติ (3D) โดยใช้แรงจุดฮาร์มอนิก \(\tilde{F__y\vec {j}\) เพื่อขับเคลื่อนเข็มไปในบริเวณใกล้เคียง เบี่ยงเบนจุด และวัดความเร็วที่ tip (\ ( \tilde {u__y\vec {j}\), \(\tilde{v__y\vec {j}\)) เพื่อคำนวณการถ่ายโอนของไหลเชิงกล\(\lambda _y\) ถูกกำหนดให้เป็นความยาวคลื่นการดัดที่สัมพันธ์กับแรงในแนวดิ่ง \(\tilde{F__y\vec {j}\)(c) คำจำกัดความของจุดศูนย์ถ่วง พื้นที่หน้าตัด A และโมเมนต์ความเฉื่อย \(I_{xx}\) และ \(I_{yy}\) รอบแกน x และ y ตามลำดับ
ดังแสดงในรูป2b,c สำหรับลำแสงอนันต์ (อนันต์) ที่มีพื้นที่หน้าตัด A และที่ความยาวคลื่นมากกว่าขนาดหน้าตัดของลำแสง ความเร็วเฟสการโค้งงอ (หรืองอ) \( c_{EI }\) ถูกกำหนดโดย 22 : :
โดยที่ E คือโมดูลัสของ Young (\(\text {N/m}^{2}\)), \(\omega _0 = 2\pi f_0\) คือความถี่เชิงมุมของการกระตุ้น (rad/s) โดยที่ \( f_0 \ ) คือความถี่เชิงเส้น (1/s หรือ Hz) I คือโมเมนต์ความเฉื่อยของพื้นที่รอบแกนที่สนใจ\((\text {m}^{4})\), \(m'=\ rho _0 A\ ) คือมวลต่อหน่วยความยาว (kg/m) โดยที่ \(\rho _0\) คือความหนาแน่น\((\text {kg/m}^{3})\) และ A คือกากบาท ส่วนของพื้นที่ลำแสง (ระนาบ xy) (\(\ text {m}^{2}\))เนื่องจากแรงที่ใช้ในตัวอย่างของเราขนานกับแกน y แนวตั้ง เช่น \(\tilde{F__y\vec {j}\) เราจึงสนใจเฉพาะโมเมนต์ความเฉื่อยของภูมิภาครอบแกน x แนวนอนเท่านั้น เช่น \(I_{xx}\) ดังนั้น:
สำหรับโมเดลไฟไนต์เอลิเมนต์ (FEM) สมมุติว่ามีการกระจัดฮาร์มอนิกบริสุทธิ์ (m) ดังนั้นความเร่ง (\(\text {m/s}^{2}\)) จึงแสดงเป็น \(\partial ^2 \vec { u}/ \ บางส่วน t^2 = -\omega ^2\vec {u}\) เป็น \(\vec {u}(x, y, z, t): = u_x\vec {i} + u_y\ vec {j } + u_z\vec {k}\) เป็นเวกเตอร์การกระจัดสามมิติที่กำหนดในพิกัดเชิงพื้นที่แทนที่จะเป็นอย่างหลัง ตามการใช้งานในแพ็คเกจซอฟต์แวร์ COMSOL Multiphysics (เวอร์ชัน 5.4-5.5, COMSOL Inc., Massachusetts, USA) รูปแบบลากรองจ์อันจำกัดของกฎสมดุลโมเมนตัมมีดังต่อไปนี้:
โดยที่ \(\vec {\nabla}:= \frac{\partial}}{\บางส่วน x}\vec {i} + \frac{\partial}}{\บางส่วน y}\vec {j} + \frac{ \partial }{\partial z}\vec {k}\) เป็นตัวดำเนินการไดเวอร์เจนซ์ของเทนเซอร์ \({\underline{\sigma}}\) เป็นเทนเซอร์ความเครียดของ Piola-Kirchhoff ตัวที่สอง (ลำดับที่สอง \(\ text { N/ m}^{2}\)) และ \(\vec {F_V}:= F_{V_x}\vec {i}+ F_{V_y}\vec {j}+ F_{V_z}\vec {k} \) คือเวกเตอร์แรงของร่างกาย (\(\text {N/m}^{3}\)) สำหรับปริมาตรที่ผิดรูปแต่ละปริมาตร และ \(e^{j\phi }\) คือเวกเตอร์มุมเฟส\(\ phi \ ) ( ยินดี).ในกรณีของเรา แรงปริมาตรของร่างกายเป็นศูนย์ แบบจำลองของเราถือว่าความเป็นเชิงเส้นทางเรขาคณิตและการเสียรูปแบบยืดหยุ่นเพียงเล็กน้อย กล่าวคือ โดยที่ \({\underline{\varepsilon}}^{el}\) และ \({\underline {\varepsilon}}\) คือความเครียดแบบยืดหยุ่นและความเครียดรวม (ลำดับที่สอง ไม่มีมิติ) ตามลำดับเทนเซอร์ความยืดหยุ่นไอโซโทรปิกที่เป็นส่วนประกอบของฮุค \(\ขีดเส้นใต้{\ขีดเส้นใต้{C}}\) คำนวณโดยใช้โมดูลัสของยัง E (\(\text {N/m}^{2}\)) และอัตราส่วนของปัวซอง v ถูกกำหนด ดังนั้น กล่าวคือ \(\underline{\underline{C}}:=\underline{\underline{C}}(E,v)\) (ลำดับที่สี่)ดังนั้นการคำนวณความเครียดจึงกลายเป็น \({\underline{\sigma}} := \underline{\underline{C}}:{\underline{\varepsilon}}\)
การคำนวณใช้องค์ประกอบจัตุรมุข 10 โหนดที่มีขนาดองค์ประกอบ \(\le\) เท่ากับ 8 µmเข็มถูกสร้างแบบจำลองในสุญญากาศ และค่าของการเคลื่อนที่เชิงกลที่ถ่ายโอน (ms-1 N-1) ถูกกำหนดเป็น \(|\tilde{Y}_{v_yF_y}|= |\tilde{v__y\vec { j}|/ |\ tilde{F__y\vec {j}|\)24 โดยที่ \(\tilde{v__y\vec {j}\) คือความเร็วเชิงซ้อนเอาท์พุตของด้ามจับและ \( \ tilde {F__y\ vec {j }\) เป็นแรงผลักดันเชิงซ้อนซึ่งอยู่ที่ปลายท่อใกล้เคียง ดังแสดงในรูปที่ 2bแปลความลื่นไหลเชิงกลเป็นเดซิเบล (dB) โดยใช้ค่าสูงสุดเป็นข้อมูลอ้างอิง เช่น \(20\log _{10} (|\tilde{Y}|/ |\tilde{Y__{max}|) \ ) .การศึกษา FEM ทั้งหมดดำเนินการที่ความถี่ 29.75 kHz
การออกแบบเข็ม (รูปที่ 3) ประกอบด้วยเข็มไฮโปเดอร์มิกธรรมดาขนาด 21 เกจ (Cat. No. 4665643, Sterican\(^\circledR\), เส้นผ่านศูนย์กลางภายนอก 0.8 มม., ยาว 120 มม., สเตนเลส AISI 304 โครเมียม-นิกเกิล steel , B. Braun Melsungen AG, Melsungen, Germany) ติดตั้งปลอกพลาสติก Luer Lock ที่ทำจากโพลีโพรพีลีนที่ปลายใกล้เคียงและดัดแปลงอย่างเหมาะสมที่ส่วนท้ายท่อเข็มถูกบัดกรีเข้ากับท่อนำคลื่นดังแสดงในรูปที่ 3bท่อนำคลื่นถูกพิมพ์บนเครื่องพิมพ์ 3D สแตนเลส (สแตนเลส EOS 316L บนเครื่องพิมพ์ 3D EOS M 290, 3D Formtech Oy, Jyväskylä, ฟินแลนด์) จากนั้นติดเข้ากับเซ็นเซอร์ Langevin โดยใช้สลักเกลียว M4เซ็นเซอร์ Langevin ประกอบด้วยองค์ประกอบวงแหวนเพียโซอิเล็กทริก 8 ชิ้นที่โหลดที่ปลายทั้งสองข้างด้วยมวลสองก้อน
ทิปสี่ประเภท (ภาพถ่าย) มีดหมอที่มีจำหน่ายทั่วไป (L) และมุมเอียงแบบขั้นตอนเดียวแบบสมมาตรแกนที่ผลิตขึ้น (AX1-3) สามประเภทมีลักษณะเฉพาะด้วยความยาวมุมเอียง (BL) ที่ 4, 1.2 และ 0.5 มม. ตามลำดับ(a) ภาพระยะใกล้ของปลายเข็มที่เสร็จแล้ว(b) มุมมองด้านบนของหมุดสี่ตัวที่บัดกรีกับท่อนำคลื่นที่พิมพ์แบบ 3 มิติ จากนั้นเชื่อมต่อกับเซ็นเซอร์ Langevin ด้วยสลักเกลียว M4
มีการผลิตปลายเอียงแบบสมมาตรแกนสามอัน (รูปที่ 3) (TAs Machine Tools Oy) ที่มีความยาวมุมเอียง (BL ตามที่กำหนดในรูปที่ 2a) ที่ 4.0, 1.2 และ 0.5 มม. ซึ่งสอดคล้องกับ \(\ประมาณ) 2 \(^ \ circ\), 7\(^\circ\) และ 18\(^\circ\) ตามลำดับมวลของท่อนำคลื่นและเข็มคือ 3.4 ± 0.017 กรัม (ค่าเฉลี่ย ± sd, n = 4) สำหรับมุมเอียง L และ AX1-3 ตามลำดับ (Quintix\(^\circledR\) 224 Design 2, Sartorius AG, Göttingen, Germany) .สำหรับมุมเอียง L และ AX1-3 ในรูปที่ 3b ความยาวรวมจากปลายเข็มถึงปลายปลอกพลาสติกคือ 13.7, 13.3, 13.3 และ 13.3 ซม. ตามลำดับ
สำหรับการกำหนดค่าเข็มทั้งหมด ความยาวจากปลายเข็มถึงปลายท่อนำคลื่น (กล่าวคือ ถึงบริเวณรอยเชื่อม) คือ 4.3 ซม. และท่อเข็มถูกวางในแนวโดยให้มีการตัดขึ้นไป (นั่นคือ ขนานกับแกน Y) ดังแสดงในรูปค (รูปที่ 2)
สคริปต์ที่กำหนดเองใน MATLAB (R2019a, The MathWorks Inc., Massachusetts, USA) ที่ทำงานบนคอมพิวเตอร์ (Latitude 7490, Dell Inc., Texas, USA) ถูกใช้เพื่อสร้างการกวาดแบบไซน์ซอยด์เชิงเส้นจาก 25 ถึง 35 kHz เป็นเวลา 7 วินาที การส่งผ่านตัวแปลงสัญญาณดิจิทัลเป็นอนาล็อก (DA) (Analog Discovery 2, Digilent Inc., Washington, USA) แปลงเป็นสัญญาณอะนาล็อกจากนั้นสัญญาณอะนาล็อก \(V_0\) (0.5 Vp-p) จะถูกขยายด้วยเครื่องขยายสัญญาณความถี่วิทยุ (RF) โดยเฉพาะ (Mariachi Oy, เมือง Turku, ฟินแลนด์)แรงดันไฟฟ้าขยายตก \({V_I}\) จากแอมพลิฟายเออร์ RF ที่มีอิมพีแดนซ์เอาต์พุต 50 โอห์มจะถูกป้อนไปยังหม้อแปลงที่อยู่ในโครงสร้างเข็มซึ่งมีอิมพีแดนซ์อินพุต 50 โอห์มทรานสดิวเซอร์ Langevin (ทรานสดิวเซอร์เพียโซอิเล็กทริกหลายชั้นสำหรับงานหนักด้านหน้าและด้านหลัง) ใช้เพื่อสร้างคลื่นกลเครื่องขยายสัญญาณ RF แบบกำหนดเองมาพร้อมกับมิเตอร์กำลังคลื่นนิ่ง (SWR) สองช่องสัญญาณที่บันทึกเหตุการณ์ \({V_I}\) และสะท้อนแรงดันไฟฟ้าขยาย\(V_R\) ในโหมดอะนาล็อกเป็นดิจิตอล (AD)ด้วยอัตราการสุ่มตัวอย่าง 300 kHz Converter (analog Discovery 2)สัญญาณกระตุ้นจะถูกมอดูเลตแอมพลิจูดที่จุดเริ่มต้นและจุดสิ้นสุด เพื่อป้องกันไม่ให้อินพุตของเครื่องขยายเสียงโอเวอร์โหลดด้วยภาวะชั่วคราว
การใช้สคริปต์ที่กำหนดเองที่ใช้งานใน MATLAB ฟังก์ชันตอบสนองความถี่ (FRF) เช่น \ (\ tilde {H} (f) \) ได้รับการประมาณแบบออฟไลน์โดยใช้วิธีการวัดแบบกวาดไซน์สองช่องทาง (รูปที่ 4) ซึ่งถือว่า ความเป็นเส้นตรงในเวลาระบบคงที่นอกจากนี้ ตัวกรองพาสพาสความถี่ 20 ถึง 40 kHz ยังถูกนำไปใช้เพื่อลบความถี่ที่ไม่ต้องการออกจากสัญญาณอ้างอิงถึงทฤษฎีของสายส่ง ในกรณีนี้ \(\tilde{H}(f)\) เทียบเท่ากับค่าสัมประสิทธิ์การสะท้อนแรงดันไฟฟ้า กล่าวคือ \(\rho _{V} \equiv {V_R}/{V_I}\ ) \) ลดลงเหลือ \({V_R}^ 2 /{V_I}^2\ ) เท่ากับ \(|\rho _{V}|^2\)ในกรณีที่จำเป็นต้องใช้ค่ากำลังไฟฟ้าสัมบูรณ์ กำลังไฟฟ้าตกกระทบ \(P_I\) และกำลังไฟฟ้าสะท้อน \(P_R\) กำลัง (W) จะถูกคำนวณโดยนำค่า rms (rms) ของแรงดันไฟฟ้าที่สอดคล้องกัน เป็นต้นสำหรับสายส่งที่มีการกระตุ้นแบบไซน์ซอยด์ \( P = {V}^2/(2Z_0)\)26 โดยที่ \(Z_0\) เท่ากับ 50 \(\Omega\)กำลังไฟฟ้าที่จ่ายให้กับโหลด \(P_T\) (เช่น ตัวกลางที่แทรก) สามารถคำนวณได้เป็น \(|P_I – P_R |\) (W RMS) รวมถึงประสิทธิภาพการถ่ายโอนกำลัง (PTE) และเปอร์เซ็นต์ ( %) สามารถกำหนดได้ว่าจะให้รูปร่างอย่างไร ดังนั้น 27:
ความถี่โมดัลแอคคูลาร์ \(f_{1-3}\) (kHz) และแฟกเตอร์การถ่ายโอนกำลังที่สอดคล้องกัน \(\text {PTE`{1{-}3} \) จะถูกประมาณโดยใช้ FRFFWHM (\(\text {FWHM__{1{-}3}\), Hz) ประมาณโดยตรงจาก \(\text {PTE__{1{-}3}\) จากตารางที่ 1 A ด้านเดียว ได้รับสเปกตรัมเชิงเส้นที่ความถี่โมดอลที่อธิบายไว้ \(f_{1-3}\)
การวัดการตอบสนองความถี่ (AFC) ของโครงสร้างเข็มการวัดการกวาดแบบสองช่องสัญญาณไซน์ 25,38 ใช้เพื่อให้ได้ฟังก์ชันตอบสนองความถี่ \(\tilde{H}(f)\) และการตอบสนองแบบอิมพัลส์ H(t)\({\mathcal {F}}\) และ \({\mathcal {F}}^{-1}\) แสดงถึงการแปลงฟูริเยร์ของการตัดทอนทางดิจิทัลและการกลับกัน ตามลำดับ\(\tilde{G}(f)\) หมายถึงผลคูณของสัญญาณสองตัวในโดเมนความถี่ เช่น \(\tilde{G__{XrX}\) หมายถึงผลคูณของการสแกนผกผัน\(\tilde{ X} r (f)\ ) และแรงดันตก \(\tilde{X}(f)\) ตามลำดับ
ดังแสดงในรูปที่ 5 กล้องความเร็วสูง (Phantom V1612, Vision Research Inc., NJ, USA) ติดตั้งเลนส์มาโคร (MP-E 65 มม., \(f\)/2.8, 1-5\)(\times\), Canon Inc., โตเกียว, ญี่ปุ่น) เพื่อบันทึกการโก่งตัวของปลายระหว่างการกระตุ้นการโค้งงอ (ความถี่เดียว ไซนัสอยด์ต่อเนื่อง) ที่ความถี่ 27.5-30 kHzในการสร้างแผนที่เงา องค์ประกอบระบายความร้อนของ LED สีขาวความเข้มสูง (หมายเลขชิ้นส่วน: 4052899910881, LED สีขาว, 3000 K, 4150 lm, Osram Opto Semiconductors GmbH, Regensburg ประเทศเยอรมนี) ถูกวางไว้ด้านหลังปลายเข็ม
มุมมองด้านหน้าของการตั้งค่าการทดลองความลึกวัดจากพื้นผิวของตัวกลางโครงสร้างเข็มถูกยึดและติดตั้งบนโต๊ะเคลื่อนย้ายด้วยมอเตอร์ใช้กล้องความเร็วสูงที่มีเลนส์กำลังขยายสูง (5\(\x\)) เพื่อวัดค่าเบี่ยงเบนมุมเอียงขนาดทั้งหมดมีหน่วยเป็นมิลลิเมตร
สำหรับมุมเอียงของเข็มแต่ละประเภท เราได้บันทึกกล้องความเร็วสูงจำนวน 300 เฟรมซึ่งมีขนาด 128 \(\x\) 128 พิกเซล โดยแต่ละภาพมีความละเอียดเชิงพื้นที่ 1/180 มม. (\(\ประมาณ) 5 µm) โดยมี ความละเอียดชั่วคราว 310,000 เฟรมต่อวินาทีดังแสดงในรูปที่ 6 แต่ละเฟรม (1) จะถูกครอบตัด (2) โดยให้ปลายเข็มอยู่ในบรรทัดสุดท้าย (ล่าง) ของเฟรม และฮิสโตแกรมของรูปภาพ (3) จะถูกคำนวณ ดังนั้น Canny สามารถกำหนดเกณฑ์ที่ 1 และ 2 ได้จากนั้นใช้การตรวจจับขอบ Canny 28(4) กับตัวดำเนินการ Sobel 3 \(\times\) 3 และคำนวณตำแหน่งสำหรับพิกเซลที่ไม่ใช่ด้านตรงข้ามมุมฉาก (มีป้ายกำกับ \(\mathbf {\times }\)) โดยไม่มีการเกิดโพรงอากาศ 300 ขั้นเวลาในการกำหนดช่วงของการโก่งตัวของทิป ให้คำนวณอนุพันธ์ (โดยใช้อัลกอริธึมผลต่างส่วนกลาง) (6) และกำหนดเฟรม (7) ที่มีค่าสุดขั้วเฉพาะจุด (เช่น จุดสูงสุด) ของการโก่งตัวหลังจากการตรวจสอบขอบที่ปราศจากการเกิดโพรงอากาศด้วยสายตาแล้ว ได้มีการเลือกคู่ของเฟรม (หรือสองเฟรมที่มีช่วงเวลาครึ่งเวลา) (7) และวัดการโก่งตัวของส่วนปลาย (แสดงเป็น \(\mathbf {\times } \) ).ข้อมูลข้างต้นถูกนำไปใช้ใน Python (v3.8, Python Software Foundation, python.org) โดยใช้อัลกอริธึมการตรวจจับขอบ OpenCV Canny (v4.5.1, ไลบรารีการมองเห็นคอมพิวเตอร์โอเพ่นซอร์ส, opencv.org)สุดท้าย ตัวประกอบกำลังการโก่งตัว (DPR, µm/W) จะถูกคำนวณเป็นอัตราส่วนของการโก่งตัวจากยอดถึงยอดต่อกำลังไฟฟ้าที่ส่ง \(P_T\) (Wrms)
การใช้อัลกอริธึม 7 ขั้นตอน (1-7) รวมถึงการครอบตัด (1-2), การตรวจจับขอบ Canny (3-4), การคำนวณ, วัดตำแหน่งพิกเซลของขอบโก่งส่วนปลายโดยใช้ชุดของเฟรมที่นำมาจากมุมสูง กล้องจับความเร็วที่ 310 kHz ( 5) และอนุพันธ์ของเวลา (6) และสุดท้าย ช่วงของการโก่งตัวของทิปจะถูกวัดในคู่ของเฟรมที่ตรวจสอบด้วยสายตา (7)
วัดในอากาศ (22.4-22.9°C), น้ำปราศจากไอออน (20.8-21.5°C) และ 10% (w/v) เจลาตินแบบบัลลิสติกที่เป็นน้ำ (19.7-23.0°C , \(\text {Honeywell}^{ \ text { TM}}\) \(\text {Fluka}^{\text {TM}}\) เจลาตินกระดูกและกระดูกหมูสำหรับการวิเคราะห์ Ballistic ประเภทที่ 1, Honeywell International, นอร์ทแคโรไลนา, สหรัฐอเมริกา)วัดอุณหภูมิด้วยแอมพลิฟายเออร์เทอร์โมคัปเปิลชนิด K (AD595, Analog Devices Inc., MA, USA) และเทอร์โมคัปเปิลชนิด K (Fluke 80PK-1 Bead Probe หมายเลข 3648 type-K, Fluke Corporation, Washington, USA)ใช้แท่นแกน Z แบบใช้มอเตอร์ในแนวตั้ง (8MT50-100BS1-XYZ, Standa Ltd., วิลนีอุส, ลิทัวเนีย) เพื่อวัดความลึกจากพื้นผิวของสื่อ (ตั้งค่าเป็นจุดเริ่มต้นของแกน Z) ด้วยความละเอียด 5 µm ต่อขั้น
เนื่องจากขนาดของกลุ่มตัวอย่างมีขนาดเล็ก (n = 5) และไม่สามารถสันนิษฐานได้ว่าเป็นภาวะปกติ จึงใช้การทดสอบผลรวมอันดับ Wilcoxon แบบสองตัวอย่าง (R, v4.0.3, R Foundation for Statistical Computing, r-project.org) เพื่อเปรียบเทียบปริมาณปลายเข็มวัดความแปรปรวนของมุมเอียงต่างๆมีการเปรียบเทียบสามครั้งสำหรับแต่ละความชัน ดังนั้นจึงใช้การแก้ไข Bonferroni โดยมีระดับนัยสำคัญที่ปรับปรุงแล้ว 0.017 และอัตราความผิดพลาด 5%
มีการอ้างอิงถึงรูปที่ 7 ด้านล่างที่ 29.75 kHz ความยาวคลื่นครึ่งโค้ง (\(\lambda _y/2\)) ของเข็ม 21 เกจคือ \(\ประมาณ) 8 มม.ความยาวคลื่นของการโค้งงอจะลดลงตามความลาดชันเมื่อเข้าใกล้ส่วนปลายที่ส่วนปลาย \(\lambda _y/2\) จะมีมุมเอียงแบบขั้นบันไดขนาด 3, 1 และ 7 มม. ตามลำดับ สำหรับมีดหมอธรรมดา (a), ไม่สมมาตร (b) และแกนสมมาตร (c)ดังนั้น นี่หมายความว่ามีดหมอจะแตกต่างกัน \(\ประมาณ\) 5 มม. (เนื่องจากระนาบทั้งสองของมีดหมอมีจุด 29.30) ความชันแบบอสมมาตรจะแตกต่างกัน 7 มม. และความชันแบบสมมาตร ขึ้น 1 มม.ความชันตามแนวแกนสมมาตร (จุดศูนย์ถ่วงยังคงเท่าเดิม ดังนั้นความหนาของผนังเท่านั้นที่เปลี่ยนแปลงไปตามความชัน)
การประยุกต์ใช้การศึกษา FEM ที่ความถี่ 29.75 kHz และสมการ(1) คำนวณการเปลี่ยนแปลงครึ่งคลื่นของการโค้งงอ (\(\lambda _y/2\)) สำหรับ lancet (a), asymmetric (b) และ axisymmetric (c) เรขาคณิตเฉียง (ดังในรูปที่ 1a,b,c)-ค่าเฉลี่ย \(\lambda_y/2\) สำหรับความชันของมีดหมอ ความชันแบบอสมมาตร และแนวแกนสมมาตรคือ 5.65, 5.17 และ 7.52 มม. ตามลำดับโปรดทราบว่าความหนาของปลายสำหรับมุมเอียงแบบอสมมาตรและแกนสมมาตรนั้นจำกัดไว้ที่ \(\ประมาณ) 50 µm
ความคล่องตัวสูงสุด \(|\tilde{Y__{v_yF_y}|\) เป็นการผสมผสานระหว่างความยาวท่อที่เหมาะสมที่สุด (TL) และความยาวความเอียง (BL) (รูปที่ 8, 9)สำหรับมีดหมอแบบธรรมดา เนื่องจากขนาดได้รับการแก้ไขแล้ว TL ที่เหมาะสมที่สุดคือ \(\ประมาณ\) 29.1 มม. (รูปที่ 8)สำหรับความลาดชันแบบไม่สมมาตรและแกนสมมาตร (รูปที่ 9a, b ตามลำดับ) การศึกษา FEM ได้รวม BL ตั้งแต่ 1 ถึง 7 มม. ดังนั้นช่วง TL ที่เหมาะสมที่สุดคือตั้งแต่ 26.9 ถึง 28.7 มม. (ช่วง 1.8 มม.) และจาก 27.9 ถึง 29.2 มม. (ช่วง 1.3 มม.)) ) ตามลำดับสำหรับความลาดชันที่ไม่สมมาตร (รูปที่ 9a) TL ที่เหมาะสมที่สุดจะเพิ่มขึ้นเป็นเส้นตรง จนถึงที่ราบสูงที่ BL 4 มม. จากนั้นลดลงอย่างรวดเร็วจาก BL 5 เป็น 7 มม.สำหรับความลาดชันของแกนสมมาตร (รูปที่ 9b) TL ที่เหมาะสมที่สุดจะเพิ่มขึ้นเชิงเส้นตรงด้วยการยืดตัวของ BL และสุดท้ายจะคงตัวที่ BL จาก 6 ถึง 7 มม.การศึกษาเพิ่มเติมเกี่ยวกับความชันของแกนสมมาตร (รูปที่ 9c) แสดงให้เห็นชุด TL ที่เหมาะสมที่สุดที่แตกต่างกันซึ่งอยู่ที่ \(\ประมาณ) 35.1–37.1 มม.สำหรับ BL ทั้งหมด ระยะห่างระหว่าง TL ที่เหมาะสมที่สุดสองชุดคือ \(\ประมาณ\) 8 มม. (เทียบเท่ากับ \(\lambda _y/2\))
ความคล่องตัวในการส่งสัญญาณมีดหมอที่ 29.75 kHzท่อเข็มถูกงอที่ความถี่ 29.75 kHz วัดการสั่นสะเทือนที่ส่วนท้ายและแสดงเป็นปริมาณการเคลื่อนที่เชิงกลที่ส่งผ่าน (dB สัมพันธ์กับค่าสูงสุด) สำหรับ TL 26.5-29.5 มม. (ขั้นละ 0.1 มม.)
การศึกษาพาราเมตริกของ FEM ที่ความถี่ 29.75 kHz แสดงให้เห็นว่าการเคลื่อนที่ในการถ่ายโอนของปลายแกนสมมาตรได้รับผลกระทบจากการเปลี่ยนแปลงความยาวของท่อน้อยกว่าท่อที่ไม่สมมาตรการศึกษาความยาวเอียง (BL) และความยาวท่อ (TL) สำหรับรูปทรงเอียงแบบอสมมาตร (a) และแกนสมมาตร (b, c) ในการศึกษาโดเมนความถี่โดยใช้ FEM (เงื่อนไขขอบเขตแสดงในรูปที่ 2)(a, b) TL อยู่ระหว่าง 26.5 ถึง 29.5 มม. (ขั้นละ 0.1 มม.) และ BL 1-7 มม. (ขั้นละ 0.5 มม.)(c) การศึกษามุมเอียงของแกนสมมาตรแบบขยาย รวมถึง TL 25-40 มม. (ขั้นละ 0.05 มม.) และ 0.1-7 มม. (ขั้นละ 0.1 มม.) ซึ่งเผยให้เห็นอัตราส่วนที่ต้องการ \(\lambda_y/2\) เงื่อนไขขอบเขตการเคลื่อนที่ที่หลวมสำหรับส่วนปลายเป็นที่น่าพอใจ
โครงสร้างเข็มมีความถี่ธรรมชาติสามความถี่ \(f_{1-3}\) แบ่งออกเป็นบริเวณโมดอลต่ำ ปานกลาง และสูง ดังแสดงในตารางที่ 1 ขนาด PTE แสดงในรูปที่ 10 จากนั้นวิเคราะห์ในรูปที่ 11 ด้านล่างนี้คือ ผลลัพธ์สำหรับแต่ละพื้นที่โมดอล:
แอมพลิจูดประสิทธิภาพการถ่ายโอนพลังงานทันที (PTE) ที่บันทึกไว้โดยทั่วไปซึ่งได้รับโดยใช้การกระตุ้นแบบไซนูซอยด์ด้วยความถี่กวาดที่ความลึก 20 มม. สำหรับมีดหมอ (L) และทางลาดแนวแกนสมมาตร AX1-3 ในอากาศ น้ำ และเจลาตินมีการแสดงสเปกตรัมด้านเดียวการตอบสนองความถี่ที่วัดได้ (อัตราตัวอย่าง 300 kHz) จะถูกกรองผ่านความถี่ต่ำ จากนั้นจึงสุ่มตัวอย่างลงด้วยปัจจัย 200 สำหรับการวิเคราะห์โมดอลอัตราส่วนสัญญาณต่อเสียงรบกวนคือ \(\le\) 45 dBระยะ PTE (เส้นประสีม่วง) จะแสดงเป็นองศา (\(^{\circ}\))
การวิเคราะห์การตอบสนองแบบโมดัลแสดงในรูปที่ 10 (ค่าเฉลี่ย ± ส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐาน n = 5) สำหรับความลาดชัน L และ AX1-3 ในอากาศ น้ำ และเจลาติน 10% (ความลึก 20 มม.) โดยมี (บนสุด) ขอบเขตโมดัลสามส่วน (ต่ำ , ปานกลาง, สูง)) และความถี่โมดอลที่สอดคล้องกัน\(f_{1-3}\) (kHz) (เฉลี่ย) ประสิทธิภาพการใช้พลังงาน\(\text {PTE`{1{-}3 }\) ใช้สมการออกแบบ(4) และ (ล่าง) คือความกว้างเต็มที่ครึ่งหนึ่งของค่าสูงสุดที่วัดได้ \(\text {FWHM__{1{-}3}\) (Hz) ตามลำดับโปรดทราบว่าเมื่อบันทึก PTE ต่ำ เช่น ในกรณีของความชันของ AX2 การวัดแบนด์วิธจะถูกละเว้น \(\text {FWHM__{1}\)โหมด \(f_2\) ถือเป็นโหมดที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการเปรียบเทียบการโก่งตัวของระนาบเอียง เนื่องจากโหมดนี้แสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพการถ่ายโอนพลังงานในระดับสูงสุด (\(\text {PTE__{2}\)) จนถึงระดับสูงสุด 99% .
ขอบเขตกิริยาแรก: \(f_1\) ไม่ได้ขึ้นอยู่กับประเภทสื่อสิ่งพิมพ์ที่แทรกมากนัก แต่ขึ้นอยู่กับรูปทรงมุมเอียง\(f_1\) ลดลงเมื่อความยาวเอียงลดลง (27.1, 26.2 และ 25.9 kHz สำหรับ AX1-3 ตามลำดับ ในอากาศ)ค่าเฉลี่ยระดับภูมิภาค \(\text {PTE__{1}\) และ \(\text {FWHM__{1}\) คือ \(\ประมาณ\) 81% และ 230 Hz ตามลำดับ\(\text {FWHM__{1}\) มีเจลาตินจากมีดหมอสูงที่สุด (L, 473 Hz)โปรดทราบว่า \(\text {FWHM__{1}\) สำหรับ AX2 ในเจลาตินไม่สามารถประมาณได้เนื่องจากการตอบสนองความถี่ที่รายงานมีขนาดต่ำ
ขอบเขตกิริยาที่สอง: \(f_2\) ขึ้นอยู่กับประเภทของสื่อวางและเอียงในอากาศ น้ำ และเจลาติน ค่าเฉลี่ย \(f_2\) คือ 29.1, 27.9 และ 28.5 kHz ตามลำดับPTE สำหรับภูมิภาคโมดอลนี้ยังสูงถึง 99% ซึ่งสูงที่สุดในบรรดากลุ่มการวัดผลทั้งหมด โดยมีค่าเฉลี่ยระดับภูมิภาคอยู่ที่ 84%พื้นที่เฉลี่ย \(\text {FWHM__{2}\) คือ \(\ประมาณ\) 910 Hz
ขอบเขตกิริยาที่สาม: \(f_3\) ความถี่ขึ้นอยู่กับประเภทของสื่อแทรกและมุมเอียงค่าเฉลี่ย \(f_3\) คือ 32.0, 31.0 และ 31.3 kHz ในอากาศ น้ำ และเจลาติน ตามลำดับ\(\text {PTE__{3}\) มีค่าเฉลี่ยภูมิภาคที่ \(\ประมาณ\) 74% ซึ่งต่ำที่สุดในบรรดาภูมิภาคใดๆค่าเฉลี่ยของภูมิภาค \(\text {FWHM__{3}\) คือ \(\ประมาณ\) 1,085 Hz ซึ่งสูงกว่าภูมิภาคที่หนึ่งและที่สอง
ต่อไปนี้อ้างถึงรูปที่12 และตารางที่ 2 มีดหมอ (L) เบี่ยงเบนไปมากที่สุด (โดยมีความสำคัญสูงต่อเคล็ดลับทั้งหมด \(p<\) 0.017) ทั้งในอากาศและน้ำ (รูปที่ 12a) บรรลุ DPR สูงสุด (สูงถึง 220 µm/ W ในอากาศ) 12 และตารางที่ 2 มีดหมอ (L) เบี่ยงเบนไปมากที่สุด (โดยมีความสำคัญสูงต่อเคล็ดลับทั้งหมด \(p<\) 0.017) ทั้งในอากาศและน้ำ (รูปที่ 12a) บรรลุ DPR สูงสุด (สูงถึง 220 µm/ W ในอากาศ) Следующее относится к рисунку 12 и таблице 2. ланцет (L) отклонялся больше всего (с высокой значимостью для всех наконечник ов, \(p<\) 0,017) как в воздухе, так и в воде (рис. 12а), достигая самого высокого DPR . ข้อมูลต่อไปนี้ใช้กับรูปที่ 12 และตารางที่ 2 มีดหมอ (L) เบี่ยงเบนมากที่สุด (โดยมีความสำคัญสูงสำหรับเคล็ดลับทั้งหมด \(p<\) 0.017) ทั้งในอากาศและน้ำ (รูปที่ 12a) บรรลุ DPR สูงสุด(ทำ 220 µm/W ในอากาศ)อ้างอิงถึงรูปที่ 12 และตารางที่ 2 ด้านล่าง柳叶刀(L) 在空气和水中（image12a）中偏转最大（对所有尖端具有高度意义，\(p<\) 0.017），实现最高DPR （空气中高达220 ไมโครเมตร/วัตต์).柳叶刀(L) มีการโก่งตัวของอากาศและน้ำสูงสุด (จิน12a) (对所述尖端是对尖端是是电影,\(p<\) 0.017), และบรรลุ DPR สูงสุด (สูงถึง 220 µm/ W ในอากาศ) ланцет (L) имеет наибольшее отклонение (весьма значимое для всех наконечников, \(p<\) 0,017) воздухе и воде (рис. 12а), гая самого высокого DPR (до 220 мкм/Вт в воздухе). มีดหมอ (L) มีการเบี่ยงเบนที่ใหญ่ที่สุด (มีนัยสำคัญอย่างมากสำหรับส่วนปลายทั้งหมด \(p<\) 0.017) ในอากาศและน้ำ (รูปที่ 12a) ถึง DPR สูงสุด (สูงถึง 220 µm/W ในอากาศ) ในอากาศ AX1 ซึ่งมี BL สูงกว่า มีการเบี่ยงเบนสูงกว่า AX2–3 (โดยมีนัยสำคัญ \(p<\) 0.017) ในขณะที่ AX3 (ซึ่งมี BL ต่ำสุด) เบี่ยงเบนมากกว่า AX2 โดยมี DPR ที่ 190 µm/W ในอากาศ AX1 ซึ่งมี BL สูงกว่า มีการเบี่ยงเบนสูงกว่า AX2–3 (โดยมีนัยสำคัญ \(p<\) 0.017) ในขณะที่ AX3 (ซึ่งมี BL ต่ำสุด) เบี่ยงเบนมากกว่า AX2 โดยมี DPR ที่ 190 µm/W Воздухе AX1 с более высоким BL отклонялся выше, чем AX2–3 (со значимостью \(p<\) 0,017), тогда как AX3 (с самым низким BL) отклонял ся больше, чем AX2 с DPR 190 мкм/Вт. ในอากาศ AX1 ที่มี BL สูงกว่าจะเบี่ยงเบนไปมากกว่า AX2–3 (โดยมีนัยสำคัญ \(p<\) 0.017) ในขณะที่ AX3 (ที่มี BL ต่ำสุด) เบี่ยงเบนมากกว่า AX2 ด้วย DPR 190 µm/Wมีคำสั่ง BL ของ AX1 偏转高于AX2-3（具有显着性，\(p<\) 0.017），而AX3（具有最低BL）ของ AX2，DPR สูงถึง 190 µm/W。 ในอากาศ การโก่งตัวของ AX1 ที่มี BL สูงกว่าจะสูงกว่าของ AX2-3 (อย่างมีนัยสำคัญ \(p<\) 0.017) และการโก่งตัวของ AX3 (ที่มี BL ต่ำสุด) จะสูงกว่าของ AX2, DPR คือ 190 ไมโครเมตร/วัตต์ Воздухе AX1 с более высоким BL имеет большее отклонение, чем AX2-3 (значимо, \(p<\) 0,017), тогда как AX3 (с самым низким BL) большее отклонение, чем AX2 с DPR 190 мкм/Вт. ในอากาศ AX1 ที่มี BL สูงกว่าจะมีความเบี่ยงเบนมากกว่า AX2-3 (นัยสำคัญ \(p<\) 0.017) ในขณะที่ AX3 (ที่มี BL ต่ำสุด) มีความเบี่ยงเบนมากกว่า AX2 ที่มี DPR ที่ 190 μm/W ในน้ำที่ 20 มม. ไม่พบความแตกต่างที่มีนัยสำคัญ (\(p>\) 0.017) ในการโก่งตัวและ PTE สำหรับ AX1–3 ในน้ำที่ 20 มม. ไม่พบความแตกต่างที่มีนัยสำคัญ (\(p>\) 0.017) ในการโก่งตัวและ PTE สำหรับ AX1–3 ห่างออกไป 20 นาที คำสั่งซื้อทั้งหมด (\(p>\) 0,017) สิ้นสุดแล้ว и ФТР для AX1–3 не обнаружено. ในน้ำที่ระดับความลึก 20 มม. ตรวจพบความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญ (\(p>\) 0.017) ในการโก่งตัวและ FTR สำหรับ AX1–3ที่ 20 มม. ของ AX1-3 ของ PTE 没有显着差异(\(p>\) 0.017)。 ในน้ำ 20 มม. ไม่มีความแตกต่างที่มีนัยสำคัญระหว่าง AX1-3 และ PTE (\(p>\) 0.017) เหลือ 20 นาที и PTE AX1-3 существенно не отличались (\(p>\) 0,017) ที่ความลึก 20 มม. การโก่งตัวและ PTE AX1-3 ไม่แตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ (\(p>\) 0.017)โดยทั่วไประดับของ PTE ในน้ำ (90.2–98.4%) จะสูงกว่าในอากาศ (56–77.5%) (รูปที่ 12c) และปรากฏการณ์ของการเกิดโพรงอากาศถูกสังเกตในระหว่างการทดลองในน้ำ (รูปที่ 13 ดูเพิ่มเติม ข้อมูล).
การวัดแอมพลิจูดของการดัดงอส่วนปลาย (ค่าเฉลี่ย ± ส่วนเบี่ยงเบนมาตรฐาน, n = 5) สำหรับการลบมุม L และ AX1-3 ในอากาศและน้ำ (ความลึก 20 มม.) เผยให้เห็นผลของการเปลี่ยนแปลงรูปทรงการลบมุมการวัดได้มาจากการกระตุ้นไซนูซอยด์ความถี่เดียวอย่างต่อเนื่อง(a) ส่วนเบี่ยงเบนสูงสุด (\(u_y\vec {j}\)) ที่จุดยอด วัดที่ (b) ความถี่โมดอลตามลำดับ \(f_2\)(c) ประสิทธิภาพการส่งกำลัง (PTE, rms, %) เป็นสมการ(4) และ (d) ตัวประกอบกำลังเบี่ยงเบน (DPR, µm/W) คำนวณเป็นส่วนเบี่ยงเบนสูงสุดและกำลังส่ง \(P_T\) (Wrms)
แผนภูมิเงาทั่วไปของกล้องความเร็วสูงที่แสดงการโก่งตัวของปลายมีดหมอ (เส้นประสีเขียวและสีแดง) ของมีดหมอ (L) และปลายแกนสมมาตร (AX1-3) ในน้ำ (ความลึก 20 มม.) ครึ่งรอบ ความถี่ขับเคลื่อน \(f_2\) (การสุ่มตัวอย่างความถี่ 310 kHz)ภาพระดับสีเทาที่ถ่ายมีขนาด 128×128 พิกเซล โดยมีขนาดพิกเซล \(\ประมาณ) 5 µmดูวิดีโอได้ในข้อมูลเพิ่มเติม
ดังนั้นเราจึงสร้างแบบจำลองการเปลี่ยนแปลงความยาวคลื่นในการดัดงอ (รูปที่ 7) และคำนวณการเคลื่อนที่เชิงกลสำหรับการถ่ายโอนสำหรับการผสมผสานระหว่างรูปใบหอก แบบอสมมาตร และแนวแกนของความยาวท่อและมุมเอียง (รูปที่ 8, 9)เรขาคณิตมุมเอียงแบบสมมาตรจากข้อมูลหลัง เราประมาณระยะปลายถึงการเชื่อมที่เหมาะสมที่สุดไว้ที่ 43 มม. (หรือ \(\ประมาณ\) 2.75\(\lambda_y\) ที่ 29.75 kHz) ดังแสดงในรูปที่ 5 และสร้างมุมเอียงแบบสมมาตรแกนสามอันด้วย ความยาวเอียงที่แตกต่างกันจากนั้น เราจึงแสดงลักษณะการตอบสนองความถี่ของพวกมันเมื่อเปรียบเทียบกับมีดหมอแบบทั่วไปในอากาศ น้ำ และเจลาตินแบบขีปนาวุธ 10% (w/v) (รูปที่ 10, 11) และพิจารณากรณีที่ดีที่สุดสำหรับการเปรียบเทียบโหมดการโก่งตัวเอียงสุดท้าย เราวัดการโก่งตัวของทิปโดยการดัดคลื่นในอากาศและน้ำที่ความลึก 20 มม. และวัดปริมาณประสิทธิภาพการถ่ายโอนพลังงาน (PTE, %) และตัวประกอบกำลังการโก่งตัว (DPR, µm/W) ของตัวกลางที่ฉีดเข้าไปสำหรับการเอียงแต่ละครั้งประเภท (รูปที่ 12)
ผลการวิจัยพบว่าแกนเอียงของรูปทรงส่งผลต่อความเบี่ยงเบนของแอมพลิจูดของแกนปลายมีดหมอมีความโค้งสูงสุดและยังมี DPR สูงที่สุดเมื่อเทียบกับมุมเอียงแบบสมมาตรแกน ในขณะที่มุมเอียงแบบสมมาตรมีค่าเบี่ยงเบนเฉลี่ยน้อยกว่า (รูปที่ 12) มุมเอียงของแกนสมมาตรขนาด 4 มม. (AX1) ที่มีความยาวมุมเอียงที่ยาวที่สุด มีการโก่งตัวในอากาศสูงสุดที่มีนัยสำคัญทางสถิติ (\(p < 0.017\) ตารางที่ 2) เมื่อเปรียบเทียบกับเข็มสมมาตรตามแนวแกนอื่นๆ (AX2–3) แต่ไม่พบความแตกต่างที่มีนัยสำคัญเมื่อวางเข็มลงในน้ำ มุมเอียงของแกนสมมาตรขนาด 4 มม. (AX1) ที่มีความยาวมุมเอียงที่ยาวที่สุด มีการโก่งตัวในอากาศสูงสุดที่มีนัยสำคัญทางสถิติ (\(p < 0.017\) ตารางที่ 2) เมื่อเปรียบเทียบกับเข็มสมมาตรตามแนวแกนอื่นๆ (AX2–3) แต่ไม่พบความแตกต่างที่มีนัยสำคัญเมื่อวางเข็มลงในน้ำ Осесимметричный скос 4 мм (AX1), имеющий наибольшую длину скоса, достиг статистически значимого наибольшего отклонения воз духе (\(p <0,017\), таблица 2) по сравнению с другими осесимметричными иглами (AX2–3). แกนเอียงสมมาตร 4 มม. (AX1) ซึ่งมีความยาวมุมเอียงที่ยาวที่สุด มีความเบี่ยงเบนในอากาศที่สูงกว่าอย่างมีนัยสำคัญทางสถิติ (\(p < 0.017\) ตารางที่ 2) เมื่อเปรียบเทียบกับเข็มสมมาตรแกนอื่นๆ (AX2–3)แต่ไม่พบความแตกต่างที่มีนัยสำคัญเมื่อวางเข็มลงในน้ำ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) 在空气中实现了统计上显着的最高偏转(\(p < 0.017\)，表2),但当将针头放入水中时，没有观察到显着差异。 เมื่อเปรียบเทียบกับเข็มสมมาตรในแนวแกนอื่นๆ (AX2-3) มันมีมุมเอียงที่ยาวที่สุดที่ 4 มม. สมมาตรในแนวแกน (AX1) ในอากาศ และมีการโก่งตัวสูงสุดที่มีนัยสำคัญทางสถิติ (\(p < 0.017\), ตารางที่ 2) แต่เมื่อนำเข็มไปจุ่มน้ำก็ไม่พบความแตกต่างที่มีนัยสำคัญ Осесимметричный скос 4 мм (AX1) с наибольшей длиной скоса обеспечивает статистически значимое максимальное отклонение возд ухе по сравнению с другими осесимметричными иглами (AX2-3) (\(p < 0,017\), таблица 2), но существенной разницы не было. ความชันของแกนสมมาตรที่มีความยาวความชันที่ยาวที่สุด 4 มม. (AX1) ให้ค่าเบี่ยงเบนสูงสุดในอากาศที่มีนัยสำคัญทางสถิติเมื่อเปรียบเทียบกับความชันของแกนสมมาตรอื่นๆ (AX2-3) (\(p < 0.017\), ตารางที่ 2) แต่ไม่มี ความแตกต่างที่สำคัญจะสังเกตได้เมื่อเอาเข็มไปจุ่มน้ำดังนั้น ความยาวมุมเอียงที่ยาวขึ้นจึงไม่มีความได้เปรียบที่ชัดเจนในแง่ของการโก่งตัวของปลายยอดเมื่อคำนึงถึงเรื่องนี้ ปรากฎว่าเรขาคณิตของความชันซึ่งถูกตรวจสอบในการศึกษานี้ มีอิทธิพลต่อการโก่งตัวของแอมพลิจูดมากกว่าความยาวของความชันซึ่งอาจเกี่ยวข้องกับความแข็งในการดัดงอ เป็นต้น ขึ้นอยู่กับวัสดุที่กำลังดัดงอและความหนาโดยรวมของเข็มก่อสร้าง
ในการศึกษาทดลอง ขนาดของคลื่นดัดงอที่สะท้อนจะได้รับผลกระทบจากเงื่อนไขขอบเขตของส่วนปลายเมื่อสอดปลายเข็มลงในน้ำและเจลาติน \(\text {PTE__{2}\) เฉลี่ย \(\ประมาณ\) 95% และ \(\text {PTE__{2}\) เฉลี่ยค่า คือ 73% และ 77% (\text {PTE__{1}\) และ \(\text {PTE__{3}\) ตามลำดับ (รูปที่ 11)สิ่งนี้บ่งชี้ว่าการถ่ายโอนพลังงานเสียงสูงสุดไปยังตัวกลางในการหล่อ (เช่น น้ำหรือเจลาติน) เกิดขึ้นที่ \(f_2\)พฤติกรรมที่คล้ายกันนี้พบในการศึกษาก่อนหน้านี้โดยใช้โครงสร้างอุปกรณ์ที่เรียบง่ายกว่าที่ความถี่ 41-43 kHz โดยที่ผู้เขียนได้แสดงให้เห็นค่าสัมประสิทธิ์การสะท้อนแรงดันไฟฟ้าที่เกี่ยวข้องกับโมดูลัสเชิงกลของตัวกลางที่แทรกอยู่ในตัวกลางความลึกของการเจาะทะลุ 32 และคุณสมบัติทางกลของเนื้อเยื่อทำให้เกิดภาระทางกลบนเข็ม และด้วยเหตุนี้จึงคาดว่าจะมีอิทธิพลต่อพฤติกรรมการสั่นพ้องของ UZeFNABดังนั้น อัลกอริธึมการติดตามการสั่นพ้อง เช่น 17, 18, 33 จึงสามารถใช้เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพพลังเสียงที่ส่งผ่านสไตลัสได้
การสร้างแบบจำลองความยาวคลื่นโค้งงอ (รูปที่ 7) แสดงให้เห็นว่าแกนสมมาตรมีความแข็งของโครงสร้างสูงกว่า (เช่น ความแข็งในการดัดงอสูงกว่า) ที่ปลายมากกว่ามีดหมอและมุมเอียงที่ไม่สมมาตรจาก (1) และใช้ความสัมพันธ์ระหว่างความเร็ว-ความถี่ที่ทราบ เราประมาณค่าความแข็งในการดัดงอของมีดหมอ ปลายแบบไม่สมมาตร และแกนสมมาตรเป็นความชัน \(\โดยประมาณ) 200, 20 และ 1500 MPa ตามลำดับซึ่งสอดคล้องกับ (\lambda _y\) 5.3, 1.7 และ 14.2 มม. ที่ 29.75 kHz ตามลำดับ (รูปที่ 7a–c)เมื่อพิจารณาถึงความปลอดภัยทางคลินิกของขั้นตอน USeFNAB จำเป็นต้องประเมินอิทธิพลของเรขาคณิตต่อความแข็งของการออกแบบมุมเอียง
การศึกษาพารามิเตอร์ของมุมเอียงและความยาวของท่อ (รูปที่ 9) แสดงให้เห็นว่าช่วง TL ที่เหมาะสมที่สุดสำหรับมุมเอียงแบบอสมมาตร (1.8 มม.) สูงกว่าสำหรับมุมเอียงของแกนสมมาตร (1.3 มม.)นอกจากนี้ พื้นที่ราบเคลื่อนที่มีตั้งแต่ 4 ถึง 4.5 มม. และ 6 ถึง 7 มม. สำหรับการเอียงแบบไม่สมมาตรและแกนสมมาตร ตามลำดับ (รูปที่ 9a, b)ความเกี่ยวข้องในทางปฏิบัติของการค้นพบนี้แสดงอยู่ในเกณฑ์ความคลาดเคลื่อนในการผลิต ตัวอย่างเช่น ช่วง TL ที่เหมาะสมที่สุดที่ต่ำกว่าอาจบ่งบอกถึงความต้องการความแม่นยำของความยาวที่สูงขึ้นในเวลาเดียวกัน แท่นให้ผลผลิตให้ความคลาดเคลื่อนมากขึ้นสำหรับการเลือกความยาวความชันที่ความถี่ที่กำหนด โดยไม่ส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อผลผลิต
การศึกษานี้มีข้อจำกัดดังต่อไปนี้การวัดการโก่งตัวของเข็มโดยตรงโดยใช้การตรวจจับขอบและการถ่ายภาพด้วยความเร็วสูง (รูปที่ 12) หมายความว่าเราถูกจำกัดให้ใช้ตัวกลางที่โปร่งใสทางแสง เช่น อากาศและน้ำนอกจากนี้ เรายังต้องการชี้ให้เห็นว่าเราไม่ได้ใช้การทดลองเพื่อทดสอบการเคลื่อนที่ในการถ่ายโอนจำลองและในทางกลับกัน แต่ใช้การศึกษา FEM เพื่อกำหนดความยาวที่เหมาะสมที่สุดของเข็มที่ผลิตขึ้นจากมุมมองของข้อจำกัดในทางปฏิบัติ ความยาวของมีดหมอจากปลายถึงปลอกจะยาวกว่าเข็มอื่นๆ (AX1-3) 0.4 ซม. ดูภาพประกอบ3บีสิ่งนี้อาจส่งผลต่อการตอบสนองแบบกิริยาของโครงสร้างกระดูกเชิงกรานนอกจากนี้ รูปร่างและปริมาตรของตะกั่วบัดกรีท่อนำคลื่น (ดูรูปที่ 3) อาจส่งผลต่ออิมพีแดนซ์ทางกลของการออกแบบพิน ส่งผลให้เกิดข้อผิดพลาดในอิมพีแดนซ์ทางกลและพฤติกรรมการโค้งงอ
ท้ายที่สุด เราได้สาธิตการทดลองแล้วว่าเรขาคณิตมุมเอียงส่งผลต่อปริมาณการโก่งตัวใน USeFNABในสถานการณ์ที่แอมพลิจูดการโก่งตัวที่สูงกว่าอาจส่งผลเชิงบวกต่อผลกระทบของเข็มบนเนื้อเยื่อ เช่น ประสิทธิภาพการตัดหลังการเจาะ สามารถแนะนำให้ใช้มีดหมอแบบธรรมดาสำหรับ USeFNAB ได้ เนื่องจากให้แอมพลิจูดการโก่งตัวที่ยิ่งใหญ่ที่สุดในขณะที่ยังคงความแข็งแกร่งไว้เพียงพอ ที่ส่วนปลายของการออกแบบนอกจากนี้ การศึกษาเมื่อเร็วๆ นี้แสดงให้เห็นว่าการโก่งงอของทิปที่มากขึ้นสามารถเพิ่มผลกระทบทางชีวภาพ เช่น การเกิดโพรงอากาศ ซึ่งอาจช่วยพัฒนาการประยุกต์ใช้สำหรับการแทรกแซงการผ่าตัดที่มีการบุกรุกน้อยที่สุดเนื่องจากพลังเสียงโดยรวมที่เพิ่มขึ้นแสดงให้เห็นว่าสามารถเพิ่มผลผลิตการตรวจชิ้นเนื้อจาก USeFNAB13 จึงจำเป็นต้องมีการศึกษาเชิงปริมาณเพิ่มเติมเกี่ยวกับผลผลิตและคุณภาพของตัวอย่างเพื่อประเมินประโยชน์ทางคลินิกโดยละเอียดของรูปทรงเข็มที่ศึกษา
Frable, WJ การตรวจชิ้นเนื้อความทะเยอทะยานแบบเข็มละเอียด: บทวิจารณ์ฮึ.ป่วย.14:9-28.https://doi.org/10.1016/s0046-8177(83)80042-2 (1983)
เวลาโพสต์: 13 ต.ค. 2022