Nature.com'u ziyaret ettiğiniz için teşekkür ederiz.Kullandığınız tarayıcı sürümünün CSS desteği sınırlıdır.En iyi deneyim için güncellenmiş bir tarayıcı kullanmanızı (veya Internet Explorer'da Uyumluluk Modunu devre dışı bırakmanızı) öneririz.Bu arada desteğin devamını sağlamak için siteyi stiller ve JavaScript olmadan oluşturacağız.
Son zamanlarda, ultrason kullanımının, geleneksel ince iğne aspirasyonuna (İİAB) kıyasla, ultrason yardımlı ince iğne aspirasyonunda (USeFNAB) doku verimini arttırdığı gösterilmiştir.Bugüne kadar eğim geometrisi ile uç hareketi arasındaki ilişki tam olarak araştırılmamıştır.Bu çalışmada, farklı eğim uzunluklarına sahip çeşitli iğne eğim geometrileri için iğne rezonansı ve sapma genliği özelliklerini araştırdık.Geleneksel 3,9 mm'lik eğimli bir lanset kullanıldığında, havada ve suda uç saptırma güç faktörü (DPR) sırasıyla 220 ve 105 µm/W idi.Bu, eksenel simetrik 4 mm eğimli uçtan daha yüksektir ve havada ve suda sırasıyla 180 ve 80 µm/W DPR sağlar.Bu çalışma, farklı yerleştirme araçları bağlamında eğim geometrisinin bükülme sertliği arasındaki ilişkinin önemini vurgulamaktadır ve bu nedenle önemli olan iğne eğim geometrisini değiştirerek delme sonrası kesme eylemini kontrol etmeye yönelik yöntemlere ilişkin fikir sağlayabilir.USeFNAB uygulaması için kritik öneme sahiptir.
İnce iğne aspirasyon biyopsisi (İİA), şüpheli patoloji1,2,3 için iğne kullanılarak doku örnekleri elde etme yöntemidir.Franseen ucunun geleneksel lancet4 ve Menghini5 uçlarından daha yüksek teşhis performansı sağladığı gösterilmiştir.Eksenel simetrik (yani çevresel) eğimlerin de histopatolojik olarak yeterli numune olasılığını arttırdığı ileri sürülmektedir.
Biyopsi sırasında şüpheli lezyonlara erişim sağlamak için deri ve doku katmanlarından bir iğne geçirilir.Son çalışmalar ultrasonun yumuşak dokulara erişmek için gereken penetrasyon kuvvetini azaltabildiğini göstermiştir7,8,9,10.İğne eğim geometrisinin iğne etkileşim kuvvetlerini etkilediği gösterilmiştir; örneğin, daha uzun eğimlerin daha düşük doku penetrasyon kuvvetlerine sahip olduğu gösterilmiştir11.İğne doku yüzeyine girdikten sonra, yani delindikten sonra iğnenin kesme kuvveti, iğnenin doku ile etkileşim kuvvetinin %75'i kadar olabilir12.Delinme sonrası aşamada ultrasonun (ultrason) tanısal yumuşak doku biyopsisinin etkinliğini arttırdığı gösterilmiştir.Sert doku örnekleri almak için ultrasonla zenginleştirilmiş diğer kemik biyopsisi teknikleri geliştirilmiştir, ancak biyopsi verimini artıran hiçbir sonuç bildirilmemiştir.Çok sayıda çalışma, ultrasonik strese16,17,18 maruz kaldığında mekanik yer değiştirmenin arttığını da doğrulamıştır.İğne-doku etkileşimlerinde eksenel (uzunlamasına) statik kuvvetler üzerine pek çok çalışma mevcutken19,20, ultrasonik İİAB (USeFNAB) altında iğne eğiminin zamansal dinamiği ve geometrisi üzerine sınırlı sayıda çalışma bulunmaktadır.
Bu çalışmanın amacı ultrasonik bükülme ile tahrik edilen bir iğnede farklı eğim geometrilerinin iğne ucunun hareketine etkisini araştırmaktır.Özellikle, geleneksel iğne eğimleri (yani seçici aspirasyon veya yumuşak doku edinimi gibi çeşitli amaçlar için USeFNAB iğneleri) için delinme sonrasında enjeksiyon ortamının iğne ucu sapması üzerindeki etkisini araştırdık.
Bu çalışmaya çeşitli eğim geometrileri dahil edilmiştir.(a) Lancet spesifikasyonu ISO 7864:201636 ile uyumludur; burada \(\alpha\) birincil eğimdir, \(\theta\) ikincil eğimin dönüş açısıdır ve \(\phi\) ikincil eğimdir açı., döndürürken derece cinsinden (\(^\circ\)).(b) Doğrusal asimetrik tek adımlı pahlar (DIN 13097:201937'de "standart" olarak adlandırılır) ve (c) Doğrusal eksenel simetrik (çevresel) tek adımlı pahlar.
Yaklaşımımız, geleneksel lanset, eksenel simetrik ve asimetrik tek aşamalı eğim geometrileri için eğim boyunca bükülme dalga boyundaki değişikliğin modellenmesiyle başlar.Daha sonra boru eğiminin ve uzunluğunun transferin mekanik akışkanlığı üzerindeki etkisini incelemek için parametrik bir çalışma hesapladık.Bu, prototip iğne yapmak için en uygun uzunluğu belirlemek için gereklidir.Simülasyona dayalı olarak iğne prototipleri yapılmış ve rezonans davranışları, voltaj yansıma katsayılarının ölçülmesi ve çalışma frekansının belirlendiği hava, su ve %10 (a/h) balistik jelatin içindeki güç aktarım verimliliği hesaplanarak deneysel olarak karakterize edilmiştir. .Son olarak, yüksek hızlı görüntüleme, hava ve suda iğnenin ucundaki bükülme dalgasının sapmasını doğrudan ölçmek ve ayrıca her eğik açıda iletilen elektrik gücünü ve sapma gücü oranının geometrisini tahmin etmek için kullanılır ( DPR) enjekte edilen ortama..
Şekil 2a'da gösterildiği gibi, iğne tüpünü ISO'ya uygun olarak tüp uzunluğu (TL) ve eğim açısı (BL) ile tanımlamak için 21 kalibrelik bir tüp (0,80 mm OD, 0,49 mm ID, tüp duvar kalınlığı 0,155 mm, standart duvar) kullanın. 9626:201621) 316 paslanmaz çelikten (Young modülü 205 \(\text {GN/m}^{2}\), yoğunluk 8070 kg/m\(^{3}\) ve Poisson oranı 0,275).
Bükülme dalga boyunun belirlenmesi ve iğne ve sınır koşulları için sonlu elemanlar modelinin (FEM) ayarlanması.(a) Şev uzunluğunun (BL) ve boru uzunluğunun (TL) belirlenmesi.(b) İğneyi proksimal olarak hareket ettirmek, noktayı saptırmak ve noktadaki hızı ölçmek için harmonik nokta kuvveti \(\tilde{F__y\vec {j}\) kullanan üç boyutlu (3B) sonlu eleman modeli (FEM) tip (\ ( \tilde {u} y\vec {j}\), \(\ tilde {v _y\vec {j}\)) mekanik akışkanlığın transferini hesaplamak için.\(\lambda _y\), dikey kuvvete \(\tilde{F} y\vec {j}\) göre bükülme dalga boyu olarak tanımlanır.(c) Sırasıyla ağırlık merkezinin, A kesit alanının ve x ve y eksenleri etrafındaki \(I_{xx}\) ve \(I_{yy}\) eylemsizlik momentlerinin tanımları.
Şekil 2'de gösterildiği gibi.Şekil 2b,c'de, kesit alanı A olan ve ışının kesit boyutundan daha büyük bir dalga boyuna sahip sonsuz (sonsuz) bir ışın için, bükülmüş (veya bükülmüş) faz hızı \( c_{EI }\) 22 ile belirlenir. :
burada E Young modülüdür (\(\text {N/m}^{2}\)), \(\omega _0 = 2\pi f_0\) uyarılma açısal frekansıdır (rad/s), burada \( f_0 \ ) doğrusal frekanstır (1/s veya Hz), I ilgilenilen eksen etrafındaki alanın eylemsizlik momentidir\((\text {m}^{4})\), \(m'=\ rho _0 A\ ) birim uzunluktaki kütledir (kg/m), burada \(\rho _0\) yoğunluk\((\text {kg/m}^{3})\) ve A çaprazdır ışın alanının kesiti (xy düzlemi) (\(\ text {m}^{2}\)).Örneğimizde uygulanan kuvvet dikey y eksenine paralel olduğundan, yani \(\tilde{F__y\vec {j}\), yalnızca yatay x ekseni etrafındaki bölgesel eylemsizlik momentiyle ilgileniyoruz, yani \(I_{xx}\), yani:
Sonlu eleman modeli (FEM) için saf bir harmonik yer değiştirme (m) varsayılır, dolayısıyla ivme (\(\text {m/s}^{2}\)) \(\partial ^2 \vec) olarak ifade edilir { u}/ \ kısmi t^2 = -\omega ^2\vec {u}\) as \(\vec {u}(x, y, z, t): = u_x\vec {i} + u_y\ vec {j } + u_z\vec {k}\), uzaysal koordinatlarda verilen üç boyutlu bir yer değiştirme vektörüdür.İkincisi yerine, COMSOL Multiphysics yazılım paketindeki (sürüm 5.4-5.5, COMSOL Inc., Massachusetts, ABD) uygulamasına uygun olarak momentum dengesi yasasının sonlu deformasyon Lagrangian formu aşağıdaki şekilde verilmiştir:
burada \(\vec {\nabla}:= \frac{\partial}}{\partial x}\vec {i} + \frac{\partial}}{\partial y}\vec {j} + \frac{ \partial }{\partial z}\vec {k}\) tensör ıraksama operatörüdür, \({\underline{\sigma}}\) ikinci Piola-Kirchhoff gerilim tensörüdür (ikinci dereceden, \(\ text { N/ m}^{2}\)) ve \(\vec {F_V}:= F_{V_x}\vec {i}+ F_{V_y}\vec {j}+ F_{V_z}\vec {k} \) her deforme hacim için gövde kuvveti vektörüdür (\(\text {N/m}^{3}\)) ve \(e^{j\phi }\) faz açısı vektörüdür\(\ phi \ ) ( memnun).Bizim durumumuzda, cismin hacim kuvveti sıfırdır, modelimiz geometrik doğrusallık ve küçük, tamamen elastik bir deformasyon varsayar; yani burada \({\underline{\varepsilon}}^{el}\) ve \({\underline {\varepsilon}}\) sırasıyla elastik gerinim ve toplam gerinimdir (ikinci dereceden, boyutsuz).Hooke'un yapısal izotropik esneklik tensörü \(\underline{\underline{C}}\) Young modülü E (\(\text {N/m}^{2}\)) kullanılarak hesaplanır ve Poisson oranı v belirlenir, yani \(\underline{\underline{C}}:=\underline{\underline{C}}(E,v)\) (dördüncü sıra).Böylece gerilim hesaplaması \({\underline{\sigma}} := \underline{\underline{C}}:{\underline{\varepsilon}}\) olur.
Hesaplamada \(\le\) 8 µm öğe boyutuna sahip 10 düğümlü dört yüzlü bir öğe kullanılır.İğne vakumda modellenmiştir ve aktarılan mekanik hareketliliğin değeri (ms-1 N-1) \(|\tilde{Y_{v_yF_y}|= |\tilde{v_y\vec { j}|/ |\ tilde{F__y\vec {j}|\)24, burada \(\tilde{v__y\vec {j}\) el aletinin çıkış karmaşık hızıdır ve \( \ tilde {F} y\ vec {j }\), Şekil 2b'de gösterildiği gibi tüpün proksimal ucunda yer alan karmaşık bir itici güçtür.Maksimum değeri referans olarak kullanarak mekanik akışkanlığı desibel (dB) cinsinden çevirin, yani \(20\log _{10} (|\tilde{Y}|/ |\tilde{Y_{max}|) \ ) .Tüm FEM çalışmaları 29,75 kHz frekansında gerçekleştirildi.
İğnenin tasarımı (Şekil 3), geleneksel 21 gauge hipodermik iğneden (Kat. No. 4665643, Sterican\(^\circledR\), dış çapı 0,8 mm, uzunluğu 120 mm, AISI 304 paslanmaz krom-nikelden oluşur. çelik, B. Braun Melsungen AG, Melsungen, Almanya) proksimal uçta polipropilenden yapılmış plastik bir Luer Lock manşonla donatılmıştır ve uçta uygun şekilde modifiye edilmiştir.İğne tüpü, Şekil 3b'de gösterildiği gibi dalga kılavuzuna lehimlenmiştir.Dalga kılavuzları, paslanmaz çelik bir 3D yazıcıda (EOS M 290 3D yazıcıda EOS 316L paslanmaz çelik, 3D Formtech Oy, Jyväskylä, Finlandiya) basıldı ve ardından M4 cıvatalar kullanılarak Langevin sensörüne takıldı.Langevin sensörü, her iki ucunda iki kütle bulunan 8 piezoelektrik halka elemanından oluşur.
Dört tip uç (fotoğraf), ticari olarak temin edilebilen bir lanset (L) ve üretilen üç eksenel simetrik tek kademeli eğim (AX1-3), sırasıyla 4, 1,2 ve 0,5 mm'lik eğim uzunlukları (BL) ile karakterize edildi.(a) Bitmiş iğne ucunun yakından görünümü.(b) 3D baskılı dalga kılavuzuna lehimlenen ve ardından M4 cıvatalarla Langevin sensörüne bağlanan dört pimin üstten görünümü.
\(\approx) 2 \(^ \'ye karşılık gelen 4,0, 1,2 ve 0,5 mm'lik eğim uzunluklarına (BL, Şekil 2a'da tanımlandığı gibi) sahip üç eksenel simetrik eğim ucu (Şekil 3) üretildi (TAs Machine Tools Oy) circ\), 7\(^\circ\) ve 18\(^\circ\) sırasıyla.Dalga kılavuzu ve iğnenin kütlesi, L ve AX1-3 eğimleri için sırasıyla 3,4 ± 0,017 g'dir (ortalama ± sd, n = 4) (Quintix\(^\circledR\) 224 Design 2, Sartorius AG, Göttingen, Almanya) .Şekil 3b'deki L ve AX1-3 eğimleri için iğnenin ucundan plastik manşonun ucuna kadar olan toplam uzunluk sırasıyla 13,7, 13,3, 13,3 ve 13,3 cm idi.
Tüm iğne konfigürasyonları için, iğnenin ucundan dalga kılavuzunun ucuna kadar olan uzunluk (yani kaynak alanına kadar) 4,3 cm idi ve iğne tüpü kesik yukarı doğru (yani Y eksenine paralel) olacak şekilde yönlendirilmişti. , şekilde gösterildiği gibi.c (Şekil 2).
Bir bilgisayarda (Latitude 7490, Dell Inc., Texas, ABD) çalışan MATLAB'daki (R2019a, The MathWorks Inc., Massachusetts, ABD) özel bir komut dosyası, 7 saniye boyunca 25 ila 35 kHz arasında doğrusal bir sinüzoidal tarama oluşturmak için kullanıldı. geçen Bir dijitalden analoğa (DA) dönüştürücü (Analog Discovery 2, Digilent Inc., Washington, ABD) analog sinyale dönüştürür.Analog sinyal \(V_0\) (0,5 Vp-p) daha sonra özel bir radyo frekansı (RF) amplifikatörü (Mariachi Oy, Turku, Finlandiya) ile güçlendirildi.50 ohm çıkış empedansına sahip RF amplifikatöründen düşen yükseltilmiş voltaj \({V_I}\), 50 ohm giriş empedansına sahip iğne yapısına yerleştirilmiş bir transformatöre beslenir.Langevin dönüştürücüler (ön ve arka ağır hizmet tipi çok katmanlı piezoelektrik dönüştürücüler) mekanik dalgalar oluşturmak için kullanılır.Özel RF amplifikatörü, analog-dijital (AD) modunda olayı \({V_I}\) ve yansıtılan güçlendirilmiş voltajı\(V_R\) kaydeden çift kanallı bir duran dalga güç faktörü (SWR) ölçer ile donatılmıştır.300 kHz Dönüştürücü örnekleme hızına sahip (analog Discovery 2).Uyarma sinyalinin genliği, amplifikatör girişinin geçici olaylarla aşırı yüklenmesini önlemek için başlangıçta ve sonunda modüle edilir.
MATLAB'da uygulanan özel bir komut dosyası kullanılarak, frekans yanıtı işlevi (FRF), yani \(\tilde{H}(f)\), iki kanallı sinüzoidal süpürme ölçüm yöntemi (Şekil 4) kullanılarak çevrimdışı olarak tahmin edilmiştir; zamanda doğrusallık.değişmez sistem.Ayrıca sinyalden istenmeyen frekansları çıkarmak için 20 ila 40 kHz bant geçiren filtre uygulanır.İletim hatları teorisine göre, bu durumda \(\tilde{H}(f)\) gerilim yansıma katsayısına eşdeğerdir, yani \(\rho _{V} \equiv {V_R}/{V_I}\ ) \) \({V_R}^ 2 /{V_I}^2\ ) değerine düşer, \(|\rho _{V}|^2\) eşittir.Mutlak elektriksel güç değerlerinin gerekli olduğu durumlarda, gelen güç \(P_I\) ve yansıyan güç \(P_R\) gücü (W), örneğin karşılık gelen voltajın rms değeri (rms) alınarak hesaplanır.sinüzoidal uyarımlı bir iletim hattı için \( P = {V}^2/(2Z_0)\)26, burada \(Z_0\) 50 \(\Omega\'ya eşittir).\(P_T\) yüküne (yani takılan ortama) sağlanan elektrik gücü, \(|P_I – P_R |\) (W RMS) olarak hesaplanabildiği gibi, güç aktarım verimliliği (PTE) ve yüzde ( %) şeklin nasıl verildiği belirlenebilir, yani 27:
İğnesel modal frekanslar \(f_{1-3}\) (kHz) ve bunlara karşılık gelen güç aktarım faktörleri \(\text {PTE__{1{-}3} \) daha sonra FRF kullanılarak tahmin edilir.FWHM (\(\text {FWHM_{1{-}3}\), Hz) doğrudan Tablo 1'den \(\text {PTE_{1{-}3}\)'den tahmin edilmiştir. A tek taraflı açıklanan modal frekansta \(f_{1-3}\) doğrusal spektrum elde edilir.
İğne yapılarının frekans tepkisinin (AFC) ölçümü.Frekans yanıt fonksiyonunu \(\tilde{H}(f)\) ve bunun dürtü yanıtını H(t) elde etmek için sinüzoidal iki kanallı bir tarama ölçümü25,38 kullanılır.\({\mathcal {F}}\) ve \({\mathcal {F}}^{-1}\) sırasıyla dijital kesmenin Fourier dönüşümünü ve bunun tersini temsil eder.\(\tilde{G}(f)\) frekans alanındaki iki sinyalin çarpımı anlamına gelir, örneğin \(\tilde{G}__{XrX}\) ters tarama çarpımı anlamına gelir\(\tilde{ X} r (f)\ ) ve düşme gerilimi \(\tilde{X}(f)\) sırasıyla.
Şekil 5'te gösterildiği gibi, yüksek hızlı kamera (Phantom V1612, Vision Research Inc., NJ, ABD) bir makro lensle (MP-E 65mm, \(f\)/2.8, 1-5\) donatılmıştır.(\times\), Canon Inc., Tokyo, Japonya), 27,5-30 kHz frekanslarda bükülme uyarımı (tek frekanslı, sürekli sinüzoid) sırasında uç sapmalarını kaydetmek için.Bir gölge haritası oluşturmak için iğnenin ucunun arkasına yüksek yoğunluklu beyaz bir LED'in soğutulmuş bir elemanı (parça numarası: 4052899910881, beyaz LED, 3000 K, 4150 lm, Osram Opto Semiconductors GmbH, Regensburg, Almanya) yerleştirildi.
Deney düzeneğinin önden görünüşü.Derinlik ortamın yüzeyinden ölçülür.İğne yapısı kelepçelenir ve motorlu bir transfer tablasına monte edilir.Eğik açı sapmasını ölçmek için yüksek büyütme merceğine (5\(\x\)) sahip yüksek hızlı bir kamera kullanın.Tüm ölçüler milimetredir.
Her bir iğne eğimi türü için, her biri 1/180 mm (\(\yaklaşık) 5 µm) uzamsal çözünürlüğe sahip, 128 \(\x\) 128 piksel boyutunda, yüksek hızlı bir kameranın 300 karesini kaydettik. Saniyede 310.000 karelik zamansal çözünürlük.Şekil 6'da gösterildiği gibi, her kare (1), iğnenin ucu çerçevenin son satırında (alt) olacak şekilde kırpılır (2) ve görüntünün histogramı (3) hesaplanır, böylece Canny 1 ve 2 eşikleri belirlenebilir.Daha sonra Canny kenar algılama 28(4)'ü Sobel operatörü 3 \(\times\) 3 ile uygulayın ve hipotenüs olmayan pikseller için konumları hesaplayın (\(\mathbf {\times }\ etiketli) 300 zaman adımlı kavitasyon olmadan.Uç sapma aralığını belirlemek için türevi hesaplayın (merkezi fark algoritmasını kullanarak) (6) ve sapmanın yerel uç noktalarını (yani tepe noktasını) içeren çerçeveyi (7) belirleyin.Kavitasyonsuz kenarın görsel olarak incelenmesinden sonra, bir çift çerçeve (veya yarı zamanlı aralıklarla iki çerçeve) seçildi (7) ve ucun sapması ölçüldü (\(\mathbf {\times } olarak gösterilir) \) ).Yukarıdakiler Python'da (v3.8, Python Software Foundation, python.org) OpenCV Canny kenar algılama algoritması (v4.5.1, açık kaynak bilgisayarlı görme kitaplığı, opencv.org) kullanılarak uygulanmıştır.Son olarak, sapma güç faktörü (DPR, µm/W), tepeden tepeye sapmanın iletilen elektrik gücüne \(P_T\) (Wrms) oranı olarak hesaplanır.
Kırpma (1-2), Canny kenar algılama (3-4), hesaplama dahil 7 adımlı bir algoritma (1-7) kullanarak, yüksek bir görüntüden alınan bir dizi kareyi kullanarak uç sapma kenarının piksel konumunu ölçün. 310 kHz'deki hız kamerası ( 5) ve bunun zaman türevi (6) ve son olarak uç sapma aralığı, görsel olarak kontrol edilen çerçeve çiftleri (7) üzerinde ölçülür.
Havada (22,4-22,9°C), deiyonize suda (20,8-21,5°C) ve %10 (a/h) sulu balistik jelatinde (19,7-23,0°C , \(\text {Honeywell}^{ \ text {) ölçülmüştür TM}}\) \(\text {Fluka}^{\text {TM}}\) Tip I Balistik Analiz için Sığır ve Domuz Kemiği Jelatini, Honeywell International, Kuzey Carolina, ABD).Sıcaklık, bir K tipi termokupl amplifikatörü (AD595, Analog Devices Inc., MA, ABD) ve bir K tipi termokupl (Fluke 80PK-1 Bead Probe No. 3648 type-K, Fluke Corporation, Washington, ABD) ile ölçülmüştür.Adım başına 5 µm çözünürlükle medya yüzeyinden derinliği ölçmek için dikey motorlu Z ekseni sahnesini (8MT50-100BS1-XYZ, Standa Ltd., Vilnius, Litvanya) kullanın (Z ekseninin kökeni olarak ayarlanır).
Örneklem büyüklüğü küçük olduğundan (n = 5) ve normallik varsayılamadığından, iki örnekli iki kuyruklu Wilcoxon sıralama toplamı testi (R, v4.0.3, R Foundation for Statistical Computing, r-project.org) kullanıldı. Çeşitli eğimler için iğne ucunun değişkenlik miktarını karşılaştırmak için.Her eğim için üç karşılaştırma yapıldı, böylece 0,017'lik düzeltilmiş anlamlılık düzeyi ve %5 hata oranıyla bir Bonferroni düzeltmesi uygulandı.
Aşağıdaki Şekil 7'ye atıfta bulunulmaktadır.29,75 kHz'de, 21 kalibrelik bir iğnenin kavisli yarım dalga boyu (\(\lambda _y/2\)) \(\yaklaşık) 8 mm'dir.Bükülme dalga boyu eğim boyunca uca yaklaştıkça azalır.Uçta \(\lambda _y/2\) sıradan lansetler (a), asimetrik (b) ve eksenel simetrik (c) için sırasıyla 3, 1 ve 7 mm'lik kademeli eğimler vardır.Dolayısıyla bu, neşterin \(\yaklaşık\) 5 mm farklı olacağı (neşterin iki düzleminin 29,30'luk bir nokta oluşturması nedeniyle), asimetrik eğimin 7 mm kadar değişeceği ve simetrik eğimin değişeceği anlamına gelir. 1 mm kadar.Eksenel simetrik eğimler (ağırlık merkezi aynı kalır, dolayısıyla eğim boyunca yalnızca duvar kalınlığı değişir).
29.75 kHz'de FEM çalışmasının uygulanması ve denklem.(1) Lanset (a), asimetrik (b) ve eksenel simetrik (c) eğik geometri için bükülme yarım dalga değişimini (\(\lambda _y/2\)) hesaplayın (Şekil 1a,b,c'deki gibi).).Lanset, asimetrik ve eksenel simetrik eğimler için ortalama \(\lambda_y/2\) sırasıyla 5,65, 5,17 ve 7,52 mm'dir.Asimetrik ve eksenel simetrik eğimler için uç kalınlığının \(\yaklaşık) 50 µm ile sınırlı olduğunu unutmayın.
Tepe hareketliliği \(|\tilde{Y} _{v_yF_y}|\), optimal tüp uzunluğunun (TL) ve eğim uzunluğunun (BL) birleşimidir (Şekil 8, 9).Geleneksel bir neşter için boyutu sabit olduğundan optimal TL \(\yaklaşık\) 29,1 mm'dir (Şekil 8).Asimetrik ve eksenel simetrik eğimler için (sırasıyla Şekil 9a, b), FEM çalışması 1 ila 7 mm arasındaki BL'yi içeriyordu, dolayısıyla optimal TL aralıkları 26,9 ila 28,7 mm (aralık 1,8 mm) ve 27,9 ila 29,2 mm (aralık) idi. 1,3 mm).) ), sırasıyla.Asimetrik eğimler için (Şekil 9a), optimal TL doğrusal olarak arttı, BL 4 mm'de bir platoya ulaştı ve ardından BL 5'ten 7 mm'ye keskin bir şekilde düştü.Eksenel simetrik eğimler için (Şekil 9b), optimal TL, BL uzamasıyla doğrusal olarak artar ve son olarak BL'de 6'dan 7 mm'ye kadar stabilize olur.Eksenel simetrik eğimlerle ilgili genişletilmiş bir çalışma (Şekil 9c), \(\yaklaşık olarak) 35,1–37,1 mm'de bulunan farklı bir optimal TL seti gösterdi.Tüm BL'ler için, iki grup optimal TL arasındaki mesafe \(\yaklaşık\) 8 mm'dir (\(\lambda _y/2\'ye eşdeğerdir).
29,75 kHz'de Lancet iletim hareketliliği.İğne tüpü 29,75 kHz frekansta esnetildi, titreşim uçta ölçüldü ve 26,5-29,5 mm (0,1 mm adım) için iletilen mekanik hareketlilik miktarı (maksimum değere göre dB) olarak ifade edildi.
FEM'in 29,75 kHz frekansındaki parametrik çalışmaları, eksenel simetrik ucun transfer hareketliliğinin, tüpün uzunluğundaki değişikliklerden asimetrik muadiline göre daha az etkilendiğini göstermektedir.FEM kullanılarak frekans alanı çalışmalarında asimetrik (a) ve eksenel simetrik (b, c) eğim geometrileri için eğim uzunluğu (BL) ve boru uzunluğu (TL) çalışmaları (sınır koşulları Şekil 2'de gösterilmektedir).(a, b) TL 26,5 ile 29,5 mm (0,1 mm'lik adımlarla) ve BL 1-7 mm (0,5 mm'lik adımlarla) arasında değişmektedir.(c) İstenilen oranı ortaya çıkaran TL 25-40 mm (0,05 mm adım) ve 0,1-7 mm (0,1 mm adım) içeren genişletilmiş eksenel simetrik eğik açı çalışması \(\lambda_y/2\) Bir uç için gevşek hareketli sınır koşulları karşılanmıştır.
İğne yapısı, Tablo 1'de gösterildiği gibi düşük, orta ve yüksek modal bölgelere bölünmüş üç doğal frekansa \(f_{1-3}\) sahiptir. PTE boyutu Şekil 10'da gösterilmiş ve daha sonra Şekil 11'de analiz edilmiştir. Aşağıda, her modal alan için sonuçlar:
Havada, suda ve jelatinde bir lanset (L) ve eksenel simetrik eğimler AX1-3 için 20 mm derinlikte süpürme frekanslı sinüzoidal uyarım kullanılarak elde edilen tipik kaydedilen anlık güç aktarım verimliliği (PTE) genlikleri.Tek taraflı bir spektrum gösterilmektedir.Ölçülen frekans tepkisi (300 kHz örnekleme hızı) düşük geçişli filtreden geçirildi ve ardından modal analiz için 200 faktörüyle alt örneklendi.Sinyal-gürültü oranı \(\le\) 45 dB'dir.PTE aşaması (mor noktalı çizgi) derece (\(^{\circ}\)) cinsinden gösterilir.
Modal tepki analizi, hava, su ve %10 jelatin (20 mm derinlik) içindeki L ve AX1-3 eğimleri için (üstte) üç modal bölge (düşük) ile Şekil 10'da (ortalama ± standart sapma, n = 5) gösterilmektedir. , orta, yüksek).) ve bunlara karşılık gelen modal frekanslar\(f_{1-3}\) (kHz), (ortalama) enerji verimliliği\(\text {PTE_{1{-}3 }\) tasarım denklemlerini kullanır.(4) ve (altta), sırasıyla ölçülen maksimum değerin \(\text {FWHM_{1{-}3}\) (Hz) yarısındaki tam genişliktir.Düşük bir PTE kaydederken, yani AX2 eğimi durumunda, bant genişliği ölçümünün atlandığını unutmayın, \(\text {FWHM_{1}\).\(f_2\) modu, eğimli düzlemlerin sapmasını karşılaştırmak için en uygun mod olarak kabul edilir, çünkü en yüksek düzeyde güç aktarım verimliliğini (\(\text {PTE} _ {2}\)) gösterir. %99.
Birinci modal bölge: \(f_1\) eklenen ortam türüne çok fazla bağlı değildir ancak eğim geometrisine bağlıdır.\(f_1\) eğim uzunluğu azaldıkça azalır (havada AX1-3 için sırasıyla 27,1, 26,2 ve 25,9 kHz).Bölgesel ortalamalar \(\text {PTE}\{1}\) ve \(\text {FWHM_{1}\) sırasıyla \(\approx\) %81 ve 230 Hz'dir.\(\text {FWHM_{1}\) Lancet'ten (L, 473 Hz) en yüksek jelatin elde edildi.Jelatindeki AX2 için \(\text {FWHM_{1}\)'nin rapor edilen frekans yanıtlarının düşük büyüklüğü nedeniyle tahmin edilemediğini unutmayın.
İkinci modal bölge: \(f_2\) yapıştırma ve eğim ortamının türüne bağlıdır.Havada, suda ve jelatinde ortalama \(f_2\) değerleri sırasıyla 29,1, 27,9 ve 28,5 kHz'dir.Bu modal bölgenin PTE'si de %84'lük bölgesel ortalamayla tüm ölçüm grupları arasında en yüksek olan %99'a ulaştı.Alan ortalaması \(\text {FWHM__{2}\) \(\approx\) 910 Hz'dir.
Üçüncü modal bölge: \(f_3\) Frekans, yerleştirme ortamının türüne ve eğime bağlıdır.Ortalama \(f_3\) değerleri havada, suda ve jelatinde sırasıyla 32,0, 31,0 ve 31,3 kHz'dir.\(\text {PTE__{3}\) \(\yaklaşık\) %74'lük bölgesel ortalamaya sahiptir; bu, tüm bölgeler arasında en düşük değerdir.Bölgesel ortalama \(\text {FWHM}\{3}\) \(\yaklaşık\) 1085 Hz olup, birinci ve ikinci bölgelerden daha yüksektir.
Aşağıdakiler Şekil 1'e atıfta bulunmaktadır.Şekil 12 ve Tablo 2. Neşter (L) hem havada hem de suda (Şekil 12a) en fazla sapmayı (tüm uçlar için yüksek öneme sahip, \(p<\) 0,017) gerçekleştirerek en yüksek DPR'yi (220 µm/'ye kadar) elde etti. Havada W). Şekil 12 ve Tablo 2. Neşter (L) hem havada hem de suda (Şekil 12a) en fazla sapmayı (tüm uçlar için yüksek öneme sahip, \(p<\) 0,017) gerçekleştirerek en yüksek DPR'yi (220 µm/'ye kadar) elde etti. Havada W). 12. günde ve 2. günde относится. х наконечников, \(p<\) 0,017) как в воздухе, так и в воде (рис. 12а), достигая самого высокого DPR . Aşağıdakiler Şekil 12 ve Tablo 2 için geçerlidir. Hem havada hem de suda (Şekil 12a) en fazla sapma gösteren lanset (L) (tüm uçlar için yüksek öneme sahip, \(p<\) 0,017) ve en yüksek DPR'ye ulaştı.(havada 220 μm/W yapın).Aşağıdaki Şekil 12 ve Tablo 2'ye atıfta bulunulmaktadır.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义，\(p<\) 0.017），实现DPR (220 µm/W) değerinde.柳叶刀(L), havada ve suda en yüksek sapmaya sahiptir (图12a) (对所述尖端是对尖端是是电影,\(p<\) 0,017) ve en yüksek DPR'ye (220 µm/'ye kadar) ulaştı. Havada W). Ланцет (L) имеет наибольшее отклонение (весьма значимое для всех наконечников, \(p<\) 0,017) воздухе и воде (рис. 1) 2а), DPR'ye göre çok uygun (220 мкм/Вт воздухе'ye kadar). Lancet (L), havada ve suda (Şekil 12a) en büyük sapmaya (tüm uçlar için son derece önemli, \(p<\) 0,017) sahiptir ve en yüksek DPR'ye (havada 220 µm/W'ye kadar) ulaşır. Havada, daha yüksek BL'ye sahip olan AX1, AX2–3'ten daha yüksek saptı (anlamlılıkla, \(p<\) 0,017), oysa AX3 (en düşük BL'ye sahipti), 190 µm/W DPR ile AX2'den daha fazla saptı. Havada, daha yüksek BL'ye sahip olan AX1, AX2–3'ten daha yüksek saptı (anlamlılıkla, \(p<\) 0,017), oysa AX3 (en düşük BL'ye sahipti), 190 µm/W DPR ile AX2'den daha fazla saptı. В воздухе AX1 ile BL отклонялся выше arasında, AX2–3 ile (p<\) 0,017 ile aynı), AX3 ile (daha önce) BL) отклонялся больше, чем AX2 ile DPR 190 мкм/Vт. Havada, daha yüksek BL'ye sahip AX1, AX2–3'ten daha yüksek saptı (önemli \(p<\) 0,017), oysa AX3 (en düşük BL'ye sahip), DPR 190 µm/W ile AX2'den daha fazla saptı.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（具有最低BL）的AX2, DPR 190 µm/W değerinde. Havada, daha yüksek BL'li AX1'in sapması AX2-3'ünkinden daha yüksektir (önemli ölçüde, \(p<\) 0,017) ve AX3'ün sapması (en düşük BL'li) AX2'ninkinden daha yüksektir, DPR 190'dır µm/W. AX1'in BL ile aynı olması, AX2-3'ün (p<\) 0,017 ile aynı olması, AX3'ün (daha fazla) olması BL) ve AX2 ile DPR 190 мкм/Вт arasında daha fazla bağlantı var. Havada, daha yüksek BL'ye sahip AX1, AX2-3'ten daha büyük sapmaya sahiptir (anlamlı, \(p<\) 0,017), oysa AX3 (en düşük BL'ye sahip), 190 μm/W DPR'ye sahip AX2'den daha büyük sapmaya sahiptir. 20 mm'deki suda, AX1–3 için sapma ve PTE'de önemli bir fark (\(p>\) 0,017) bulunmadı. 20 mm'deki suda, AX1–3 için sapma ve PTE'de önemli bir fark (\(p>\) 0,017) bulunmadı. AX1–3'ün çalıştırılmaması için 20 mm'lik bir mesafeye (\(p>\) 0,017) ulaşıldı. 20 mm derinlikteki suda, AX1–3 için sapma ve FTR'de önemli farklılıklar (\(p>\) 0,017) tespit edildi.20 mm çapında, AX1-3 ve PTE 没有显着差异(\(p>\) 0.017)。 20 mm suda AX1-3 ile PTE arasında anlamlı bir fark bulunmadı (\(p>\) 0,017). 20 mm'lik bir ilerleme ve PTE AX1-3'ün hiçbir şekilde silinmemesi (\(p>\) 0,017). 20 mm derinlikte sapma ve PTE AX1-3 önemli ölçüde farklılık göstermedi (\(p>\) 0,017).Sudaki PTE seviyeleri (%90,2-98,4) genellikle havadakinden (%56-77,5) daha yüksekti (Şekil 12c) ve sudaki deney sırasında kavitasyon olgusu kaydedildi (Şekil 13, ayrıca bkz. ek) bilgi).
Hava ve sudaki (derinlik 20 mm) L ve AX1-3 pahları için uç bükme genliği ölçümleri (ortalama ± standart sapma, n = 5), pah geometrisinin değiştirilmesinin etkisini ortaya çıkardı.Ölçümler sürekli tek frekanslı sinüzoidal uyarım kullanılarak elde edilir.(a) Tepe noktasındaki tepe sapması (\(u_y\vec {j}\)), (b) ilgili modal frekanslarında \(f_2\) ölçüldü.(c) Denklem olarak güç aktarım verimliliği (PTE, rms, %).(4) ve (d) Tepe sapması ve iletim gücü \(P_T\) (Wrms) olarak hesaplanan sapma güç faktörü (DPR, µm/W).
Yüksek hızlı bir kameranın, lansetin (L) lanset ucunun (yeşil ve kırmızı noktalı çizgiler) ve eksenel simetrik ucun (AX1-3) suda (derinlik 20 mm), yarım döngü, tahrik frekansının toplam sapmasını gösteren tipik gölge grafiği \(f_2\) (frekans 310 kHz örnekleme).Yakalanan gri tonlamalı görüntü 128x128 piksel boyutlara ve \(\yaklaşık) 5 µm piksel boyutuna sahiptir.Video ek bilgilerde bulunabilir.
Böylece, bükülme dalga boyundaki değişimi modelledik (Şekil 7) ve geleneksel mızrak şeklinde, asimetrik ve eksenel tüp uzunluğu ve eğim kombinasyonları için transfer için mekanik hareketliliği hesapladık (Şekil 8, 9).Simetrik eğimli geometri.İkincisine dayanarak, Şekil 5'te gösterildiği gibi optimum uçtan kaynağa mesafenin 43 mm (veya 29,75 kHz'de \(\approx\) 2,75\(\lambda_y\)) olduğunu tahmin ettik ve üç eksenel simetrik eğim ürettik. farklı eğim uzunlukları.Daha sonra hava, su ve %10 (ağırlık/hacim) balistik jelatin içindeki geleneksel neşterlerle karşılaştırıldığında frekans tepkilerini karakterize ettik (Şekil 10, 11) ve eğim sapması modunu karşılaştırmak için en iyi durumu belirledik.Son olarak, 20 mm derinlikte hava ve sudaki dalgayı bükerek uç sapmasını ölçtük ve her eğim için enjekte edilen ortamın güç aktarım verimliliğini (PTE, %) ve sapma güç faktörünü (DPR, µm/W) ölçtük.tipi (Şek. 12).
Sonuçlar geometrinin eğim ekseninin uç ekseninin genlik sapmasını etkilediğini göstermektedir.Neşter, eksenel simetrik eğimle karşılaştırıldığında en yüksek eğriliğe ve ayrıca en yüksek DPR'ye sahipken, eksenel simetrik eğim daha küçük bir ortalama sapmaya sahipti (Şekil 12). En uzun eğim uzunluğuna sahip eksenel simetrik 4 mm eğim (AX1), diğer eksenel simetrik iğnelerle (AX2–3) karşılaştırıldığında havada istatistiksel olarak anlamlı en yüksek sapmayı elde etti (\(p < 0,017\), Tablo 2), ancak iğne suya yerleştirildiğinde önemli bir fark gözlenmedi. En uzun eğim uzunluğuna sahip eksenel simetrik 4 mm eğim (AX1), diğer eksenel simetrik iğnelerle (AX2–3) karşılaştırıldığında havada istatistiksel olarak anlamlı en yüksek sapmayı elde etti (\(p < 0,017\), Tablo 2), ancak iğne suya yerleştirildiğinde önemli bir fark gözlenmedi. Осесимметричный скос 4 мм (AX1), имеющий наибольшую длину скоса, достиг статистически значимого наибольшего лонения в воздухе (\(p <0,017\), таблица 2) по сравнению с другими осесиметричными иглами (AX2–3). En uzun eğim uzunluğuna sahip olan eksenel simetrik eğim 4 mm (AX1), diğer eksenel simetrik iğnelerle (AX2–3) karşılaştırıldığında havada istatistiksel olarak anlamlı derecede daha büyük bir sapma elde etti (\(p < 0,017\), Tablo 2).ancak iğnenin suya batırılmasında önemli farklılıklar gözlenmedi.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。 Diğer eksenel simetrik iğnelerle (AX2-3) karşılaştırıldığında havada 4 mm eksenel simetrik (AX1) ile en uzun eğik açıya sahiptir ve istatistiksel olarak anlamlı maksimum sapma elde etmiştir (\(p < 0,017\), Tablo 2) ancak iğne suya yerleştirildiğinde anlamlı bir fark gözlenmedi. Осесимметричный скос 4 мм (AX1) с наибольшей длиной скоса обеспечивает статистически значимое максимальное отклон ение в воздухе по сравнению с другими осесиметричными иглами (AX2-3) (\(p < 0,017\), таблица 2), но существенной разниц öyle değil. En uzun eğim uzunluğu 4 mm olan eksenel simetrik eğim (AX1), diğer eksenel simetrik eğimlerle (AX2-3) karşılaştırıldığında havada istatistiksel olarak anlamlı bir maksimum sapma sağlamıştır (\(p < 0,017\), Tablo 2), ancak önemli fark.İğne suya yerleştirildiğinde gözlemlenir.Bu nedenle, daha uzun bir eğim uzunluğunun, tepe ucu sapması açısından belirgin bir avantajı yoktur.Bunu dikkate alarak, bu çalışmada incelenen şev geometrisinin genlik sapması üzerinde şev uzunluğundan daha büyük bir etkiye sahip olduğu ortaya çıkmıştır.Bu, örneğin bükülen malzemeye ve inşaat iğnesinin genel kalınlığına bağlı olarak bükülme sertliği ile ilgili olabilir.
Deneysel çalışmalarda yansıyan bükülme dalgasının büyüklüğü ucun sınır koşullarından etkilenir.İğne ucu suya ve jelatine batırıldığında, \(\text {PTE__{2}\) \(\approx\) %95'in ortalamasını aldı ve \(\text {PTE}\{2}\) değerlerin ortalamasını aldı sırasıyla %73 ve %77 (\text {PTE__{1}\) ve \(\text {PTE__{3}\)'dir (Şekil 11).Bu, akustik enerjinin döküm ortamına (örneğin su veya jelatin) maksimum transferinin \(f_2\)'de gerçekleştiğini gösterir.Benzer davranış, 41-43 kHz frekanslarda daha basit cihaz yapılarının kullanıldığı önceki bir çalışmada da gözlemlendi; burada yazarlar, ara katkılı ortamın mekanik modülü ile ilişkili voltaj yansıma katsayısını gösterdi.Penetrasyon derinliği32 ve dokunun mekanik özellikleri iğne üzerinde mekanik bir yük oluşturur ve bu nedenle UZeFNAB'ın rezonans davranışını etkilemesi beklenir.Bu nedenle, kalem aracılığıyla iletilen sesin gücünü optimize etmek için 17, 18, 33 gibi rezonans izleme algoritmaları kullanılabilir.
Bükülme dalga boyu modellemesi (Şekil 7), eksenel simetrik olanın uçta neşter ve asimetrik eğime göre daha yüksek yapısal sertliğe (yani daha yüksek bükülme sertliğine) sahip olduğunu gösterir.(1)'den türetilen ve bilinen hız-frekans ilişkisini kullanarak, neşterin asimetrik ve eksenel simetrik uçlarının bükülme sertliğini sırasıyla \(\yaklaşık) 200, 20 ve 1500 MPa eğim olarak tahmin ediyoruz.Bu, 29,75 kHz'de sırasıyla (\lambda _y\) 5,3, 1,7 ve 14,2 mm'ye karşılık gelir (Şekil 7a–c).USeFNAB prosedürünün klinik güvenliği göz önüne alındığında, geometrinin eğim tasarımının sertliği üzerindeki etkisinin değerlendirilmesi gerekmektedir34.
Eğim ve boru uzunluğu parametrelerinin incelenmesi (Şekil 9), asimetrik için optimal TL aralığının (1,8 mm) eksenel simetrik eğimden (1,3 mm) daha yüksek olduğunu göstermiştir.Ek olarak, hareketlilik platosu asimetrik ve eksenel simetrik eğim için sırasıyla 4 ila 4,5 mm ve 6 ila 7 mm arasında değişmektedir (Şekil 9a, b).Bu bulgunun pratik önemi imalat toleranslarında ifade edilmektedir; örneğin, daha düşük bir optimal TL aralığı, daha yüksek uzunluk doğruluğuna ihtiyaç duyulduğu anlamına gelebilir.Aynı zamanda akma platformu, akmayı önemli ölçüde etkilemeden belirli bir frekansta eğim uzunluğunun seçimi için daha büyük bir tolerans sağlar.
Araştırma aşağıdaki sınırlılıkları içermektedir.Kenar algılama ve yüksek hızlı görüntüleme (Şekil 12) kullanılarak iğne sapmasının doğrudan ölçümü, hava ve su gibi optik olarak şeffaf ortamlarla sınırlı olduğumuz anlamına gelir.Ayrıca simüle edilmiş transfer hareketliliğini test etmek için deneyler kullanmadığımızı ve bunun tersini değil, üretilen iğnenin optimal uzunluğunu belirlemek için FEM çalışmalarını kullandığımızı belirtmek isteriz.Pratik sınırlamalar açısından bakıldığında, lansetin uçtan manşona kadar olan uzunluğu diğer iğnelerden (AX1-3) 0,4 cm daha uzundur, bkz.3b.Bu iğnemsi yapının modal tepkisini etkilemiş olabilir.Ek olarak, dalga kılavuzu kurşun lehiminin şekli ve hacmi (bkz. Şekil 3), pim tasarımının mekanik empedansını etkileyebilir, bu da mekanik empedans ve bükülme davranışında hatalara neden olabilir.
Son olarak, eğim geometrisinin USeFNAB'daki sapma miktarını etkilediğini deneysel olarak gösterdik.Daha yüksek bir sapma genliğinin, iğnenin doku üzerindeki etkisi üzerinde olumlu bir etkiye sahip olabileceği durumlarda (örneğin, delme sonrasında kesme verimliliği), yeterli sertliği korurken en büyük sapma genliğini sağladığı için USeFNAB için geleneksel bir neşter önerilebilir. tasarımın ucunda.Ek olarak yakın zamanda yapılan bir çalışma, daha büyük uç saptırmanın kavitasyon gibi biyolojik etkileri artırabileceğini ve bunun da minimal invaziv cerrahi müdahalelere yönelik uygulamaların geliştirilmesine yardımcı olabileceğini göstermiştir.Artan toplam akustik gücün USeFNAB13'ten biyopsi verimini arttırdığının gösterildiği göz önüne alındığında, çalışılan iğne geometrisinin ayrıntılı klinik faydasını değerlendirmek için örnek verimi ve kalitesine ilişkin daha fazla niceliksel çalışmalara ihtiyaç vardır.
Fable, WJ İnce iğne aspirasyon biyopsisi: bir inceleme.Humph.Hasta.14:9-28.https://doi.org/10.1016/s0046-8177(83)80042-2 (1983).
Gönderim zamanı: 13 Ekim 2022