Dankie dat jy Nature.com besoek het.Jy gebruik 'n blaaierweergawe met beperkte CSS-ondersteuning.Vir die beste ervaring, beveel ons aan dat jy 'n opgedateerde blaaier gebruik (of versoenbaarheidsmodus in Internet Explorer deaktiveer).Daarbenewens, om deurlopende ondersteuning te verseker, wys ons die webwerf sonder style en JavaScript.
Sliders wat drie artikels per skyfie wys.Gebruik die terug- en volgende-knoppies om deur die skyfies te beweeg, of die skyfiebeheerknoppies aan die einde om deur elke skyfie te beweeg.
Dit is onlangs gedemonstreer dat die gebruik van ultraklank weefselopbrengs in ultraklank-verbeterde fyn naald aspirasie biopsie (USeFNAB) kan verbeter in vergelyking met konvensionele fyn naald aspirasie biopsie (FNAB).Die verwantskap tussen skuinsgeometrie en naaldpuntaksie is nog nie ondersoek nie.In hierdie studie het ons die eienskappe van naaldresonansie en defleksie-amplitude vir verskeie naaldskuinsgeometrieë met verskillende skuinslengtes ondersoek.Deur 'n konvensionele lanset met 'n 3.9 mm snit te gebruik, was die puntafbuigingskragfaktor (DPR) 220 en 105 µm/W in lug en water onderskeidelik.Dit is hoër as die aksimmetriese 4 mm-skuinspunt, wat 'n DPR van 180 en 80 µm/W in lug en water onderskeidelik behaal het.Hierdie studie beklemtoon die belangrikheid van die verwantskap tussen die buigstyfheid van die skuins geometrie in die konteks van verskillende invoeghulpmiddels, en kan dus insig gee in metodes vir die beheer van snyaksie na punksie deur die naaldskuinsgeometrie te verander, wat belangrik is vir USeFNAB.Aansoek maak saak.
Fynnaald aspirasie biopsie (FNAB) is 'n tegniek waarin 'n naald gebruik word om 'n monster weefsel te verkry wanneer 'n abnormaliteit vermoed word1,2,3.Daar is getoon dat Franseen-tipe wenke hoër diagnostiese prestasie lewer as tradisionele Lancet4- en Menghini5-wenke.Aksisimmetriese (dws omtrek) afskuinsings is ook voorgestel om die waarskynlikheid van 'n voldoende monster vir histopatologie te verhoog6.
Tydens 'n biopsie word 'n naald deur lae vel en weefsel gevoer om verdagte patologie te openbaar.Onlangse studies het getoon dat ultrasoniese aktivering die punksiekrag wat nodig is om toegang tot sagte weefsels te verminder7,8,9,10 kan verminder.Daar is getoon dat naaldskuinsgeometrie naaldinteraksiekragte beïnvloed, bv. langer skuinings het laer weefselpenetrasiekragte 11 getoon.Daar is voorgestel dat die snykrag van die naald 75% van die totale naald-weefsel-interaksiekrag kan wees nadat die naald die weefseloppervlak binnegedring het, maw na punksie.Daar is getoon dat ultraklank (VS) die kwaliteit van diagnostiese sagteweefselbiopsie in die post-punksiefase verbeter13.Ander metodes om beenbiopsiekwaliteit te verbeter is ontwikkel vir hardeweefselmonsterneming14,15 maar geen resultate is gerapporteer wat biopsiekwaliteit verbeter nie.Verskeie studies het ook bevind dat meganiese verplasing toeneem met toenemende ultraklankaandrywingspanning16,17,18.Alhoewel daar baie studies van aksiale (longitudinale) statiese kragte in naald-weefsel-interaksies is19,20, is studies oor die temporale dinamika en naaldskuinsgeometrie in ultrasoniese verbeterde FNAB (USeFNAB) beperk.
Die doel van hierdie studie was om die effek van verskillende skuinsgeometrieë op naaldpuntaksie aangedryf deur naaldfleksie by ultrasoniese frekwensies te ondersoek.Ons het veral die effek van die inspuitmedium op naaldpunt-afbuiging na steek ondersoek vir konvensionele naaldskuins (bv. lansette), aksimmetriese en asimmetriese enkelskuinsgeometrieë (Fig. om die ontwikkeling van USeFNAB-naalde vir verskeie doeleindes soos selektiewe suiging te fasiliteer) toegang of sagteweefselkerne.
Verskeie skuinsgeometrieë is by hierdie studie ingesluit.(a) Lansette wat voldoen aan ISO 7864:201636 waar \(\alpha\) die primêre skuinshoek is, \(\theta\) die sekondêre skuinsrotasiehoek is, en \(\phi\) die sekondêre skuinsrotasiehoek in grade , in grade (\(^\circ\)).(b) lineêre asimmetriese enkelstapafskuins (genoem "standaard" in DIN 13097:201937) en (c) lineêre aksimmetriese (omtrek) enkelstapafskuins.
Ons benadering is om eers die verandering in die buiggolflengte langs die helling te modelleer vir konvensionele lanset-, aksimmetriese en asimmetriese enkelstadiumhellingsgeometrieë.Ons het toe 'n parametriese studie bereken om die effek van skuinshoek en buislengte op vervoermeganismemobiliteit te ondersoek.Dit word gedoen om die optimale lengte vir die maak van 'n prototipe naald te bepaal.Gebaseer op die simulasie, is naaldprototipes gemaak en hul resonante gedrag in lug, water en 10% (w/v) ballistiese gelatien is eksperimenteel gekenmerk deur die spanningsrefleksiekoëffisiënt te meet en die kragoordragdoeltreffendheid te bereken, waaruit die bedryfsfrekwensie was bepaal..Laastens word hoëspoedbeelding gebruik om die defleksie van die buiggolf by die punt van die naald in lug en water direk te meet, en om die elektriese krag wat deur elke kantel en die defleksie-kragfaktor (DPR) geometrie van die ingespuitte oorgedra word, te skat. medium.
Soos getoon in Figuur 2a, gebruik No. 21 pyp (0,80 mm OD, 0,49 mm ID, 0,155 mm pyp wanddikte, standaard wand soos gespesifiseer in ISO 9626:201621) gemaak van 316 vlekvrye staal (Young se modulus 205).\(\text {GN/m}^{2}\), digtheid 8070 kg/m\(^{3}\), Poisson se verhouding 0,275).
Bepaling van die buiggolflengte en afstemming van die eindige elementmodel (FEM) van die naald en grenstoestande.(a) Bepaling van skuinslengte (BL) en pyplengte (TL).(b) Driedimensionele (3D) eindige-elementmodel (FEM) wat harmoniese puntkrag gebruik \(\tilde{F}_y\vec{j}\) om die naald by die proksimale punt te prikkel, die punt af te buig en snelheid te meet per punt (\( \tilde{u}_y\vec {j}\), \(\tilde{v}_y\vec {j}\)) om die meganistiese vervoermobiliteit te bereken.\(\lambda _y\) word gedefinieer as die buiggolflengte wat geassosieer word met die vertikale krag \(\tilde{F}_y\vec {j}\).(c) Bepaal die swaartepunt, deursnee-area A, en traagheidsmomente \(I_{xx}\) en \(I_{yy}\) om die x-as en y-as onderskeidelik.
Soos in fig.2b,c, vir 'n oneindige (oneindige) balk met deursnee-area A en by 'n groot golflengte in vergelyking met die grootte van die dwarssnit van die balk, die buig- (of buig-) fasesnelheid \(c_{EI}\ ) word gedefinieer as 22:
waar E Young se modulus is (\(\text {N/m}^{2}\)), \(\omega _0 = 2\pi f_0\) is die opwekkingshoekfrekwensie (rad/s), waar \( f_0 \ ) is die lineêre frekwensie (1/s of Hz), I is die traagheidsmoment van die area rondom die belange-as \((\text {m}^{4})\) en \(m'=\ rho _0 A \) is die massa op lengte-eenheid (kg/m), waar \(\rho _0\) die digtheid \((\text {kg/m}^{3})\) is en A die kruis is -deursnee-area van die balk (xy-vlak) (\ (\text {m}^{2}\)).Aangesien in ons geval die toegepaste krag parallel aan die vertikale y-as is, dws \(\tilde{F}_y\vec {j}\), stel ons net belang in die traagheidsmoment van die area rondom die horisontale x- as, dws \(I_{xx} \), Dit is hoekom:
Vir die eindige element model (FEM) word 'n suiwer harmoniese verplasing (m) aanvaar, dus word die versnelling (\(\text {m/s}^{2}\)) uitgedruk as \(\parsiële ^2 \vec { u}/ \ gedeeltelike t^2 = -\omega ^2\vec {u}\), bv. \(\vec {u}(x, y, z, t) := u_x\vec {i} + u_y \vec {j }+ u_z\vec {k}\) is 'n driedimensionele verplasingsvektor wat in ruimtelike koördinate gedefinieer word.Deur laasgenoemde te vervang met die eindig vervormbare Lagrangiaanse vorm van die momentumbalanswet23, volgens die implementering daarvan in die COMSOL Multiphysics-sagtewarepakket (weergawes 5.4-5.5, COMSOL Inc., Massachusetts, VSA), gee dit:
Waar \(\vec {\nabla}:= \frac{\partial}}{\partial x}\vec {i} + \frac{\partial}}{\partial y}\vec {j} + \frac{ \partial }{\partial z}\vec {k}\) is die tensor divergensie-operateur, en \({\underline{\sigma}}\) is die tweede Piola-Kirchhoff spanningstensor (tweede orde, \(\ teks { N /m}^{2}\)), en \(\vec {F_V}:= F_{V_x}\vec {i}+ F_{V_y}\vec {j}+ F_{V_z}\vec { k} \) is die vektor van die liggaamskrag (\(\text {N/m}^{3}\)) van elke vervormbare volume, en \(e^{j\phi }\) is die fase van die liggaamskrag, het 'n fasehoek \(\ phi\) (rad).In ons geval is die volumekrag van die liggaam nul, en ons model veronderstel meetkundige lineariteit en klein suiwer elastiese vervormings, dws \({\underline{\varepsilon}}^{el} = {\underline{\varepsilon}}\ ), waar \({\underline{\varepsilon}}^{el}\) en \({\underline{ \varepsilon}}\) – onderskeidelik elastiese vervorming en totale vervorming (dimensieloos van die tweede orde).Hooke se konstitutiewe isotropiese elastisiteitstensor \(\underline {\underline {C))\) word verkry met behulp van Young se modulus E(\(\text{N/m}^{2}\)) en Poisson se verhouding v word gedefinieer, sodat \ (\underline{\underline{C}}:=\underline{\underline{C}}(E,v)\) (vierde orde).Dus word die spanningsberekening \({\underline{\sigma}} := \underline{\underline{C}}:{\underline{\varepsilon}}\).
Die berekeninge is uitgevoer met 10-node tetraëdriese elemente met elementgrootte \(\le\) 8 µm.Die naald word in vakuum gemodelleer, en die meganiese mobiliteitsoordragwaarde (ms-1 H-1) word gedefinieer as \(|\tilde{Y}_{v_yF_y}|= |\tilde{v}_y\vec { j} |/|\ tilde{F}_y\vec {j}|\)24, waar \(\tilde{v}_y\vec {j}\) die uitset komplekse snelheid van die handstuk is, en \( \tilde{ F} _y\vec {j }\) is 'n komplekse dryfkrag wat by die proksimale punt van die buis geleë is, soos in Fig. 2b getoon.Oordragende meganiese mobiliteit word uitgedruk in desibel (dB) deur die maksimum waarde as verwysing te gebruik, dws \(20\log _{10} (|\tilde{Y}|/ |\tilde{Y}_{maks}| )\ ), Alle FEM-studies is uitgevoer teen 'n frekwensie van 29.75 kHz.
Die ontwerp van die naald (Fig. 3) bestaan ​​uit 'n konvensionele 21 gauge hipodermiese naald (katalogusnommer: 4665643, Sterican\(^\circledR\), met 'n buitenste deursnee van 0,8 mm, 'n lengte van 120 mm, gemaak van AISI chroom-nikkel vlekvrye staal 304., B. Braun Melsungen AG, Melsungen, Duitsland) het 'n plastiese Luer Lock-huls gemaak van polipropileen proksimaal met 'n ooreenstemmende puntmodifikasie geplaas.Die naaldbuis word aan die golfleier gesoldeer soos in Fig. 3b getoon.Die golfleier is op 'n vlekvrye staal 3D-drukker (EOS Stainless Steel 316L op 'n EOS M 290 3D-drukker, 3D Formtech Oy, Jyväskylä, Finland) gedruk en dan met M4-boute aan die Langevin-sensor geheg.Die Langevin-omskakelaar bestaan ​​uit 8 piëso-elektriese ringelemente met twee gewigte aan elke kant.
Die vier tipes punte (op die foto), 'n kommersieel beskikbare lanset (L), en drie vervaardigde aksimmetriese enkel-stadium skuins (AX1-3) is gekenmerk deur skuins lengtes (BL) van onderskeidelik 4, 1,2 en 0,5 mm.(a) Close-up van die voltooide naaldpunt.(b) Boaansig van vier penne wat aan 'n 3D-gedrukte golfleier gesoldeer is en dan met M4-boute aan die Langevin-sensor gekoppel is.
Drie aksimmetriese skuinspunte (Fig. 3) (TAs Machine Tools Oy) is vervaardig met skuinslengtes (BL, bepaal in Fig. 2a) van 4.0, 1.2 en 0.5 mm, wat ooreenstem met \(\ongeveer\) 2\ (^\ circ\), 7\(^\circ\) en 18\(^\circ\).Die golfleier en stylusgewigte is 3,4 ± 0,017 g (gemiddeld ± SD, n = 4) vir onderskeidelik skuins L en AX1–3 (Quintix\(^\circledR\) 224 Design 2, Sartorius AG, Göttingen, Duitsland).Die totale lengte vanaf die punt van die naald tot by die punt van die plastiekhuls is 13,7, 13,3, 13,3, 13,3 cm vir die skuinste L en AX1-3 in Figuur 3b, onderskeidelik.
Vir alle naaldkonfigurasies is die lengte vanaf die punt van die naald tot by die punt van die golfleier (dws soldeerarea) 4,3 cm, en die naaldbuis is so georiënteer dat die skuins na bo wys (dws parallel met die Y-as). ).), soos in (Fig. 2).
'n Pasgemaakte skrif in MATLAB (R2019a, The MathWorks Inc., Massachusetts, VSA) wat op 'n rekenaar (Latitude 7490, Dell Inc., Texas, VSA) loop, is gebruik om 'n lineêre sinusvormige sweep van 25 tot 35 kHz in 7 sekondes te genereer, omgeskakel na 'n analoog sein deur 'n digitaal-na-analoog (DA)-omskakelaar (Analog Discovery 2, Digilent Inc., Washington, VSA).Die analoog sein \(V_0\) (0.5 Vp-p) is toe versterk met 'n toegewyde radiofrekwensie (RF) versterker (Mariachi Oy, Turku, Finland).Die dalende versterkerspanning \({V_I}\) word vanaf die RF-versterker met 'n uitsetimpedansie van 50 \(\Omega\) uitgestuur na 'n transformator wat in die naaldstruktuur ingebou is met 'n insetimpedansie van 50 \(\Omega)\) Langevin-omskakelaar (voorste en agterste meerlaagse piëso-elektriese omskakelaars, gelaai met massa) word gebruik om meganiese golwe op te wek.Die pasgemaakte RF-versterker is toegerus met 'n dubbelkanaal staandegolfkragfaktor (SWR) meter wat insidente \({V_I}\) en gereflekteerde versterkte spanning \(V_R\) deur 'n 300 kHz analoog-na-digitaal (AD) kan opspoor )-omskakelaar (Analoog Discovery 2).Die opwekkingsein word aan die begin en aan die einde amplitude gemoduleer om te verhoed dat die versterker se insette oorlaai word met transiënte.
Deur gebruik te maak van 'n pasgemaakte skrif wat in MATLAB geïmplementeer is, neem die frekwensieresponsfunksie (AFC), dws 'n lineêre stilstaande stelsel aan.Pas ook 'n 20 tot 40 kHz banddeurlaatfilter toe om enige ongewenste frekwensies van die sein te verwyder.Met verwysing na transmissielynteorie, is \(\tilde{H}(f)\) in hierdie geval ekwivalent aan die spanningsrefleksiekoëffisiënt, dws \(\rho _{V} \equiv {V_R}/{V_I} \)26 .Aangesien die uitsetimpedansie van die versterker \(Z_0\) ooreenstem met die insetimpedansie van die ingeboude transformator van die omsetter, en die refleksiekoëffisiënt van elektriese drywing \({P_R}/{P_I}\) verminder word tot \ ({V_R }^ 2/{V_I}^2\ ), dan is \(|\rho _{V}|^2\).In die geval waar die absolute waarde van elektriese drywing vereis word, bereken die invallende \(P_I\) en gereflekteerde\(P_R\) drywing (W) deur die wortel gemiddelde kwadraat (wgk) waarde van die ooreenstemmende spanning te neem, byvoorbeeld, vir 'n transmissielyn met sinusvormige opwekking, \(P = {V}^2/(2Z_0)\)26, waar \(Z_0\) gelyk is aan 50 \(\Omega\).Die elektriese drywing gelewer aan die las \(P_T\) (dws die ingevoegde medium) kan bereken word as \(|P_I – P_R |\) (W RMS) en die kragoordragdoeltreffendheid (PTE) kan gedefinieer en uitgedruk word as 'n persentasie (%) gee dus 27:
Die frekwensierespons word dan gebruik om die modale frekwensies \(f_{1-3}\) (kHz) van die stylusontwerp en die ooreenstemmende kragoordragdoeltreffendheid te skat, \(\text {PTE}_{1{-}3} \ ).FWHM (\(\text {FWHM}_{1{-}3}\), Hz) word direk geskat vanaf \(\text {PTE}_{1{-}3}\), vanaf Tabel 1 frekwensies \(f_{1-3}\) beskryf in.
'n Metode om die frekwensierespons (AFC) van 'n naaldvormige struktuur te meet.Dubbelkanaal-sweep-sinusmeting25,38 word gebruik om die frekwensieresponsfunksie \(\tilde{H}(f)\) en sy impulsrespons H(t) te verkry.\({\mathcal {F}}\) en \({\mathcal {F}}}^{-1}\) dui die numeriese afgeknotte Fourier-transform en die inverse transformasie-bewerking aan, onderskeidelik.\(\tilde{G}(f)\) beteken die twee seine word in die frekwensiedomein vermenigvuldig, bv. \(\tilde{G}_{XrX}\) beteken inverse scan\(\tilde{X} r( f )\) en spanningsvalsein \(\tilde{X}(f)\).
Soos in fig.5, hoëspoedkamera (Phantom V1612, Vision Research Inc., New Jersey, VSA) toegerus met 'n makrolens (MP-E 65mm, \(f)/2.8, 1-5 \ (\times\), Canon Inc. ., Tokio, Japan) is gebruik om die defleksie van 'n naaldpunt wat onderworpe is aan buigopwekking (enkelfrekwensie, kontinue sinusvorm) op te teken teen 'n frekwensie van 27.5–30 kHz.Om 'n skadukaart te skep, is 'n afgekoelde element van 'n hoë intensiteit wit LED (deelnommer: 4052899910881, White Led, 3000 K, 4150 lm, Osram Opto Semiconductors GmbH, Regensburg, Duitsland) agter die skuinskant van die naald geplaas.
Vooraansig van die eksperimentele opstelling.Diepte word vanaf die media-oppervlak gemeet.Die naaldstruktuur word vasgeklem en op 'n gemotoriseerde oordragtafel gemonteer.Gebruik 'n hoëspoedkamera met 'n hoë vergrotingslens (5\(\keer\)) om die afbuiging van die skuins punt te meet.Alle afmetings is in millimeters.
Vir elke tipe naaldskuining het ons 300 hoëspoedkamerarame van 128 \(\x\) 128 pixels opgeneem, elk met 'n ruimtelike resolusie van 1/180 mm (\(\ongeveer) 5 µm), met 'n tydelike resolusie van 310 000 rame per sekonde.Soos in Figuur 6 getoon, word elke raam (1) geknip (2) sodat die punt in die laaste reël (onder) van die raam is, en dan word die histogram van die prent (3) bereken, so Canny drempels 1 en 2 bepaal kan word.Pas dan Canny28(4) randbespeuring toe deur die Sobel-operateur 3 \(\times\) 3 te gebruik en bereken die pixelposisie van die nie-kavitasieskuinssy (gemerk \(\mathbf {\times }\)) vir alle 300-voudige stappe .Om die span van die defleksie aan die einde te bepaal, word die afgeleide bereken (met behulp van die sentrale verskilalgoritme) (6) en die raam wat die plaaslike ekstrema (dws piek) van die defleksie (7) bevat, word geïdentifiseer.Nadat die nie-kaviterende rand visueel geïnspekteer is, is 'n paar rame (of twee rame geskei deur 'n halwe tydperk) (7) gekies en die puntafbuiging gemeet (gemerk \(\mathbf {\times} \ ) Bogenoemde is geïmplementeer in Python (v3.8, Python Software Foundation, python.org) met behulp van die OpenCV Canny edge-opsporingsalgoritme (v4.5.1, oopbron-rekenaarvisiebiblioteek, opencv.org) (W, rms) .
Wenkafbuiging is gemeet deur 'n reeks rame te gebruik wat van 'n hoëspoedkamera teen 310 kHz geneem is deur 'n 7-stap algoritme (1-7) insluitend raamwerk (1-2), Canny edge opsporing (3-4), pixel ligging rand. berekening (5) en hul tyd afgeleides (6), en uiteindelik piek-tot-piek punt defleksie is gemeet op visueel geïnspekteerde pare van rame (7).
Metings is geneem in lug (22.4-22.9°C), gedeïoniseerde water (20.8-21.5°C) en ballistiese gelatien 10% (w/v) (19.7-23.0°C, \(\text {Honeywell}^{ \text) { TM}}\) \(\text {Fluka}^{\text {TM}}\) Bees- en varkbeengelatien vir tipe I-ballistiese analise, Honeywell International, Noord-Carolina, VSA).Temperatuur is gemeet met 'n K-tipe termokoppelversterker (AD595, Analog Devices Inc., MA, VSA) en 'n K-tipe termokoppel (Fluke 80PK-1 Bead Probe No. 3648 tipe-K, Fluke Corporation, Washington, VSA).Vanaf die medium Diepte is gemeet vanaf die oppervlak (gestel as die oorsprong van die z-as) met behulp van 'n vertikale gemotoriseerde z-as stadium (8MT50-100BS1-XYZ, Standa Ltd., Vilnius, Litaue) met 'n resolusie van 5 µm.per stap.
Aangesien die steekproefgrootte klein was (n = 5) en normaliteit nie aanvaar kon word nie, is 'n twee-steekproef tweestert Wilcoxon rangsom toets (R, v4.0.3, R Foundation for Statistical Computing, r-project .org) gebruik om die hoeveelheid variansie naaldpunt vir verskillende skuins te vergelyk.Daar was 3 vergelykings per helling, so 'n Bonferroni-korreksie is toegepas met 'n aangepaste betekenisvlak van 0.017 en 'n foutkoers van 5%.
Kom ons gaan nou na Fig.7.By 'n frekwensie van 29.75 kHz is die buigende halfgolf (\(\lambda_y/2\)) van 'n 21-gauge naald \(\ongeveer) 8 mm.Soos mens die punt nader, verminder die buiggolflengte langs die skuins hoek.Aan die punt \(\lambda _y/2\) \(\ongeveer\) is daar trappe van 3, 1 en 7 mm vir die gewone lansetvormige (a), asimmetriese (b) en aksimmetriese (c) helling van 'n enkele naald , onderskeidelik.Dit beteken dus dat die reikwydte van die lanset \(\ongeveer) 5 mm is (as gevolg van die feit dat die twee vlakke van die lanset 'n enkele punt vorm29,30), die asimmetriese skuins is 7 mm, die asimmetriese skuins is 1 mm.Asimmetriese hellings (die swaartepunt bly konstant, dus net die pypwanddikte verander eintlik langs die helling).
FEM-studies en toepassing van vergelykings teen 'n frekwensie van 29.75 kHz.(1) Wanneer die variasie van die buigende halfgolf (\(\lambda_y/2\)) vir lanset (a), asimmetriese (b) en aksimmetriese (c) skuins geometrieë (soos in Fig. 1a,b,c) bereken word ) .Die gemiddelde waarde \(\lambda_y/2\) van die lanset-, asimmetriese en asimmetriese skuinskante was onderskeidelik 5.65, 5.17 en 7.52 mm.Let daarop dat puntdikte vir asimmetriese en aksimmetriese skuinskante beperk is tot \(\ongeveer) 50 µm.
Piekmobiliteit \(|\tilde{Y}_{v_yF_y}|\) is die optimale kombinasie van buislengte (TL) en skuinslengte (BL) (Fig. 8, 9).Vir 'n konvensionele lanset, aangesien sy grootte vas is, is die optimale TL \(\ongeveer) 29.1 mm (Fig. 8).Vir asimmetriese en asimmetriese skuins (Fig. 9a, b, onderskeidelik), het FEM-studies BL van 1 tot 7 mm ingesluit, dus was die optimale TL van 26,9 tot 28,7 mm (reeks 1,8 mm) en van 27,9 tot 29,2 mm (reeks 1,3 mm), onderskeidelik.Vir die asimmetriese helling (Fig. 9a) het die optimale TL lineêr toegeneem, 'n plato bereik by BL 4 mm, en dan skerp afgeneem van BL 5 tot 7 mm.Vir 'n aksimmetriese afskuining (Fig. 9b) het die optimale TL lineêr toegeneem met toenemende BL en uiteindelik gestabiliseer by BL van 6 tot 7 mm.'n Uitgebreide studie van aksimmetriese kanteling (Fig. 9c) het 'n ander stel optimale TL's by \(\ongeveer) 35.1–37.1 mm aan die lig gebring.Vir alle BL'e is die afstand tussen die twee beste TL's \(\ongeveer\) 8mm (gelykstaande aan \(\lambda_y/2\)).
Lancet transmissie mobiliteit by 29,75 kHz.Die naald is buigsaam opgewek teen 'n frekwensie van 29,75 kHz en vibrasie is aan die punt van die naald gemeet en uitgedruk as die hoeveelheid oorgedrade meganiese mobiliteit (dB relatief tot die maksimum waarde) vir TL 26,5-29,5 mm (in 0,1 mm inkremente) .
Parametriese studies van die FEM by 'n frekwensie van 29.75 kHz toon dat die oordragmobiliteit van 'n aksimmetriese punt minder beïnvloed word deur 'n verandering in die lengte van die buis as sy asimmetriese eweknie.Skuinlengte (BL) en pyplengte (TL) studies van asimmetriese (a) en aksimmetriese (b, c) skuins geometrieë in die frekwensiedomeinstudie deur gebruik te maak van FEM (grenstoestande word in Fig. 2 getoon).(a, b) TL het gewissel van 26.5 tot 29.5 mm (0.1 mm stap) en BL 1–7 mm (0.5 mm stap).(c) Uitgebreide aksimmetriese kantelstudies insluitend TL 25–40 mm (in 0.05 mm inkremente) en BL 0.1–7 mm (in 0.1 mm inkremente) wat toon dat \(\lambda_y/2\ ) aan die vereistes van die punt moet voldoen.bewegende grenstoestande.
Die naaldkonfigurasie het drie eiefrekwensies \(f_{1-3}\) verdeel in lae-, medium- en hoëmodusstreke soos getoon in Tabel 1. Die PTE-grootte is aangeteken soos in fig.10 en dan in Fig. 11 ontleed. Hieronder is die bevindinge vir elke modale area:
Tipiese aangetekende oombliklike kragoordragdoeltreffendheid (PTE) amplitudes verkry met sweeffrekwensie sinusoïdale opwekking vir 'n lanset (L) en aksimmetriese skuins AX1-3 in lug, water en gelatien op 'n diepte van 20 mm.Eensydige spektra word getoon.Die gemete frekwensierespons (gemonster by 300 kHz) is laagdeurlaat gefiltreer en dan afgeskaal met 'n faktor van 200 vir modale analise.Die sein-tot-geraas-verhouding is \(\le\) 45 dB.PTE-fases (pers stippellyne) word in grade getoon (\(^{\circ}\)).
Die modale reaksie-analise (gemiddeld ± standaardafwyking, n = 5) getoon in Fig. 10, vir hellings L en AX1-3, in lug, water en 10% gelatien (diepte 20 mm), met (top) drie modale streke ( laag, middel en hoog) en hul ooreenstemmende modale frekwensies\(f_{1-3 }\) (kHz), (gemiddelde) energiedoeltreffendheid \(\text {PTE}_{1{-}3}\) Bereken deur ekwivalente te gebruik .(4) en (onder) volle breedte by halwe maksimum afmetings \(\text {FWHM}_{1{-}3}\) (Hz), onderskeidelik.Let daarop dat die bandwydtemeting oorgeslaan is toe 'n lae PTE geregistreer is, dws \(\text {FWHM}_{1}\) in die geval van AX2 helling.Daar is gevind dat die \(f_2\)-modus die geskikste is om hellingafbuigings te vergelyk, aangesien dit die hoogste vlak van kragoordragdoeltreffendheid (\(\text {PTE}_{2}\)) getoon het, tot 99%.
Eerste modale streek: \(f_1\) hang nie veel af van die tipe medium wat ingevoeg word nie, maar hang af van die geometrie van die helling.\(f_1\) neem af met dalende skuinslengte (27.1, 26.2 en 25.9 kHz in lug vir AX1-3, onderskeidelik).Die streeksgemiddeldes \(\text {PTE}_{1}\) en \(\text {FWHM}_{1}\) is \(\approx\) 81% en 230 Hz onderskeidelik.\(\text {FWHM}_{1}\) het die hoogste gelatieninhoud in die Lancet (L, 473 Hz).Let daarop dat \(\text {FWHM}_{1}\) AX2 in gelatien nie geëvalueer kon word nie as gevolg van die lae aangetekende FRF-amplitude.
Die tweede modale streek: \(f_2\) hang af van die tipe media wat ingesit is en die skuins.Gemiddelde waardes \(f_2\) is 29,1, 27,9 en 28,5 kHz in lug, water en gelatien, onderskeidelik.Hierdie modale streek het ook 'n hoë PTE van 99% getoon, die hoogste van enige groep wat gemeet is, met 'n streeksgemiddeld van 84%.\(\text {FWHM}_{2}\) het 'n streeksgemiddeld van \(\ongeveer\) 910 Hz.
Derde modus-streek: frekwensie \(f_3\) hang af van die mediatipe en skuins.Gemiddelde \(f_3\) waardes is 32.0, 31.0 en 31.3 kHz in lug, water en gelatien, onderskeidelik.Die \(\text {PTE}_{3}\) streeksgemiddelde was \(\ongeveer\) 74%, die laagste van enige streek.Die streeksgemiddelde \(\text {FWHM}_{3}\) is \(\ongeveer\) 1085 Hz, wat hoër is as die eerste en tweede streke.
       Die volgende verwys na Fig.12 en Tabel 2. Die lanset (L) het die meeste gebuig (met 'n hoë betekenisvolheid vir alle punte, \(p<\) 0.017) in beide lug en water (Fig. 12a), en behaal die hoogste DPR (tot 220 µm/) W in die lug). 12 en Tabel 2. Die lanset (L) het die meeste gebuig (met 'n hoë betekenisvolheid vir alle punte, \(p<\) 0.017) in beide lug en water (Fig. 12a), en behaal die hoogste DPR (tot 220 µm/) W in die lug). Следующее относится к рисунку 12 и таблице 2. Ланцет (L) отклонялся больше всего для выснаюкой для ов, \(p<\) 0,017) как в воздухе, так и в воде (рис. 12а), достигая самого высокого DPR . Die volgende is van toepassing op Figuur 12 en Tabel 2. Lancet (L) het die meeste gebuig (met hoë betekenisvolheid vir alle punte, \(p<\) 0.017) in beide lug en water (Fig. 12a), en behaal die hoogste DPR.(doen 220 μm/W in lug).Smt.Figuur 12 en Tabel 2 hieronder.柳叶刀(L) 在空气和水中偏转最多（对所有尖端具有高显着怞，\(p<\) 0.017，徉．Ｐ，柳叶刀高DPR （在空气中高达220 µm/W）.柳叶刀(L) het die hoogste defleksie in lug en water (对所记尖端可以高电影性,\(p<\) 0.017) (图12a), en behaal die hoogste DPR (tot 220 µm in µm) lug). Ланцет (L) отклонялся больше всего (высокая значимость для всех наконечников, \(p<\) 0,017) возидух, tot 2 ибольшего DPR (tot 220 мкм/Вт в воздухе). Lanset (L) het die meeste gebuig (hoë betekenisvolheid vir alle punte, \(p<\) 0.017) in lug en water (Fig. 12a), en bereik die hoogste DPR (tot 220 µm/W in lug). In lug het AX1 wat hoër BL gehad het, hoër as AX2–3 gedeflekteer (met betekenis, \(p<\) 0.017), terwyl AX3 (wat die laagste BL gehad het) meer as AX2 gedeflekteer het met 'n DPR van 190 µm/W. In lug het AX1 wat hoër BL gehad het, hoër as AX2–3 gedeflekteer (met betekenis, \(p<\) 0.017), terwyl AX3 (wat die laagste BL gehad het) meer as AX2 gedeflekteer het met 'n DPR van 190 µm/W. В воздухе AX1 с более высоким BL отклонялся выше, чем AX2–3 (со значимостью \(p<\) 0,017), мкада кон онялся больше, чем AX2 с DPR 190 мкм/Вт. In lug het AX1 met hoër BL hoër as AX2–3 gedeflekteer (met betekenis \(p<\) 0.017), terwyl AX3 (met die laagste BL) meer as AX2 gedeflekteer het met DPR 190 µm/W.在空气中，具有更高BL 的AX1 比AX2-3 偏转更高（具有显着性，\(p<\)暄暄暄比AX2-3 偏转更高（具有显着性，\(p<\)暄暄暄轈值AX2-3，转彉缌转偏转大于AX2，DPR 为190 µm/W . In lug is die defleksie van AX1 met hoër BL hoër as dié van AX2-3 (beduidend, \(p<\) 0.017), en die defleksie van AX3 (met die laagste BL) is groter as dié van AX2, DPR is 190 µm/W. В воздухе AX1 с более высоким BL отклоняется больше, чем AX2-3 (значимо, \(p<\) 0,017), тогда каки AX3 тся больше, чем AX2 с DPR 190 мкм/Вт. In lug deflekteer AX1 met hoër BL meer as AX2-3 (beduidend, \(p<\) 0.017), terwyl AX3 (met die laagste BL) meer as AX2 afbuig met DPR 190 μm/W.By 20 mm water was die defleksie en PTE AX1-3 nie betekenisvol verskillend nie (\(p>\) 0.017).Die vlakke van PTE in water (90.2–98.4%) was oor die algemeen hoër as in lug (56–77.5%) (Fig. 12c), en die verskynsel van kavitasie is opgemerk tydens die eksperiment in water (Fig. 13, sien ook bykomende inligting).
Die hoeveelheid puntafbuiging (gemiddeld ± SD, n = 5) gemeet vir skuins L en AX1-3 in lug en water (diepte 20 mm) toon die effek van die verandering van skuins geometrie.Die metings is verkry deur gebruik te maak van kontinue enkelfrekwensie sinusoïdale opwekking.(a) Piek tot piek afwyking (\(u_y\vec {j}\)) by die punt, gemeet teen (b) hul onderskeie modale frekwensies \(f_2\).(c) Kragoordragdoeltreffendheid (PTE, RMS, %) van die vergelyking.(4) en (d) Defleksie drywingsfaktor (DPR, µm/W) bereken as afwyking piek-tot-piek en oorgedra elektriese drywing \(P_T\) (Wrms).
'n Tipiese hoëspoedkamera-skadugrafiek wat die piek-tot-piek-afwyking (groen en rooi stippellyne) van 'n lanset (L) en aksimmetriese punt (AX1–3) in water (20 mm diepte) oor 'n halwe siklus toon.siklus, by opwekkingsfrekwensie \(f_2\) (steekproeffrekwensie 310 kHz).Die vasgevang grysskaal prent het 'n grootte van 128×128 piksels en 'n pixel grootte van \(\approx\) 5 µm.Video kan gevind word in bykomende inligting.
Ons het dus die verandering in die buiggolflengte (Fig. 7) gemodelleer en die oordraagbare meganiese mobiliteit vir kombinasies van pyplengte en afkanting (Fig. 8, 9) vir konvensionele lanset-, asimmetriese en asimmetriese afkantings van geometriese vorms bereken.Gebaseer op laasgenoemde, het ons die optimale afstand van 43 mm (of \(\ongeveer) 2.75\(\lambda _y\) by 29.75 kHz) van die punt na die sweislas geskat, soos in Fig. 5 getoon, en Drie-aksimmetries gemaak skuins met verskillende skuinslengtes.Ons het toe hul frekwensiegedrag in lug, water en 10% (w/v) ballistiese gelatien gekarakteriseer in vergelyking met konvensionele lansette (Figure 10, 11) en die modus bepaal wat die geskikste is vir skuinsafbuigingsvergelyking.Laastens het ons puntafbuiging gemeet deur golf in lug en water te buig op 'n diepte van 20 mm en die kragoordragdoeltreffendheid (PTE, %) en defleksiekragfaktor (DPR, µm/W) van die invoegmedium vir elke skuins gekwantifiseer.hoektipe (Fig. 12).
Daar is getoon dat naaldskuinsgeometrie die hoeveelheid naaldpuntafbuiging beïnvloed.Die lanset het die hoogste defleksie en die hoogste DPR behaal in vergelyking met die aksimmetriese afskuining met laer gemiddelde defleksie (Fig. 12).Die 4 mm aksimmetriese skuins (AX1) met die langste skuins het 'n statisties beduidende maksimum defleksie in lug behaal in vergelyking met die ander aksimmetriese naalde (AX2–3) (\(p < 0.017\), Tabel 2), maar daar was geen betekenisvolle verskil nie. .waargeneem wanneer die naald in water geplaas word.Daar is dus geen ooglopende voordeel om 'n langer skuinslengte te hê in terme van piekdefleksie by die punt nie.Met dit in gedagte, blyk dit dat die skuinsgeometrie wat in hierdie studie bestudeer is 'n groter effek op defleksie het as die lengte van die skuins.Dit kan wees as gevolg van buigstyfheid, byvoorbeeld na gelang van die algehele dikte van die materiaal wat gebuig word en die ontwerp van die naald.
In eksperimentele studies word die grootte van die gereflekteerde buiggolf beïnvloed deur die grenstoestande van die punt.Wanneer die naaldpunt in water en gelatien geplaas word, is \(\text {PTE}_{2}\) \(\ongeveer\) 95%, en \(\text {PTE}_{ 2}\) is \ (\text {PTE}_{ 2}\) die waardes is 73% en 77% vir (\text {PTE}_{1}\) en \(\text {PTE}_{3}\), onderskeidelik (Fig. 11).Dit dui aan dat die maksimum oordrag van akoestiese energie na die gietmedium, dws water of gelatien, by \(f_2\) plaasvind.Soortgelyke gedrag is waargeneem in 'n vorige studie31 met behulp van 'n eenvoudiger toestelkonfigurasie in die 41-43 kHz frekwensiereeks, waarin die outeurs die afhanklikheid van die spanningsrefleksiekoëffisiënt op die meganiese modulus van die inbeddingsmedium getoon het.Die penetrasiediepte32 en die meganiese eienskappe van die weefsel verskaf 'n meganiese las op die naald en word dus verwag om die resonante gedrag van die UZEFNAB te beïnvloed.Dus kan resonansienasporingsalgoritmes (bv. 17, 18, 33) gebruik word om die akoestiese krag wat deur die naald gelewer word, te optimaliseer.
Simulasie by buiggolflengtes (Fig. 7) toon dat die aksimmetriese punt struktureel meer rigied is (dws meer rigied in buiging) as die lanset en asimmetriese skuins.Gebaseer op (1) en met behulp van die bekende snelheid-frekwensie verhouding, skat ons die buigstyfheid by die punt van die naald as \(\ongeveer\) 200, 20 en 1500 MPa vir onderskeidelik lanset-, asimmetriese en aksiale skuinsvlakke.Dit stem ooreen met \(\lambda_y\) van \(\ongeveer\) 5,3, 1,7 en 14,2 mm, onderskeidelik, by 29,75 kHz (Fig. 7a–c).Met inagneming van kliniese veiligheid tydens USeFNAB, moet die effek van meetkunde op die strukturele styfheid van die skuins vlak beoordeel word34.
'n Studie van die skuinste parameters relatief tot die buislengte (Fig. 9) het getoon dat die optimale transmissiereeks hoër was vir die asimmetriese skuins (1.8 mm) as vir die aksimmetriese skuins (1.3 mm).Daarbenewens is die mobiliteit stabiel by \(\ongeveer) van 4 tot 4,5 mm en van 6 tot 7 mm vir onderskeidelik asimmetriese en aksimmetriese kantelings (Fig. 9a, b).Die praktiese betekenis van hierdie ontdekking word uitgedruk in vervaardigingstoleransies, byvoorbeeld, 'n laer reeks van optimale TL kan beteken dat groter lengte-akkuraatheid vereis word.Terselfdertyd bied die mobiliteitsplato 'n groter toleransie vir die keuse van die lengte van die dip by 'n gegewe frekwensie sonder 'n beduidende impak op mobiliteit.
Die studie sluit die volgende beperkings in.Direkte meting van naaldafbuiging met behulp van randopsporing en hoëspoedbeeldvorming (Figuur 12) beteken dat ons beperk is tot opties deursigtige media soos lug en water.Ons wil ook daarop wys dat ons nie eksperimente gebruik het om die gesimuleerde oordragmobiliteit te toets nie en omgekeerd, maar FEM-studies gebruik het om die optimale lengte vir naaldvervaardiging te bepaal.Wat praktiese beperkings betref, is die lengte van die lanset vanaf punt tot mou \(\ongeveer) 0,4 cm langer as ander naalde (AX1-3), sien fig.3b.Dit kan die modale reaksie van die naaldontwerp beïnvloed.Daarbenewens kan die vorm en volume van soldeersel aan die einde van 'n golfgeleiderpen (sien Figuur 3) die meganiese impedansie van die penontwerp beïnvloed, wat foute in die meganiese impedansie en buiggedrag veroorsaak.
Ten slotte het ons getoon dat die eksperimentele skuinsgeometrie die hoeveelheid defleksie in USeFNAB beïnvloed.As 'n groter defleksie 'n positiewe uitwerking op die effek van die naald op weefsel sal hê, soos snydoeltreffendheid na piercing, dan kan 'n konvensionele lanset aanbeveel word in USeFNAB aangesien dit maksimum defleksie bied terwyl voldoende styfheid van die strukturele punt behou word..Boonop het 'n onlangse studie35 getoon dat groter puntdefleksie biologiese effekte soos kavitasie kan verbeter, wat kan bydra tot die ontwikkeling van minimaal indringende chirurgiese toepassings.Aangesien daar getoon is dat toenemende totale akoestiese krag biopsie-opbrengs in USeFNAB13 verhoog, is verdere kwantitatiewe studies van monsteropbrengs en kwaliteit nodig om die gedetailleerde kliniese voordele van die bestudeerde naaldgeometrie te evalueer.