Дзякуй за наведванне Nature.com.Вы выкарыстоўваеце версію браўзера з абмежаванай падтрымкай CSS.Для найлепшага вопыту мы рэкамендуем вам выкарыстоўваць абноўлены браўзер (або адключыць рэжым сумяшчальнасці ў Internet Explorer).Акрамя таго, каб забяспечыць пастаянную падтрымку, мы паказваем сайт без стыляў і JavaScript.
Адлюстроўвае карусель з трох слайдаў адначасова.Выкарыстоўвайце кнопкі «Папярэдні» і «Наступны», каб перамяшчацца па трох слайдах адначасова, або выкарыстоўвайце кнопкі паўзунка ў канцы, каб перамяшчацца па трох слайдах адначасова.
Нядаўна было прадэманстравана, што выкарыстанне ультрагуку можа палепшыць выхад тканіны пры аспірацыйнай біяпсіі тонкай іголкай (USeFNAB) у параўнанні са звычайнай тонкаігольнай аспірацыйнай біяпсіі (FNAB).Узаемасувязь паміж геаметрыяй скосу і дзеяннем кончыка іголкі яшчэ не даследавана.У гэтым даследаванні мы даследавалі ўласцівасці рэзанансу іголкі і амплітуду адхілення для розных геаметрый скосу іголкі з рознай даўжынёй скосу.Пры выкарыстанні звычайнага ланцэта з выразам 3,9 мм каэфіцыент магутнасці адхілення наканечніка (DPR) склаў 220 і 105 мкм/Вт у паветры і вадзе адпаведна.Гэта вышэй, чым у восесіметрычнага 4-мм скошанага наканечніка, які дасягнуў DPR 180 і 80 мкм/Вт у паветры і вадзе адпаведна.Гэта даследаванне падкрэслівае важнасць ўзаемасувязі паміж калянасцю на выгіб геаметрыі скосу ў кантэксце розных дапаможных сродкаў для ўстаўкі і, такім чынам, можа даць уяўленне аб метадах кантролю рэжучага дзеяння пасля праколу шляхам змены геаметрыі скосу іголкі, што важна для USeFNAB.Ужыванне мае значэнне.
Тонкаігольная аспірацыйная біяпсія (FNAB) - гэта метад, пры якім іголка выкарыстоўваецца для атрымання ўзору тканіны пры падазрэнні на анамалію1,2,3.Даказана, што наканечнікі тыпу Franseen забяспечваюць больш высокую дыягнастычную эфектыўнасць, чым традыцыйныя наканечнікі Lancet4 і Menghini5.Восесіметрычныя (г.зн. акружныя) скосы таксама былі прапанаваны для павышэння верагоднасці адэкватнага ўзору для гістапаталогіі6.
Падчас біяпсіі іголка праходзіць праз пласты скуры і тканін, каб выявіць падазроную паталогію.Нядаўнія даследаванні паказалі, што ультрагукавая актывацыя можа паменшыць сілу праколу, неабходную для доступу да мяккіх тканак7,8,9,10.Было паказана, што геаметрыя скосу іголкі ўплывае на сілы ўзаемадзеяння іголкі, напрыклад, было паказана, што больш доўгія скосы маюць меншую сілу пранікнення ў тканіну 11 .Было выказана меркаванне, што пасля пранікнення іголкі ў паверхню тканіны, г.зн. пасля праколу, рэжучая сіла іголкі можа складаць 75% ад агульнай сілы ўзаемадзеяння іголкі і тканіны12.Даказана, што ультрагукавое даследаванне (УГД) паляпшае якасць дыягнастычнай біяпсіі мяккіх тканін у постпункціонной фазе13.Былі распрацаваны іншыя метады паляпшэння біяпсіі костак для ўзяцця пробаў цвёрдых тканін14,15, але не было паведамлена пра вынікі, якія паляпшаюць якасць біяпсіі.Некалькі даследаванняў таксама выявілі, што механічнае зрушэнне павялічваецца з павелічэннем напружання ультрагукавога прывада 16,17,18.Хоць існуе мноства даследаванняў восевых (падоўжных) статычных сіл ва ўзаемадзеянні іголкі і тканіны 19,20, даследаванні часовай дынамікі і геаметрыі скосу іголкі ў ультрагукавым пашыраным FNAB (USeFNAB) абмежаваныя.
Мэтай гэтага даследавання было вывучыць уплыў розных геаметрый скосу на дзеянне кончыка іголкі, выкліканае згінаннем іголкі на ультрагукавых частотах.У прыватнасці, мы даследавалі ўплыў ін'екцыйнай асяроддзя на адхіленне кончыка іголкі пасля праколу для звычайных скосаў іголак (напрыклад, ланцэтаў), восесіметрычных і асіметрычных геаметрый з адным скосам (мал. для садзейнічання распрацоўцы іголак USeFNAB для розных мэтаў, такіх як селектыўнае ўсмоктванне доступу або ядраў мяккіх тканін.
У гэта даследаванне былі ўключаны розныя геаметрыі скосу.(a) Ланцэты ў адпаведнасці са стандартам ISO 7864:201636, дзе \(\alpha\) — асноўны вугал скосу, \(\theta\) — другасны вугал павароту скосу, а \(\phi\) — другасны вугал павароту скосу ў градусаў , у градусах (\(^\circ\)).(b) лінейныя асіметрычныя аднаступенчатыя фаскі (называюцца «стандартам» у DIN 13097:201937) і (c) лінейныя восесіметрычныя (акружныя) аднаступенчатыя фаскі.
Наш падыход заключаецца ў тым, каб спачатку змадэляваць змяненне даўжыні хвалі выгібу ўздоўж схілу для звычайнай ланцэтнай, восесіметрычнай і асіметрычнай аднаступенчатай геаметрыі схілу.Затым мы разлічылі параметрычнае даследаванне, каб вывучыць уплыў кута скосу і даўжыні трубкі на рухомасць транспартнага механізму.Гэта робіцца для вызначэння аптымальнай даўжыні для вырабу прататыпа іголкі.На аснове мадэлявання былі зроблены прататыпы іголак, а іх рэзанансныя паводзіны ў паветры, вадзе і 10% (мас./аб.) балістычнага жэлаціну былі эксперыментальна ахарактарызаваны шляхам вымярэння каэфіцыента адлюстравання напругі і разліку эфектыўнасці перадачы магутнасці, з якой рабочая частата была вызначаецца..Нарэшце, высакахуткасная візуалізацыя выкарыстоўваецца для непасрэднага вымярэння адхілення хвалі выгібу на кончыку іголкі ў паветры і вадзе, а таксама для ацэнкі электрычнай магутнасці, якая перадаецца пры кожным нахіле, і геаметрыі каэфіцыента магутнасці адхілення (DPR) ін'екцыі. сярэдні.
Як паказана на малюнку 2a, выкарыстоўвайце трубу № 21 (наружны дыяметр 0,80 мм, унутраны дыяметр 0,49 мм, таўшчыня сценкі трубы 0,155 мм, стандартная сценка ў адпаведнасці з ISO 9626:201621), вырабленую з нержавеючай сталі 316 (модуль Юнга 205).\(\text {GN/m}^{2}\), шчыльнасць 8070 кг/м\(^{3}\), каэфіцыент Пуасона 0,275).
Вызначэнне даўжыні хвалі выгібу і налада канчаткова-элементнай мадэлі (FEM) іголкі і межавых умоў.(a) Вызначэнне даўжыні скосу (BL) і даўжыні трубы (TL).(b) Трохмерная (3D) канечнаэлементная мадэль (FEM) з выкарыстаннем гарманічнай кропкавай сілы \(\tilde{F}_y\vec{j}\) для ўзбуджэння іголкі на праксімальным канцы, адхіленні кропкі і вымярэння хуткасці за наканечнік (\( \tilde{u}_y\vec {j}\), \(\tilde{v}_y\vec {j}\)) для разліку механічнай транспартнай рухомасці.\(\lambda _y\) вызначаецца як даўжыня хвалі выгібу, звязаная з вертыкальнай сілай \(\tilde{F}_y\vec {j}\).(c) Вызначце цэнтр цяжару, плошчу папярочнага сячэння A і моманты інерцыі \(I_{xx}\) і \(I_{yy}\) вакол восі x і y адпаведна.
Як паказана на мал.2b,c, для бясконцага (бясконцага) пучка з плошчай папярочнага сячэння A і пры вялікай даўжыні хвалі ў параўнанні з памерам папярочнага сячэння пучка выгібная (або выгінальная) фазавая хуткасць \(c_{EI}\ ) вызначаецца як 22:
дзе E — модуль Юнга (\(\text {Н/м}^{2}\)), \(\omega _0 = 2\pi f_0\) — вуглавая частата ўзбуджэння (рад/с), дзе \( f_0 \ ) — лінейная частата (1/с або Гц), I — момант інэрцыі вобласці вакол цікавай восі \((\text {m}^{4})\) і \(m'=\ rho _0 A \) — маса на адзінцы даўжыні (кг/м), дзе \(\rho _0\) — шчыльнасць \((\text {кг/м}^{3})\), а A — крыж -плошча сячэння бэлькі (плоскасць xy) (\ (\text {m}^{2}\)).Паколькі ў нашым выпадку прыкладзеная сіла паралельная вертыкальнай восі y, г.зн. \(\tilde{F}_y\vec {j}\), нас цікавіць толькі момант інэрцыі вобласці вакол гарызантальнай х- вось, г.зн. \(I_{xx} \), таму:
Для мадэлі канечных элементаў (FEM) мяркуецца чыстае гарманічнае зрушэнне (м), таму паскарэнне (\(\text {m/s}^{2}\)) выражаецца як \(\partial ^2 \vec {u}/ \ частковае t^2 = -\omega ^2\vec {u}\), напрыклад \(\vec {u}(x, y, z, t) := u_x\vec {i} + u_y \vec {j }+ u_z\vec {k}\) — вектар трохмернага зрушэння, вызначаны ў прасторавых каардынатах.Замена апошняй на канечна дэфармаваную лагранжаву форму закона балансу імпульсу23, згодна з яе рэалізацыяй у праграмным пакеце COMSOL Multiphysics (версіі 5.4-5.5, COMSOL Inc., Масачусэтс, ЗША), дае:
Дзе \(\vec {\nabla}:= \frac{\partial}}{\partial x}\vec {i} + \frac{\partial}}{\partial y}\vec {j} + \frac{ \partial }{\partial z}\vec {k}\) — аператар дывергенцыі тэнзара, а \({\underline{\sigma}}\) — другі тэнзар напружання Піола-Кірхгофа (другі парадак, \(\ тэкст { N /m}^{2}\)) і \(\vec {F_V}:= F_{V_x}\vec {i}+ F_{V_y}\vec {j}+ F_{V_z}\vec { k} \) — вектар сілы цела (\(\text {Н/м}^{3}\)) кожнага дэфармаванага аб'ёму, а \(e^{j\phi }\) — фаза цела сілы, мае фазавы вугал \(\ фі\) (рад).У нашым выпадку аб'ёмная сіла цела роўная нулю, і наша мадэль прадугледжвае геаметрычную лінейнасць і малыя чыста пругкія дэфармацыі, г.зн. \({\underline{\varepsilon}}^{el} = {\underline{\varepsilon}}\ ), дзе \({\underline{\varepsilon}}^{el}\) і \({\underline{ \varepsilon}}\) – пругкая дэфармацыя і поўная дэфармацыя (безпамерная другога парадку) адпаведна.Канстытутыўны ізатропны тэнзар пругкасці Гука \(\underline {\underline {C))\) атрыманы з дапамогай модуля Юнга E(\(\text{N/m}^{2}\)) і вызначанага каэфіцыента Пуасона v, так што \ (\underline{\underline{C}}:=\underline{\underline{C}}(E,v)\) (чацвёрты парадак).Такім чынам, разлік напружання выглядае як \({\underline{\sigma}} := \underline{\underline{C}}:{\underline{\varepsilon}}\).
Разлікі праводзіліся з 10-вузловымі тэтраэдральнымі элементамі з памерам элемента \(\le\) 8 мкм.Іголка мадэлюецца ў вакууме, а значэнне перадачы механічнай рухомасці (мс-1 H-1) вызначаецца як \(|\tilde{Y}_{v_yF_y}|= |\tilde{v}_y\vec { j} |/|\ тыльда{F}_y\vec {j}|\)24, дзе \(\tilde{v}_y\vec {j}\) — выхадная комплексная хуткасць наканечніка, а \( \tilde{ F} _y\vec {j }\) - гэта складаная рухаючая сіла, размешчаная на праксімальным канцы трубкі, як паказана на мал. 2b.Прапускаючая механічная рухомасць выражаецца ў дэцыбелах (дБ) з выкарыстаннем максімальнага значэння ў якасці эталона, г.зн. \(20\log _{10} (|\tilde{Y}|/ |\tilde{Y}_{max}| )\ ), Усе даследаванні FEM праводзіліся на частаце 29,75 кГц.
Канструкцыя іголкі (мал. 3) складаецца з звычайнай падскурнай іголкі 21 калібру (нумар па каталогу: 4665643, Sterican\(^\circledR\), з вонкавым дыяметрам 0,8 мм, даўжынёй 120 мм, вырабленай з AISI хромоникелевая нержавеючая сталь 304., B. Braun Melsungen AG, Melsungen, Германія) праксімальна размясцілі пластмасавую гільзу Luer Lock з поліпрапілена з адпаведнай мадыфікацыяй наканечніка.Іголкавая трубка прыпаяна да хвалявода, як паказана на мал. 3b.Хвалявод быў надрукаваны на 3D-прынтары з нержавеючай сталі (EOS Stainless Steel 316L на 3D-прынтары EOS M 290, 3D Formtech Oy, Ювяскюля, Фінляндыя), а затым прымацаваны да датчыка Ланжэвена з дапамогай нітаў M4.Датчык Ланжэвена складаецца з 8 п'езаэлектрычных кольцавых элементаў з двума гірамі на кожным канцы.
Чатыры тыпу наканечнікаў (на фота), камерцыйна даступны ланцэт (L) і тры вырабленыя восесіметрычныя аднаступеньчатыя фаскі (AX1–3) характарызаваліся даўжынямі фаскі (BL) 4, 1,2 і 0,5 мм адпаведна.(a) Буйны план гатовага кончыка іголкі.(b) Выгляд зверху чатырох кантактаў, прыпаяных да 3D-друкаванага хвалявода, а затым падлучаных да датчыка Ланжэвена нітамі M4.
Тры восесіметрычныя наканечнікі са скосам (мал. 3) (TAs Machine Tools Oy) былі выраблены з даўжынямі скосу (BL, вызначаным на мал. 2а) 4,0, 1,2 і 0,5 мм, што адпавядае \(\прыблізна\) 2\ (^\ circ\), 7\(^\circ\) і 18\(^\circ\).Вага хвалевода і стылуса складае 3,4 ± 0,017 г (сярэдняе ± SD, n = 4) для фаскі L і AX1–3 адпаведна (Quintix\(^\circledR\) 224 Design 2, Sartorius AG, Гётынген, Германія).Агульная даўжыня ад кончыка іголкі да канца пластыкавай гільзы складае 13,7, 13,3, 13,3, 13,3 см для фаскі L і AX1-3 на малюнку 3b адпаведна.
Для ўсіх канфігурацый іголкі даўжыня ад кончыка іголкі да кончыка хвалявода (г.зн. зоны паяння) складае 4,3 см, а трубка іголкі арыентавана так, што скос накіраваны ўверх (г.зн. паралельна восі Y ).), як на (мал. 2).
Карыстальніцкі скрыпт у MATLAB (R2019a, The MathWorks Inc., Масачусэтс, ЗША), які працуе на камп'ютары (Latitude 7490, Dell Inc., Тэхас, ЗША), выкарыстоўваўся для стварэння лінейнай сінусоіднай разгорткі ад 25 да 35 кГц за 7 секунд, ператвораны ў аналагавы сігнал лічбава-аналагавым (DA) пераўтваральнікам (Analog Discovery 2, Digilent Inc., Вашынгтон, ЗША).Затым аналагавы сігнал \(V_0\) (0,5 Vp-p) быў узмоцнены спецыяльным узмацняльнікам радыёчастот (RF) (Mariachi Oy, Турку, Фінляндыя).Падзельнае ўзмацняльнае напружанне \({V_I}\) падаецца з ВЧ-ўзмацняльніка з выхадным супрацівам 50 \(\Omega\) на трансфарматар, убудаваны ў структуру іголкі з уваходным супрацівам 50 \(\Omega)\) Датчык Ланжэвена (пярэдні і задні шматслойныя п'езаэлектрычныя пераўтваральнікі, нагружаныя масай) выкарыстоўваюцца для генерацыі механічных хваль.Нестандартны радыёчастотны ўзмацняльнік абсталяваны двухканальным вымяральнікам каэфіцыента магутнасці стаячай хвалі (КСВ), які можа выяўляць здарэнне \({V_I}\) і адлюстраванае ўзмоцненае напружанне \(V_R\) праз аналагава-лічбавы сігнал 300 кГц (AD ) канвэртар (Analog Discovery 2).Сігнал узбуджэння мадулюецца па амплітудзе ў пачатку і ў канцы, каб прадухіліць перагрузку ўваходу ўзмацняльніка пераходнымі працэсамі.
Выкарыстоўваючы спецыяльны сцэнарый, рэалізаваны ў MATLAB, функцыя частотнай характарыстыкі (AFC), г.зн. мяркуе лінейную стацыянарную сістэму.Акрамя таго, прымяніце паласовы фільтр ад 20 да 40 кГц, каб выдаліць любыя непажаданыя частоты з сігналу.Спасылаючыся на тэорыю лініі перадачы, \(\tilde{H}(f)\) у гэтым выпадку эквівалентна каэфіцыенту адлюстравання напружання, г.зн. \(\rho _{V} \equiv {V_R}/{V_I} \)26 .Паколькі выхадны супраціў узмацняльніка \(Z_0\) адпавядае ўваходнаму супраціўленню ўбудаванага трансфарматара пераўтваральніка, а каэфіцыент адлюстравання электрычнай магутнасці \({P_R}/{P_I}\) зніжаецца да \ ({V_R }^ 2/{V_I}^2\ ), тады роўна \(|\rho _{V}|^2\).У выпадку, калі патрабуецца абсалютнае значэнне электрычнай магутнасці, вылічыце падаючую \(P_I\) і адлюстраваную\(P_R\) магутнасць (Вт), узяўшы сярэднеквадратычнае (сярэдні квадрат) значэнне адпаведнага напружання, напрыклад, для лініі перадачы з сінусоідным узбуджэннем \(P = {V}^2/(2Z_0)\)26, дзе \(Z_0\) роўна 50 \(\Omega\).Электрычная магутнасць, якая падаецца ў нагрузку \(P_T\) (г.зн. устаўленае асяроддзе), можа быць вылічана як \(|P_I – P_R |\) (Вт RMS), а эфектыўнасць перадачы магутнасці (PTE) можа быць вызначана і выражана як працэнт (%), такім чынам, дае 27:
Затым частотная характарыстыка выкарыстоўваецца для ацэнкі мадальных частот \(f_{1-3}\) (кГц) канструкцыі стылуса і адпаведнай эфектыўнасці перадачы магутнасці \(\text {PTE}_{1{-}3} \ ).FWHM (\(\text {FWHM}_{1{-}3}\), Гц) ацэньваецца непасрэдна з \(\text {PTE}_{1{-}3}\), з табліцы 1 частоты \(f_{1-3}\), апісаныя ў .
Метад вымярэння частотнай характарыстыкі (АЧХ) ігольчастай структуры.Двухканальнае вымярэнне свіпт-сінуса25,38 выкарыстоўваецца для атрымання функцыі частотнай характарыстыкі \(\тыльда{H}(f)\) і яе імпульснай характарыстыкі H(t).\({\mathcal {F}}\) і \({\mathcal {F}}^{-1}\) абазначаюць лікавае ўсечанае пераўтварэнне Фур'е і аперацыю адваротнага пераўтварэння адпаведна.\(\tilde{G}(f)\) азначае, што два сігналы памнажаюцца ў частотнай вобласці, напрыклад, \(\tilde{G}_{XrX}\) азначае адваротнае сканаванне\(\tilde{X} r( f )\) і сігнал падзення напружання \(\тыльда{X}(f)\).
Як паказана на мал.5, высакахуткасная камера (Phantom V1612, Vision Research Inc., Нью-Джэрсі, ЗША), абсталяваная макрааб'ектывам (MP-E 65mm, \(f)/2.8, 1-5 \ (\times\), Canon Inc. .., Токіо, Японія) выкарыстоўваліся для запісу адхілення кончыка іголкі, падвергнутага ўзбуджэнню пры выгіне (адначастотная, бесперапынная сінусоіда) на частаце 27,5–30 кГц.Каб стварыць карту ценяў, астуджаны элемент белага святлодыёда высокай інтэнсіўнасці (нумар дэталі: 4052899910881, белы святлодыёд, 3000 K, 4150 лм, Osram Opto Semiconductors GmbH, Рэгенсбург, Германія) быў размешчаны за скосам іголкі.
Выгляд доследнай устаноўкі спераду.Глыбіня вымяраецца ад паверхні носьбіта.Канструкцыя іголкі заціскаецца і ўсталёўваецца на матарызаваны перадачы стол.Выкарыстоўвайце высакахуткасную камеру з аб'ектывам з вялікім павелічэннем (5\(\разоў\)), каб вымераць адхіленне скошанага наканечніка.Усе памеры ў міліметрах.
Для кожнага тыпу скосу іголкі мы запісалі 300 высакахуткасных кадраў камеры па 128 \(\x\) 128 пікселяў, кожны з прасторавым разрозненнем 1/180 мм (\(\прыблізна) 5 мкм), з часовым раздзяленнем 310 000 кадраў у секунду.Як паказана на малюнку 6, кожны кадр (1) абразаецца (2) так, каб кончык знаходзіўся ў апошнім радку (унізе) кадра, а затым вылічваецца гістаграма выявы (3), такім чынам, парогі Canny 1 і 2 можна вызначыць.Затым прымяніце вызначэнне граняў Canny28(4) з выкарыстаннем аператара Sobel 3 \(\times\) 3 і вылічыце пазіцыю пікселя некавітацыйнай гіпатэнузы (пазначанай \(\mathbf {\times }\)) для ўсіх 300-кратных крокаў .Для вызначэння размаху прагіну ў канцы разлічваецца вытворная (з выкарыстаннем алгарытму цэнтральнай рознасці) (6) і ідэнтыфікуецца кадр, які змяшчае лакальныя экстрэмумы (г.зн. пік) прагіну (7).Пасля візуальнага агляду краю без кавітацыі была выбрана пара кадраў (або два кадры, падзеленыя паловай перыяду часу) (7) і вымерана адхіленне наканечніка (пазначана \(\mathbf {\times} \ ). Вышэйзгаданае было рэалізавана у Python (v3.8, Python Software Foundation, python.org) з выкарыстаннем алгарытму выяўлення краёў OpenCV Canny (v4.5.1, бібліятэка камп'ютэрнага зроку з адкрытым зыходным кодам, opencv.org). .
Адхіленне наканечніка вымяралася з выкарыстаннем серыі кадраў, зробленых высакахуткаснай камерай на частаце 310 кГц з выкарыстаннем 7-этапнага алгарытму (1-7), уключаючы кадраванне (1-2), вызначэнне краёў Canny (3-4), край размяшчэння пікселя разлік (5) і іх вытворныя па часе (6), і, нарэшце, адхіленне наканечніка ад піку да піку былі вымераныя на візуальна правераных парах кадраў (7).
Вымярэнні праводзіліся ў паветры (22,4-22,9°C), дэіянізаванай вадзе (20,8-21,5°C) і балістычным жэлаціне 10% (вага/аб'ём) (19,7-23,0°C, \(\text {Honeywell}^{ \text { TM}}\) \(\text {Fluka}^{\text {TM}}\) Бычыны і свіны касцяны жэлацін для балістычнага аналізу тыпу I, Honeywell International, Паўночная Караліна, ЗША).Тэмпература вымяралася з дапамогай тэрмапары K-тыпу ўзмацняльніка (AD595, Analog Devices Inc., MA, ЗША) і K-тыпу тэрмапары (Fluke 80PK-1 Bead Probe No. 3648 type-K, Fluke Corporation, Вашынгтон, ЗША).Ад асяроддзя Глыбіня вымяралася ад паверхні (усталяванай у якасці пачатка восі z) з дапамогай вертыкальнага матарызаванага століка па восі z (8MT50-100BS1-XYZ, Standa Ltd., Вільнюс, Літва) з разрознасцю 5 мкм.за крок.
Паколькі памер выбаркі быў невялікім (n = 5) і нельга было меркаваць нармальнасць, быў выкарыстаны двухвыбарны сумарны рангавы тэст Уілкаксана (R, v4.0.3, R Foundation for Statistical Computing, r-project .org). каб параўнаць велічыню дысперсіі кончыка іголкі для розных скосаў.Было 3 параўнання на схіл, таму была прыменена папраўка Банфероні са скарэкціраваным узроўнем значнасці 0,017 і частатой памылак 5%.
Звернемся цяпер да мал.7.На частаце 29,75 кГц паўхваля выгібу (\(\lambda_y/2\)) стрэлкі 21-га калібру складае \(\прыблізна) 8 мм.Па меры набліжэння да кончыка даўжыня хвалі выгібу памяншаецца ўздоўж нахільнага кута.На кончыку \(\лямбда _y/2\) \(\прыблізна\) размешчаны крокі 3, 1 і 7 мм для звычайнага ланцетного (а), асіметрычнага (б) і восесіметрычнага (в) нахілу адзіночнай спіцы. , адпаведна.Такім чынам, гэта азначае, што дыяпазон ланцэта \(\прыкладна) 5 мм (з-за таго, што дзве плоскасці ланцэта ўтвараюць адну кропку29,30), асіметрычны скос роўны 7 мм, асіметрычны скос роўны 1 мм. мм.Восесіметрычныя схілы (цэнтр цяжару застаецца нязменным, таму ўздоўж схілу фактычна змяняецца толькі таўшчыня сценкі трубы).
Даследаванні МКЭ і прымяненне ўраўненняў на частаце 29,75 кГц.(1) Пры разліку варыяцыі паўхвалі выгібу (\(\lambda_y/2\)) для ланцэтнай (a), асіметрычнай (b) і восесіметрычнай (c) геаметрый скосу (як на мал. 1a,b,c). ) .Сярэдняе значэнне \(\lambda_y/2\) ланцэтнага, асіметрычнага і восесіметрычнага скосаў складала 5,65, 5,17 і 7,52 мм адпаведна.Звярніце ўвагу, што таўшчыня наканечніка для асіметрычных і восесіметрычных фасок абмежавана \(\прыблізна) 50 мкм.
Пікавая рухомасць \(|\tilde{Y}_{v_yF_y}|\) - гэта аптымальнае спалучэнне даўжыні трубы (TL) і даўжыні скосу (BL) (мал. 8, 9).Для звычайнага ланцэта, паколькі яго памер фіксаваны, аптымальны TL складае \(\прыблізна) 29,1 мм (мал. 8).Для асіметрычных і восесіметрычных скосаў (мал. 9а, б адпаведна) даследаванні МКЭ ўключалі BL ад 1 да 7 мм, таму аптымальныя TL былі ад 26,9 да 28,7 мм (дыяпазон 1,8 мм) і ад 27,9 да 29,2 мм (дыяпазон 1,3 мм) адпаведна.Для асіметрычнага нахілу (мал. 9а) аптымальны TL павялічваўся лінейна, дасягнуў плато пры BL 4 мм, а затым рэзка знізіўся ад BL 5 да 7 мм.Для восесіметрычнага скосу (мал. 9b) аптымальная TL лінейна павялічвалася з павелічэннем BL і канчаткова стабілізавалася на BL ад 6 да 7 мм.Пашыранае даследаванне восесіметрычнага нахілу (мал. 9c) паказала іншы набор аптымальных TL на \(\прыблізна) 35,1–37,1 мм.Для ўсіх BL адлегласць паміж двума лепшымі TL складае \(\прыблізна\) 8 мм (эквівалентна \(\lambda_y/2\)).
Мабільнасць перадачы ланцэта на 29,75 кГц.Іголка гнутка ўзбуджалася на частаце 29,75 кГц, і вібрацыя была вымерана на кончыку іголкі і выражана як колькасць перададзенай механічнай рухомасці (дБ адносна максімальнага значэння) для TL 26,5-29,5 мм (з крокам 0,1 мм) .
Параметрычныя даследаванні МКЭ на частаце 29,75 кГц паказваюць, што пераносная рухомасць восесіметрычнага наканечніка менш залежыць ад змены даўжыні трубкі, чым яго асіметрычнага аналага.Даследаванні даўжыні скосу (BL) і даўжыні трубы (TL) асіметрычных (a) і восесіметрычных (b, c) геаметрый скосу ў частотнай вобласці з выкарыстаннем FEM (гранічныя ўмовы паказаны на мал. 2).(А, Б) TL вар'іравалася ад 26,5 да 29,5 мм (з крокам 0,1 мм), а BL 1-7 мм (з крокам 0,5 мм).(c) Пашыраныя восесіметрычныя даследаванні нахілу, уключаючы TL 25–40 мм (з крокам 0,05 мм) і BL 0,1–7 мм (з крокам 0,1 мм), якія паказваюць, што \(\lambda_y/2\ ) павінен адпавядаць патрабаванням наканечніка.рухомыя межавыя ўмовы.
Канфігурацыя іголкі мае тры ўласныя частоты \(f_{1-3}\), падзеленыя на вобласці нізкага, сярэдняга і высокага рэжыму, як паказана ў табліцы 1. Памер PTE быў запісаны, як паказана на мал.10, а затым прааналізавана на мал. 11. Ніжэй прыведзены вынікі для кожнай мадальнай вобласці:
Тыповыя запісаныя амплітуды імгненнай эфектыўнасці перадачы магутнасці (PTE), атрыманыя пры сінусоідным узбуджэнні з разгорткавай частатой для ланцета (L) і восесіметрычнага скосу AX1-3 у паветры, вадзе і жэлаціне на глыбіні 20 мм.Паказаны аднабаковыя спектры.Вымераная частотная характарыстыка (выбарка на 300 кГц) была адфільтравана нізкачашчыннымі, а затым паменшана ў 200 разоў для мадальнага аналізу.Адносіны сігнал/шум \(\le\) 45 дБ.Фазы PTE (фіялетавыя пункцірныя лініі) паказаны ў градусах (\(^{\circ}\)).
Аналіз мадальнага адказу (сярэдняе ± стандартнае адхіленне, n = 5), паказаны на мал. 10, для нахілаў L і AX1-3, у паветры, вадзе і 10% жэлаціне (глыбіня 20 мм), з (уверсе) трыма мадальнымі абласцямі ( нізкі, сярэдні і высокі) і іх адпаведныя мадальныя частоты\(f_{1-3 }\) (кГц), (сярэдняя) энергаэфектыўнасць \(\text {PTE}_{1{-}3}\), разлічана з выкарыстаннем эквівалентаў .(4) і (унізе) поўная шырыня на палавіне максімальнага вымярэння \(\text {FWHM}_{1{-}3}\) (Гц), адпаведна.Звярніце ўвагу, што вымярэнне прапускной здольнасці было прапушчана, калі быў зарэгістраваны нізкі PTE, г.зн. \(\text {FWHM}_{1}\) у выпадку нахілу AX2.Рэжым \(f_2\) быў прызнаны найбольш прыдатным для параўнання адхіленняў схілаў, паколькі ён паказаў самы высокі ўзровень эфектыўнасці перадачы магутнасці (\(\text {PTE}_{2}\)), да 99%.
Першая мадальная вобласць: \(f_1\) не моцна залежыць ад тыпу ўстаўленага асяроддзя, але залежыць ад геаметрыі схілу.\(f_1\) памяншаецца з памяншэннем даўжыні скосу (27,1, 26,2 і 25,9 кГц у паветры для AX1-3 адпаведна).Сярэднія рэгіянальныя значэнні \(\text {PTE}_{1}\) і \(\text {FWHM}_{1}\) складаюць \(\прыблізна\) 81% і 230 Гц адпаведна.\(\text {FWHM}_{1}\) мае самае высокае ўтрыманне жэлаціну ў Lancet (L, 473 Гц).Звярніце ўвагу, што \(\text {FWHM}_{1}\) AX2 у жэлаціне не можа быць ацэнены з-за нізкай зарэгістраванай амплітуды FRF.
Другая мадальная вобласць: \(f_2\) залежыць ад тыпу ўстаўленага носьбіта і фаскі.Сярэднія значэнні \(f_2\) складаюць 29,1, 27,9 і 28,5 кГц у паветры, вадзе і жэлаціне адпаведна.Гэты мадальны рэгіён таксама паказаў высокі PTE 99%, самы высокі з усіх вымераных груп, з сярэднім рэгіянальным 84%.\(\text {FWHM}_{2}\) мае сярэдняе рэгіянальнае значэнне \(\прыкладна\) 910 Гц.
Вобласць трэцяга рэжыму: частата \(f_3\) залежыць ад тыпу носьбіта і фаскі.Сярэднія значэнні \(f_3\) складаюць 32,0, 31,0 і 31,3 кГц у паветры, вадзе і жэлаціне адпаведна.Сярэдні рэгіянальны паказчык \(\text {PTE}_{3}\) склаў \(\прыблізна\) 74 %, самы нізкі паказчык сярод усіх рэгіёнаў.Сярэдняя рэгіянальная частата \(\text {FWHM}_{3}\) складае \(\прыкладна\) 1085 Гц, што вышэй, чым у першым і другім рэгіёнах.
Ніжэй адносіцца да мал.12 і табліца 2. Ланцэт (L) найбольш адхіляўся (з высокай значнасцю для ўсіх наканечнікаў, \(p<\) 0,017) як у паветры, так і ў вадзе (мал. 12a), дасягаючы найбольшай DPR (да 220 мкм/ W у паветры). 12 і табліца 2. Ланцэт (L) найбольш адхіляўся (з высокай значнасцю для ўсіх наканечнікаў, \(p<\) 0,017) як у паветры, так і ў вадзе (мал. 12a), дасягаючы найбольшай DPR (да 220 мкм/ W у паветры). Наступнае адносіцца да малюнка 12 і табліцы 2. Ланцэт (L) адхілены больш за ўсё (з высокай значнасцю для ўсіх наканечнікаў, \(p<\) 0,017), як у паветры, так і ў вадзе (рыс. 12а), дасягаецца самая высокая ДПР . Наступнае адносіцца да малюнка 12 і табліцы 2. Ланцэт (L) адхіляўся найбольш (з высокай значнасцю для ўсіх наканечнікаў, \(p<\) 0,017) як у паветры, так і ў вадзе (мал. 12a), дасягаючы найвышэйшага DPR.(да 220 мкм/Вт у паветры).смт.Малюнак 12 і табліца 2 ніжэй.柳叶刀(L) 在空气和水中偏转最多（对所有尖端具有高显着性，\(p<\) 0,017）（图12a），实现最高DPR （在空气中高达220 мкм/Вт）.柳叶刀(L) мае самае высокае адхіленне ў паветры і вадзе (对所记尖端可以高电影性,\(p<\) 0,017) (图12a), і дасягнуты самы высокі DPR (да 220 мкм/Вт у паветра). Ланцэт (L) адхіляўся больш за ўсё (высокая значнасць для ўсіх наканечнікаў, \(p<\) 0,017) у паветры і вадзе (рыс. 12а), дасягаючы большага DPR (да 220 мкм/Вт у паветры). Lancet (L) найбольш адхіляўся (высокая значнасць для ўсіх наканечнікаў, \(p<\) 0,017) у паветры і вадзе (мал. 12a), дасягаючы найбольшага DPR (да 220 мкм/Вт у паветры). У паветры AX1, які меў больш высокі BL, адхіляўся больш, чым AX2–3 (са значнасцю \(p<\) 0,017), у той час як AX3 (які меў самы нізкі BL) адхіляўся больш, чым AX2 з DPR 190 мкм/Вт. У паветры AX1, які меў больш высокі BL, адхіляўся больш, чым AX2–3 (са значнасцю \(p<\) 0,017), у той час як AX3 (які меў самы нізкі BL) адхіляўся больш, чым AX2 з DPR 190 мкм/Вт. У паветры AX1 з больш высокім BL адхіляўся вышэй, чым AX2–3 (са значнасцю \(p<\) 0,017), тады як AX3 (з самым нізкім BL) адхіляўся больш, чым AX2 з DPR 190 мкм/Вт. У паветры AX1 з больш высокім BL адхіляўся больш, чым AX2–3 (са значнасцю \(p<\) 0,017), тады як AX3 (з самым нізкім BL) адхіляўся больш, чым AX2 з DPR 190 мкм/Вт.在空气中，具有更高BL 的AX1 比AX2-3 偏转更高（具有显着性，\(p<\) 0,017，而AX3(具有最低BL）的偏转大于AX2，DPR 为190 мкм/Вт . У паветры адхіленне AX1 з больш высокім BL вышэй, чым у AX2-3 (значна, \(p<\) 0,017), а адхіленне AX3 (з самым нізкім BL) больш, чым у AX2, DPR складае 190 мкм/Вт. У паветры AX1 з больш высокім BL адхіляецца больш, чым AX2-3 (значна, \(p<\) 0,017), тады як AX3 (з самым нізкім BL) адхіляецца больш, чым AX2 з DPR 190 мкм/Вт. У паветры AX1 з больш высокім BL адхіляе больш, чым AX2-3 (значна, \(p<\) 0,017), тады як AX3 (з самым нізкім BL) адхіляе больш, чым AX2 з DPR 190 мкм/Вт.Пры водным тоўшчы 20 мм прагін і PTE AX1–3 істотна не адрозніваліся (\(p>\) 0,017).Узроўні PTE ў вадзе (90,2-98,4%) былі ў цэлым вышэй, чым у паветры (56-77,5%) (мал. 12c), і падчас эксперыменту ў вадзе была адзначана з'ява кавітацыі (мал. 13, гл. таксама дадатковыя інфармацыя).
Велічыня адхілення наканечніка (сярэдняе ± SD, n = 5), вымераная для скосу L і AX1-3 у паветры і вадзе (глыбіня 20 мм), паказвае эфект змены геаметрыі скосу.Вымярэнні былі атрыманы з выкарыстаннем бесперапыннага адначастотнага сінусоіднага ўзбуджэння.(a) Адхіленне ад піку да піку (\(u_y\vec {j}\)) на кончыку, вымеранае на (b) іх адпаведных мадальных частотах \(f_2\).(c) Эфектыўнасць перадачы магутнасці (PTE, RMS, %) ураўнення.(4) і (d) Каэфіцыент магутнасці адхіленні (DPR, мкм/Вт), разлічаны як размах адхіленняў і перададзеная электрычная магутнасць \(P_T\) (Wrms).
Тыповы графік ценяў высакахуткаснай камеры, які паказвае адхіленне ад піку да піку (зялёныя і чырвоныя пункцірныя лініі) ланцэта (L) і восесіметрычнага наканечніка (AX1–3) у вадзе (глыбіня 20 мм) за паўцыкла.цыклу, на частаце ўзбуджэння \(f_2\) (частата дыскрэтызацыі 310 кГц).Зроблены малюнак у адценнях шэрага мае памер 128×128 пікселяў і памер пікселя \(\прыблізна\) 5 мкм.Відэа можна знайсці ў дадатковай інфармацыі.
Такім чынам, мы змадэлявалі змяненне даўжыні хвалі выгібу (мал. 7) і разлічылі перадатную механічную рухомасць для камбінацый даўжыні трубы і фаскі (мал. 8, 9) для звычайных стрэльчатых, асіметрычных і восесіметрычных фасак геаметрычных формаў.Грунтуючыся на апошнім, мы ацанілі аптымальную адлегласць у 43 мм (або \(\прыблізна) 2,75\(\лямбда _y\) пры 29,75 кГц) ад наканечніка да зварнога шва, як паказана на мал. 5, і зрабілі тры восесіметрычныя фаскі з рознай даўжынёй фаскі.Затым мы ахарактарызавалі іх частотныя паводзіны ў паветры, вадзе і 10% (вага/аб'ём) балістычнага жэлаціну ў параўнанні са звычайнымі ланцэтамі (малюнкі 10, 11) і вызначылі рэжым, найбольш прыдатны для параўнання адхілення скосу.Нарэшце, мы вымералі адхіленне наканечніка з дапамогай хвалі выгібу ў паветры і вадзе на глыбіні 20 мм і колькасна ацанілі эфектыўнасць перадачы магутнасці (PTE, %) і каэфіцыент магутнасці адхілення (DPR, мкм/Вт) асяроддзя ўстаўкі для кожнага скосу.вуглавога тыпу (мал. 12).
Даказана, што геаметрыя скосу іголкі ўплывае на велічыню адхілення кончыка іголкі.Ланцэт дасягнуў найвышэйшага прагіну і самага высокага DPR у параўнанні з восесіметрычным скосам з меншым сярэднім прагінам (мал. 12).4-мм восесіметрычны скос (AX1) з самым доўгім скосам дасягнуў статыстычна значнага максімальнага адхілення ў паветры ў параўнанні з іншымі восесіметрычнымі спіцамі (AX2–3) (\(p <0,017\), табліца 2), але значнай розніцы не было .назіраецца, калі іголка змяшчаецца ў ваду.Такім чынам, няма відавочных пераваг большай даўжыні фаскі з пункту гледжання пікавага адхілення на кончыку.Маючы гэта на ўвазе, здаецца, што геаметрыя скосу, вывучаная ў гэтым даследаванні, аказвае большы ўплыў на прагін, чым даўжыня скосу.Гэта можа быць звязана з жорсткасцю на выгіб, напрыклад, у залежнасці ад агульнай таўшчыні матэрыялу, які згінаецца, і канструкцыі іголкі.
У эксперыментальных даследаваннях на велічыню адлюстраванай выгібнай хвалі ўплываюць межавыя ўмовы наканечніка.Калі кончык іголкі ўстаўлены ў ваду і жэлацін, \(\text {PTE}_{2}\) складае \(\прыкладна\) 95%, а \(\text {PTE}_{ 2}\) роўна \ (\text {PTE}_{ 2}\) значэнні складаюць 73% і 77% для (\text {PTE}_{1}\) і \(\text {PTE}_{3}\), адпаведна (мал. 11).Гэта паказвае на тое, што максімальная перадача акустычнай энергіі асяроддзю ліцця, г.зн. вадзе або жэлаціне, адбываецца пры \(f_2\).Падобныя паводзіны назіраліся ў папярэднім даследаванні31 з выкарыстаннем больш простай канфігурацыі прылады ў дыяпазоне частот 41-43 кГц, у якім аўтары паказалі залежнасць каэфіцыента адлюстравання напружання ад механічнага модуля ўбудаванай асяроддзя.Глыбіня пранікнення32 і механічныя ўласцівасці тканіны забяспечваюць механічную нагрузку на іголку і, такім чынам, чакаецца, што яны паўплываюць на рэзанансныя паводзіны UZEFNAB.Такім чынам, алгарытмы адсочвання рэзанансу (напрыклад, 17, 18, 33) могуць быць выкарыстаны для аптымізацыі акустычнай магутнасці, якая перадаецца праз іголку.
Мадэляванне на даўжынях хваль выгібу (мал. 7) паказвае, што восесіметрычны наканечнік структурна больш цвёрды (г.зн. больш цвёрды на выгіб), чым ланцэт і асіметрычны скос.На падставе (1) і выкарыстоўваючы вядомае суадносіны хуткасці і частоты, мы ацэньваем калянасць на выгіне на кончыку іголкі як \(\каля\) 200, 20 і 1500 МПа для стрэльчатай, асіметрычнай і восевай нахіленай плоскасцей адпаведна.Гэта адпавядае \(\lambda_y\) \(\прыкладна\) 5,3, 1,7 і 14,2 мм адпаведна пры 29,75 кГц (мал. 7a–c).Улічваючы клінічную бяспеку падчас USeFNAB, варта ацаніць уплыў геаметрыі на структурную калянасць нахіленай плоскасці34.
Даследаванне параметраў скосу ў залежнасці ад даўжыні трубы (мал. 9) паказала, што аптымальны дыяпазон перадачы быў вышэй для асіметрычнага скосу (1,8 мм), чым для восесіметрычнага скосу (1,3 мм).Акрамя таго, рухомасць стабільная пры \(\прыблізна) ад 4 да 4,5 мм і ад 6 да 7 мм для асіметрычнага і восесіметрычных нахілаў адпаведна (мал. 9а, б).Практычнае значэнне гэтага адкрыцця выяўляецца ў вытворчых допусках, напрыклад, больш нізкі дыяпазон аптымальнага TL можа азначаць, што патрабуецца большая дакладнасць даўжыні.У той жа час плато рухомасці забяспечвае большы допуск для выбару даўжыні падзення на зададзенай частаце без істотнага ўплыву на рухомасць.
Даследаванне ўключае наступныя абмежаванні.Прамое вымярэнне адхілення іголкі з выкарыстаннем выяўлення краёў і высакахуткаснай візуалізацыі (малюнак 12) азначае, што мы абмежаваныя аптычна празрыстымі асяроддзямі, такімі як паветра і вада.Мы таксама хацелі б адзначыць, што мы не выкарыстоўвалі эксперыменты для праверкі змадэляванай мабільнасці перадачы і наадварот, але выкарыстоўвалі даследаванні FEM для вызначэння аптымальнай даўжыні для вырабу іголкі.Што тычыцца практычных абмежаванняў, то даўжыня ланцэта ад кончыка да ўтулкі \(\прыблізна) на 0,4 см больш, чым іншыя іголкі (AX1-3), гл. мал.3б.Гэта можа паўплываць на мадальную рэакцыю канструкцыі іголкі.Акрамя таго, форма і аб'ём прыпоя на канцы хваляводнага штыфта (гл. малюнак 3) могуць уплываць на механічны імпеданс канструкцыі штыфта, уносячы памылкі ў механічны імпеданс і паводзіны пры выгібе.
Нарэшце, мы прадэманстравалі, што эксперыментальная геаметрыя скосу ўплывае на велічыню прагіну ў USeFNAB.Калі большае адхіленне станоўча паўплывае на ўздзеянне іголкі на тканіны, напрыклад, на эфектыўнасць рэзання пасля праколу, то ў USeFNAB можа быць рэкамендаваны звычайны ланцэт, паколькі ён забяспечвае максімальнае адхіленне пры захаванні належнай калянасці структурнага наканечніка..Больш за тое, нядаўняе даследаванне35 паказала, што большае адхіленне наканечніка можа ўзмацніць такія біялагічныя эфекты, як кавітацыя, што можа спрыяць распрацоўцы малаінвазіўных хірургічных прымянення.Улічваючы, што павелічэнне агульнай акустычнай магутнасці павялічвае колькасць біяпсій у USeFNAB13, неабходныя далейшыя колькасныя даследаванні колькасці і якасці ўзораў, каб ацаніць падрабязныя клінічныя перавагі даследаванай геаметрыі іголкі.
Час публікацыі: 6 студзеня 2023 г