Ви благодариме што ја посетивте Nature.com.Користите верзија на прелистувач со ограничена поддршка за CSS.За најдобро искуство, препорачуваме да користите ажуриран прелистувач (или да го оневозможите режимот на компатибилност во Internet Explorer).Покрај тоа, за да обезбедиме постојана поддршка, ја прикажуваме страницата без стилови и JavaScript.
Прикажува рингишпил од три слајдови одеднаш.Користете ги копчињата Previous и Next за да се движите низ три слајдови истовремено или користете ги копчињата за лизгање на крајот за да се движите низ три слајдови истовремено.
Неодамна беше докажано дека употребата на ултразвук може да го подобри приносот на ткивото во биопсијата за тенкоиглена аспирација (USeFNAB) засилена со ултразвук во споредба со конвенционалната аспирациона биопсија со фино иглена (FNAB).Врската помеѓу геометријата на откос и дејството на врвот на иглата сè уште не е истражена.Во оваа студија, ги истражувавме својствата на резонанцијата на иглата и амплитудата на отклонување за различни геометрии на откос на иглата со различни должини на откос.Со користење на конвенционална ланцета со рез од 3,9 mm, факторот на моќност на отклонување на врвот (DPR) беше 220 и 105 µm/W во воздух и вода, соодветно.Ова е повисоко од осовиниот врв од 4 mm, кој постигна DPR од 180 и 80 µm/W во воздух и вода, соодветно.Оваа студија ја нагласува важноста на врската помеѓу вкочанетоста на свиткување на геометријата на косите во контекст на различни помагала за вметнување, и на тој начин може да обезбеди увид во методите за контролирање на дејството на сечењето по пункција со менување на геометријата на наклонот на иглата, што е важно за USeFNAB.Апликацијата е важна.
Фино иглена аспирациона биопсија (FNAB) е техника во која се користи игла за да се добие примерок од ткиво кога се сомневаме за абнормалност1,2,3.Се покажа дека советите од типот Franseen обезбедуваат повисоки дијагностички перформанси од традиционалните совети Lancet4 и Menghini5.Аксисиметрични (т.е. периферни) отсеци исто така се предложени за да се зголеми веројатноста за адекватен примерок за хистопатологија6.
За време на биопсијата, иглата се пренесува низ слоевите на кожата и ткивото за да се открие сомнителна патологија.Неодамнешните студии покажаа дека ултразвучното активирање може да ја намали силата на пункција потребна за пристап до меките ткива7,8,9,10.Се покажа дека геометријата на откосите на иглата влијае на силите на интеракцијата на иглата, на пр., се покажало дека подолгите косини имаат помали сили на пенетрација во ткивото 11 .Се сугерираше дека откако иглата ќе навлезе во површината на ткивото, т.е. по пункција, силата на сечење на иглата може да биде 75% од вкупната сила на интеракција помеѓу игла-ткиво12.Се покажа дека ултразвукот (САД) го подобрува квалитетот на дијагностичката биопсија на меките ткива во фазата по пункција13.Други методи за подобрување на коскената биопсија се развиени за земање примероци од тврдото ткиво14,15 но не се пријавени резултати кои го подобруваат квалитетот на биопсијата.Неколку студии, исто така, открија дека механичкото поместување се зголемува со зголемување на погонскиот напон на ултразвукот16,17,18.Иако има многу студии за аксијални (надолжни) статични сили во интеракциите меѓу игла-ткиво19,20, студиите за временската динамика и геометријата на откос на иглата во ултразвучно засилениот FNAB (USeFNAB) се ограничени.
Целта на оваа студија беше да се истражи ефектот на различните геометрии на откос врз дејството на врвот на иглата водено од флексија на иглата на ултразвучни фреквенции.Конкретно, го испитавме ефектот на медиумот за инјектирање врз отклонувањето на врвот на иглата по пункција за конвенционални закосени игли (на пр. ланцети), аксисиметрични и асиметрични геометрии со единечна косина (сл. за да се олесни развојот на иглите USeFNAB за различни цели, како што е селективно вшмукување пристап или јадра на меките ткива.
Во оваа студија беа вклучени различни геометрии на коси.(а) Ланцети кои се усогласени со ISO 7864:201636 каде \(\alpha\) е примарен агол на откос, \(\theta\) е секундарен агол на ротација на косиот и \(\phi\) е секундарниот агол на ротација на откос во степени , во степени (\(^\circ\)).(б) линеарни асиметрични единечни шпорети (наречени „стандардни“ во DIN 13097:201937) и (в) линеарни оскисиметрични (обемни) единечни шпорети.
Нашиот пристап е прво да ја моделираме промената на брановата должина на свиткување долж наклонот за конвенционалните геометрии на копје, аксисиметрични и асиметрични едностепени наклони.Потоа пресметавме параметарска студија за да го испитаме ефектот на откосниот агол и должината на цевката врз мобилноста на транспортниот механизам.Ова е направено за да се одреди оптималната должина за изработка на прототип на игла.Врз основа на симулацијата, беа направени прототипови на игли и нивното резонантно однесување во воздух, вода и 10% (w/v) балистички желатин беше експериментално карактеризирано со мерење на коефициентот на рефлексија на напонот и пресметување на ефикасноста на пренос на моќност, од која беше и работната фреквенција. одлучен..Конечно, снимањето со голема брзина се користи за директно мерење на отклонувањето на бранот на свиткување на врвот на иглата во воздух и вода и за да се процени електричната енергија што се пренесува со секое навалување и геометријата на факторот на моќност на отклон (DPR) на инјектираното средно.
Како што е прикажано на слика 2а, користете цевка бр. 21 (0,80 mm OD, 0,49 mm ID, 0,155 mm дебелина на ѕидот на цевката, стандарден ѕид како што е наведен во ISO 9626:201621) изработен од нерѓосувачки челик 316 (Модул на Јанг 205).\(\text {GN/m}^{2}\), густина 8070 kg/m\(^{3}\), Поасонов сооднос 0,275).
Определување на брановата должина на свиткување и подесување на моделот на конечни елементи (FEM) на иглата и граничните услови.(а) Определување на должината на косината (BL) и должината на цевката (TL).(б) Тридимензионален (3D) модел на конечни елементи (FEM) со помош на хармонична точкаст сила \(\tilde{F}_y\vec{j}\) за да се возбуди иглата на проксималниот крај, да се отклони точката и да се измери брзината по врвот (\( \tilde{u}_y\vec {j}\), \(\tilde{v}_y\vec {j}\)) за да се пресмета механичката транспортна мобилност.\(\lambda _y\) се дефинира како бранова должина на свиткување поврзана со вертикалната сила \(\tilde{F}_y\vec {j}\).(в) Определете го центарот на гравитација, површината на напречниот пресек A и моментите на инерција \(I_{xx}\) и \(I_{yy}\) околу оската x и y-оската соодветно.
Како што е прикажано на сл.2b,c, за бесконечен (бесконечен) сноп со површина на пресек А и на голема бранова должина во споредба со големината на пресекот на зракот, брзината на фазата на свиткување (или свиткување) \(c_{EI}\ ) се дефинира како 22:
каде E е Јанг-овиот модул (\(\text {N/m}^{2}\)), \(\omega _0 = 2\pi f_0\) е аголната фреквенција на возбуда (rad/s), каде што \( f_0 \ ) е линеарна фреквенција (1/s или Hz), I е моментот на инерција на областа околу интересната оска \((\text {m}^{4})\) и \(m'=\ rho _0 A \) е масата на единица должина (kg/m), каде што \(\rho _0\) е густината \((\text {kg/m}^{3})\) и A е крстот - пресечна површина на зракот (xy рамнина) (\ (\text {m}^{2}\)).Бидејќи во нашиот случај применетата сила е паралелна со вертикалната y-оска, т.е. \(\tilde{F}_y\vec {j}\), нас не интересира само моментот на инерција на областа околу хоризонталната x- оска, т.е. \(I_{xx} \), така што:
За моделот на конечни елементи (FEM), се претпоставува чисто хармонично поместување (m), така што забрзувањето (\(\text {m/s}^{2}\)) се изразува како \(\делумно ^2 \vec { u}/ \ делумно t^2 = -\omega ^2\vec {u}\), на пр. \(\vec {u}(x, y, z, t) := u_x\vec {i} + u_y \vec {j }+ u_z\vec {k}\) е тродимензионален вектор на поместување дефиниран во просторни координати.Заменувајќи го последното со конечно деформабилната Лагранжова форма на законот за рамнотежа на импулсот23, според неговата имплементација во софтверскиот пакет COMSOL Multiphysics (верзии 5.4-5.5, COMSOL Inc., Масачусетс, САД), дава:
Каде \(\vec {\nabla}:= \frac{\partial}}{\partial x}\vec {i} + \frac{\partial}}{\partial y}\vec {j} + \frac{ \partial }{\partial z}\vec {k}\) е оператор за дивергенција на тензорот, а \({\underline{\sigma}}\) е вториот тензор на стрес на Piola-Kirchhoff (втор ред, \(\ текст { N /m}^{2}\)), и \(\vec {F_V}:= F_{V_x}\vec {i}+ F_{V_y}\vec {j}+ F_{V_z}\vec { k} \) е векторот на телесната сила (\(\text {N/m}^{3}\)) на секој деформабилен волумен, и \(e^{j\phi }\) е фаза на сила на телото, има фазен агол \(\ phi\) (rad).Во нашиот случај, волуменската сила на телото е нула, а нашиот модел претпоставува геометриска линеарност и мали чисто еластични деформации, т.е. \({\underline{\varepsilon}}^{el} = {\underline{\varepsilon}}\ ), каде \({\underline{\varepsilon}}^{el}\) и \({\underline{ \varepsilon}}\) – соодветно еластична деформација и вкупна деформација (бездимензионална од втор ред).Хуковиот конститутивен тензор за изотропна еластичност \(\underline {\underline {C))\) се добива со користење на Јанг-овиот модул E(\(\text{N/m}^{2}\)) и се дефинира Поасонов сооднос v, така што \ (\underline{\underline{C}}:=\underline{\underline{C}}(E,v)\) (четврт ред).Така, пресметката на стресот станува \({\underline{\sigma}} := \underline{\underline{C}}:{\underline{\varepsilon}}\).
Пресметките се извршени со тетраедарски елементи од 10 јазли со големина на елементот \(\le\) 8 μm.Иглата е моделирана во вакуум, а вредноста за пренос на механичка подвижност (ms-1 H-1) е дефинирана како \(|\tilde{Y}_{v_yF_y}|= |\tilde{v}_y\vec { j} |/|\ tilde{F}_y\vec {j}|\)24, каде што \(\tilde{v}_y\vec {j}\) е излезна комплексна брзина на рачната единица, и \( \tilde{ F} _y\vec {j }\) е сложена движечка сила лоцирана на проксималниот крај на цевката, како што е прикажано на сл. 2б.Трансмисивната механичка подвижност се изразува во децибели (dB) користејќи ја максималната вредност како референца, т.е. \(20\log _{10} (|\tilde{Y}|/ |\tilde{Y}_{max}| )\ ), Сите FEM студии беа спроведени на фреквенција од 29,75 kHz.
Дизајнот на иглата (слика 3) се состои од конвенционална хиподермична игла со 21 калибар (каталог број: 4665643, Sterican\(^\circledR\), со надворешен дијаметар од 0,8 mm, должина од 120 mm, изработена од AISI хром-никел нерѓосувачки челик 304., B. Braun Melsungen AG, Melsungen, Германија) постави пластична чаура Luer Lock направена од полипропилен проксимално со соодветна модификација на врвот.Цевката со игла е залемена на брановодот како што е прикажано на сл. 3б.Брановиот водич беше испечатен на 3D печатач од нерѓосувачки челик (EOS Stainless Steel 316L на 3D печатач EOS M 290, 3D Formtech Oy, Jyväskylä, Финска) и потоа беше прикачен на сензорот Langevin со помош на завртки M4.Трансдуцерот Langevin се состои од 8 пиезоелектрични прстенести елементи со две тежини на секој крај.
Четирите типа на врвови (на сликата), комерцијално достапен ланцет (L) и три произведени оскисиметрични едностепени косини (AX1-3) се карактеризираа со должини на косите (BL) од 4, 1,2 и 0,5 mm, соодветно.(а) Одблиску на готовиот врв на иглата.(б) Горен приказ на четири иглички залемени на 3D печатен брановод и потоа поврзани со сензорот Langevin со M4 завртки.
Три оскисиметрични косени врвови (слика 3) (TAs Machine Tools Oy) беа произведени со должини на косите (BL, определени на слика 2а) од 4,0, 1,2 и 0,5 mm, што одговара на \(\приближно\) 2\ (^\ circ\), 7\(^\circ\) и 18\(^\circ\).Тежината на брановодот и иглата се 3,4 ± 0,017 g (средна вредност ± SD, n = 4) за наклон L и AX1–3, соодветно (Quintix\(^\circledR\) 224 Design 2, Sartorius AG, Göttingen, Германија) .Вкупната должина од врвот на иглата до крајот на пластичниот чаур е 13,7, 13,3, 13,3, 13,3 cm за наклонот L и AX1-3 на Слика 3б, соодветно.
За сите конфигурации на иглата, должината од врвот на иглата до врвот на брановодот (т.е. областа за лемење) е 4,3 cm, а цевката за игла е ориентирана така што откосот е свртен нагоре (т.е. паралелно со оската Y ).), како на (сл. 2).
Прилагодена скрипта во MATLAB (R2019a, The MathWorks Inc., Масачусетс, САД) што работи на компјутер (Latitude 7490, Dell Inc., Тексас, САД) беше искористена за генерирање на линеарно синусоидално движење од 25 до 35 kHz за 7 секунди. конвертирано во аналоген сигнал со конвертор од дигитално во аналогно (DA) (Analog Discovery 2, Digilent Inc., Вашингтон, САД).Аналогниот сигнал \(V_0\) (0,5 Vp-p) потоа беше засилен со наменски засилувач за радиофреквенција (RF) (Mariachi Oy, Турку, Финска).Паѓачкиот засилувачки напон \({V_I}\) излегува од RF засилувачот со излезна импеданса од 50 \(\Omega\) до трансформатор вграден во структурата на иглата со влезна импеданса од 50 \(\Omega)\) Трансдуцерот Langevin (предни и задни повеќеслојни пиезоелектрични трансдуцери, наполнети со маса) се користат за генерирање механички бранови.Прилагодениот RF засилувач е опремен со двоканален мерач на фактор на моќност на стоечки бранови (SWR) што може да открие инцидент \({V_I}\) и рефлектираниот засилен напон \(V_R\) преку аналогно-дигитален 300 kHz (AD ) конвертор (Analog Discovery 2).Сигналот за возбуда е амплитудно модулиран на почетокот и на крајот за да се спречи преоптоварување на влезот на засилувачот со транзиенти.
Користејќи прилагодена скрипта имплементирана во MATLAB, функцијата за одговор на фреквенцијата (AFC), т.е. претпоставува линеарен стационарен систем.Исто така, нанесете пропустлив филтер од 20 до 40 kHz за да ги отстраните сите несакани фреквенции од сигналот.Осврнувајќи се на теоријата на далноводот, \(\tilde{H}(f)\) во овој случај е еквивалентно на коефициентот на рефлексија на напонот, т.е. \(\rho _{V} \equiv {V_R}/{V_I} \)26 .Бидејќи излезната импеданса на засилувачот \(Z_0\) одговара на влезната импеданса на вградениот трансформатор на конверторот, а коефициентот на рефлексија на електричната моќност \({P_R}/{P_I}\) е намален на \ ({V_R }^ 2/{V_I}^2\ ), тогаш е \(|\rho _{V}|^2\).Во случај кога е потребна апсолутната вредност на електричната моќност, пресметајте ја упадната \(P_I\) и рефлектираната\(P_R\) моќност (W) со земање на коренската средна квадратна вредност (rms) на соодветниот напон, на пример, за далновод со синусоидно возбудување, \(P = {V}^2/(2Z_0)\)26, каде што \(Z_0\) е еднакво на 50 \(\Omega\).Електричната моќност испорачана до товарот \(P_T\) (т.е. вметната средина) може да се пресмета како \(|P_I – P_R |\) (W RMS) и ефикасноста на пренос на енергија (PTE) може да се дефинира и изрази како процентот (%) дава 27:
Одговорот на фреквенција потоа се користи за проценка на модалните фреквенции \(f_{1-3}\) (kHz) на дизајнот на пенкалото и соодветната ефикасност на пренос на енергија, \(\text {PTE}_{1{-}3} \ ).FWHM (\(\text {FWHM}_{1{-}3}\), Hz) се проценува директно од \(\text {PTE}_{1{-}3}\), од Табела 1 фреквенции \(f_{1-3}\) опишани во.
Метод за мерење на фреквентниот одговор (AFC) на ацикуларна структура.Двоканалното мерење на збришан синус25,38 се користи за да се добие функцијата на одговор на фреквенцијата \(\tilde{H}(f)\) и нејзиниот импулсен одговор H(t).\({\mathcal {F}}\) и \({\mathcal {F}}^{-1}\) ја означуваат нумеричката скратена Фуриеова трансформација и операцијата инверзна трансформација, соодветно.\(\tilde{G}(f)\) значи дека двата сигнала се множат во доменот на фреквенција, на пр. \(\tilde{G}_{XrX}\) значи инверзно скенирање\(\tilde{X} r(f )\) и сигнал за пад на напон \(\tilde{X}(f)\).
Како што е прикажано на сл.5, камера со голема брзина (Phantom V1612, Vision Research Inc., Њу Џерси, САД) опремена со макро објектив (MP-E 65mm, \(f)/2.8, 1-5 \ (\times\), Canon Inc. .., Токио, Јапонија) беа користени за снимање на отклонување на врвот на иглата подложен на флексирачко возбудување (една фреквенција, континуиран синусоид) на фреквенција од 27,5-30 kHz.За да се создаде мапа во сенка, зад косината на иглата беше поставен ладен елемент од бела LED со висок интензитет (број на дел: 4052899910881, White Led, 3000 K, 4150 lm, Osram Opto Semiconductors GmbH, Регенсбург, Германија).
Преден поглед на експерименталното поставување.Длабочината се мери од површината на медиумот.Структурата на иглата е прицврстена и монтирана на моторизирана маса за пренос.Користете камера со голема брзина со објектив со големо зголемување (5\(\пати\)) за да го измерите отклонувањето на закосениот врв.Сите димензии се во милиметри.
За секој тип на игла, снимивме 300 рамки на камера со голема брзина од 128 \(\x\) 128 пиксели, секоја со просторна резолуција од 1/180 mm (\(\приближно) 5 μm), со временска резолуција од 310.000 фрејмови во секунда.Како што е прикажано на слика 6, секоја рамка (1) е исечена (2) така што врвот е во последната линија (долу) на рамката, а потоа се пресметува хистограмот на сликата (3), така што Canny праговите 1 и 2 може да се одреди.Потоа применете ја откривањето на рабовите Canny28(4) користејќи го операторот Sobel 3 \(\times\) 3 и пресметајте ја позицијата на пикселот на некавитационата хипотенуза (означена како \(\mathbf {\times }\)) за сите 300-кратни чекори .За да се одреди распонот на отклонот на крајот, се пресметува изводот (со користење на алгоритам за централна разлика) (6) и се идентификува рамката што ги содржи локалните екстреми (т.е. врв) на отклонот (7).По визуелна проверка на работ што не кавитира, беше избран пар рамки (или две рамки одделени со половина временски период) (7) и измерено е отклонувањето на врвот (означено со \(\mathbf {\times} \ ) Горенаведеното беше имплементирано во Python (v3.8, Python Software Foundation, python.org) со користење на алгоритам за откривање рабови OpenCV Canny (v4.5.1, библиотека за компјутерска визија со отворен код, opencv.org). електрична енергија \ (P_T \) (W, rms) .
Отклонувањето на врвот беше измерено со помош на серија кадри преземени од камера со голема брзина на 310 kHz со помош на алгоритам од 7 чекори (1-7) вклучувајќи кадрирање (1-2), откривање на извонредни рабови (3-4), раб на локација на пиксели пресметката (5) и нивните временски деривати (6), и на крајот отклонувањето од врв до врв беа измерени на визуелно прегледани парови рамки (7).
Мерењата се направени во воздух (22,4-22,9°C), дејонизирана вода (20,8-21,5°C) и балистички желатин 10% (w/v) (19,7-23,0°C, \(\text {Honeywell}^{ \text { TM}}\) \(\text {Fluka}^{\text {TM}}\) Желатин од говеда и свинска коска за тип I балистичка анализа, Honeywell International, Северна Каролина, САД).Температурата беше измерена со засилувач на термоспој од К-тип (AD595, Analog Devices Inc., MA, САД) и термоспој од типот К (Fluke 80PK-1 Bead Probe No. 3648 type-K, Fluke Corporation, Вашингтон, САД).Од медиумот Длабочината беше измерена од површината (поставена како почеток на оската z) со помош на вертикална моторизирана фаза на z-оска (8MT50-100BS1-XYZ, Standa Ltd., Вилнус, Литванија) со резолуција од 5 µm.по чекор.
Со оглед на тоа што големината на примерокот беше мала (n = 5) и не можеше да се претпостави нормалност, беше искористен тест за збир на ранг со два примерока Wilcoxon (R, v4.0.3, R Foundation for Statistical Computing, r-project .org). да се спореди количеството на варијанса врвот на иглата за различни откос.Имаше 3 споредби по наклон, така што беше применета корекција на Bonferroni со приспособено ниво на значајност од 0,017 и стапка на грешка од 5%.
Сега да се свртиме на сл.7.На фреквенција од 29,75 kHz, полубранот на свиткување (\(\lambda_y/2\)) на игла со 21 мерач е \(\приближно) 8 mm.Како што се приближува кон врвот, брановата должина на свиткување се намалува долж косиот агол.На врвот \(\lambda _y/2\) \(\приближно\) има чекори од 3, 1 и 7 mm за вообичаената ланцетна (а), асиметрична (б) и аксисиметрична (в) наклонетост на една игла , соодветно.Така, ова значи дека опсегот на ланцетата е \(\приближно) 5 mm (поради фактот што двете рамнини на ланцетата формираат една точка29,30), асиметричниот откос е 7 mm, асиметричниот откос е 1 мм.Аксисиметрични падини (центарот на гравитација останува константен, така што само дебелината на ѕидот на цевката всушност се менува долж наклонот).
Студии на FEM и примена на равенки на фреквенција од 29,75 kHz.(1) При пресметување на варијацијата на полубранот на свиткување (\(\lambda_y/2\)) за ланцета (а), асиметрична (б) и аксисиметрична (в) коси геометрии (како на Сл. 1a,b,c ) .Просечната вредност \(\lambda_y/2\) на ланцетот, асиметричниот и оскисиметричниот закос беше 5,65, 5,17 и 7,52 mm, соодветно.Забележете дека дебелината на врвовите за асиметрични и оскисиметрични косини е ограничена на \(\приближно) 50 µm.
Врвната подвижност \(|\tilde{Y}_{v_yF_y}|\) е оптимална комбинација на должината на цевката (TL) и должината на косината (BL) (сл. 8, 9).За конвенционална ланцета, бидејќи нејзината големина е фиксна, оптималната TL е \(\приближно) 29,1 mm (слика 8).За асиметрични и аксисиметрични отсеци (слика 9а, б, соодветно), студиите за FEM вклучија BL од 1 до 7 mm, така што оптималните TL беа од 26,9 до 28,7 mm (опсег 1,8 mm) и од 27,9 до 29 ,2 mm (опсег 1,3 mm), соодветно.За асиметричниот наклон (слика 9а), оптималниот TL се зголеми линеарно, достигна плато на BL 4 mm, а потоа нагло се намали од BL 5 на 7 mm.За аксисиметрична откос (сл. 9б), оптималниот TL се зголеми линеарно со зголемување на BL и конечно се стабилизира на BL од 6 до 7 mm.Проширена студија за оскисиметрично навалување (слика 9в) откри различен сет на оптимални TL на \(\приближно) 35,1-37,1 mm.За сите BL, растојанието помеѓу двата најдобри TL е \(\приближно\) 8mm (еквивалентно на \(\lambda_y/2\)).
Мобилност на пренос на Lancet на 29,75 kHz.Иглата беше флексибилно возбудена на фреквенција од 29,75 kHz, а вибрациите беа измерени на врвот на иглата и изразени како количина на пренесена механичка подвижност (dB во однос на максималната вредност) за TL 26,5-29,5 mm (во чекори од 0,1 mm) .
Параметриските студии на FEM на фреквенција од 29,75 kHz покажуваат дека преносната мобилност на оскисиметричниот врв е помалку под влијание на промената на должината на цевката отколку нејзиниот асиметричен колега.Студии за должината на косиот (BL) и должината на цевката (TL) за асиметрични (а) и оскисиметрични (b, c) геометрии на коси во студијата на доменот на фреквенција користејќи FEM (граничните услови се прикажани на сл. 2).(а, б) TL се движеше од 26,5 до 29,5 mm (чекор 0,1 mm) и BL 1-7 mm (чекор 0,5 mm).(в) Проширени студии за аксиметрично навалување вклучувајќи TL 25–40 mm (во чекори од 0,05 mm) и BL 0,1–7 mm (во чекори од 0,1 mm) кои покажуваат дека \(\lambda_y/2\ ) мора да ги исполнува барањата на врвот.подвижни гранични услови.
Конфигурацијата на иглата има три сопствени фреквенции \(f_{1-3}\) поделени на региони со низок, среден и висок режим како што е прикажано во Табела 1. Големината на PTE е снимена како што е прикажано на сл.10, а потоа анализирани на Сл. 11. Подолу се наодите за секоја модална област:
Типични снимени амплитуди на ефикасноста на моментален пренос на енергија (PTE) добиени со синусоидно возбудување со фреквенција за ланцета (L) и оскисиметрична косина AX1-3 во воздух, вода и желатин на длабочина од 20 mm.Прикажани се еднострани спектри.Измерениот одговор на фреквенцијата (примерок на 300 kHz) беше нископропусен филтриран и потоа намален за фактор 200 за модална анализа.Односот сигнал-шум е \(\le\) 45 dB.PTE фазите (виолетови точки линии) се прикажани во степени (\(^{\circ}\)).
Анализата на модалниот одговор (средна ± стандардна девијација, n = 5) прикажана на Сл. 10, за наклоните L и AX1-3, во воздух, вода и 10% желатин (длабочина 20 mm), со (горни) три модални региони ( ниска, средна и висока) и нивните соодветни модални фреквенции\(f_{1-3 }\) (kHz), (просечна) енергетска ефикасност \(\text {PTE}_{1{-}3}\) Пресметано со помош на еквиваленти .(4) и (долу) целосна ширина на половина од максималните мерења \(\text {FWHM}_{1{-}3}\) (Hz), соодветно.Имајте предвид дека мерењето на пропусниот опсег беше прескокнато кога беше регистриран низок PTE, т.е. \(\text {FWHM}_{1}\) во случај на наклон AX2.Се покажа дека режимот \(f_2\) е најсоодветен за споредување на отклонувањата на наклонот, бидејќи покажа највисоко ниво на ефикасност на пренос на моќност (\(\text {PTE}_{2}\)), до 99%.
Прв модален регион: \(f_1\) не зависи многу од типот на вметната медиум, туку зависи од геометријата на наклонот.\(f_1\) се намалува со намалување на должината на откос (27,1, 26,2 и 25,9 kHz во воздух за AX1-3, соодветно).Регионалните просеци \(\text {PTE}_{1}\) и \(\text {FWHM}_{1}\) се \(\приближно\) 81% и 230 Hz соодветно.\(\text {FWHM}_{1}\) има најголема содржина на желатин во Lancet (L, 473 Hz).Забележете дека \(\text {FWHM}_{1}\) AX2 во желатин не може да се оцени поради малата снимена амплитуда на FRF.
Вториот модален регион: \(f_2\) зависи од типот на вметната медиум и откос.Просечните вредности \(f_2\) се 29,1, 27,9 и 28,5 kHz во воздух, вода и желатин, соодветно.Овој модален регион, исто така, покажа висок PTE од 99%, највисок од која било измерена група, со регионален просек од 84%.\(\text {FWHM}_{2}\) има регионален просек од \(\приближно\) 910 Hz.
Регион на трет режим: фреквенцијата \(f_3\) зависи од типот на медиумот и наклонот.Просечните вредности на \(f_3\) се 32,0, 31,0 и 31,3 kHz во воздух, вода и желатин, соодветно.Регионалниот просек на \(\text {PTE}_{3}\) беше \(\приближно\) 74%, најнизок од кој било регион.Регионалниот просек \(\text {FWHM}_{3}\) е \(\приближно\) 1085 Hz, што е повисоко од првиот и вториот регион.
Следново се однесува на Сл.12 и Табела 2. Ланцетата (L) најмногу се отклонува (со големо значење за сите врвови, \(p<\) 0,017) и во воздух и во вода (сл. 12а), постигнувајќи највисок DPR (до 220 μm/ W во воздух). 12 и Табела 2. Ланцетата (L) најмногу се отклонува (со големо значење за сите врвови, \(p<\) 0,017) и во воздух и во вода (сл. 12а), постигнувајќи највисок DPR (до 220 μm/ W во воздух). Следующее относится к рисунку 12 и таблице 2. Ланцет (L) отклони повеќе повеќе (с высокой значимостью за всех наконечников, \(p<\) 0,017) как во иа2, 0.017) как во иа2, . ПР . Следното се однесува на слика 12 и табела 2. Лансетот (L) најмногу се отклонува (со големо значење за сите врвови, \(p<\) 0,017) и во воздухот и во водата (сл. 12а), постигнувајќи највисок DPR .(до 220 μm/W во воздух).Смт.Слика 12 и Табела 2 подолу.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），，，，，，，Ｎ徎 0.017，高DPR （在空气中高达220 µm/W）.柳叶刀(L) има најголемо отклонување во воздухот и водата (对所记尖端可以高电影性, \(p<\) 0,017) (图12a) и постигнато најголем DPR (до 220 µm/W воздух). Ланцет (L) отклониался повеќе (высокая значимость для всех наконечников, \(p<\) 0,017) во воздухе и вода (рис. 12а), достигая наибольшего DPR (до 220 мкм/Вт во воздух). Лансет (L) отклонува најмногу (високо значење за сите врвови, \(p<\) 0,017) во воздухот и водата (слика 12а), достигнувајќи го највисокиот DPR (до 220 µm/W во воздухот). Во воздухот, AX1 кој имаше повисок BL, отклонуваше повисоко од AX2-3 (со значајно, \(p<\) 0,017), додека AX3 (кој имаше најнизок BL) отклонуваше повеќе од AX2 со DPR од 190 µm/W. Во воздухот, AX1 кој имаше повисок BL, отклонуваше повисоко од AX2-3 (со значајно, \(p<\) 0,017), додека AX3 (кој имаше најнизок BL) отклонуваше повеќе од AX2 со DPR од 190 µm/W. Во воздухот AX1 со более высоким BL отклонува повеќе, ако AX2–3 (со значителен број \(p<\) 0,017), колку AX3 (најмалку BL) отклони повеќе од AX2–3, ако AX2 е повеќе од 190 DPR. Во воздухот, AX1 со повисок BL отклонуваше повисоко од AX2-3 (со значајно \(p<\) 0,017), додека AX3 (со најниска BL) отклонуваше повеќе од AX2 со 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，\(p<，\) 0.017，3X3的偏转大于AX2, DPR 为190 µm/W . Во воздухот, отклонот на AX1 со повисок BL е поголем од оној на AX2-3 (значително, \(p<\) 0,017), а девијацијата на AX3 (со најниска BL) е поголема од онаа на AX2, DPR е 190 µm/W. Во воздухот AX1 со более высоким BL отклонува повеќе, чем AX2-3 (значимо, \(p<\) 0,017), тогда како AX3 (слично BL) одклоняется повеќе, чем AX2 с DPR. Во воздухот, AX1 со повисок BL отклонува повеќе од AX2-3 (значајно, \(p<\) 0,017), додека AX3 (со најниска BL) отклонува повеќе од AX2 со DPR 190 µm/W.На 20 mm вода, девијацијата и PTE AX1-3 не беа значително различни (\(p>\) 0,017).Нивоата на PTE во водата (90,2-98,4%) беа генерално повисоки отколку во воздухот (56-77,5%) (сл. 12c), а феноменот на кавитација беше забележан за време на експериментот во вода (сл. 13, видете исто така дополнителни информации).
Количината на отклонување на врвот (средна вредност ± SD, n = 5) измерена за откос L и AX1-3 во воздух и вода (длабочина 20 mm) го покажува ефектот на менување на геометријата на косите.Мерењата се добиени со користење на континуирано синусоидно возбудување со една фреквенција.(а) Отстапување од врв до врв (\(u_y\vec {j}\)) на врвот, измерено на (б) нивните соодветни модални фреквенции \(f_2\).(в) Ефикасност на пренос на енергија (PTE, RMS, %) од равенката.(4) и (г) Фактор на моќност на отклон (DPR, µm/W) пресметан како отстапување од врв до врв и пренесена електрична моќност \(P_T\) (Wrms).
Типичен график на сенката на камерата со голема брзина што го прикажува отстапувањето од врв до врв (зелени и црвени точки со линии) на ланцета (L) и оскисиметричниот врв (AX1–3) во вода (длабочина од 20 mm) во текот на половина циклус.циклус, при фреквенција на возбуда \(f_2\) (фреквенција на земање примероци 310 kHz).Снимената слика со сива скала има големина од 128×128 пиксели и големина на пиксели од \(\приближно\) 5 µm.Видеото може да се најде во дополнителни информации.
Така, ја моделиравме промената на брановата должина на свиткување (сл. 7) и ја пресметавме преносливата механичка подвижност за комбинации на должина на цевката и бразда (сл. 8, 9) за конвенционалните ланцети, асиметрични и аксисиметрични гребени на геометриски форми.Врз основа на второто, го проценивме оптималното растојание од 43 mm (или \(\приближно) 2,75\(\lambda _y\) на 29,75 kHz) од врвот до заварот, како што е прикажано на слика 5, и направивме три оски симетрични откосови со различни должини на косите.Потоа го окарактеризиравме нивното фреквентно однесување во воздух, вода и 10% (w/v) балистички желатин во споредба со конвенционалните ланцети (слики 10, 11) и го одредивме режимот најпогоден за споредба на отклонување на косите.Конечно, го измеривме отклонувањето на врвот со свиткување на бранот во воздух и вода на длабочина од 20 mm и ја квантифициравме ефикасноста на пренос на моќност (PTE, %) и факторот на моќност на отклон (DPR, µm/W) на медиумот за вметнување за секоја откос.аголен тип (сл. 12).
Се покажа дека геометријата на наклонот на иглата влијае на количината на отклонување на врвот на иглата.Ланцетот постигна највисоко отклонување и највисок DPR во споредба со оскисиметричната откос со помал просечен отклон (сл. 12).Аксисиметричниот откос од 4 mm (AX1) со најдолг откос постигна статистички значајно максимално отклонување на воздухот во споредба со другите оскисиметрични игли (AX2–3) (\(p <0,017\), Табела 2), но немаше значајна разлика .забележано кога иглата се става во вода.Така, нема очигледна предност да се има подолга должина на откос во однос на врвното отклонување на врвот.Имајќи го ова на ум, се чини дека геометријата на косите што се проучува во оваа студија има поголем ефект врз отклонувањето отколку должината на откос.Ова може да се должи на вкочанетоста на свиткување, на пример, во зависност од вкупната дебелина на материјалот што се свиткува и дизајнот на иглата.
Во експерименталните студии, големината на рефлектираниот флексурален бран е под влијание на граничните услови на врвот.Кога врвот на иглата е вметнат во вода и желатин, \(\text {PTE}_{2}\) е \(\приближно\) 95%, а \(\text {PTE}_{ 2}\) е \ (\text {PTE}_{ 2}\) вредностите се 73% и 77% за (\text {PTE}_{1}\) и \(\text {PTE}_{3}\), соодветно (сл. 11).Ова покажува дека максималниот пренос на акустична енергија до медиумот за леење, т.е. вода или желатин, се случува на \(f_2\).Слично однесување беше забележано во претходната студија31 користејќи поедноставна конфигурација на уредот во фреквенцискиот опсег од 41-43 kHz, во кој авторите ја покажаа зависноста на коефициентот на рефлексија на напонот од механичкиот модул на медиумот за вградување.Длабочината на пенетрација32 и механичките својства на ткивото обезбедуваат механичко оптоварување на иглата и затоа се очекува да влијаат на резонантното однесување на UZEFNAB.Така, алгоритмите за следење на резонанца (на пр. 17, 18, 33) може да се користат за оптимизирање на акустичната моќност испорачана преку иглата.
Симулацијата на бранови должини на свиткување (сл. 7) покажува дека аксиметричниот врв е структурно поригиден (т.е. поригиден при свиткување) од ланцетата и асиметричната косина.Врз основа на (1) и користејќи ја познатата релација брзина-фреквенција, ја проценуваме вкочанетоста на свиткување на врвот на иглата како \(\околу\) 200, 20 и 1500 MPa за ланцета, асиметрична и аксијална наклонета рамнина, соодветно.Ова одговара на \(\lambda_y\) од \(\приближно\) 5,3, 1,7 и 14,2 mm, соодветно, на 29,75 kHz (слика 7a–c).Со оглед на клиничката безбедност за време на USeFNAB, треба да се процени ефектот на геометријата врз структурната вкочанетост на наклонетата рамнина34.
Студијата за параметрите на откос во однос на должината на цевката (слика 9) покажа дека оптималниот опсег на пренос е поголем за асиметричниот откос (1,8 mm) отколку за осиметричниот откос (1,3 mm).Дополнително, мобилноста е стабилна на \(\приближно) од 4 до 4,5 mm и од 6 до 7 mm за асиметрични и аксисиметрични навалувања, соодветно (сл. 9а, б).Практичното значење на ова откритие е изразено во производните толеранции, на пример, помал опсег на оптимална TL може да значи дека е потребна поголема точност на должината.Во исто време, платото за мобилност обезбедува поголема толеранција за избор на должина на падот на дадена фреквенција без значително влијание врз мобилноста.
Студијата ги вклучува следните ограничувања.Директното мерење на отклонувањето на иглата со помош на откривање на рабовите и сликање со голема брзина (Слика 12) значи дека сме ограничени на оптички транспарентни медиуми како што се воздухот и водата.Исто така, би сакале да истакнеме дека не користевме експерименти за тестирање на симулираната преносна мобилност и обратно, туку користевме FEM студии за да ја одредиме оптималната должина за изработка на игли.Во однос на практичните ограничувања, должината на ланцетот од врвот до ракавот е \(\приближно) 0,4 cm подолга од другите игли (AX1-3), видете на сл.3б.Ова може да влијае на модалниот одговор на дизајнот на иглата.Дополнително, обликот и волуменот на лемењето на крајот на иглата на брановоди (види слика 3) може да влијае на механичката импеданса на дизајнот на пиновите, воведувајќи грешки во механичката импеданса и однесувањето на свиткување.
Конечно, покажавме дека експерименталната геометрија на косите влијае на количината на отклонување во USeFNAB.Ако поголемо отклонување би имало позитивен ефект врз ефектот на иглата врз ткивото, како што е ефикасноста на сечењето по пирсингот, тогаш може да се препорача конвенционална ланцета во USeFNAB бидејќи обезбедува максимално отклонување додека одржува соодветна вкочанетост на структурниот врв..Покрај тоа, една неодамнешна студија35 покажа дека поголемото отклонување на врвот може да ги подобри биолошките ефекти како што е кавитација, што може да го олесни развојот на минимално инвазивни хируршки апликации.Со оглед на тоа што се покажа дека зголемувањето на вкупната акустична моќност го зголемува бројот на биопсии во USeFNAB13, потребни се дополнителни квантитативни студии за количината и квалитетот на примерокот за да се проценат деталните клинички придобивки од проучуваната геометрија на иглата.
Време на објавување: јануари-06-2023 година