Tankewol foar it besykjen fan Nature.com.Jo brûke in browserferzje mei beheinde CSS-stipe.Foar de bêste ûnderfining riede wy oan dat jo in bywurke browser brûke (of kompatibiliteitsmodus útskeakelje yn Internet Explorer).Derneist, om trochgeande stipe te garandearjen, litte wy de side sjen sûnder stilen en JavaScript.
Toant in karrousel fan trije dia's tagelyk.Brûk de knoppen Foarige en Folgjende om troch trije dia's tagelyk te bewegen, of brûk de sliderknoppen oan 'e ein om troch trije dia's tagelyk te bewegen.
It is koartlyn oantoand dat it brûken fan ultrasound de weefselopbringst kin ferbetterje yn ultrasound-ferbettere fynnaaldaspiraasjebiopsy (USeFNAB) yn ferliking mei konvinsjonele fynnaaldaspiraasjebiopsy (FNAB).De relaasje tusken bevel mjitkunde en needle tip aksje is noch net ûndersocht.Yn dizze stúdzje ûndersochten wy de eigenskippen fan needle resonânsje en ôfbuigingsamplitude foar ferskate needlebevelgeometryen mei ferskate bevellingten.Mei help fan in konvinsjonele lanset mei in 3.9 mm cut, wie de tip deflection power faktor (DPR) 220 en 105 µm / W yn loft en wetter, respektivelik.Dit is heger dan de asymmetryske 4mm-bevel-tip, dy't in DPR fan 180 en 80 µm / W yn respektivelik loft en wetter berikte.Dizze stúdzje beljochtet it belang fan 'e relaasje tusken de bûgen stivens fan' e bevel mjitkunde yn 'e kontekst fan ferskate ynstekken helpmiddels, en dus kin jaan ynsjoch yn metoaden foar it kontrolearjen cutting aksje nei puncture troch feroarjen de needle bevel geometry, dat is wichtich foar USeFNAB.Applikaasje saken.
Fine needle aspiration biopsy (FNAB) is in technyk wêryn in needel brûkt wurdt om in weefselmonster te krijen as in abnormaliteit wurdt fertocht1,2,3.Franseen-type tips hawwe bliken dien te leverjen hegere diagnostyske prestaasjes dan tradisjonele Lancet4 en Menghini5 tips.Axisymmetryske (dat wol sizze circumferential) bevels binne ek foarsteld om de kâns te fergrutsjen fan in adekwate stekproef foar histopatology6.
Tidens in biopsie wurdt in needel troch lagen fan hûd en weefsel trochjûn om fertochte patology te ûntdekken.Resinte stúdzjes hawwe sjen litten dat ultrasone aktivearring kin ferminderjen de puncture krêft nedich om tagong ta sêfte weefsels7,8,9,10.Needle bevel geometry is oantoand te beynfloedzjen needle ynteraksje krêften, bgl langere bevels hawwe bliken dien te hawwen legere weefsel penetraasje krêften 11.It is suggerearre dat nei't de needel it weefsel-oerflak penetrearre is, dat wol sizze nei puncture, de snijkrêft fan 'e needel 75% kin wêze fan 'e totale needle-tissue-ynteraksjekrêft12.Ultrasound (US) is oantoand om de kwaliteit fan diagnostyske sêfte weefselbiopsy te ferbetterjen yn 'e post-puncture phase13.Oare metoaden om bonkebiopsy te ferbetterjen binne ûntwikkele foar sampling fan hurde weefsel14,15, mar gjin resultaten binne rapportearre dy't de kwaliteit fan biopsie ferbetterje.Ferskate stúdzjes hawwe ek fûn dat meganyske ferpleatsing nimt ta mei tanimmende ultrasound drive voltage16,17,18.Hoewol binne d'r in protte stúdzjes fan axiale (longitudinale) statyske krêften yn needle-tissue-ynteraksjes19,20, stúdzjes oer de tydlike dynamyk en needle-bevel-geometry yn ultrasone ferbettere FNAB (USeFNAB) binne beheind.
It doel fan dizze stúdzje wie om it effekt te ûndersiikjen fan ferskate bevelgeometriën op needle tip-aksje oandreaun troch needleflexion by ultrasone frekwinsjes.Yn 't bysûnder ûndersochten wy it effekt fan it ynjeksjemedium op de defleksje fan' e naaldpunt nei puncture foar konvinsjonele needlevels (bgl tagong of sêft weefsel kearnen.
Ferskate bevel geometryen waarden opnommen yn dizze stúdzje.(a) Lansetten dy't oerienkomme mei ISO 7864:201636 wêrby't \(\alpha\) de primêre skuorhoek is, \(\theta\) de sekundêre skuorrotaasjehoek is, en \(\phi\) de sekundêre skuorrotaasjehoek is yn graden , yn graden (\(^\circ\)).(b) lineêre asymmetryske single-stap ôffakken (neamd "standert" yn DIN 13097: 201937) en (c) lineêre axisymmetryske (omtrek) inkele stap chamfers.
Us oanpak is om earst de feroaring yn 'e bûgjende golflingte lâns de helling te modellearjen foar konvinsjonele lanset-, aksysymmetryske en asymmetryske ienstapsgeometryske hellingsgeometriën.Wy hawwe doe in parametryske stúdzje berekkene om it effekt te ûndersiikjen fan bevelhoeke en buislingte op mobiliteit fan transportmeganisme.Dit wurdt dien om de optimale lingte te bepalen foar it meitsjen fan in prototypenaald.Op grûn fan 'e simulaasje waarden needelprototypen makke en har resonânsjefelgedrach yn loft, wetter en 10% (w/v) ballistyske gelatine waard eksperiminteel karakterisearre troch it mjitten fan de spanningsrefleksjekoëffisjint en it berekkenjen fan de effisjinsje fan macht oerdracht, wêrfan de bestjoeringsfrekwinsje wie beret..Uteinlik wurdt ôfbylding mei hege snelheid brûkt om direkt de ôfwiking fan 'e bûgewelle oan' e tip fan 'e naald yn loft en wetter te mjitten, en om de elektryske krêft te skatten dy't troch elke tilt en de mjitkunde fan' e defleksjekrêftfaktor (DPR) fan 'e ynjeksje wurdt oerbrocht. medium.
Lykas werjûn yn figuer 2a, brûke No.. 21 pipe (0,80 mm OD, 0,49 mm ID, 0,155 mm pipe muorre dikte, standert muorre lykas oantsjutte yn ISO 9626:201621) makke fan 316 RVS (Young syn modulus 205).\(\text {GN/m}^{2}\), tichtheid 8070 kg/m\(^{3}\), Poisson's ratio 0,275).
Bepaling fan 'e bûgjende golflingte en ôfstimming fan it finite elemint model (FEM) fan' e needle en grinsbetingsten.(a) Bepaling fan bevellingte (BL) en buislingte (TL).(b) Trijedimensjonaal (3D) finite elemint model (FEM) mei help fan harmonic punt krêft \(\tilde{F}_y\vec{j}\) om de naald oan it proximale ein te stimulearjen, it punt ôf te draaien en de snelheid te mjitten per tip (\( \tilde{u}_y\vec {j}\), \(\tilde{v}_y\vec {j}\)) om de meganistyske transportmobiliteit te berekkenjen.\(\lambda _y\) wurdt definiearre as de bûgende golflingte ferbûn mei de fertikale krêft \(\tilde{F}_y\vec {j}\).(c) Bepale it swiertepunt, trochsneedgebiet A, en traagheidsmominten \(I_{xx}\) en \(I_{yy}\) om respektivelik de x-as en y-as.
As werjûn yn fig.2b,c, foar in ûneinige (ûneinige) beam mei dwerstrochsneedgebiet A en op in grutte golflingte yn ferliking mei de grutte fan 'e trochsneed fan 'e beam, de bûg- (of bûg-) fazesnelheid \(c_{EI}\ ) wurdt definiearre as 22:
dêr't E Young's modulus is (\(\text {N/m}^{2}\)), \(\omega _0 = 2\pi f_0\) is de eksitaasjehoekfrekwinsje (rad/s), wêrby't \(f_0 \ ) is de lineêre frekwinsje (1/s of Hz), I is it traagheidsmoment fan it gebiet om de as fan belang \((\text {m}^{4})\) en \(m'=\ rho _0 A \) is de massa op ienheid lingte (kg/m), dêr't \(\rho _0\) is de tichtheid \((\text {kg/m}^{3})\) en A is it krús -seksjegebiet fan 'e beam (xy-flak) (\ (\text {m}^{2}\)).Om't yn ús gefal de tapaste krêft parallel is oan 'e fertikale y-as, dws \(\tilde{F}_y\vec {j}\), binne wy allinich ynteressearre yn it traagheidsmoment fan it gebiet om de horizontale x- as, ie \(I_{xx} \), dus:
Foar it finite elemint model (FEM) wurdt in suvere harmonische ferpleatsing (m) oannommen, sadat de fersnelling (\(\text {m/s}^{2}\)) útdrukt wurdt as \(\partial ^2 \vec { u}/ \ partial t^2 = -\omega ^2\vec {u}\), bygelyks \(\vec {u}(x, y, z, t) := u_x\vec {i} + u_y \vec {j}+ u_z\vec {k}\) is in trijediminsjonale ferpleatsvektor definiearre yn romtlike koördinaten.It ferfangen fan de lêste troch de einich ferfoarme Lagrangiaanske foarm fan 'e wet foar momentumbalâns23, neffens har ymplemintaasje yn it COMSOL Multiphysics softwarepakket (ferzjes 5.4-5.5, COMSOL Inc., Massachusetts, FS), jout:
Wêr \(\vec {\nabla}:= \frac{\partial}}{\partial x}\vec {i} + \frac{\partial}}{\partial y}\vec {j} + \frac{ \partial }{\partial z}\vec {k}\) is de tensor-diverginsje-operator, en \({\underline{\sigma}}\) is de twadde Piola-Kirchhoff-stresstensor (twadde folchoarder, \(\ tekst { N /m}^{2}\)), en \(\vec {F_V}:= F_{V_x}\vec {i}+ F_{V_y}\vec {j}+ F_{V_z}\vec { k} \) is de fektor fan 'e lichemskrêft (\(\text {N/m}^{3}\)) fan elk deformabel folume, en \(e^{j\phi}\) is de faze fan 'e lichem krêft, hat in faze hoeke \(\ phi\) (rad).Yn ús gefal is de folumekrêft fan it lichem nul, en ús model giet út fan geometryske lineariteit en lytse suver elastyske deformaasjes, dat wol sizze \({\underline{\varepsilon}}^{el} = {\underline{\varepsilon}}\ ), dêr't \({\underline{\varepsilon}}^{el}\) en \({\underline{ \varepsilon}}\) - respektivelik elastyske deformaasje en totale deformaasje (dimensjeleas fan 'e twadde oarder).Hooke's konstitutive isotropyske elastisiteittensor \(\underline {\underline {C))\) wurdt krigen mei Young's modulus E(\(\text{N/m}^{2}\)) en Poisson's ferhâlding v wurdt definiearre, sadat \ (\underline{\underline{C}}:=\underline{\underline{C}}(E,v)\) (fjirde folchoarder).Sa wurdt de spanningsberekkening \({\underline{\sigma}} := \underline{\underline{C}}:{\underline{\varepsilon}}\).
De berekkeningen waarden útfierd mei 10-node tetrahedrale eleminten mei elemintgrutte \(\le\) 8 μm.De needle wurdt modelearre yn fakuüm, en de meganyske mobiliteitsferfierwearde (ms-1 H-1) wurdt definiearre as \(|\tilde{Y}_{v_yF_y}|= |\tilde{v}_y\vec {j} |/|\ tilde{F}_y\vec {j}|\)24, wêrby't \(\tilde{v}_y\vec {j}\) de útfier komplekse snelheid fan it hânstik is, en \( \tilde{ F} _y\vec {j}\) is in komplekse driuwende krêft leit oan de proximal ein fan de buis, lykas werjûn yn figuer 2b.Transmissive meganyske mobiliteit wurdt útdrukt yn desibel (dB) mei de maksimale wearde as referinsje, dws \(20\log _{10} (|\tilde{Y}|/ |\tilde{Y}_{max}| )\ ), Alle FEM-stúdzjes waarden útfierd op in frekwinsje fan 29.75 kHz.
It ûntwerp fan 'e needle (fig. 3) bestiet út in konvinsjonele 21 gauge hypodermyske needle (katalogusnûmer: 4665643, Sterican\(^\circledR\), mei in bûtendiameter fan 0,8 mm, in lingte fan 120 mm, makke fan AISI chromium-nikkel RVS 304., B. Braun Melsungen AG, Melsungen, Germany) pleatst in plastic Luer Lock sleeve makke fan polypropylene proximal mei in oerienkommende tip modifikaasje.De needle buis wurdt soldered oan de waveguide lykas werjûn yn figuer 3b.De waveguide waard printe op in RVS 3D-printer (EOS Stainless Steel 316L op in EOS M 290 3D-printer, 3D Formtech Oy, Jyväskylä, Finlân) en dan hechte oan de Langevin-sensor mei M4-bouten.De Langevin-transducer bestiet út 8 piëzoelektryske ringeleminten mei twa gewichten oan elk ein.
De fjouwer soarten tips (ôfbylde), in kommersjeel beskikber lanset (L), en trije produsearre axisymmetryske single-stage bevels (AX1-3) waarden karakterisearre troch bevel lingtematen (BL) fan respektivelik 4, 1,2 en 0,5 mm.(a) Close-up fan 'e klear needle tip.(b) Top werjefte fan fjouwer pins soldered oan in 3D printe waveguide en dan ferbûn mei de Langevin sensor mei M4 bouten.
Trije axisymmetric bevel tips (figuer 3) (TAs Machine Tools Oy) waarden produsearre mei bevel lingtematen (BL, bepaald yn Fig. 2a) fan 4,0, 1,2 en 0,5 mm, oerienkommende mei \(\approx\) 2\ (^\ circ\), 7\(^\circ\) en 18\(^\circ\).De waveguide en stylusgewichten binne 3,4 ± 0,017 g (gemiddelde ± SD, n = 4) foar respektivelik bevel L en AX1–3 (Quintix\(^\circledR\) 224 Design 2, Sartorius AG, Göttingen, Dútslân).De totale lingte fan 'e punt fan' e needle oant it ein fan 'e plestik mouwe is 13,7, 13,3, 13,3, 13,3 sm foar respektivelik de bevel L en AX1-3 yn figuer 3b.
Foar alle needelkonfiguraasjes is de lingte fan 'e tip fan' e needel oant de tip fan 'e welleguide (dat wol sizze, solderinggebiet) 4,3 sm, en de naaldbuis is rjochte sadat de skuorre nei boppen is (dat wol sizze, parallel mei de Y-as). ).), lykas yn (fig. 2).
In oanpast skript yn MATLAB (R2019a, The MathWorks Inc., Massachusetts, FS) dat rint op in kompjûter (Latitude 7490, Dell Inc., Texas, FS) waard brûkt om in lineêre sinusoïdale sweep fan 25 nei 35 kHz yn 7 sekonden te generearjen, omboud ta in analoog sinjaal troch in digitaal-nei-analog (DA) converter (Analog Discovery 2, Digilent Inc., Washington, Feriene Steaten).It analoge sinjaal \(V_0\) (0,5 Vp-p) waard doe fersterke mei in tawijd radiofrekwinsje (RF) fersterker (Mariachi Oy, Turku, Finlân).De fallende fersterkingsspanning \({V_I}\) wurdt útfierd fan 'e RF-fersterker mei in útgongsimpedânsje fan 50 \(\Omega\) nei in transformator ynboud yn 'e naaldstruktuer mei in ynfierimpedânsje fan 50 \(\Omega)\) Langevin-transducer (foar- en efterkant multilayer piëzo-elektryske transducers, laden mei massa) wurde brûkt om meganyske weagen te generearjen.De oanpaste RF-fersterker is foarsjoen fan in dual-channel standing wave power factor (SWR) meter dy't ynsidint \({V_I}\) kin detektearje en reflektearre fersterke spanning \(V_R\) fia in 300 kHz analoog-nei-digitaal (AD) ) converter (Analog Discovery 2).It eksitaasjesinjaal wurdt amplitude modulearre oan it begjin en oan 'e ein om foar te kommen dat de fersterkerynfier mei transients oerladen wurdt.
Mei help fan in oanpaste skript ymplemintearre yn MATLAB, de frekwinsje antwurd funksje (AFC), dat wol sizze in lineêre stasjonêre systeem.Tapasse ek in 20 oant 40 kHz bandpassfilter om alle net winske frekwinsjes fan it sinjaal te ferwiderjen.Ferwizend nei de oerdrachtlineteory, is \(\tilde{H}(f)\) yn dit gefal lykweardich oan de spanningsrefleksjekoëffisjint, dws \(\rho _{V} \equiv {V_R}/{V_I} \)26 .Sûnt de útfierimpedânsje fan 'e fersterker \(Z_0\) oerienkomt mei de ynfierimpedânsje fan' e ynboude transformator fan 'e converter, en de refleksjekoëffisjint fan elektryske krêft \({P_R}/{P_I}\) wurdt fermindere nei \ ({V_R }^ 2/{V_I}^2\), dan is \(|\rho _{V}|^2\).Yn it gefal dêr't de absolute wearde fan elektryske krêft is fereaske, berekkenje it ynsidint \(P_I\) en wjerspegele\(P_R\) macht (W) troch it nimmen fan de root-gemiddelde fjouwerkante (rms) wearde fan 'e oerienkommende spanning, bygelyks, foar in oerdracht line mei sinusoidal excitation, \(P = {V}^2/(2Z_0)\)26, dêr't \(Z_0\) is lyk oan 50 \(\Omega\).De elektryske krêft levere oan de lading \(P_T\) (dat wol sizze it ynfoege medium) kin wurde berekkene as \(|P_I – P_R |\) (W RMS) en de effisjinsje fan macht oerdracht (PTE) kin wurde definiearre en útdrukt as in persintaazje (%) jout dus 27:
De frekwinsje-antwurd wurdt dan brûkt om de modale frekwinsjes \(f_{1-3}\) (kHz) fan it stylusûntwerp en de korrespondearjende machtoerdracht-effisjinsje te skatten, \(\text {PTE}_{1{-}3} \ ).FWHM (\(\text {FWHM}_{1{-}3}\), Hz) wurdt direkt rûsd fan \(\text {PTE}_{1{-}3}\), út Tabel 1 frekwinsjes \(f_{1-3}\) beskreaun yn.
In metoade foar it mjitten fan de frekwinsje antwurd (AFC) fan in acicular struktuer.Dual-channel swept-sine mjitting25,38 wurdt brûkt om de frekwinsje-antwurdfunksje \(\tilde{H}(f)\) en syn ympulsantwurd H(t) te krijen.\({\mathcal {F}}\) en \({\mathcal {F}}^{-1}\) jouwe de numerike ôfkoarte Fourier-transformaasje en de omkearde transformaasje-operaasje respektivelik oan.\(\tilde{G}(f)\) betsjut dat de twa sinjalen fermannichfâldige wurde yn it frekwinsjedomein, bgl. \(\tilde{G}_{XrX}\) betsjut inverse scan\(\tilde{X} r( f )\) en spanningsfallsinjaal \(\tilde{X}(f)\).
As werjûn yn fig.5, hege snelheid kamera (Phantom V1612, Vision Research Inc., New Jersey, FS) foarsjoen fan in makro lens (MP-E 65mm, \(f)/2.8, 1-5 \ (\times\), Canon Inc. .., Tokio, Japan) waarden brûkt om de ôfwiking fan in naaldpunt op te nimmen ûnderwurpen oan flexural excitation (ienfrekwinsje, trochgeande sinusoïde) op in frekwinsje fan 27.5-30 kHz.Om in skaadkaart te meitsjen, waard in koele elemint fan in wite LED mei hege yntinsiteit (dielnûmer: 4052899910881, White Led, 3000 K, 4150 lm, Osram Opto Semiconductors GmbH, Regensburg, Dútslân) pleatst efter de bevel fan 'e needle.
Foarútsicht fan de eksperimintele opset.Djipte wurdt mjitten fan it media-oerflak.De needelstruktuer wurdt klemd en monteard op in motorisearre transfertafel.Brûk in hege snelheidskamera mei in lens mei hege fergrutting (5\(\ kear\)) om de ôfwiking fan 'e skuorjende tip te mjitten.Alle dimensjes binne yn millimeters.
Foar elk type needlevel hawwe wy 300 hege snelheid kameraframes fan 128 \(\x\) 128 piksels opnommen, elk mei in romtlike resolúsje fan 1/180 mm (\(\sawat) 5 µm), mei in tydlike resolúsje fan 310.000 frames per sekonde.Lykas werjûn yn figuer 6, wurdt elk frame (1) ôfsnien (2) sadat de tip yn 'e lêste rigel (ûnderkant) fan it frame is, en dan wurdt it histogram fan 'e ôfbylding (3) berekkene, sadat Canny drompels 1 en 2 kin wurde bepaald.Tapasse dan Canny28(4)-rândeteksje mei de Sobel-operator 3 \(\times\) 3 en berekkenje de pikselposysje fan 'e net-cavitational hypotenuse (markearre \(\mathbf {\times }\)) foar alle 300-fold stappen .Om de span fan 'e ôfbuiging oan' e ein te bepalen, wurdt de derivative berekkene (mei it sintrale ferskilalgoritme) (6) en it frame dat de lokale ekstrema (dus pyk) fan 'e ôfbuiging (7) befettet, wurdt identifisearre.Nei it fisueel ynspeksje fan 'e net-kavitearjende râne, waard in pear frames (of twa frames skieden troch in heale tiidperioade) (7) selektearre en de tipôfwiking metten (labeld \(\mathbf {\times} \ ) It boppesteande waard ymplementearre yn Python (v3.8, Python Software Foundation, python.org) mei it OpenCV Canny edge-deteksjealgoritme (v4.5.1, iepen boarne kompjûterfisybiblioteek, opencv.org). elektryske krêft \ (P_T \) (W, rms) .
Tipôfwiking waard mjitten mei in searje frames nommen fan in hege snelheidskamera op 310 kHz mei in 7-stap algoritme (1-7) ynklusyf framing (1-2), Canny edge detection (3-4), pixel lokaasje râne berekkening (5) en harren tiid derivatives (6), en úteinlik peak-to-peak tip deflection waarden metten op visueel ynspektearre pearen fan frames (7).
Mjittingen waarden nommen yn loft (22,4-22,9 °C), deionisearre wetter (20,8-21,5 °C) en ballistyske gelatine 10% (w/v) (19,7-23,0 °C, \(\text {Honeywell}^{ \text { TM}}\) \(\text {Fluka}^{\text {TM}}\) Bovine and Pork Bone Gelatine for Type I Ballistic Analysis, Honeywell International, North Carolina, USA).Temperatuer waard metten mei in K-type thermocouple fersterker (AD595, Analog Devices Inc., MA, Feriene Steaten) en in K-type thermocouple (Fluke 80PK-1 Bead Probe No. 3648 type-K, Fluke Corporation, Washington, Feriene Steaten).Fan it medium waard djipte mjitten fan it oerflak (ynsteld as de oarsprong fan 'e z-as) mei in fertikale motorisearre z-as-poadium (8MT50-100BS1-XYZ, Standa Ltd., Vilnius, Litouwen) mei in resolúsje fan 5 µm.per stap.
Sûnt de stekproef grutte wie lyts (n = 5) en normaliteit koe net wurde oannommen, in twa-sample twa-tailed Wilcoxon rangsom test (R, v4.0.3, R Foundation for Statistical Computing, r-project .org) waard brûkt te fergelykjen it bedrach fan fariânsje needle tip foar ferskate bevels.Der wiene 3 fergelikingen per helling, sadat in Bonferroni-korreksje waard tapast mei in oanpast betsjuttingsnivo fan 0,017 en in flaterrate fan 5%.
Lit ús no gean nei Fig.7.By in frekwinsje fan 29,75 kHz is de bûgjende heale golf (\(\lambda_y/2\)) fan in 21-gauge naald \(\ likernôch) 8 mm.As men de tip benaderet, nimt de bûgende golflingte ôf lâns de skuorre hoeke.Oan de tip \(\lambda _y/2\) \(\sawat\) binne d'r stappen fan 3, 1 en 7 mm foar de gewoane lansetfoarmige (a), asymmetryske (b) en axisymmetryske (c) oanstriid fan ien naald , respektivelik.Dat betsjut dus dat it berik fan 'e lanset \(\ likernôch) 5 mm is (fanwege it feit dat de twa fleantugen fan 'e lanset ien punt foarmje 29,30), de asymmetryske skuorre is 7 mm, de asymmetryske skuorre is 1 mm.Axisymmetryske hellingen (it swiertepunt bliuwt konstant, sadat allinich de dikte fan 'e buismuorre eins feroaret lâns de helling).
FEM-stúdzjes en tapassing fan fergelikingen op in frekwinsje fan 29.75 kHz.1 ).De gemiddelde wearde \(\lambda_y/2\) fan 'e lanset, asymmetryske en asymmetryske bevels wie respektivelik 5,65, 5,17 en 7,52 mm.Tink derom dat tipdikte foar asymmetryske en asymmetryske bevels beheind is ta \(\ sawat) 50 µm.
Peakmobiliteit \(|\tilde{Y}_{v_yF_y}|\) is de optimale kombinaasje fan buislingte (TL) en bevellingte (BL) (fig. 8, 9).Foar in konvinsjonele lanset, sûnt syn grutte is fêst, de optimale TL is \ (\ likernôch) 29,1 mm (fig. 8).Foar asymmetryske en axisymmetryske bevels (ôfb. 9a, b, respektivelik), befette FEM-stúdzjes BL fan 1 oant 7 mm, sadat de optimale TL wiene fan 26,9 oant 28,7 mm (berik 1,8 mm) en fan 27,9 oant 29 ,2 mm (berik) 1,3 mm), respektivelik.Foar de asymmetryske helling (Fig. 9a) ferhege de optimale TL lineêr, berikte in plato by BL 4 mm, en dan skerp ôfnommen fan BL 5 nei 7 mm.Foar in axisymmetric bevel (fig. 9b) tanommen de optimale TL lineêr mei tanimmende BL en úteinlik stabilisearre op BL út 6 oan 7 mm.In útwreide stúdzje fan axisymmetric tilt (Fig. 9c) die bliken in oare set fan optimale TLs by \(\approx) 35,1-37,1 mm.Foar alle BL's is de ôfstân tusken de twa bêste TL's \(\approx\) 8mm (lykweardich oan \(\lambda_y/2\)).
Lancet oerdracht mobiliteit op 29,75 kHz.De needle waard fleksibel opwekke op in frekwinsje fan 29,75 kHz en trilling waard metten oan 'e tip fan' e needel en útdrukt as it bedrach fan oerdroegen meganyske mobiliteit (dB relatyf oan de maksimale wearde) foar TL 26,5-29,5 mm (yn stappen fan 0,1 mm) .
Parametryske stúdzjes fan 'e FEM op in frekwinsje fan 29,75 kHz litte sjen dat de transfermobiliteit fan in axisymmetryske tip minder beynfloede wurdt troch in feroaring yn' e lingte fan 'e buis as syn asymmetryske tsjinhinger.Bevel lingte (BL) en pipe lingte (TL) stúdzjes fan asymmetrysk (a) en axisymmetric (b, c) bevel geometry yn de frekwinsje domein stúdzje mei help fan FEM (grinsbetingsten wurde werjûn yn Fig. 2).(a, b) TL rûn fan 26,5 oant 29,5 mm (stap 0,1 mm) en BL 1–7 mm (stap 0,5 mm).(c) Utwreide asymmetryske tiltstúdzjes ynklusyf TL 25-40 mm (yn stappen fan 0,05 mm) en BL 0,1-7 mm (yn stappen fan 0,1 mm) dy't sjen litte dat \(\lambda_y/2\) de easken fan 'e tip moatte foldwaan.bewegende grinsbetingsten.
De needlekonfiguraasje hat trije eigenfrekwinsjes \(f_{1-3}\) ferdield yn regio's mei leech, medium en hege modus lykas werjûn yn Tabel 1. De PTE-grutte waard opnommen lykas werjûn yn fig.10 en dan analysearre yn Fig. 11. Hjirûnder binne de befinings foar elk modaal gebiet:
Typyske opnommen ynstantaneous macht oerdracht effisjinsje (PTE) amplitudes krigen mei swept-frekwinsje sinusoidal excitation foar in lanset (L) en axisymmetric bevel AX1-3 yn lucht, wetter en gelatine op in djipte fan 20 mm.Iensidige spektra wurde werjûn.De mjitten frekwinsje-antwurd (bemonstere by 300 kHz) waard low-pass filtere en dan fermindere troch in faktor fan 200 foar modale analyze.De sinjaal-to-ruis-ferhâlding is \(\le\) 45 dB.PTE-fazen (pearse stippellinen) wurde werjûn yn graden (\(^{\circ}\)).
De modale antwurdanalyse (gemiddelde ± standertdeviaasje, n = 5) werjûn yn Fig. 10, foar hellingen L en AX1-3, yn loft, wetter en 10% gelatine (djipte 20 mm), mei (top) trije modale regio's ( leech, midden en heech) en har oerienkommende modale frekwinsjes\(f_{1-3}\) (kHz), (gemiddelde) enerzjy-effisjinsje \(\text {PTE}_{1{-}3}\) Berekkene mei ekwivalinten .(4) en (ûnder) folsleine breedte by heale maksimale mjittingen \(\text {FWHM}_{1{-}3}\) (Hz), respektivelik.Tink derom dat de bânbreedtemjitting waard oerslein doe't in lege PTE waard registrearre, dat wol sizze \(\text {FWHM}_{1}\) yn gefal fan AX2-helling.De \(f_2\) modus waard fûn it meast geskikt te wêzen foar it fergelykjen fan hellingsôfwikingen, om't it it heechste nivo fan effisjinsje fan machtoerdracht toande (\(\text {PTE}_{2}\)), oant 99%.
Earste modale regio: \(f_1\) is net folle ôfhinklik fan it type medium dat ynfoege is, mar hinget ôf fan 'e mjitkunde fan 'e helling.\(f_1\) nimt ôf mei ôfnimmende bevellingte (27,1, 26,2 en 25,9 kHz yn loft foar respektivelik AX1-3).De regionale gemiddelden \(\text {PTE}_{1}\) en \(\text {FWHM}_{1}\) binne respektivelik \(\approx\) 81% en 230 Hz.\(\text {FWHM}_{1}\) hat de heechste gelatine-ynhâld yn 'e Lancet (L, 473 Hz).Tink derom dat \(\text {FWHM}_{1}\) AX2 yn gelatine net evaluearre wurde koe fanwegen de lege opnommen FRF-amplitude.
De twadde modale regio: \(f_2\) hinget ôf fan it type ynfoege media en de bevel.Gemiddelde wearden \(f_2\) binne respektivelik 29,1, 27,9 en 28,5 kHz yn loft, wetter en gelatine.Dizze modale regio liet ek in hege PTE fan 99% sjen, de heechste fan elke groep metten, mei in regionaal gemiddelde fan 84%.\(\text {FWHM}_{2}\) hat in regionaal gemiddelde fan \(\approximately\) 910 Hz.
Tredde modusregio: frekwinsje \(f_3\) hinget ôf fan it mediatype en de bevel.Gemiddelde \(f_3\) wearden binne respektivelik 32,0, 31,0 en 31,3 kHz yn loft, wetter en gelatine.It regionale gemiddelde \(\text {PTE}_{3}\) wie \(\approximately\) 74%, it leechste fan elke regio.It regionale gemiddelde \(\text {FWHM}_{3}\) is \(\approximately\) 1085 Hz, wat heger is as de earste en twadde regio.
It folgjende ferwiist nei Fig.12 en Tabel 2. De lanset (L) bûgde it meast (mei hege betsjutting foar alle tips, \(p<\) 0,017) yn sawol loft as wetter (Fig. 12a), en berikte de heechste DPR (oant 220 µm/ W yn loft). 12 en Tabel 2. De lanset (L) bûgde it meast (mei hege betsjutting foar alle tips, \(p<\) 0,017) yn sawol loft as wetter (Fig. 12a), en berikte de heechste DPR (oant 220 µm/ W yn loft). Следующее относится к рисунку 12 и таблице 2. Ланцет (L) отклонялся больше всего (с высокой для сего ков, \(p<\) 0,017) как в воздухе, так и в воде (рис. 12а), достигая самого высокого DPR . It folgjende jildt foar figuer 12 en tabel 2. Lancet (L) deflected it meast (mei hege betsjutting foar alle tips, \(p<\) 0,017) yn sawol lucht en wetter (figuer 12a), it berikken fan de heechste DPR.(oant 220 μm/W yn loft).Smt.figuer 12 en tabel 2 hjirûnder.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，，a高DPR （在空气中高达220 µm/W）.柳叶刀(L) hat de heechste ôfbuiging yn loft en wetter (对所记尖端可以高电影性,\(p<\) 0.017) (图12a), en berikte de heechste DPR (oant 220 µm/W) loft). Ланцет (L) отклонялся больше всего (высокая значимость для всех наконечников, \(p<\) 0,017) yn возначимость для всех наконечников, \(p<\) 0,017) yn возидивое (2017). наибольшего DPR (oant 220 мкм/Вт в воздухе). Lancet (L) deflearre it meast (hege betsjutting foar alle tips, \(p<\) 0.017) yn loft en wetter (Fig. 12a), en berikte de heechste DPR (oant 220 µm / W yn loft). Yn loft bûgde AX1 dy't hegere BL hie, heger ôf as AX2-3 (mei betsjutting, \(p<\) 0.017), wylst AX3 (dy't de leechste BL hie) mear as AX2 ôfwike mei in DPR fan 190 µm/W. Yn loft bûgde AX1 dy't hegere BL hie, heger ôf as AX2-3 (mei betsjutting, \(p<\) 0.017), wylst AX3 (dy't de leechste BL hie) mear as AX2 ôfwike mei in DPR fan 190 µm/W. Mei AX1 mei in bulte fan BL отклонялся выше, чем AX2–3 (as значимостью \(p<\) 0,017), maksimaal 3 какима (BL) лонялся больше, чем AX2 с DPR 190 мкм/Вт. Yn 'e loft bûgde AX1 mei hegere BL heger as AX2-3 (mei betsjutting \(p<\) 0.017), wylst AX3 (mei leechste BL) mear ôfwike as AX2 mei 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，AX2-3，转更高（具有显着性，\(p<\) 0.017．AX，轉彉），转偏转大于AX2，DPR 为190 µm/W . Yn loft is de ôfwiking fan AX1 mei hegere BL heger as dy fan AX2-3 (oantekenjend, \(p<\) 0.017), en de ôfwiking fan AX3 (mei leechste BL) is grutter dan dy fan AX2, DPR is 190 µm/W. As AX1 mei in bulte BL отклоняется больше, чем AX2-3 (oant, \(p<\) 0,017), тогда кас AX3 (mei AX3) ется больше, чем AX2 с DPR 190 мкм/Вт. Yn 'e loft slacht AX1 mei hegere BL mear ôf as AX2-3 (signifikant, \(p<\) 0.017), wylst AX3 (mei leechste BL) mear ôfwiist as AX2 mei DPR 190 µm / W.By 20 mm wetter wiene de ôfwiking en PTE AX1-3 net signifikant oars (\(p>\) 0.017).De nivo's fan PTE yn wetter (90,2-98,4%) wiene oer it generaal heger as yn loft (56-77,5%) (Fig. 12c), en it ferskynsel fan kavitaasje waard opmurken yn it eksperimint yn wetter (Fig. 13, sjoch ek oanfoljende ynformaasje).
It bedrach fan tip deflection (gemiddeld ± SD, n = 5) mjitten foar bevel L en AX1-3 yn lucht en wetter (djipte 20 mm) toant it effekt fan feroarjen bevel geometry.De mjittingen waarden krigen mei trochgeande sinusoïdale eksitaasje mei ienfrekwinsje.(a) Peak oant peak ôfwiking (\(u_y\vec {j}\)) by de tip, mjitten op (b) harren respektive modale frekwinsjes \(f_2\).(c) Power oerdracht effisjinsje (PTE, RMS,%) fan de fergeliking.(4) en (d) Deflection power faktor (DPR, µm / W) berekkene as ôfwiking peak-to-peak en oerdroegen elektryske krêft \(P_T\) (Wrms).
In typysk hege snelheid kamera-skaadplot dat de peak-to-peak-ôfwiking (griene en reade stippellinen) fan in lanset (L) en asymmetryske tip (AX1–3) yn wetter (20 mm djipte) oer in heale syklus toant.syklus, by excitaasjefrekwinsje \(f_2\) (samplingfrekwinsje 310 kHz).It fêstlein griisskaalôfbylding hat in grutte fan 128 × 128 piksels en in pikselgrutte fan \(\approx\) 5 µm.Fideo is te finen yn oanfoljende ynformaasje.
Sa, wy modeled de feroaring yn 'e bûgen golflingte (Fig. 7) en berekkene de oerdraachbere meganyske mobiliteit foar kombinaasjes fan pipe lingte en chamfer (Fig. 8, 9) foar konvinsjonele lancet, asymmetrysk en axisymmetryske chamfers fan geometryske foarmen.Op grûn fan de lêste, skatte wy de optimale ôfstân fan 43 mm (of \ (\ likernôch) 2,75 \ (\ lambda _y \) at 29,75 kHz) fan de tip nei de weld, lykas werjûn yn Fig. 5, en makke Three axisymmetric bevels mei ferskillende bevel lingtes.Wy karakterisearre doe har frekwinsjegedrach yn loft, wetter en 10% (w / v) ballistyske gelatine yn ferliking mei konvinsjonele lansetten (figueren 10, 11) en bepale de modus dy't it meast geskikt is foar fergeliking fan skuorrefleksje.Uteinlik mjitten wy tipdefleksje troch weach yn loft en wetter te bûgen op in djipte fan 20 mm en kwantifisearre de effisjinsje fan macht oerdracht (PTE,%) en deflection power faktor (DPR, µm / W) fan it ynfoegje medium foar elke bevel.angular type (fig. 12).
It is oantoand dat de geometry fan needlevel beynfloedet de hoemannichte defleksje fan de naaldpunt.De lanset berikte de heechste ôfwiking en de heechste DPR yn ferliking mei de axisymmetryske bevel mei legere gemiddelde ôfwiking (fig. 12).De 4 mm asymmetryske skuorre (AX1) mei de langste skuorre berikte in statistysk signifikante maksimale ôfwiking yn lucht yn ferliking mei de oare aksysymmetryske needles (AX2-3) (\(p <0.017\), Tabel 2), mar der wie gjin signifikant ferskil .waarnommen as de needel yn wetter pleatst wurdt.Sa is d'r gjin dúdlik foardiel foar it hawwen fan in langere bevellingte yn termen fan pykôfwiking oan 'e tip.Mei dit yn gedachten docht bliken dat de yn dizze stúdzje bestudearre skânsgeometrie in grutter effekt hat op ôfwiking as de lingte fan de skuorre.Dit kin komme troch bûgjende stivens, bygelyks ôfhinklik fan 'e totale dikte fan it materiaal dat bûgd wurdt en it ûntwerp fan' e naald.
Yn eksperimintele stúdzjes wurdt de grutte fan 'e reflektearre flekswelle beynfloede troch de grinsbetingsten fan' e tip.As de naaldpunt yn wetter en gelatine ynfoege wurdt, is \(\text {PTE}_{2}\) \(\approximately\) 95%, en \(\text {PTE}_{2}\) is \ (\text {PTE}_{2}\) de wearden binne 73% en 77% foar (\text {PTE}_{1}\) en \(\text {PTE}_{3}\), respektivelik (fig. 11).Dit jout oan dat de maksimale oerdracht fan akoestyske enerzjy nei it casting medium, dus wetter of gelatine, optreedt by \(f_2\).Fergelykber gedrach waard beoardiele yn in eardere stúdzje31 mei in ienfâldiger apparaatkonfiguraasje yn it frekwinsjeberik fan 41-43 kHz, wêryn't de auteurs de ôfhinklikheid fan 'e spanningsrefleksjekoëffisjint sjen litte op' e meganyske modulus fan it ynbêde medium.De penetraasjedjipte32 en de meganyske eigenskippen fan it weefsel jouwe in meganyske lading op 'e needel en wurde dêrom ferwachte dat se ynfloed op it resonânsjegedrach fan' e UZEFNAB.Sa kinne resonânsje-tracking-algoritmen (bgl. 17, 18, 33) brûkt wurde om de akoestyske krêft te optimalisearjen dy't troch de needle wurdt levere.
Simulaasje by bûgen golflingten (figuer 7) docht bliken dat de axisymmetric tip is struktureel mear stive (dat wol sizze, stive yn bûgen) as de lanset en asymmetryske bevel.Op grûn fan (1) en mei it brûken fan de bekende snelheid-frekwinsje relaasje, skatte wy de bûge stivens oan 'e tip fan' e needle as \(\oer\) 200, 20 en 1500 MPa foar respektivelik lanset, asymmetryske en axiale hellende fleantugen.Dit komt oerien mei \(\lambda_y\) fan respektivelik \(\approximately\) 5,3, 1,7 en 14,2 mm by 29,75 kHz (fig. 7a–c).Sjoen klinyske feiligens tidens USeFNAB, moat it effekt fan mjitkunde op 'e strukturele stivens fan' e hellende fleantúch wurde beoardiele34.
In stúdzje fan de bevel parameters relatyf oan de buis lingte (figuer 9) die bliken dat de optimale oerdracht berik wie heger foar de asymmetryske bevel (1,8 mm) as foar de axisymmetric bevel (1,3 mm).Dêrnjonken is de mobiliteit stabyl op \(\ sawat) fan 4 oant 4,5 mm en fan 6 oant 7 mm foar respektivelik asymmetryske en asymmetryske tilts (fig. 9a, b).De praktyske betsjutting fan dizze ûntdekking wurdt útdrukt yn manufacturing tolerances, Bygelyks, in legere berik fan optimale TL kin betsjutte dat gruttere lingte krektens is nedich.Tagelyk biedt it mobiliteitsplateau in gruttere tolerânsje foar it kiezen fan 'e lingte fan' e dip op in bepaalde frekwinsje sûnder in signifikante ynfloed op mobiliteit.
De stúdzje befettet de folgjende beheiningen.Direkte mjitting fan naaldôfwiking mei help fan rânedeteksje en ôfbyldings mei hege snelheid (figuer 12) betsjut dat wy beheind binne ta optysk transparante media lykas loft en wetter.Wy wolle ek derop wize dat wy gjin eksperiminten hawwe brûkt om de simulearre transfermobiliteit te testen en oarsom, mar FEM-stúdzjes brûkten om de optimale lingte foar needlefabryk te bepalen.Wat praktyske beheiningen oanbelanget, is de lingte fan 'e lanset fan tip oant mouwe \(\ likernôch) 0,4 sm langer as oare needles (AX1-3), sjoch fig.3b.Dit kin ynfloed hawwe op de modale reaksje fan it needelûntwerp.Dêrneist, de foarm en folume fan solder oan 'e ein fan in waveguide pin (sjoch figuer 3) kin beynfloedzje de meganyske impedance fan de pin design, yntrodusearje flaters yn de meganyske impedance en bûgen gedrach.
Uteinlik hawwe wy oantoand dat de eksperimintele bevelgeometry de hoemannichte ôfwiking yn USeFNAB beynfloedet.As in grutter deflection soe hawwe in posityf effekt op it effekt fan de needle op weefsel, lykas cutting effisjinsje nei piercing, dan in konvinsjonele lancet kin wurde oanrikkemandearre yn USeFNAB as it jout maksimale deflection wylst behâld fan adekwate stivens fan de strukturele tip..Boppedat hat in resinte stúdzje35 oantoand dat gruttere tipdefleksje biologyske effekten kin ferbetterje lykas kavitaasje, wat de ûntwikkeling fan minimaal invasive sjirurgyske tapassingen kin fasilitearje.Mei it each op dat tanimmende totale akoestyske krêft is oantoand om it oantal biopsies yn USeFNAB13 te ferheegjen, binne fierdere kwantitative stúdzjes fan sample kwantiteit en kwaliteit nedich om de detaillearre klinyske foardielen fan 'e studearre needle geometry te beoardieljen.
Post tiid: Jan-06-2023