Dėkojame, kad apsilankėte Nature.com.Naudojate naršyklės versiją su ribotu CSS palaikymu.Norėdami gauti geriausią patirtį, rekomenduojame naudoti atnaujintą naršyklę (arba išjungti suderinamumo režimą „Internet Explorer“).Be to, norėdami užtikrinti nuolatinį palaikymą, svetainę rodome be stilių ir JavaScript.
Slankikliai, rodantys tris straipsnius vienoje skaidrėje.Norėdami pereiti per skaidres, naudokite mygtukus „Atgal“ ir „Kitas“ arba, norėdami pereiti per kiekvieną skaidrę, naudokite skaidrių valdiklio mygtukus pabaigoje.
Neseniai buvo įrodyta, kad ultragarso naudojimas gali pagerinti audinių išeigą ultragarsu patobulintoje smulkios adatos aspiracinėje biopsijoje (USeFNAB), palyginti su įprastine smulkios adatos aspiracijos biopsija (FNAB).Ryšys tarp kampinės geometrijos ir adatos galiuko veikimo dar nebuvo ištirtas.Šiame tyrime ištyrėme adatos rezonanso ir įlinkio amplitudės ypatybes įvairioms adatų nuožulnumo geometrijoms su skirtingu kampo ilgiu.Naudojant įprastą lancetą su 3,9 mm pjūviu, antgalio įlinkio galios koeficientas (DPR) buvo atitinkamai 220 ir 105 µm/W ore ir vandenyje.Tai yra daugiau nei ašiesimetrinis 4 mm kampinis antgalis, kurio DPR ore ir vandenyje buvo atitinkamai 180 ir 80 µm/W.Šiame tyrime pabrėžiama santykio tarp kampinės geometrijos lenkimo standumo svarba skirtingų įterpimo pagalbinių priemonių kontekste, todėl jis gali suteikti informacijos apie pjovimo veiksmo valdymo po pradūrimo metodus keičiant adatos kampo geometriją, kuri yra svarbi USeFNAB.Paraiškos reikalai.
Smulkios adatos aspiracinė biopsija (FNAB) – tai metodas, kai adata naudojama audinio mėginiui paimti, kai įtariama anomalija1,2,3.Įrodyta, kad „Franseen“ tipo antgaliai užtikrina didesnį diagnostinį našumą nei tradiciniai „Lancet4“ ir „Menghini5“ antgaliai.Taip pat buvo pasiūlytos ašies (ty apskritimo) nuožulniai, siekiant padidinti tinkamo histopatologinio mėginio tikimybę6.
Biopsijos metu adata pervedama per odos ir audinių sluoksnius, siekiant atskleisti įtartiną patologiją.Naujausi tyrimai parodė, kad ultragarsinis aktyvinimas gali sumažinti pradūrimo jėgą, reikalingą norint pasiekti minkštuosius audinius7,8,9,10.Nustatyta, kad adatos nuožulnumo geometrija turi įtakos adatos sąveikos jėgoms, pvz., buvo įrodyta, kad ilgesnės nuožulnos turi mažesnes audinių įsiskverbimo jėgas 11 .Buvo pasiūlyta, kad adatai prasiskverbus į audinio paviršių, ty po pradūrimo, adatos pjovimo jėga gali būti 75 % visos adatos ir audinio sąveikos jėgos12.Nustatyta, kad ultragarsas (JAV) pagerina diagnostinės minkštųjų audinių biopsijos kokybę po punkcijos13.Kietųjų audinių mėginiams imti buvo sukurti kiti kaulų biopsijos kokybės gerinimo metodai14,15, tačiau nebuvo pranešta apie rezultatus, kurie pagerintų biopsijos kokybę.Keletas tyrimų taip pat nustatė, kad didėjant ultragarso pavaros įtampai didėja mechaninis poslinkis16,17,18.Nors yra daug ašinių (išilginių) statinių jėgų, susijusių su adatos ir audinio sąveika, tyrimų 19, 20, ultragarsu patobulinto FNAB (USeFNAB) laiko dinamikos ir adatos kampo geometrijos tyrimai yra riboti.
Šio tyrimo tikslas buvo ištirti skirtingų kampų geometrijų įtaką adatos galiuko veikimui, kurį lemia adatos lenkimas ultragarso dažniais.Visų pirma, mes ištyrėme įpurškimo terpės poveikį adatos galiuko nukrypimui po pradūrimo, naudojant įprastus adatos kampus (pvz., lancetus), ašies ir asimetrinę vieno kampo geometriją (Pav. prieigos arba minkštųjų audinių branduoliai.
Į šį tyrimą buvo įtrauktos įvairios kampinės geometrijos.a) Lancetai, atitinkantys standartą ISO 7864:201636, kur \(\alpha\) yra pirminis pasvirimo kampas, \(\theta\) yra antrinis pasvirimo kampas, o \(\phi\) yra antrinis pasvirimo kampas laipsniais , laipsniais (\(^\circ\)).b) linijinės asimetrinės vienos pakopos nuožulnos (vadinamos „standartu“ pagal DIN 13097:201937) ir c) linijinės ašies simetrinės (apskritiminės) vienos pakopos nuožulnos.
Mūsų požiūris yra pirmiausia modeliuoti lenkimo bangos ilgio pokytį išilgai nuolydžio įprastoms lancetinėms, ašisimetriškoms ir asimetriškoms vienos pakopos nuolydžio geometrijoms.Tada apskaičiavome parametrinį tyrimą, kad ištirtume pasvirimo kampo ir vamzdžio ilgio poveikį transportavimo mechanizmo judumui.Tai daroma siekiant nustatyti optimalų adatos prototipo ilgį.Remiantis modeliavimu, buvo pagaminti adatų prototipai ir eksperimentiškai charakterizuojamas jų rezonansinis elgesys ore, vandenyje ir 10 % (m/t) balistinėje želatinoje, matuojant įtampos atspindžio koeficientą ir apskaičiuojant galios perdavimo efektyvumą, iš kurio buvo nustatytas veikimo dažnis. Atkaklus..Galiausiai, didelės spartos vaizdavimas naudojamas norint tiesiogiai išmatuoti lenkimo bangos įlinkį adatos galiuke ore ir vandenyje ir įvertinti kiekvieno pakreipimo perduodamą elektros galią bei įpurškimo deformacijos galios koeficiento (DPR) geometriją. vidutinis.
Kaip parodyta 2a paveiksle, naudokite Nr. 21 vamzdį (0,80 mm OD, 0,49 mm ID, 0,155 mm vamzdžio sienelės storis, standartinė sienelė, kaip nurodyta ISO 9626:201621), pagamintą iš 316 nerūdijančio plieno (Young modulis 205).\(\tekstas {GN/m}^{2}\), tankis 8070 kg/m\(^{3}\), Puasono koeficientas 0,275).
Lenkimo bangos ilgio nustatymas ir adatos baigtinių elementų modelio (FEM) derinimas ir ribinės sąlygos.a) Nuožulnio ilgio (BL) ir vamzdžio ilgio (TL) nustatymas.(b) Trimatis (3D) baigtinių elementų modelis (FEM), naudojant harmoninę taško jėgą \(\tilde{F}_y\vec{j}\), kad sužadintų adatą proksimaliniame gale, nukreiptų tašką ir išmatuotų greitį vienam antgaliui (\( \tilde{u}_y\vec {j}\), \(\tilde{v}_y\vec {j}\)), kad apskaičiuotumėte mechaninį transporto mobilumą.\(\lambda _y\) apibrėžiamas kaip lenkimo bangos ilgis, susietas su vertikalia jėga \(\tilde{F}_y\vec {j}\).(c) Nustatykite svorio centrą, skerspjūvio plotą A ir inercijos momentus \(I_{xx}\) ir \(I_{yy}\) aplink x ir y ašis atitinkamai.
Kaip parodyta pav.2b,c, begaliniam (begaliniam) pluoštui, kurio skerspjūvio plotas A ir esant dideliam bangos ilgiui, palyginti su pluošto skerspjūvio dydžiu, lenkimo (arba lenkimo) fazės greitis \(c_{EI}\ ) apibrėžiamas kaip 22:
kur E yra Youngo modulis (\(\text {N/m}^{2}\)), \(\omega _0 = 2\pi f_0\) yra sužadinimo kampinis dažnis (rad/s), kur \( f_0 \ ) yra tiesinis dažnis (1/s arba Hz), I yra srities aplink dominančią ašį inercijos momentas \((\text {m}^{4})\) ir \(m'=\ rho _0 A \) yra ilgio vieneto masė (kg/m), kur \(\rho _0\) yra tankis \((\tekstas {kg/m}^{3})\) ir A yra kryžius -sijos pjūvio plotas (xy plokštuma) (\ (\tekstas {m}^{2}\)).Kadangi mūsų atveju veikiama jėga yra lygiagreti vertikaliajai y ašiai, ty \(\tilde{F}_y\vec {j}\), mus domina tik srities aplink horizontalią x- inercijos momentas. ašis, ty \(I_{xx} \), Štai kodėl:
Baigtinių elementų modeliui (FEM) daroma prielaida, kad yra grynas harmoninis poslinkis (m), todėl pagreitis (\(\text {m/s}^{2}\)) išreiškiamas kaip \(\partial ^2 \vec { u}/ \ dalinis t^2 = -\omega ^2\vec {u}\), pvz., \(\vec {u}(x, y, z, t) := u_x\vec {i} + u_y \vec {j }+ u_z\vec {k}\) yra trimatis poslinkio vektorius, apibrėžtas erdvinėmis koordinatėmis.Pastarąjį pakeitus galutinai deformuojama Lagranžo impulso balanso dėsnio forma23, pagal jos įgyvendinimą COMSOL Multiphysics programinės įrangos pakete (5.4-5.5 versijos, COMSOL Inc., Masačusetsas, JAV), gaunama:
Kur \(\vec {\nabla}:= \frac{\partial}}{\partial x}\vec {i} + \frac{\partial}}{\partial y}\vec {j} + \frac{ \partial }{\partial z}\vec {k}\) yra tenzorių nukrypimo operatorius, o \({\underline{\sigma}}\) yra antrasis Piola-Kirchhoff kirčio tenzorius (antra eilė, \(\ tekstas) { N /m}^{2}\)), ir \(\vec {F_V}:= F_{V_x}\vec {i}+ F_{V_y}\vec {j}+ F_{V_z}\vec { k} \) yra kiekvieno deformuojamo tūrio kūno jėgos (\(\tekstas {N/m}^{3}\)) vektorius, o \(e^{j\phi }\) yra kūno jėgos (\(\tekstas {N/m}^{3}\)) vektorius. kūno jėga, turi fazės kampą \(\ phi\) (rad).Mūsų atveju kūno tūrinė jėga yra lygi nuliui, o mūsų modelis priima geometrinį tiesiškumą ir mažas grynai tamprias deformacijas, ty \({\underline{\varepsilon}}^{el} = {\underline{\varepsilon}}\ ), kur \({\underline{\varepsilon}}^{el}\) ir \({\underline{ \varepsilon}}\) – atitinkamai tamprioji deformacija ir visuminė deformacija (be antros eilės matmenų).Huko konstitucinis izotropinis elastingumo tenzorius \(\pabrauktas {\pabrauktas {C))\) gaunamas naudojant Youngo modulį E(\(\text{N/m}^{2}\)) ir nustatomas Puasono santykis v, kad \ (\underline{\underline{C}}:=\underline{\underline{C}}(E,v)\) (ketvirta eilė).Taigi įtempių skaičiavimas tampa \({\underline{\sigma}} := \underline{\underline{C}}:{\underline{\varepsilon}}\).
Skaičiavimai atlikti su 10 mazgų tetraedriniais elementais, kurių elemento dydis \(\le\) 8 µm.Adata modeliuojama vakuume, o mechaninio mobilumo perdavimo vertė (ms-1 H-1) apibrėžiama kaip \(|\tilde{Y}_{v_yF_y}|= |\tilde{v}_y\vec { j} |/|\ tilde{F}_y\vec {j}|\)24, kur \(\tilde{v}_y\vec {j}\) yra rankinio instrumento išvesties kompleksinis greitis ir \(\tilde{ F} _y\vec {j }\) yra sudėtinga varomoji jėga, esanti proksimaliniame vamzdžio gale, kaip parodyta 2b pav.Transmisinis mechaninis mobilumas išreiškiamas decibelais (dB), naudojant didžiausią vertę, ty \(20\log _{10} (|\tilde{Y}|/ |\tilde{Y}_{max}| )\ ), Visi FEM tyrimai buvo atlikti 29,75 kHz dažniu.
Adatos konstrukcija (3 pav.) susideda iš įprastinės 21 dydžio poodinės adatos (katalogo numeris: 4665643, Sterican\(^\circledR\), kurios išorinis skersmuo 0,8 mm, ilgis 120 mm, pagaminta iš AISI chromo-nikelio nerūdijantis plienas 304., B. Braun Melsungen AG, Melsungen, Vokietija) uždėjo plastikinę Luer Lock įvorę iš polipropileno proksimalinę su atitinkama antgalio modifikacija.Adatinis vamzdelis prilituojamas prie bangolaidžio, kaip parodyta 3b pav.Bangolaidis buvo atspausdintas ant nerūdijančio plieno 3D spausdintuvo (EOS Stainless Steel 316L ant EOS M 290 3D spausdintuvo, 3D Formtech Oy, Jyväskylä, Suomija) ir tada pritvirtintas prie Langevin jutiklio naudojant M4 varžtus.Langevin keitiklį sudaro 8 pjezoelektriniai žiedo elementai su dviem svarmenimis kiekviename gale.
Keturių tipų antgaliai (nuotraukoje), parduodamas lancetas (L) ir trys pagaminti ašiesimetriniai vienpakopiai nuožulniai (AX1–3) buvo atitinkamai 4, 1,2 ir 0,5 mm nuožulniais ilgiais (BL).a) Iš arti gatavo adatos galo.(b) Keturių kaiščių, prilituotų prie 3D spausdinto bangolaidžio, vaizdas iš viršaus ir prijungtas prie Langevin jutiklio M4 varžtais.
Buvo pagaminti trys ašies simetriniai kūginiai antgaliai (3 pav.) (TAs Machine Tools Oy), kurių nuožulnų ilgis (BL, nustatytas 2a pav.) buvo 4,0, 1,2 ir 0,5 mm, atitinkantis \(\approx\) 2\ (^\). circ\), 7\(^\circ\) ir 18\(^\circ\).Bangolaidžio ir rašiklio svoris yra atitinkamai 3,4 ± 0,017 g (vidurkis ± SD, n = 4) kūginiams L ir AX1–3 (Quintix\(^\circledR\) 224 Design 2, Sartorius AG, Getingenas, Vokietija).Bendras ilgis nuo adatos galo iki plastikinės rankovės galo yra atitinkamai 13,7, 13,3, 13,3, 13,3 cm nuožulniais L ir AX1-3 3b paveiksle.
Visų adatų konfigūracijų ilgis nuo adatos galo iki bangolaidžio galo (ty litavimo ploto) yra 4,3 cm, o adatos vamzdelis nukreiptas taip, kad nuožulnus kampas būtų nukreiptas į viršų (ty lygiagretus Y ašiai). ).), kaip parodyta (2 pav.).
Pasirinktinis scenarijus MATLAB (R2019a, The MathWorks Inc., Masačusetsas, JAV), veikiantis kompiuteryje (Latitude 7490, Dell Inc., Teksasas, JAV), buvo naudojamas linijiniam sinusoidiniam slinkimui nuo 25 iki 35 kHz per 7 sekundes generuoti. konvertuojamas į analoginį signalą skaitmeninio-analoginio (DA) keitikliu (Analog Discovery 2, Digilent Inc., Vašingtonas, JAV).Tada analoginis signalas \(V_0\) (0,5 Vp-p) buvo sustiprintas tam skirtu radijo dažnio (RF) stiprintuvu (Mariachi Oy, Turku, Suomija).Krintanti stiprinimo įtampa \({V_I}\) yra išvedama iš RF stiprintuvo, kurio išėjimo varža 50 \(\Omega\), į transformatorių, įmontuotą adatos konstrukcijoje, kurios įėjimo varža 50 \(\Omega)\) Langevin keitiklis (priekiniai ir galiniai daugiasluoksniai pjezoelektriniai keitikliai, apkrauti mase) naudojami mechaninėms bangoms generuoti.Pasirinktiniame RF stiprintuve yra dviejų kanalų stovinčios bangos galios koeficiento (SWR) matuoklis, galintis aptikti kritimo \({V_I}\) ir atspindėtą sustiprintą įtampą \(V_R\) per 300 kHz analoginį skaitmeninį (AD). ) keitiklis (Analog Discovery 2).Sužadinimo signalo amplitudė yra moduliuojama pradžioje ir pabaigoje, kad būtų išvengta stiprintuvo įvesties perkrovos pereinamaisiais elementais.
Naudojant pasirinktinį scenarijų, įdiegtą MATLAB, dažnio atsako funkcija (AFC), ty prisiima tiesinę stacionarią sistemą.Taip pat naudokite 20–40 kHz dažnių juostos filtrą, kad pašalintumėte visus nepageidaujamus signalo dažnius.Atsižvelgiant į perdavimo linijos teoriją, \(\tilde{H}(f)\) šiuo atveju yra lygiavertis įtampos atspindžio koeficientui, ty \(\rho _{V} \equiv {V_R}/{V_I} \)26 .Kadangi stiprintuvo išėjimo varža \(Z_0\) atitinka keitiklio įmontuoto transformatoriaus įėjimo varžą, o elektros galios atspindžio koeficientas \({P_R}/{P_I}\) sumažintas iki \( {V_R }^ 2/{V_I}^2\ ) lygus \ (|\rho _{V}|^2\).Tuo atveju, kai reikalinga absoliuti elektros galios vertė, apskaičiuokite kritimo \(P_I\) ir atspindėto\(P_R\) galią (W), paimdami, pavyzdžiui, atitinkamos įtampos vidutinę kvadratinę (vidutinę kvadratinę) vertę. perdavimo linijai su sinusoidiniu sužadinimu, \(P = {V}^2/(2Z_0)\)26, kur \(Z_0\) lygus 50 \(\Omega\).Elektros galia, tiekiama į apkrovą \(P_T\) (ty įterpta terpė) gali būti apskaičiuojama kaip \(|P_I – P_R |\) (W RMS), o galios perdavimo efektyvumas (PTE) gali būti apibrėžtas ir išreikštas kaip procentais (%) gaunama 27:
Tada dažnio atsakas naudojamas apskaičiuojant plunksnos konstrukcijos modalinius dažnius \(f_{1-3}\) (kHz) ir atitinkamą galios perdavimo efektyvumą, \(\text {PTE}_{1{-}3} \ ).FWHM (\(\text {FWHM}_{1{-}3}\), Hz) apskaičiuojamas tiesiogiai iš \(\text {PTE}_{1{-}3}\), iš 1 lentelės dažniai \(f_{1-3}\), aprašyti .
Smailios struktūros dažnio atsako (AFC) matavimo metodas.Dviejų kanalų slinkties sinuso matavimas25,38 naudojamas dažnio atsako funkcijai \(\tilde{H}(f)\) ir jos impulsiniam atsakui H(t) gauti.\({\mathcal {F}}\) ir \({\mathcal {F}}^{-1}\) žymi atitinkamai skaitmeninę sutrumpintą Furjė transformaciją ir atvirkštinės transformacijos operaciją.\(\tilde{G}(f)\) reiškia, kad du signalai yra padauginti dažnių srityje, pvz., \(\tilde{G}_{XrX}\) reiškia atvirkštinį nuskaitymą\(\tilde{X} r( f )\) ir įtampos kritimo signalą \(\tilde{X}(f)\).
Kaip parodyta pav.5, didelės spartos kamera (Phantom V1612, Vision Research Inc., Naujasis Džersis, JAV) su makroobjektyvu (MP-E 65 mm, \(f)/2.8, 1-5 \ (\times\), Canon Inc. ., Tokijas, Japonija), buvo naudojami adatos antgalio, veikiamo lenkimo sužadinimo (vieno dažnio, nuolatinio sinusoidinio) nuokrypiui užfiksuoti 27,5–30 kHz dažniu.Norėdami sukurti šešėlinį žemėlapį, už adatos kampo buvo uždėtas aušinamas didelio intensyvumo balto šviesos diodo elementas (detalės numeris: 4052899910881, White Led, 3000 K, 4150 lm, Osram Opto Semiconductors GmbH, Regensburgas, Vokietija).
Eksperimentinės sąrankos vaizdas iš priekio.Gylis matuojamas nuo terpės paviršiaus.Adatos konstrukcija yra prispausta ir sumontuota ant motorizuoto perdavimo stalo.Norėdami išmatuoti nuožulniojo galo įlinkį, naudokite didelės spartos kamerą su didelio padidinimo objektyvu (5\(\times\)).Visi matmenys nurodyti milimetrais.
Kiekvienam adatos kampo tipui įrašėme 300 didelės spartos 128 \(\x\) 128 pikselių kameros kadrų, kurių kiekvieno erdvinė skiriamoji geba yra 1/180 mm (\(\apytiksliai) 5 µm) ir laiko skyra 310 000 kadrų per sekundę.Kaip parodyta 6 paveiksle, kiekvienas kadras (1) apkarpomas (2), kad galas būtų paskutinėje kadro eilutėje (apačioje), tada apskaičiuojama vaizdo histograma (3), todėl Canny slenksčiai 1 ir 2 galima nustatyti.Tada pritaikykite Canny28(4) briaunos aptikimą naudodami Sobel operatorių 3 \(\times\) 3 ir apskaičiuokite nekavitacinės hipotenuzės (pažymėtos \(\mathbf {\times }\)) pikselių padėtį visiems 300 kartų žingsniams. .Norint nustatyti deformacijos intervalą pabaigoje, apskaičiuojama išvestinė vertė (naudojant centrinio skirtumo algoritmą) (6) ir nustatomas rėmas, kuriame yra deformacijos (7) vietinis ekstremumas (ty smailė).Vizualiai apžiūrėjus nekavituojančią kraštą, buvo pasirinkta pora rėmelių (arba du kadrai, atskirti per pusę laiko) (7) ir išmatuotas galiuko įlinkis (pažymėtas \(\mathbf {\times} \ ) Python (v3.8, Python Software Foundation, python.org), naudojant OpenCV Canny krašto aptikimo algoritmą (v4.5.1, atvirojo kodo kompiuterio vizijos biblioteka, opencv.org \ (P_T \) (W, rms) .
Antgalio įlinkis buvo matuojamas naudojant seriją kadrų, paimtų iš didelės spartos kameros esant 310 kHz, naudojant 7 žingsnių algoritmą (1–7), įskaitant kadravimą (1–2), „Canny“ krašto aptikimą (3–4), vaizdo taškų vietos kraštą. apskaičiavimas (5) ir jų laiko išvestinės (6) ir galiausiai viršūnės nuokrypis buvo išmatuotas vizualiai patikrintose rėmelių porose (7).
Matavimai atlikti ore (22,4-22,9°C), dejonizuotame vandenyje (20,8-21,5°C) ir balistinėje želatinoje 10% (m/t) (19,7-23,0°C, \(\text {Honeywell}^{ \text) { TM}}\) \(\text {Fluka}^{\text {TM}}\) Galvijų ir kiaulienos kaulų želatina I tipo balistinei analizei, Honeywell International, Šiaurės Karolina, JAV).Temperatūra buvo matuojama K tipo termoporos stiprintuvu (AD595, Analog Devices Inc., MA, JAV) ir K tipo termopora (Fluke 80PK-1 Bead Probe No. 3648 type-K, Fluke Corporation, Vašingtonas, JAV).Iš terpės Gylis buvo matuojamas nuo paviršiaus (nustatytas kaip z ašies pradžia) naudojant vertikalią motorizuotą z ašies pakopą (8MT50-100BS1-XYZ, Standa Ltd., Vilnius, Lietuva), kurios skiriamoji geba yra 5 µm.per žingsnį.
Kadangi imties dydis buvo mažas (n = 5) ir negalima daryti prielaidos normalumo, buvo naudojamas dviejų imčių dvipusis Wilcoxon rangų sumos testas (R, v4.0.3, R Foundation for Statistical Computing, r-project .org). kad palygintumėte skirtingų nuožulnų adatos antgalio dispersijos dydį.Buvo 3 palyginimai kiekvienam nuolydžiui, todėl buvo pritaikyta Bonferroni korekcija su pakoreguotu 0,017 reikšmingumo lygiu ir 5% klaidų lygiu.
Dabar pereikime prie 7 pav.Esant 29,75 kHz dažniui, 21 dydžio adatos lenkimo pusės banga (\(\lambda_y/2\)) yra \(\apytiksliai) 8 mm.Artėjant prie galo, lenkimo bangos ilgis mažėja išilgai įstrižo kampo.Ant galo \(\lambda _y/2\) \(\apytikriai\) yra 3, 1 ir 7 mm žingsniai, skirti įprastiniam vienos adatos lancetiniam (a), asimetriniam (b) ir ašiesimetriniam (c) pokrypiui. , atitinkamai.Taigi tai reiškia, kad lanceto diapazonas yra \(\apytiksliai) 5 mm (dėl to, kad dvi lanceto plokštumos sudaro vieną tašką29, 30), asimetrinis kampas yra 7 mm, asimetrinis kampas yra 1 mm.Ašimetriniai šlaitai (svorio centras išlieka pastovus, todėl išilgai nuolydžio faktiškai keičiasi tik vamzdžio sienelės storis).
FEM tyrimai ir lygčių taikymas 29,75 kHz dažniu.(1) Skaičiuojant lenkimo pusės bangos (\(\lambda_y/2\)) kitimą lanceto (a), asimetrinės (b) ir ašiesimetrinės (c) kampinės geometrijos (kaip 1a,b,c pav.) ).Vidutinė lancetinių, asimetrinių ir ašiesimetrinių kampų vertė \(\lambda_y/2\) buvo atitinkamai 5,65, 5,17 ir 7,52 mm.Atkreipkite dėmesį, kad asimetrinio ir ašies nuožulnumo antgalio storis ribojamas iki \(\apytiksliai) 50 µm.
Maksimalus mobilumas \(|\tilde{Y}_{v_yF_y}|\) yra optimalus vamzdžio ilgio (TL) ir kampo ilgio (BL) derinys (8, 9 pav.).Įprastam lancetui, kadangi jo dydis yra fiksuotas, optimalus TL yra \(\apytiksliai) 29,1 mm (8 pav.).Asimetrinių ir ašiesimetrinių kampų (atitinkamai 9a, b pav.) FEM tyrimai apėmė BL nuo 1 iki 7 mm, todėl optimalūs TL buvo nuo 26,9 iki 28,7 mm (diapazonas 1,8 mm) ir nuo 27,9 iki 29,2 mm (diapazonas). 1,3 mm), atitinkamai.Asimetriniam nuolydžiui (9a pav.) optimalus TL padidėjo tiesiškai, pasiekė BL 4 mm plokščiakalnį, o po to smarkiai sumažėjo nuo BL 5 iki 7 mm.Ašiesimetrinio kampo (9b pav.) optimalus TL didėjo tiesiškai didėjant BL ir galiausiai stabilizavosi ties BL nuo 6 iki 7 mm.Išplėstinis ašiesimetrinio posvyrio tyrimas (9c pav.) atskleidė skirtingą optimalių TL rinkinį esant \(\approx) 35,1–37,1 mm.Visiems BL atstumas tarp dviejų geriausių TL yra \(\approx\) 8 mm (atitinka \(\lambda_y/2\)).
Lanceto perdavimo mobilumas esant 29,75 kHz.Adata buvo lanksčiai sužadinama 29,75 kHz dažniu, o vibracija buvo išmatuota adatos gale ir išreiškiama kaip perduodamo mechaninio mobilumo dydis (dB, palyginti su maksimalia verte) TL 26,5–29,5 mm (0,1 mm žingsniais). .
Parametriniai FEM tyrimai 29,75 kHz dažniu rodo, kad ašiesimetrinio antgalio perdavimo mobilumui vamzdžio ilgio pokytis įtakos turi mažiau nei jo asimetrinio atitikmens.Asimetrinės (a) ir ašiesimetrinės (b, c) kampinės geometrijos nuožulniojo ilgio (BL) ir vamzdžio ilgio (TL) tyrimai dažnių srities tyrime naudojant FEM (ribinės sąlygos parodytos 2 pav.).(a, b) TL svyravo nuo 26,5 iki 29,5 mm (0,1 mm žingsnis) ir BL 1–7 mm (0,5 mm žingsnis).(c) Išplėstiniai ašies simetrinio posvyrio tyrimai, įskaitant TL 25–40 mm (0,05 mm žingsniais) ir BL 0,1–7 mm (0,1 mm žingsniais), rodantys, kad \(\lambda_y/2\ ) turi atitikti antgalio reikalavimus.judančios ribinės sąlygos.
Adatos konfigūracija turi tris savuosius dažnius \(f_{1-3}\), suskirstytus į žemo, vidutinio ir aukšto režimo sritis, kaip parodyta 1 lentelėje. PTE dydis buvo užfiksuotas, kaip parodyta fig.10, o tada analizuojama 11 pav. Toliau pateikiami kiekvienos modalinės srities išvados:
Įprastos užfiksuotos momentinės galios perdavimo efektyvumo (PTE) amplitudės, gautos naudojant lanceto (L) ir ašiesimetrinio kampo AX1-3 sužadinimą ore, vandenyje ir želatinoje 20 mm gylyje.Rodomi vienpusiai spektrai.Išmatuotas dažnio atsakas (atrinktas 300 kHz dažniu) buvo filtruojamas žemųjų dažnių dažniu ir sumažintas 200 kartų, kad būtų galima atlikti modalinę analizę.Signalo ir triukšmo santykis yra \(\le\) 45 dB.PTE fazės (violetinės punktyrinės linijos) rodomos laipsniais (\(^{\circ}\)).
Modalinio atsako analizė (vidurkis ± standartinis nuokrypis, n = 5), parodyta 10 pav., L ir AX1-3 šlaituose, ore, vandenyje ir 10 % želatinoje (gylis 20 mm), su (viršutinėmis) trimis modalinėmis sritimis ( žemas, vidutinis ir aukštas) ir juos atitinkantys modaliniai dažniai\(f_{1-3 }\) (kHz), (vidutinis) energijos vartojimo efektyvumas \(\text {PTE}_{1{-}3}\) Apskaičiuota naudojant ekvivalentus .(4) ir (apačioje) visas plotis, esant pusei didžiausių išmatavimų \(\text {FWHM}_{1{-}3}\) (Hz).Atminkite, kad pralaidumo matavimas buvo praleistas, kai buvo užregistruotas mažas PTE, ty \(\tekstas {FWHM}_{1}\) AX2 nuolydžio atveju.Nustatyta, kad \(f_2\) režimas yra tinkamiausias lyginant nuolydžio įlinkius, nes jis parodė aukščiausią galios perdavimo efektyvumo lygį (\(\text {PTE}_{2}\)), net iki 99%.
Pirmoji modalinė sritis: \(f_1\) nelabai priklauso nuo įterptos terpės tipo, bet priklauso nuo nuolydžio geometrijos.\(f_1\) mažėja mažėjant kampo ilgiui (atitinkamai 27,1, 26,2 ir 25,9 kHz ore AX1-3).Regioniniai vidurkiai \(\text {PTE}_{1}\) ir \(\text {FWHM}_{1}\) yra atitinkamai \(\approx\) 81 % ir 230 Hz.\(\text {FWHM}_{1}\) turi didžiausią želatinos kiekį Lancete (L, 473 Hz).Atminkite, kad \(\text {FWHM}_{1}\) AX2 želatinoje negalėjo būti įvertintas dėl mažos įrašytos FRF amplitudės.
Antroji modalinė sritis: \(f_2\) priklauso nuo įdėtos laikmenos tipo ir nuožulnumo.Vidutinės reikšmės \(f_2\) yra atitinkamai 29,1, 27,9 ir 28,5 kHz ore, vandenyje ir želatinoje.Šis modalinis regionas taip pat parodė aukštą 99% PTE, kuris yra didžiausias iš visų išmatuotų grupių, o regiono vidurkis buvo 84%.\(\text {FWHM}_{2}\) regiono vidurkis yra \(\apytiksliai\) 910 Hz.
Trečiojo režimo sritis: dažnis \(f_3\) priklauso nuo laikmenos tipo ir kampo.Vidutinės \(f_3\) reikšmės yra atitinkamai 32,0, 31,0 ir 31,3 kHz ore, vandenyje ir želatinoje.\(\text {PTE}_{3}\) regiono vidurkis buvo \(\apytiksliai\) 74 %, mažiausias iš visų regionų.Regiono vidurkis \(\text {FWHM}_{3}\) yra \(\apytiksliai\) 1085 Hz, o tai yra didesnis nei pirmojo ir antrojo regionų.
       Toliau nurodyta pav.12 ir 2 lentelė. Lancetas (L) labiausiai (svarbiausia visiems antgaliams, \(p<\) 0,017) nukrypo tiek ore, tiek vandenyje (12a pav.), pasiekdamas aukščiausią DPR (iki 220 µm/). W ore). 12 ir 2 lentelė. Lancetas (L) labiausiai (svarbiausia visiems antgaliams, \(p<\) 0,017) nukrypo tiek ore, tiek vandenyje (12a pav.), pasiekdamas aukščiausią DPR (iki 220 µm/). W ore). Следующее относится к рисунку 12 и таблице 2. Ланцет (L) отклонялся больше вселххчиенкой значв в, \(p<\) 0,017) как в воздухе, так и в воде (рис. 12а), достигая самого высокого DPR . Tai taikoma 12 paveikslui ir 2 lentelei. Lancetas (L) labiausiai nukrypo (svarbiausia visiems antgaliams, \(p<\) 0,017) ir ore, ir vandenyje (12a pav.), pasiekdamas didžiausią DPR.(iki 220 μm/W ore).Smt.12 paveikslas ir 2 lentelė toliau.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，\(p<\)性，\(p<\)性，\(p<\) 0,017高DPR （在空气中高达220 µm/W）.柳叶刀(L) turi didžiausią deformaciją ore ir vandenyje (对所记尖端可以高电影性,\(p<\) 0,017) (图12a) ir pasiekė didžiausią DPR (iki 220 µm/W). oras). Ланцет (L) отклонялся больше всего (высокая значимость для всех наконечников, \(p<\) 0,017) (.водестри.возри.), наибольшего DPR (iki 220 мкм/Вт в воздухе). Lancetas (L) labiausiai (didelė reikšmė visiems antgaliams, \(p<\) 0,017) nukrypo ore ir vandenyje (12a pav.), pasiekdama aukščiausią DPR (iki 220 µm/W ore). Ore AX1, kurio BL buvo didesnis, nukreipė daugiau nei AX2–3 (svarbu, \(p<\) 0,017), o AX3 (kuris turėjo mažiausią BL) nukreipė daugiau nei AX2, kai DPR buvo 190 µm/W. Ore AX1, kurio BL buvo didesnis, nukreipė daugiau nei AX2–3 (svarbu, \(p<\) 0,017), o AX3 (kuris turėjo mažiausią BL) nukreipė daugiau nei AX2, kai DPR buvo 190 µm/W. В воздухе AX1 с более высоким BL отклонялся выше, чем AX2–3 (со значимостью \(p<\) 0,017), BL онялся больше, чем AX2 с DPR 190 мкм/Вт. Ore AX1 su didesniu BL nukrypo daugiau nei AX2–3 (svarba \(p<\) 0,017), o AX3 (su mažiausiu BL) nukreipė daugiau nei AX2, kai DPR buvo 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，\(p<\)扉伄缚有匌AX3，耀 0,017偏转大于AX2, DPR 为 190 µm/W . Ore AX1 įlinkis su didesniu BL yra didesnis nei AX2-3 (žymiai, \(p<\) 0,017), o AX3 (su mažiausiu BL) įlinkis yra didesnis nei AX2, DPR yra 190 µm/W. В воздухе AX1 с более высоким BL отклоняется больше, чем AX2-3 (значимо, \(p<\) 0,017), тогда (казникалкимо3 тся больше, чем AX2 с DPR 190 мкм/Вт. Ore AX1 su didesniu BL iškreipia daugiau nei AX2-3 (reikšmingas, \(p<\) 0,017), o AX3 (su mažiausiu BL) nukreipia daugiau nei AX2, kai DPR yra 190 µm/W.Esant 20 mm vandeniui, įlinkis ir PTE AX1–3 reikšmingai nesiskyrė (\(p>\) 0,017).PTE kiekis vandenyje (90,2–98,4 %) paprastai buvo didesnis nei ore (56–77,5 %) (12c pav.), o eksperimento su vandeniu metu buvo pastebėtas kavitacijos reiškinys (13 pav., taip pat žr. informacija).
Antgalio įlinkio dydis (vidurkis ± SD, n = 5), išmatuotas nuožulnumui L ir AX1-3 ore ir vandenyje (gylis 20 mm), rodo besikeičiančios kampo geometrijos poveikį.Matavimai buvo gauti naudojant nuolatinį vieno dažnio sinusoidinį sužadinimą.a) nuokrypis nuo didžiausio iki maksimumo (\(u_y\vec {j}\)) viršūnėje, išmatuotas esant (b) atitinkamiems modaliniams dažniams \(f_2\).c) lygties galios perdavimo efektyvumas (PTE, RMS, %).(4) ir (d) deformacijos galios koeficientas (DPR, µm/W), apskaičiuotas kaip nuokrypis nuo smailės iki maksimumo ir perduodama elektros galia \(P_T\) (Wrms).
Tipiškas didelės spartos fotoaparato šešėlių grafikas, rodantis lanceto (L) ir ašiesimetrinio galo (AX1–3) nuokrypį nuo smailės iki maksimumo (žalios ir raudonos punktyrinės linijos) vandenyje (20 mm gylyje) per pusę ciklo.ciklas, sužadinimo dažniu \(f_2\) (atrankos dažnis 310 kHz).Užfiksuoto pilkos spalvos vaizdo dydis yra 128 × 128 pikselių, o pikselių dydis – \(\apytiksliai\) 5 µm.Vaizdo įrašą galite rasti papildomoje informacijoje.
Taigi sumodeliavome lenkimo bangos ilgio pokytį (7 pav.) ir apskaičiavome perkeliamą mechaninį mobilumą vamzdžio ilgio ir nuožulnumo deriniams (8, 9 pav.) įprastoms geometrinių formų lancetinėms, asimetriškoms ir ašisimetriškoms nuožulnoms.Remdamiesi pastaruoju, įvertinome optimalų 43 mm atstumą (arba \(\apytiksliai) 2,75\(\lambda _y\) esant 29,75 kHz) nuo galo iki suvirinimo siūlės, kaip parodyta 5 pav., ir padarėme Trys ašimimetrines skirtingų kampų ilgių nuožulniai.Tada apibūdinome jų dažnio elgseną ore, vandenyje ir 10 % (m/v) balistinėje želatinoje, lyginant su įprastomis lancetėmis (10, 11 pav.), ir nustatėme režimą, tinkamiausią kūginės deformacijos palyginimui.Galiausiai išmatavome antgalio įlinkį lenkiant bangą ore ir vandenyje 20 mm gylyje ir kiekybiškai įvertinome kiekvieno kampo įterpimo terpės galios perdavimo efektyvumą (PTE, %) ir deformacijos galios koeficientą (DPR, µm/W).kampinis tipas (12 pav.).
Įrodyta, kad adatos kampo geometrija turi įtakos adatos galiuko įlinkio dydžiui.Lancetas pasiekė didžiausią įlinkį ir didžiausią DPR, lyginant su ašiesimetriniu kampu, kurio vidutinė deformacija mažesnė (12 pav.).4 mm ašiesimetrinis kampas (AX1) su ilgiausiu nuožulniu kampu pasiekė statistiškai reikšmingą didžiausią oro deformaciją, palyginti su kitomis ašies simetrinėmis adatomis (AX2–3) (\(p < 0,017\), 2 lentelė), tačiau reikšmingo skirtumo nebuvo. .stebimas, kai adata įdedama į vandenį.Taigi nėra jokio akivaizdaus pranašumo turėti ilgesnį kampo ilgį, atsižvelgiant į didžiausią nuokrypį ant galo.Turint tai omenyje, paaiškėja, kad šiame tyrime tirta nuožulnios formos geometrija turi didesnę įtaką įlinkio dydžiui nei nuožulnios formos ilgis.Tai gali būti dėl lenkimo standumo, pavyzdžiui, atsižvelgiant į bendrą lenkiamos medžiagos storį ir adatos konstrukciją.
Atliekant eksperimentinius tyrimus, atspindėtos lenkimo bangos dydžiui įtakos turi galiuko ribinės sąlygos.Kai adatos galiukas įkišamas į vandenį ir želatiną, \(\tekstas {PTE}_{2}\) yra \(\apytiksliai\) 95%, o \(\text {PTE}_{ 2}\) yra \ (\text {PTE}_{ 2}\) reikšmės yra 73 % ir 77 % (\text {PTE}_{1}\) ir \(\text {PTE}_{3}\), atitinkamai (11 pav.).Tai rodo, kad didžiausias akustinės energijos perdavimas liejimo terpei, ty vandeniui arba želatinai, vyksta ties \(f_2\).Panašus elgesys buvo pastebėtas ankstesniame tyrime31, naudojant paprastesnę įrenginio konfigūraciją 41–43 kHz dažnių diapazone, kuriame autoriai parodė įtampos atspindžio koeficiento priklausomybę nuo įterptosios terpės mechaninio modulio.Įsiskverbimo gylis32 ir audinio mechaninės savybės suteikia mechaninę adatos apkrovą, todėl tikimasi, kad tai turės įtakos UZEFNAB rezonansiniam elgesiui.Taigi, akustinei galiai, perduodamai per adatą, optimizuoti galima naudoti rezonanso sekimo algoritmus (pvz., 17, 18, 33).
Modeliavimas esant lenkimo bangos ilgiams (7 pav.) rodo, kad ašies simetriškas galas yra struktūriškai standesnis (ty standesnis lenkiant) nei lancetas ir asimetrinis kūgis.Remdamiesi (1) ir naudodami žinomą greičio ir dažnio santykį, lenkimo standumą adatos gale įvertiname atitinkamai 200, 20 ir 1500 MPa lancetinėse, asimetrinėse ir ašyje pasvirusiose plokštumose.Tai atitinka \(\lambda_y\) iš \(\apytiksliai\) 5,3, 1,7 ir 14,2 mm, esant 29,75 kHz (7a–c pav.).Atsižvelgiant į klinikinį saugumą USeFNAB metu, reikia įvertinti geometrijos poveikį pasvirusios plokštumos konstrukciniam standumui34.
Ištyrus kampinio kampo parametrus, palyginti su vamzdžio ilgiu (9 pav.), nustatyta, kad optimalus perdavimo diapazonas buvo didesnis asimetrinio kūgio (1,8 mm) nei ašiesimetrinio kampo (1,3 mm).Be to, mobilumas yra stabilus \(\apytiksliai) nuo 4 iki 4,5 mm ir nuo 6 iki 7 mm atitinkamai asimetrinio ir ašies posvyrio atveju (9a, b pav.).Praktinė šio atradimo reikšmė išreiškiama gamybos tolerancijose, pavyzdžiui, mažesnis optimalaus TL diapazonas gali reikšti, kad reikalingas didesnis ilgio tikslumas.Tuo pačiu metu mobilumo plokščiakalnis suteikia didesnę toleranciją pasirenkant kritimo ilgį tam tikru dažniu, nedarant reikšmingos įtakos mobilumui.
Tyrimas apima šiuos apribojimus.Tiesioginis adatos įlinkio matavimas naudojant krašto aptikimą ir didelės spartos vaizdavimą (12 pav.), reiškia, kad apsiribojame optiškai skaidriomis terpėmis, tokiomis kaip oras ir vanduo.Taip pat norėtume atkreipti dėmesį į tai, kad mes nenaudojome eksperimentų, kad patikrintume imituojamą perdavimo mobilumą ir atvirkščiai, bet naudojome FEM tyrimus, kad nustatytų optimalų adatos gaminimo ilgį.Kalbant apie praktinius apribojimus, lanceto ilgis nuo galo iki rankovės yra \(\apytiksliai) 0,4 cm ilgesnis nei kitų adatų (AX1-3), žr.3b.Tai gali turėti įtakos adatos konstrukcijos modaliniam atsakui.Be to, lydmetalio forma ir tūris bangolaidžio kaiščio gale (žr. 3 pav.) gali paveikti kaiščio konstrukcijos mechaninę varžą, todėl gali atsirasti mechaninės varžos ir lenkimo klaidų.
Galiausiai parodėme, kad eksperimentinė kampo geometrija turi įtakos USeFNAB deformacijos dydžiui.Jei didesnis įlinkis turėtų teigiamą poveikį adatos poveikiui audiniams, pvz., pjovimo efektyvumui po pradūrimo, tuomet USeFNAB galima rekomenduoti įprastą lancetą, nes jis užtikrina didžiausią deformaciją, išlaikant tinkamą konstrukcinio galo standumą..Be to, neseniai atliktas tyrimas35 parodė, kad didesnis galiuko įlinkis gali sustiprinti biologinį poveikį, pvz., kavitaciją, o tai gali palengvinti minimaliai invazinių chirurginių programų kūrimą.Atsižvelgiant į tai, kad įrodyta, kad didėjanti bendra akustinė galia padidina USeFNAB13 biopsijų skaičių, reikia atlikti tolesnius kiekybinius mėginių kiekio ir kokybės tyrimus, kad būtų galima įvertinti išsamią klinikinę tiriamos adatos geometrijos naudą.