Matur nuwun kanggo ngunjungi Nature.com.Sampeyan nggunakake versi browser kanthi dhukungan CSS winates.Kanggo pengalaman paling apik, disaranake sampeyan nggunakake browser sing dianyari (utawa mateni Mode Kompatibilitas ing Internet Explorer).Kajaba iku, kanggo njamin dhukungan sing terus-terusan, kita nuduhake situs kasebut tanpa gaya lan JavaScript.
Nampilake carousel telung slide bebarengan.Gunakake tombol Sadurungé lan Sabanjure kanggo pindhah liwat telung minger bebarengan, utawa nggunakake tombol panggeser ing mburi kanggo pindhah liwat telung minger bebarengan.
Saiki wis ditampilake yen panggunaan ultrasonik bisa ningkatake asil jaringan ing biopsi aspirasi jarum halus (USeFNAB) sing ditingkatake ultrasonik dibandhingake karo biopsi aspirasi jarum halus (FNAB) konvensional.Hubungan antara geometri bevel lan aksi tip jarum durung diteliti.Ing panliten iki, kita nyelidiki sifat resonansi jarum lan amplitudo defleksi kanggo macem-macem geometri bevel jarum kanthi dawa bevel sing beda.Nggunakake lancet konvensional kanthi potongan 3,9 mm, faktor daya defleksi tip (DPR) yaiku 220 lan 105 µm/W ing udara lan banyu.Iki luwih dhuwur tinimbang tip bevel 4mm axisymmetric, sing entuk DPR 180 lan 80 µm/W ing udara lan banyu.Panaliten iki nyoroti pentinge hubungan antarane kaku mlengkung saka geometri bevel ing konteks bantuan selipan sing beda-beda, lan kanthi mangkono bisa menehi wawasan babagan cara kanggo ngontrol aksi potong sawise tusukan kanthi ngganti geometri bevel jarum, sing penting kanggo USeFNAB.prakara aplikasi.
Biopsi aspirasi jarum halus (FNAB) yaiku teknik jarum digunakake kanggo njupuk sampel jaringan nalika dicurigai ana kelainan1,2,3.Tip jinis Franseen wis ditampilake nyedhiyakake kinerja diagnostik sing luwih dhuwur tinimbang tip tradisional Lancet4 lan Menghini5.Bevel Axisymmetric (yaiku circumferential) uga wis diusulake kanggo nambah kemungkinan sampel sing nyukupi kanggo histopatologi6.
Sajrone biopsi, jarum dilewati liwat lapisan kulit lan jaringan kanggo mbukak patologi sing curiga.Panaliten anyar nuduhake yen aktivasi ultrasonik bisa nyuda gaya tusukan sing dibutuhake kanggo ngakses jaringan alus7,8,9,10.Geometri bevel jarum wis ditampilake mengaruhi gaya interaksi jarum, contone, bevel sing luwih dawa wis dituduhake duwe daya penetrasi jaringan sing luwih murah 11 .Wis disaranake yen sawise jarum wis nembus lumahing jaringan, yaiku sawise tusukan, gaya pemotongan jarum bisa 75% saka total gaya interaksi jarum-jaringan12.Ultrasound (US) wis ditampilake kanggo nambah kualitas biopsi jaringan alus diagnostik ing phase post-puncture13.Cara liya kanggo nambah biopsi balung wis dikembangake kanggo sampling jaringan keras14,15 nanging ora ana asil sing dilapurake sing ningkatake kualitas biopsi.Sawetara panaliten uga nemokake manawa pamindahan mekanik mundhak kanthi nambah voltase drive ultrasonik16,17,18.Sanajan ana akeh studi babagan gaya statis aksial (longitudinal) ing interaksi jarum-jaringan19,20, studi babagan dinamika temporal lan geometri bevel jarum ing ultrasonik ditingkatake FNAB (USeFNAB) diwatesi.
Tujuwan saka panliten iki yaiku kanggo nyelidiki efek geometri bevel sing beda-beda ing aksi ujung jarum sing didorong dening fleksi jarum ing frekuensi ultrasonik.Utamane, kita nyelidiki efek medium injeksi ing defleksi tip jarum sawise tusukan kanggo bevels jarum konvensional (contone, lancet), geometri bevel tunggal axisymmetric lan asimetris (Fig. kanggo nggampangake pangembangan jarum USeFNAB kanggo macem-macem tujuan kayata nyedhot selektif. akses utawa inti jaringan alus.
Maneka warna geometri bevel kalebu ing panliten iki.(a) Lancet sing cocog karo ISO 7864: 201636 ing ngendi \(\alpha\) minangka sudut miring primer, \(\theta\) minangka sudut rotasi bevel sekunder, lan \(\phi\) minangka sudut rotasi miring sekunder ing derajat , ing derajat (\(^\circ\)).(b) linear asymmetrical single step chamfers (disebut "standar" ing DIN 13097:201937) lan (c) linear axisymmetric (circumferential) single step chamfers.
Pendekatan kita yaiku kanggo model pisanan owah-owahan ing dawa gelombang mlengkung ing sadawane slope kanggo lancet konvensional, axisymmetric, lan asimetris siji-stage geometri slope.Kita banjur ngetung studi parametrik kanggo mriksa efek sudut bevel lan dawa tabung ing mobilitas mekanisme transportasi.Iki ditindakake kanggo nemtokake dawa optimal kanggo nggawe jarum prototipe.Adhedhasar simulasi, prototipe jarum digawe lan prilaku resonansi ing udhara, banyu, lan 10% (w / v) gelatin balistik ditondoi kanthi eksperimen kanthi ngukur koefisien refleksi voltase lan ngitung efisiensi transfer daya, saka frekuensi operasi kasebut. ditemtokake..Pungkasan, pencitraan kanthi kacepetan dhuwur digunakake kanggo langsung ngukur defleksi gelombang mlengkung ing pucuk jarum ing udhara lan banyu, lan kanggo ngira daya listrik sing ditularake saben miring lan geometri faktor daya defleksi (DPR) sing disuntikake. medium.
Minangka ditampilake ing Figure 2a, nggunakake pipe No.. 21 (0,80 mm OD, 0,49 mm ID, 0,155 mm kekandelan tembok pipe, tembok standar minangka kasebut ing ISO 9626: 201621) digawe saka 316 stainless steel (Modulus Young 205).\(\text {GN/m}^{2}\), kapadhetan 8070 kg/m\(^{3}\), rasio Poisson 0,275).
Penentuan dawa gelombang mlengkung lan nyetel model unsur terhingga (FEM) saka kondisi jarum lan wates.(a) Penentuan dawa bevel (BL) lan dawa pipa (TL).(b) Model unsur wates (FEM) telung dimensi (3D) nggunakake gaya titik harmonik \(\tilde{F}_y\vec{j}\) kanggo excite jarum ing mburi proksimal, deflect titik, lan ngukur kecepatan. saben tip (\(\tilde{u}_y\vec {j}\), \(\tilde{v}_y\vec {j}\)) kanggo ngetung mobilitas transportasi mekanis.\(\lambda _y\) ditetepake minangka dawane gelombang mlengkung sing digandhengake karo gaya vertikal \(\tilde{F}_y\vec {j}\).(c) Nemtokake pusat gravitasi, luas penampang A, lan momen inersia \(I_{xx}\) lan \(I_{yy}\) ngubengi sumbu-x lan sumbu-y.
Kaya sing dituduhake ing anjir.2b,c, kanggo balok tanpa wates (tanpa wates) kanthi area salib A lan dawa gelombang gedhe dibandhingake karo ukuran salib balok, kecepatan fase mlengkung (utawa mlengkung) \(c_{EI}\ ) ditetepake minangka 22:
ngendi E iku modulus Young (\(\text {N/m}^{2}\)), \(\omega _0 = 2\pi f_0\) iku frekuensi sudut eksitasi (rad/s), ngendi \(f_0 \ ) yaiku frekuensi linier (1/s utawa Hz), I minangka momen inersia area ing saubengé sumbu kapentingan \((\text {m}^{4})\) lan \(m'=\ rho _0 A \) yaiku massa ing dawa unit (kg / m), ing ngendi \(\rho _0 \) minangka kerapatan \((\text {kg/m}^{3})\) lan A minangka salib -area bagean saka balok (bidang xy) (\ (\text {m}^{2}\)).Amarga ing kasus kita, gaya sing ditrapake sejajar karo sumbu y vertikal, yaiku \(\tilde{F}_y\vec {j}\), kita mung kasengsem ing momen inersia area ing sakubenge horisontal x- sumbu, yaiku \(I_{xx} \), dadi:
Kanggo model unsur terhingga (FEM), diasumsikan pamindahan harmonik murni (m), saéngga percepatan (\(\text {m/s}^{2}\)) dituduhake minangka \(\partial ^2 \vec { u}/ \ parsial t^2 = -\omega ^2\vec {u}\), contone \(\vec {u}(x, y, z, t):= u_x\vec {i} + u_y \vec {j }+ u_z\vec {k}\) minangka vektor pamindahan telung dimensi sing ditetepake ing koordinat spasial.Ngganti sing terakhir karo wangun Lagrangian finitely deformable saka hukum imbangan momentum23, miturut implementasine ing paket piranti lunak COMSOL Multiphysics (versi 5.4-5.5, COMSOL Inc., Massachusetts, USA), menehi:
Where \(\vec {\nabla}:= \frac{\parsial}}{\parsial x}\vec {i} + \frac{\parsial}}{\parsial y}\vec {j} + \frac{ \parsial }{\parsial z}\vec {k}\) minangka operator divergensi tensor, lan \({\ underline{\sigma}}\) minangka tensor tegangan Piola-Kirchhoff kapindho (urutan kapindho, \(\ teks). { N /m}^{2}\)), lan \(\vec {F_V}:= F_{V_x}\vec {i}+ F_{V_y}\vec {j}+ F_{V_z}\vec { k} \) yaiku vektor saka gaya awak (\(\text {N/m}^{3}\)) saka saben volume deformable, lan \(e^{j\phi }\) minangka fase saka gaya awak, nduweni sudut fase \(\ phi\) (rad).Ing kasus kita, gaya volume awak nol, lan model kita nganggep linearitas geometris lan deformasi elastis murni sing cilik, yaiku \({\ underline{\varepsilon}}^{el} = {\underline{\varepsilon}}\ ), ing ngendi \({\ underline {\ varepsilon}}^{el}\) lan \({\ underline{\varepsilon}}\) - deformasi elastis lan total deformasi (dimensi tanpa urutan kapindho).Tensor elastisitas isotropik konstitutif Hooke \(\underline {\underline {C))\) dipikolehi nggunakake modulus Young E(\(\text{N/m}^{2}\)) lan rasio Poisson v ditetepake, supaya \ (\underline{\underline{C}}:=\underline{\underline{C}}(E,v)\) (urutan papat).Dadi petungan tegangan dadi \({\underline{\sigma}} := \underline{\underline{C}}:{\underline{\varepsilon}}\).
Petungan ditindakake kanthi unsur tetrahedral 10 simpul kanthi ukuran unsur \(\le\) 8 μm.Jarum dimodelake ing vakum, lan nilai transfer mobilitas mekanik (ms-1 H-1) ditetepake minangka \(|\tilde{Y}_{v_yF_y}|= |\tilde{v}_y\vec { j} |/|\ tilde{F}_y\vec {j}|\)24, ing ngendi \(\tilde{v}_y\vec {j}\) minangka kecepatan kompleks output saka handpiece, lan \( \tilde{ F} _y\vec {j }\) iku sawijining gaya pendorong Komplek dumunung ing mburi proksimal tabung, minangka ditampilake ing Fig. 2b.Mobilitas mekanik transmisi ditulis ing desibel (dB) nggunakake nilai maksimum minangka referensi, yaiku \(20\log _{10} (|\tilde{Y}|/ |\tilde{Y}_{maks}| )\ ), Kabeh studi FEM ditindakake kanthi frekuensi 29,75 kHz.
Desain jarum (Gambar 3) kasusun saka jarum hipodermik 21 gauge konvensional (nomer katalog: 4665643, Sterican\(^\circledR\), kanthi diameter njaba 0,8 mm, dawane 120 mm, digawe saka AISI kromium-nikel stainless steel 304., B. Braun Melsungen AG, Melsungen, Jerman) diselehake plastik Luer Lock lengen digawe saka polypropylene proksimal karo modifikasi tip cocog.Tabung jarum wis soldered kanggo waveguide minangka ditampilake ing Fig. 3b.Waveguide dicithak ing printer 3D stainless steel (EOS Stainless Steel 316L ing printer EOS M 290 3D, 3D Formtech Oy, Jyväskylä, Finlandia) banjur dipasang ing sensor Langevin nggunakake baut M4.Transduser Langevin kasusun saka 8 unsur ring piezoelektrik kanthi rong bobot ing saben pungkasan.
Papat jinis tip (gambar), lancet sing kasedhiya kanggo komersial (L), lan telung bevel tahap tunggal axisymmetric sing diprodhuksi (AX1-3) ditondoi kanthi dawa bevel (BL) masing-masing 4, 1,2, lan 0,5 mm.(a) Close-up saka tip jarum rampung.(b) Ndhuwur tampilan papat lencana soldered menyang waveguide dicithak 3D lan banjur disambungake menyang sensor Langevin karo M4 bolts.
Telung tips bevel axisymmetric (Fig. 3) (TAs Machine Tools Oy) diprodhuksi karo dawa bevel (BL, ditemtokake ing Fig. 2a) saka 4,0, 1,2 lan 0,5 mm, cocog kanggo \ (\ approx \) 2 \ (^\ circ\), 7\(^\circ\) lan 18\(^\circ\).Waveguide lan bobot stylus yaiku 3,4 ± 0,017 g (rata-rata ± SD, n = 4) kanggo bevel L lan AX1-3, masing-masing (Quntix\(^\circledR\) 224 Design 2, Sartorius AG, Göttingen, Jerman).Dawane total saka pucuk jarum nganti pungkasan lengen plastik yaiku 13,7, 13,3, 13,3, 13,3 cm kanggo bevel L lan AX1-3 ing Gambar 3b.
Kanggo kabeh konfigurasi jarum, dawa saka pucuk jarum nganti pucuk pandu gelombang (yaiku, area soldering) yaiku 4,3 cm, lan tabung jarum diorientasikan supaya bevel madhep munggah (yaiku, sejajar karo sumbu Y. ).), kaya ing (Gambar 2).
Skrip khusus ing MATLAB (R2019a, The MathWorks Inc., Massachusetts, USA) sing mlaku ing komputer (Latitude 7490, Dell Inc., Texas, USA) digunakake kanggo ngasilake sapuan sinusoidal linier saka 25 nganti 35 kHz sajrone 7 detik, diowahi dadi sinyal analog dening konverter digital-to-analog (DA) (Analog Discovery 2, Digilent Inc., Washington, USA).Sinyal analog \(V_0\) (0,5 Vp-p) banjur digedhekake nganggo amplifier frekuensi radio (RF) khusus (Mariachi Oy, Turku, Finlandia).Tegangan amplifikasi sing mudhun \({V_I}\) yaiku output saka amplifier RF kanthi impedansi output 50 \(\ Omega \) menyang trafo sing dibangun ing struktur jarum kanthi impedansi input 50 \ (\ Omega) \) Transduser Langevin (transduser piezoelektrik multilayer ngarep lan mburi, dimuat karo massa) digunakake kanggo ngasilake gelombang mekanik.Penguat RF khusus dilengkapi meter faktor daya gelombang ngadeg (SWR) dual-channel sing bisa ndeteksi kedadeyan \({V_I}\) lan voltase amplified sing dibayangke \(V_R\) liwat analog-to-digital 300 kHz (AD). ) konverter (Analog Discovery 2).Sinyal eksitasi dimodulasi amplitudo ing wiwitan lan ing pungkasan kanggo nyegah overloading input amplifier karo transien.
Nggunakake script adat dipun ginakaken ing MATLAB, fungsi respon frekuensi (AFC), IE nganggep sistem stasioner linear.Uga, aplikasiake filter pass band 20 nganti 40 kHz kanggo mbusak frekuensi sing ora dikarepake saka sinyal kasebut.Refering to transmission line theory, \(\tilde{H}(f)\) ing kasus iki padha karo koefisien refleksi voltase, yaiku \(\rho _{V} \equiv {V_R}/{V_I} \)26 .Wiwit impedansi output saka amplifier \ (Z_0 \) cocog karo impedansi input saka trafo dibangun ing konverter, lan koefisien bayangan saka daya listrik \ ({P_R} / {P_I} \) suda kanggo \ ({V_R }^ 2/{V_I}^2\ ), banjur dadi \(|\rho _{V}|^2\).Ing kasus ing ngendi nilai absolut saka daya listrik dibutuhake, ngetung kedadean \(P_I\) lan dibayangke\(P_R\) daya (W) kanthi njupuk ROOT tegese kothak (rms) Nilai saka voltase cocog, contone, kanggo saluran transmisi kanthi eksitasi sinusoidal, \(P = {V}^2/(2Z_0)\)26, ing ngendi \(Z_0\) padha karo 50 \(\ Omega \).Daya listrik sing dikirim menyang beban \(P_T\) (yaiku medium sing dipasang) bisa diitung minangka \(|P_I – P_R |\) (W RMS) lan efisiensi transfer daya (PTE) bisa ditetepake lan ditulis minangka a persentase (%) saengga menehi 27:
Tanggepan frekuensi banjur digunakake kanggo ngira frekuensi modal \(f_{1-3}\) (kHz) saka desain stylus lan efisiensi transfer daya sing cocog, \(\text {PTE}_{1{-}3} \ ).FWHM (\(\text {FWHM}_{1{-}3}\), Hz) ditaksir langsung saka \(\text {PTE}_{1{-}3}\), saka Tabel 1 frekuensi \(f_{1-3}\) diterangake ing.
Cara kanggo ngukur respon frekuensi (AFC) saka struktur acicular.Pengukuran swept-sine dual-channel25,38 digunakake kanggo entuk fungsi respon frekuensi \(\tilde{H}(f)\) lan respon impuls H(t).\({\mathcal {F}}\) lan \({\mathcal {F}}^{-1}\) nuduhake transformasi Fourier sing dipotong numerik lan operasi transformasi invers.\(\tilde{G}(f)\) tegese loro sinyal dikalikan ing domain frekuensi, contone \(\tilde{G}_{XrX}\) tegese pindai kuwalik\(\tilde{X} r(f )\) lan sinyal drop tegangan \(\tilde{X}(f)\).
Kaya sing dituduhake ing anjir.5, kamera kacepetan dhuwur (Phantom V1612, Vision Research Inc., New Jersey, USA) dilengkapi lensa makro (MP-E 65mm, \(f)/2.8, 1-5 \ (\times\), Canon Inc . ., Tokyo, Jepang) digunakake kanggo ngrekam defleksi ujung jarum sing kena eksitasi lentur (frekuensi tunggal, sinusoid kontinu) kanthi frekuensi 27,5-30 kHz.Kanggo nggawe peta bayangan, unsur digawe adhem saka LED putih intensitas dhuwur (nomer bagean: 4052899910881, Led Putih, 3000 K, 4150 lm, Osram Opto Semiconductors GmbH, Regensburg, Jerman) diselehake ing mburi bevel jarum.
Tampilan ngarep persiyapan eksperimen.Ambane diukur saka permukaan media.Struktur jarum dijepit lan dipasang ing meja transfer motor.Gunakake kamera kacepetan dhuwur kanthi lensa nggedhekake dhuwur (5\(\times\)) kanggo ngukur defleksi tip beveled.Kabeh dimensi ana ing milimeter.
Kanggo saben jinis bevel jarum, kita ngrekam 300 pigura kamera kanthi kacepetan dhuwur 128 \(\x\) 128 piksel, saben kanthi resolusi spasial 1/180 mm (\(\approx) 5 µm), kanthi resolusi temporal saka 310.000 pigura per detik.Minangka ditampilake ing Figure 6, saben pigura (1) dipotong (2) supaya tip ana ing baris pungkasan (ngisor) pigura, banjur histogram gambar (3) diwilang, supaya Canny ambang 1 lan 2 bisa ditemtokake.Banjur aplikasi deteksi pinggiran Canny28(4) nggunakake operator Sobel 3 \(\times\) 3 lan etung posisi piksel saka hypotenuse non-cavitational (dilabeli \(\mathbf {\times }\)) kanggo kabeh langkah 300-fold .Kanggo nemtokake rentang defleksi ing pungkasan, derivatif diitung (nggunakake algoritma beda tengah) (6) lan pigura sing ngemot ekstrem lokal (yaiku puncak) defleksi (7) diidentifikasi.Sawise mriksa pinggiran non-cavitating kanthi visual, sepasang pigura (utawa rong pigura sing dipisahake setengah periode wektu) (7) dipilih lan defleksi tip diukur (dilabeli \(\mathbf {\times} \ ) Ing ndhuwur ditindakake. ing Python (v3.8, Python Software Foundation, python.org) nggunakake algoritma deteksi pinggiran OpenCV Canny (v4.5.1, perpustakaan visi komputer open source, opencv.org). daya listrik \ (P_T \) (W, rms) .
Defleksi tip diukur nggunakake seri pigura sing dijupuk saka kamera kacepetan dhuwur ing 310 kHz nggunakake algoritma 7 langkah (1-7) kalebu framing (1-2), deteksi pinggiran Canny (3-4), pinggiran lokasi piksel. pitungan (5) lan turunan wektu (6), lan pungkasane defleksi tip saka puncak-kanggo-puncak diukur ing pasangan pigura sing dipriksa kanthi visual (7).
Pangukuran dijupuk ing udhara (22.4-22.9°C), banyu deionisasi (20.8-21.5°C) lan gelatin balistik 10% (w/v) (19.7-23.0°C, \(\text {Honeywell}^{ \text { TM}}\) \(\text {Fluka}^{\text {TM}}\) Gelatin Bovine and Pork Bone for Type I Ballistic Analysis, Honeywell International, North Carolina, USA).Suhu diukur nganggo amplifier termokopel K-jinis (AD595, Analog Devices Inc., MA, USA) lan termokopel K-jinis (Fluke 80PK-1 Bead Probe No. 3648 tipe-K, Fluke Corporation, Washington, USA).Saka medium Depth diukur saka lumahing (diset minangka asal saka z-axis) nggunakake vertikal motorized z-axis stage (8MT50-100BS1-XYZ, Standa Ltd., Vilnius, Lithuania) kanthi resolusi 5 µm.saben langkah.
Amarga ukuran sampel cilik (n = 5) lan normalitas ora bisa dianggep, tes jumlah Wilcoxon rank sum test loro-sampel (R, v4.0.3, R Foundation for Statistical Computing, r-project .org) digunakake. kanggo mbandhingake jumlah tip jarum variasi kanggo bevel sing beda.Ana 3 mbandhingake saben slope, mula koreksi Bonferroni ditrapake kanthi tingkat signifikansi sing disetel 0,017 lan tingkat kesalahan 5%.
Ayo saiki pindhah menyang Fig.7.Ing frekuensi 29,75 kHz, setengah gelombang mlengkung (\(\lambda_y/2\)) saka jarum 21-gauge yaiku \(\udakara) 8 mm.Nalika salah siji nyedhaki tip, dawane gelombang mlengkung mudhun ing sudut miring.Ing pucuk \(\lambda _y/2\) \(\kira-kira\) ana langkah 3, 1 lan 7 mm kanggo lanceolate biasa (a), asimetris (b) lan axisymmetric (c) inclination saka jarum siji. , mungguh.Dadi, iki tegese jarak lancet yaiku \(\udakara) 5 mm (amarga rong bidang lancet mbentuk titik siji29,30), bevel asimetris yaiku 7 mm, bevel asimetris yaiku 1 mm.Lereng axisymmetric (pusat gravitasi tetep konstan, saengga mung kekandelan tembok pipa sing bener-bener owah ing lereng).
Pasinaon FEM lan aplikasi persamaan ing frekuensi 29,75 kHz.(1) Nalika ngitung variasi saka setengah gelombang mlengkung (\(\lambda_y/2\)) kanggo lancet (a), asimetris (b) lan axisymmetric (c) geometri bevel (kaya ing Fig. 1a,b,c). ).Nilai rata-rata \(\lambda_y/2\) saka bevel lancet, asimetris, lan axisymmetric yaiku 5,65, 5,17, lan 7,52 mm.Elinga yen kekandelan tip kanggo bevel asimetris lan axisymmetric diwatesi nganti \(\approx) 50 µm.
Mobilitas puncak \(|\tilde{Y}_{v_yF_y}|\) iku kombinasi optimal saka dawa tabung (TL) lan dawa bevel (BL) (Fig. 8, 9).Kanggo lancet konvensional, amarga ukurane tetep, TL optimal yaiku \ (\ kira-kira) 29,1 mm (Gambar 8).Kanggo bevel asimetris lan axisymmetric (Gambar 9a, b, masing-masing), studi FEM kalebu BL saka 1 nganti 7 mm, saéngga TL optimal yaiku saka 26,9 nganti 28,7 mm (kisaran 1,8 mm) lan saka 27,9 nganti 29 ,2 mm (rentang) 1,3 mm), mungguh.Kanggo slope asimetris (Fig. 9a), TL optimal tambah linearly, tekan dataran tinggi ing BL 4 mm, banjur mudhun banget saka BL 5 kanggo 7 mm.Kanggo bevel axisymmetric (Fig. 9b), TL optimal tambah linearly karo nambah BL lan pungkasanipun stabil ing BL saka 6 kanggo 7 mm.Sinau lengkap babagan miring axisymmetric (Fig. 9c) ngungkapake set TL optimal sing beda ing \ (\ approx) 35,1-37,1 mm.Kanggo kabeh BL, jarak antarane rong TL paling apik yaiku \(\approx\) 8mm (padha karo \(\lambda_y/2\)).
Lancet transmisi mobilitas ing 29,75 kHz.Jarum kasebut kanthi fleksibel bungah kanthi frekuensi 29.75 kHz lan getaran diukur ing pucuk jarum lan dituduhake minangka jumlah mobilitas mekanik sing ditularake (dB relatif marang nilai maksimal) kanggo TL 26.5-29.5 mm (ing 0.1 mm tambahan). .
Pasinaon parametrik saka FEM kanthi frekuensi 29,75 kHz nuduhake yen mobilitas transfer tip axisymmetric kurang kena pengaruh owah-owahan ing dawa tabung tinimbang pasangan asimetris.Bevel dawa (BL) lan dawa pipa (TL) sinau asimetris (a) lan axisymmetric (b, c) geometri bevel ing sinau domain frekuensi nggunakake FEM (kondisi wates ditampilake ing Fig. 2).(a, b) TL kisaran saka 26,5 kanggo 29,5 mm (0,1 mm langkah) lan BL 1-7 mm (0,5 mm langkah).(c) Pasinaon miring axisymmetric lengkap kalebu TL 25-40 mm (ing 0,05 mm tambahan) lan BL 0,1-7 mm (ing 0,1 mm tambahan) nuduhake yen \(\lambda_y/2\ ) kudu nyukupi syarat tip.kahanan wates obah.
Konfigurasi jarum wis telung eigenfrequencies \(f_{1-3}\) dipérang dadi wilayah mode kurang, medium lan dhuwur minangka ditampilake ing Tabel 1. Ukuran PTE kacathet minangka ditampilake ing anjir.10 lan banjur analisa ing Fig. 11. Ing ngisor iki temonan kanggo saben wilayah modal:
Amplitudo efisiensi transfer daya instan (PTE) khas sing direkam kanthi eksitasi sinusoidal frekuensi-frekuensi kanggo lancet (L) lan bevel axisymmetric AX1-3 ing udhara, banyu lan gelatin ing ambane 20 mm.Spektrum siji-sisi ditampilake.Tanggepan frekuensi sing diukur (sampel ing 300 kHz) disaring low-pass banjur dikurangi kanthi faktor 200 kanggo analisis modal.Rasio sinyal-kanggo-noise yaiku \(\le\) 45 dB.Fase PTE (garis burik ungu) ditampilake ing derajat (\(^{\circ}\)).
Analisis respon modal (rata-rata ± standar deviasi, n = 5) ditampilake ing Fig. 10, kanggo lereng L lan AX1-3, ing udhara, banyu lan 10% gelatin (ambane 20 mm), karo (ndhuwur) telung wilayah modal ( kurang, tengah lan dhuwur) lan frekuensi modal sing cocog \(f_{1-3}\) (kHz), (rata-rata) efisiensi energi \(\text {PTE}_{1{-}3}\) Diwilang nganggo setara .(4) lan (ngisor) jembaré lengkap ing setengah pangukuran maksimum \(\text {FWHM}_{1{-}3}\) (Hz), mungguh.Elinga yen pangukuran bandwidth dilewati nalika PTE sithik didaftar, yaiku \(\text {FWHM}_{1}\) yen ana kemiringan AX2.Mode \(f_2\) ditemokake paling cocok kanggo mbandhingake defleksi slope, amarga nuduhake efisiensi transfer daya sing paling dhuwur (\(\text {PTE}_{2}\)), nganti 99%.
Wilayah modal pisanan: \ (f_1 \) ora gumantung banget ing jinis medium sing dipasang, nanging gumantung saka geometri slope.\(f_1\) sudo karo mudun dawa bevel (27,1, 26,2 lan 25,9 kHz ing online kanggo AX1-3, mungguh).Rata-rata regional \(\text {PTE}_{1}\) lan \(\text {FWHM}_{1}\) yaiku \(\approx\) 81% lan 230 Hz.\(\text {FWHM}_{1}\) nduweni kandungan gelatin paling dhuwur ing Lancet (L, 473 Hz).Elinga yen \(\text {FWHM}_{1}\) AX2 ing gelatin ora bisa dievaluasi amarga amplitudo FRF sing direkam kurang.
Wilayah modal kapindho: \(f_2\) gumantung saka jinis media sing dipasang lan bevel.Nilai rata-rata \(f_2\) yaiku 29,1, 27,9 lan 28,5 kHz ing udhara, banyu lan gelatin.Wilayah modal iki uga nuduhake PTE dhuwur 99%, sing paling dhuwur saka klompok sing diukur, kanthi rata-rata regional 84%.\(\text {FWHM}_{2}\) nduweni rata-rata regional \(\udakara\) 910 Hz.
Wilayah mode katelu: frekuensi \(f_3\) gumantung saka jinis media lan bevel.Nilai rata-rata \(f_3\) yaiku 32.0, 31.0 lan 31.3 kHz ing udhara, banyu lan gelatin.Rata-rata regional \(\text {PTE}_{3}\) yaiku \(\udakara\) 74%, sing paling murah tinimbang wilayah.Rata-rata regional \(\text {FWHM}_{3}\) yaiku \(\udakara\) 1085 Hz, sing luwih dhuwur tinimbang wilayah pisanan lan kaloro.
Ing ngisor iki nuduhake Fig.12 lan Tabel 2. Lancet (L) deflected paling (kanthi pinunjul dhuwur kanggo kabeh tip, \(p<\) 0,017) ing udara lan banyu (Fig. 12a), nggayuh DPR paling dhuwur (nganti 220 µm/ W ing udara). 12 lan Tabel 2. Lancet (L) deflected paling (kanthi pinunjul dhuwur kanggo kabeh tip, \(p<\) 0,017) ing udara lan banyu (Fig. 12a), nggayuh DPR paling dhuwur (nganti 220 µm/ W ing udara). Следующее относится к рисунку 12 lan таблице 2. Ланцет (L) отклонялся больше всего (с высокой значимдость (p<\) 0,017) как воздухе, так и в воде (рис. 12а), достигая самого высокого DPR . Ing ngisor iki ditrapake kanggo Figure 12 lan Tabel 2. Lancet (L) deflected paling (karo pinunjul dhuwur kanggo kabeh tips, \ (p<\) 0,017) ing loro udhara lan banyu (Fig. 12a), entuk DPR paling dhuwur.(nganti 220 μm/W ing udara).Smt.Gambar 12 lan Tabel 2 ing ngisor iki.柳叶刀(L) 在空气和水中偏转最多（对所有尖端具有高显着性，\(p<\) 0.017） ， D 1 PR （在空气中高达220 µm/W）.柳叶刀(L) nduweni defleksi paling dhuwur ing udara lan banyu (对所记尖端可以高电影性,\(p<\) 0,017) (图12a), lan entuk DPR paling dhuwur (nganti 220 µm/m/m). hawa). Ланцет (L) отклонялся больше всего (высокая значимость для всех наконечников, \(p<\) 0,017) в воздухде иа большего DPR (nganti 220 мкм/Вт в воздухе). Lancet (L) deflected paling (signifikansi dhuwur kanggo kabeh tips, \(p<\) 0,017) ing udhara lan banyu (Fig. 12a), tekan DPR paling dhuwur (nganti 220 µm/W ing udhara). Ing udhara, AX1 sing nduweni BL luwih dhuwur, membelok luwih dhuwur tinimbang AX2–3 (kanthi signifikansi, \(p<\) 0,017), dene AX3 (sing nduweni BL paling murah) membelok luwih saka AX2 kanthi DPR 190 µm/W. Ing udhara, AX1 sing nduweni BL luwih dhuwur, membelok luwih dhuwur tinimbang AX2–3 (kanthi signifikansi, \(p<\) 0,017), dene AX3 (sing nduweni BL paling murah) membelok luwih saka AX2 kanthi DPR 190 µm/W. В воздухе AX1 с более высоким BL отклонялся выше, чем AX2–3 (со значимостью \(p<\) 0,017), тогда злонялся AX3 (смкты я больше, чем AX2 с DPR 190 мкм/Вт. Ing udhara, AX1 kanthi BL luwih dhuwur membelok luwih dhuwur tinimbang AX2–3 (kanthi signifikansi \(p<\) 0,017), dene AX3 (kanthi BL paling sithik) membelok luwih saka AX2 kanthi 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），而一们天而佬圉显着性。 AX2，DPR 190 µm/W . Ing udhara, defleksi AX1 kanthi BL sing luwih dhuwur luwih dhuwur tinimbang AX2-3 (nyata, \(p<\) 0,017), lan defleksi AX3 (kanthi BL paling murah) luwih gedhe tinimbang AX2, DPR yaiku 190 µm/W . В воздухе AX1 с более высоким BL отклоняется больше, чем AX2-3 (значимо, \(p<\) 0,017), тогда как AX3 (млсиком) больше, чем AX2 с DPR 190 мкм/Вт. Ing udhara, AX1 kanthi BL sing luwih dhuwur nyimpang luwih saka AX2-3 (signifikan, \(p<\) 0,017), dene AX3 (kanthi BL paling murah) nyimpang luwih saka AX2 kanthi DPR 190 µm/W.Ing banyu 20 mm, defleksi lan PTE AX1-3 ora beda banget (\(p>\) 0,017).Tingkat PTE ing banyu (90.2-98.4%) umume luwih dhuwur tinimbang ing udhara (56-77.5%) (Gambar 12c), lan fenomena kavitasi dicathet nalika eksperimen ing banyu (Gambar 13, ndeleng uga tambahan informasi).
Jumlah defleksi tip (rata-rata ± SD, n = 5) diukur kanggo bevel L lan AX1-3 ing udhara lan banyu (ambane 20 mm) nuduhake efek saka owah-owahan geometri bevel.Pangukuran dijupuk nggunakake eksitasi sinusoidal frekuensi tunggal terus-terusan.(a) Penyimpangan puncak menyang puncak (\(u_y\vec {j}\)) ing pucuk, diukur ing (b) frekuensi modal masing-masing \(f_2\).(c) Efisiensi transfer daya (PTE, RMS, %) saka persamaan.(4) lan (d) Faktor daya defleksi (DPR, µm/W) diitung minangka deviasi puncak-ke-puncak lan daya listrik sing dipancarake \(P_T\) (Wrms).
Plot bayangan kamera khas kacepetan dhuwur sing nuduhake penyimpangan puncak menyang puncak (garis titik ijo lan abang) saka lancet (L) lan tip axisymmetric (AX1-3) ing banyu (20 mm ambane) liwat setengah siklus.siklus, ing frekuensi eksitasi \ (f_2 \) (frekuensi sampling 310 kHz).Gambar grayscale sing dijupuk nduweni ukuran 128×128 piksel lan ukuran piksel \(\approx\) 5 µm.Video bisa ditemokake ing informasi tambahan.
Mangkono, kita maringi tulodho owah-owahan ing dawa gelombang mlengkung (Fig. 7) lan ngetung mobilitas mechanical ditransfer kanggo kombinasi dawa pipe lan chamfer (Fig. 8, 9) kanggo lancet conventional, asimetris lan axisymmetric chamfers saka wangun geometris.Adhedhasar sing terakhir, kita ngira jarak optimal 43 mm (utawa \ (\ kira-kira) 2,75 \ (\ lambda _y \) ing 29,75 kHz) saka tip kanggo weld, minangka ditampilake ing Fig. 5, lan digawe Tiga axisymmetric bevels karo dawa bevel beda.Kita banjur ditondoi prilaku frekuensi ing udhara, banyu, lan 10% (w / v) gelatin balistik dibandhingake lancets conventional (Figures 10, 11) lan nemtokake mode paling cocok kanggo comparison deflection bevel.Pungkasan, kita ngukur defleksi tip kanthi mlengkung gelombang ing udara lan banyu ing ambane 20 mm lan ngitung efisiensi transfer daya (PTE, %) lan faktor daya defleksi (DPR, µm/W) saka medium sisipan kanggo saben bevel.jinis sudut (Fig. 12).
Geometri bevel jarum wis ditampilake mengaruhi jumlah defleksi tip jarum.Lancet entuk defleksi paling dhuwur lan DPR paling dhuwur dibandhingake bevel axisymmetric kanthi defleksi rata-rata ngisor (Fig. 12).Bevel axisymmetric 4 mm (AX1) kanthi bevel paling dawa entuk defleksi maksimum sing signifikan sacara statistik ing udara dibandhingake karo jarum axisymmetric liyane (AX2-3) (\(p <0,017 \), Tabel 2), nanging ora ana bedane sing signifikan. .diamati nalika jarum diselehake ing banyu.Mangkono, ora ana kauntungan sing jelas kanggo duwe dawa bevel sing luwih dawa babagan defleksi puncak ing pucuk.Kanthi mekaten, katon geometri bevel sing ditliti ing panliten iki nduweni pengaruh sing luwih gedhe ing defleksi tinimbang dawa bevel.Iki bisa uga amarga kaku mlengkung, contone gumantung saka kekandelan sakabèhé saka materi sing ditekuk lan desain jarum.
Ing studi eksperimen, magnitudo gelombang lentur sing dibayangke dipengaruhi dening kondisi wates tip.Nalika pucuk jarum dilebokake ing banyu lan gelatin, \(\text {PTE}_{2}\) yaiku \(\udakara\) 95%, lan \(\text {PTE}_{ 2}\) yaiku \ (\text {PTE}_{ 2}\) nilaine yaiku 73% lan 77% kanggo (\text {PTE}_{1}\) lan \(\text {PTE}_{3}\), mungguh (Fig. 11).Iki nuduhake yen transfer maksimum energi akustik menyang medium casting, yaiku banyu utawa gelatin, dumadi ing \(f_2\).Prilaku sing padha diamati ing studi sadurunge31 nggunakake konfigurasi piranti sing luwih prasaja ing kisaran frekuensi 41-43 kHz, ing ngendi penulis nuduhake katergantungan koefisien refleksi voltase ing modulus mekanik saka medium embedding.Kedalaman penetrasi32 lan sifat mekanik jaringan nyedhiyakake beban mekanik ing jarum lan mulane bakal mengaruhi prilaku resonansi UZEFNAB.Mangkono, algoritma nelusuri resonansi (eg 17, 18, 33) bisa digunakake kanggo ngoptimalake daya akustik sing dikirim liwat jarum.
Simulasi ing dawa gelombang mlengkung (Fig. 7) nuduhake yen tip axisymmetrical struktural luwih kaku (ie, luwih kaku ing mlengkung) saka lancet lan bevel asimetris.Adhedhasar (1) lan nggunakake hubungan kecepatan-frekuensi sing dikenal, kita ngira kaku mlengkung ing pucuk jarum minangka \(\ kira-kira \) 200, 20 lan 1500 MPa kanggo bidang lancet, asimetris lan axial miring.Iki cocog karo \(\lambda_y\) saka \(\udakara\) 5,3, 1,7, lan 14,2 mm, ing 29,75 kHz (Fig. 7a–c).Ngelingi safety klinis sajrone USeFNAB, efek geometri ing kekakuan struktur bidang miring kudu ditaksir34.
A sinau paramèter bevel relatif kanggo dawa tabung (Fig. 9) nuduhake yen sawetara transmisi optimal luwih dhuwur kanggo bevel asimetris (1,8 mm) tinimbang kanggo bevel axisymmetric (1,3 mm).Kajaba iku, mobilitas stabil ing \ (\ kira-kira) saka 4 kanggo 4,5 mm lan saka 6 kanggo 7 mm kanggo miring asimetris lan axisymmetric, mungguh (Fig. 9a, b).Wigati praktis saka panemuan iki dituduhake ing toleransi manufaktur, contone, sawetara TL optimal sing luwih murah bisa uga mbutuhake akurasi dawa sing luwih gedhe.Ing wektu sing padha, dataran tinggi mobilitas menehi toleransi sing luwih gedhe kanggo milih dawa dip ing frekuensi tartamtu tanpa impact sing signifikan ing mobilitas.
Panliten kasebut kalebu watesan ing ngisor iki.Pangukuran langsung defleksi jarum nggunakake deteksi pinggiran lan pencitraan kacepetan dhuwur (Gambar 12) tegese kita diwatesi ing media transparan optik kayata udhara lan banyu.Kita uga pengin nuduhake yen kita ora nggunakake eksperimen kanggo nguji mobilitas transfer simulasi lan kosok balene, nanging nggunakake studi FEM kanggo nemtokake dawa optimal kanggo fabrikasi jarum.Babagan watesan praktis, dawa lancet saka tip nganti lengen yaiku \(\udakara) 0,4 cm luwih dawa tinimbang jarum liyane (AX1-3), deleng anjir.3b.Iki bisa mengaruhi respon modal saka desain jarum.Kajaba iku, wangun lan volume solder ing mburi pin waveguide (ndeleng Figure 3) bisa mengaruhi impedansi mechanical saka desain pin, ngenalaken kasalahan ing impedansi mechanical lan prilaku mlengkung.
Pungkasan, kita wis nuduhake manawa geometri bevel eksperimen mengaruhi jumlah defleksi ing USeFNAB.Yen defleksi sing luwih gedhe bakal duwe efek positif ing efek jarum ing jaringan, kayata efisiensi pemotongan sawise tindikan, banjur lancet konvensional bisa disaranake ing USeFNAB amarga menehi defleksi maksimal nalika njaga kaku ujung struktural..Kajaba iku, panaliten anyar35 nuduhake yen defleksi tip sing luwih gedhe bisa ningkatake efek biologis kayata kavitasi, sing bisa nggampangake pangembangan aplikasi bedah minimal invasif.Amarga nambah daya akustik total wis ditampilake kanggo nambah jumlah biopsi ing USeFNAB13, studi kuantitatif luwih akeh babagan jumlah sampel lan kualitas dibutuhake kanggo netepake keuntungan klinis sing rinci babagan geometri jarum sing ditliti.
Wektu kirim: Jan-06-2023