Хвала вам што сте посетили Натуре.цом.Користите верзију претраживача са ограниченом подршком за ЦСС.За најбоље искуство препоручујемо да користите ажурирани прегледач (или онемогућите режим компатибилности у Интернет Екплорер-у).Поред тога, да бисмо обезбедили сталну подршку, приказујемо сајт без стилова и ЈаваСцрипт-а.
Приказује вртешку од три слајда одједном.Користите дугмад Претходно и Следеће да бисте се кретали кроз три слајда одједном или користите дугмад клизача на крају да бисте се кретали кроз три слајда одједном.
Недавно је показано да употреба ултразвука може побољшати принос ткива у биопсији аспирације фином иглом (УСеФНАБ) која је побољшана ултразвуком у поређењу са конвенционалном аспирационом биопсијом фине игле (ФНАБ).Однос између геометрије косине и деловања врха игле још није истражен.У овој студији смо истраживали својства резонанције игле и амплитуде отклона за различите геометрије игле са различитим дужинама игле.Коришћењем конвенционалне ланцете са резом од 3,9 мм, фактор снаге отклона врха (ДПР) био је 220 и 105 µм/В у ваздуху и води, респективно.Ово је више од ососиметричног врха са косом од 4 мм, који је постигао ДПР од 180 и 80 µм/В у ваздуху и води, респективно.Ова студија наглашава важност односа између крутости на савијање геометрије косине у контексту различитих помагала за уметање, и на тај начин може пружити увид у методе за контролу акције резања након убода променом геометрије косине игле, што је важно за УСеФНАБ.Примена је важна.
Биопсија аспирације фином иглом (ФНАБ) је техника у којој се игла користи за добијање узорка ткива када се сумња на абнормалност1,2,3.Показало се да врхови типа Франсеен пружају веће дијагностичке перформансе од традиционалних врхова Ланцет4 и Менгхини5.Ососиметричне (тј. ободне) косине су такође предложене да би се повећала вероватноћа адекватног узорка за хистопатологију6.
Током биопсије, игла се провлачи кроз слојеве коже и ткива да би се открила сумњива патологија.Недавне студије су показале да ултразвучна активација може смањити силу пункције потребну за приступ меким ткивима7,8,9,10.Показало се да геометрија укошене игле утиче на силе интеракције игле, на пример, показало се да дужи коси имају ниже силе пенетрације у ткиво 11 .Претпоставља се да након што игла продре у површину ткива, односно након пункције, сила резања игле може бити 75% укупне силе интеракције игле и ткива12.Показало се да ултразвук (УС) побољшава квалитет дијагностичке биопсије меког ткива у фази након пункције13.Развијене су и друге методе за побољшање биопсије костију за узорковање тврдог ткива14,15, али нису пријављени резултати који би побољшали квалитет биопсије.Неколико студија је такође открило да се механичко померање повећава са повећањем напона ултразвучног погона16,17,18.Иако постоје многа истраживања аксијалних (уздужних) статичких сила у интеракцијама игле и ткива19,20, студије о временској динамици и геометрији косине игле у ултразвучно побољшаном ФНАБ (УСеФНАБ) су ограничене.
Циљ ове студије је био да се испита утицај различитих геометрија косина на деловање врха игле изазвано савијањем игле на ултразвучним фреквенцијама.Конкретно, истражили смо утицај медијума за убризгавање на отклон врха игле након убода за конвенционалне косине игле (нпр. ланцете), осиметричне и асиметричне геометрије са једним косом (Слика да би се олакшао развој УСеФНАБ игала за различите намене као што је селективно усисавање приступ или језгра меког ткива.
У ову студију су укључене различите геометрије косина.(а) Ланцети у складу са ИСО 7864:201636 где је \(\алпха\) примарни угао нагиба, \(\тхета\) је секундарни угао ротације косине, а \(\пхи\) је секундарни угао ротације укосо у степени , у степенима (\(^\цирц\)).(б) линеарне асиметричне једностепене ивице (назване „стандардним“ у ДИН 13097:201937) и (ц) линеарне осиметричне (ободне) једностепене ивице.
Наш приступ је да прво моделирамо промену таласне дужине савијања дуж нагиба за конвенционалне ланцете, оси симетричне и асиметричне једностепене геометрије нагиба.Затим смо израчунали параметарску студију да бисмо испитали утицај угла нагиба и дужине цеви на мобилност транспортног механизма.Ово се ради како би се одредила оптимална дужина за израду прототипа игле.На основу симулације направљени су прототипови игала и експериментално је окарактерисано њихово резонантно понашање у ваздуху, води и 10% (в/в) балистичком желатину мерењем коефицијента рефлексије напона и израчунавањем ефикасности преноса снаге, од чега је радна фреквенција одлучан..Коначно, снимање велике брзине се користи за директно мерење отклона таласа савијања на врху игле у ваздуху и води, као и за процену електричне снаге која се преноси сваким нагибом и геометрије фактора снаге скретања (ДПР) убризганог средње.
Као што је приказано на слици 2а, користите цев бр. 21 (0,80 мм ОД, 0,49 мм ИД, 0,155 мм дебљине зида цеви, стандардни зид према ИСО 9626:201621) од нерђајућег челика 316 (Јангов модул 205).\(\тект {ГН/м}^{2}\), густина 8070 кг/м\(^{3}\), Поиссонов однос 0,275).
Одређивање таласне дужине савијања и подешавање модела коначних елемената (МКЕ) игле и гранични услови.(а) Одређивање дужине косине (БЛ) и дужине цеви (ТЛ).(б) Тродимензионални (3Д) модел коначних елемената (ФЕМ) који користи силу хармонске тачке \(\тилде{Ф}_и\вец{ј}\) да побуди иглу на проксималном крају, скрене тачку и измери брзину по врху (\( \тилде{у}_и\вец {ј}\), \(\тилде{в}_и\вец {ј}\)) за израчунавање механичке транспортне мобилности.\(\ламбда _и\) је дефинисана као таласна дужина савијања повезана са вертикалном силом \(\тилде{Ф}_и\вец {ј}\).(ц) Одредити центар гравитације, површину попречног пресека А и моменте инерције \(И_{кк}\) и \(И_{ии}\) око к-осе и и-осе респективно.
Као што је приказано на сл.2б,ц, за бесконачан (бесконачан) сноп са површином попречног пресека А и на великој таласној дужини у поређењу са величином попречног пресека снопа, фазна брзина савијања (или савијања) \(ц_{ЕИ}\ ) је дефинисан као 22:
где је Е Јангов модул (\(\тект {Н/м}^{2}\)), \(\омега _0 = 2\пи ф_0\) је угаона фреквенција побуде (рад/с), где је \( ф_0 \ ) је линеарна фреквенција (1/с или Хз), И је момент инерције површине око осе од интереса \((\тект {м}^{4})\) и \(м'=\ рхо _0 А \) је маса на јединичну дужину (кг/м), где је \(\рхо _0\) густина \((\тект {кг/м}^{3})\) и А је крст -површина пресека греде (ки раван) (\ (\тект {м}^{2}\)).Пошто је у нашем случају примењена сила паралелна са вертикалном и-осом, односно \(\тилде{Ф}_и\вец {ј}\), занима нас само момент инерције површине око хоризонталне к- оса, тј. \(И_{кк} \), па:
За модел коначних елемената (МКЕ), претпоставља се чисто хармонијско померање (м), па је убрзање (\(\тект {м/с}^{2}\)) изражено као \(\парцијално ^2 \вец { у}/ \ парцијални т^2 = -\омега ^2\вец {у}\), нпр. \(\вец {у}(к, и, з, т) := у_к\вец {и} + у_и \вец {ј }+ у_з\вец {к}\) је тродимензионални вектор померања дефинисан у просторним координатама.Замена последњег са коначно деформабилним Лагранжовим обликом закона равнотеже момента23, према његовој имплементацији у софтверском пакету ЦОМСОЛ Мултипхисицс (верзије 5.4-5.5, ЦОМСОЛ Инц., Масачусетс, САД), даје:
Где \(\вец {\набла}:= \фрац{\партиал}}{\партиал к}\вец {и} + \фрац{\партиал}}{\партиал и}\вец {ј} + \фрац{ \партиал }{\партиал з}\вец {к}\) је оператор дивергенције тензора, а \({\ундерлине{\сигма}}\) је други Пиола-Кирххоф тензор напона (други ред, \(\ текст { Н /м}^{2}\)), и \(\вец {Ф_В}:= Ф_{В_к}\вец {и}+ Ф_{В_и}\вец {ј}+ Ф_{В_з}\вец { к} \) је вектор телесне силе (\(\тект {Н/м}^{3}\)) сваке деформабилне запремине, а \(е^{ј\пхи }\) је фаза сила тела, има фазни угао \(\ пхи\) (рад).У нашем случају, запреминска сила тела је нула, а наш модел претпоставља геометријску линеарност и мале чисто еластичне деформације, тј. \({\ундерлине{\варепсилон}}^{ел} = {\ундерлине{\варепсилон}}\ ), где је \({\ундерлине{\варепсилон}}^{ел}\) и \({\ундерлине{ \варепсилон}}\) – еластична деформација и укупна деформација (без димензија другог реда), респективно.Хуков конститутивни изотропни тензор еластичности \(\подвучена {\подвучена {Ц))\) добија се коришћењем Јанговог модула Е(\(\тект{Н/м}^{2}\)) и дефинисан је Поасонов однос в, тако да \ (\ундерлине{\ундерлине{Ц}}:=\ундерлине{\ундерлине{Ц}}(Е,в)\) (четврти ред).Дакле, прорачун напона постаје \({\ундерлине{\сигма}} := \ундерлине{\ундерлине{Ц}}:{\ундерлине{\варепсилон}}\).
Прорачуни су изведени са 10-чворним тетраедарским елементима величине елемента \(\ле\) 8 μм.Игла је моделована у вакууму, а вредност преноса механичке покретљивости (мс-1 Х-1) је дефинисана као \(|\тилде{И}_{в_иФ_и}|= |\тилде{в}_и\вец { ј} |/|\ тилде{Ф}_и\вец {ј}|\)24, где је \(\тилде{в}_и\вец {ј}\) излазна комплексна брзина насадника, и \( \тилде{ Ф} _и\вец {ј }\) је сложена покретачка сила која се налази на проксималном крају цеви, као што је приказано на слици 2б.Преносна механичка покретљивост се изражава у децибелима (дБ) користећи максималну вредност као референцу, тј. \(20\лог _{10} (|\тилде{И}|/ |\тилде{И}_{мак}| )\ ), Све ФЕМ студије су спроведене на фреквенцији од 29,75 кХз.
Дизајн игле (слика 3) се састоји од конвенционалне хиподермичне игле 21 калибра (каталошки број: 4665643, Стерицан\(^\цирцледР\), спољног пречника 0,8 мм, дужине 120 мм, направљене од АИСИ хром-никл нерђајући челик 304., Б. Браун Мелсунген АГ, Мелсунген, Немачка) поставили пластичну Луер Лоцк чауру од полипропилена проксимално са одговарајућом модификацијом врха.Игличаста цев је залемљена на таласовод као што је приказано на слици 3б.Таласовод је одштампан на 3Д штампачу од нерђајућег челика (ЕОС Стаинлесс Стеел 316Л на ЕОС М 290 3Д штампачу, 3Д Формтецх Ои, Јиваскила, Финска) и затим причвршћен на Лангевин сензор помоћу М4 вијака.Лангевинов претварач се састоји од 8 пиезоелектричних прстенастих елемената са два утега на сваком крају.
Четири типа врхова (на слици), комерцијално доступна ланцета (Л) и три произведена ососиметрична једностепена косина (АКС1–3) су се одликовале дужинама косине (БЛ) од 4, 1,2 и 0,5 мм, респективно.(а) Крупни план готовог врха игле.(б) Поглед одозго на четири игле залемљене на 3Д штампани таласовод, а затим повезане на Лангевин сензор помоћу М4 вијака.
Произведена су три осносиметрична врха закошене косе (Слика 3) (ТАс Мацхине Тоолс Ои) са дужинама косина (БЛ, одређене на слици 2а) од 4,0, 1,2 и 0,5 мм, што одговара \(\приближно\) 2\ (^\ цирц\), 7\(^\цирц\) и 18\(^\цирц\).Тежина таласовода и оловке је 3,4 ± 0,017 г (средња вредност ± СД, н = 4) за косину Л и АКС1–3, респективно (Куинтик\(^\цирцледР\) 224 Дизајн 2, Сарториус АГ, Гетинген, Немачка) .Укупна дужина од врха игле до краја пластичне чауре је 13,7, 13,3, 13,3, 13,3 цм за косину Л и АКС1-3 на слици 3б, респективно.
За све конфигурације игле, дужина од врха игле до врха таласовода (тј. површина лемљења) је 4,3 цм, а цев игле је оријентисана тако да је косина окренута нагоре (тј. паралелно са И осом ).), као на (слика 2).
Прилагођена скрипта у МАТЛАБ-у (Р2019а, Тхе МатхВоркс Инц., Масачусетс, САД) која ради на рачунару (Латитуде 7490, Делл Инц., Тексас, САД) је коришћена за генерисање линеарног синусоидног свееп-а од 25 до 35 кХз за 7 секунди, конвертован у аналогни сигнал помоћу дигитално-аналогног (ДА) претварача (Аналог Дисцовери 2, Дигилент Инц., Вашингтон, САД).Аналогни сигнал \(В_0\) (0,5 Вп-п) је затим појачан наменским радиофреквентним (РФ) појачалом (Мариацхи Ои, Турку, Финска).Падајући напон појачања \({В_И}\) излази из РФ појачивача са излазном импедансом од 50 \(\Омега\) до трансформатора уграђеног у структуру игле са улазном импедансом од 50 \(\Омега)\) Лангевин претварач (предњи и задњи вишеслојни пиезоелектрични претварачи, оптерећени масом) се користе за генерисање механичких таласа.Прилагођено РФ појачало је опремљено двоканалним мерачем фактора снаге стојећег таласа (СВР) који може да открије инцидент \({В_И}\) и рефлектовани појачани напон \(В_Р\) преко 300 кХз аналогно-дигиталног (АД ) претварач (Аналог Дисцовери 2).Сигнал побуде је амплитудно модулисан на почетку и на крају како би се спречило преоптерећење улаза појачала транзијентима.
Коришћењем прилагођене скрипте имплементиране у МАТЛАБ-у, функција фреквенцијског одзива (АФЦ), односно претпоставља линеарни стационарни систем.Такође, примените филтер опсега од 20 до 40 кХз да бисте уклонили све нежељене фреквенције из сигнала.Позивајући се на теорију далековода, \(\тилде{Х}(ф)\) је у овом случају еквивалентно коефицијенту рефлексије напона, тј. \(\рхо _{В} \екуив {В_Р}/{В_И} \)26 .Пошто излазна импеданса појачавача \(З_0\) одговара улазној импеданси уграђеног трансформатора претварача, а коефицијент рефлексије електричне снаге \({П_Р}/{П_И}\) се смањује на \ ({В_Р }^ 2/{В_И}^2\ ), онда је \(|\рхо _{В}|^2\).У случају када је потребна апсолутна вредност електричне снаге, израчунајте упадну \(П_И\) и рефлектовану\(П_Р\) снагу (В) узимајући средњу квадратну (рмс) вредност одговарајућег напона, на пример, за далековод са синусоидном побудом, \(П = {В}^2/(2З_0)\)26, где је \(З_0\) једнако 50 \(\Омега\).Електрична снага која се испоручује на оптерећење \(П_Т\) (тј. уметнути медијум) може се израчунати као \(|П_И – П_Р |\) (В РМС), а ефикасност преноса енергије (ПТЕ) може се дефинисати и изразити као проценат (%) дакле даје 27:
Фреквенцијски одзив се затим користи за процену модалних фреквенција \(ф_{1-3}\) (кХз) дизајна оловке и одговарајуће ефикасности преноса енергије, \(\тект {ПТЕ}_{1{-}3} \ ).ФВХМ (\(\тект {ФВХМ_{1{-}3}\), Хз) се процењује директно из \(\тект {ПТЕ}_{1{-}3}\), из табеле 1 фреквенције \(ф_{1-3}\) описане у .
Метода за мерење фреквенцијског одзива (АФЦ) ацикуларне структуре.Двоканално мерење синусног свепт-а25,38 се користи за добијање функције фреквенцијског одзива \(\тилде{Х}(ф)\) и њеног импулсног одзива Х(т).\({\матхцал {Ф}}\) и \({\матхцал {Ф}}^{-1}\) означавају нумеричку скраћену Фуријеову трансформацију и операцију инверзне трансформације, респективно.\(\тилде{Г}(ф)\) значи да се два сигнала множе у фреквенцијском домену, нпр. \(\тилде{Г}_{КсрКс}\) значи инверзно скенирање\(\тилде{Кс} р( ф )\) и сигнал пада напона \(\тилде{Кс}(ф)\).
Као што је приказано на сл.5, камера велике брзине (Пхантом В1612, Висион Ресеарцх Инц., Њу Џерси, САД) опремљена макро сочивом (МП-Е 65 мм, \(ф)/2.8, 1-5 \ (\тимес\), Цанон Инц. ..., Токио, Јапан) коришћени су за снимање отклона врха игле подвргнутог савијању (једна фреквенција, континуирана синусоида) на фреквенцији од 27,5–30 кХз.Да би се направила мапа сенки, хлађени елемент беле ЛЕД диоде високог интензитета (број дела: 4052899910881, бели лед, 3000 К, 4150 лм, Осрам Опто Семицондуцторс ГмбХ, Регенсбург, Немачка) постављен је иза косине игле.
Поглед с предње стране експерименталне поставке.Дубина се мери од површине медија.Структура игле је стегнута и монтирана на моторизовани преносни сто.Користите камеру велике брзине са сочивом са великим увећањем (5\(\пута\)) да измерите отклон закошеног врха.Све димензије су у милиметрима.
За сваки тип косине игле, снимили смо 300 рамова камере велике брзине од 128 \(\к\) 128 пиксела, сваки са просторном резолуцијом од 1/180 мм (\(\приближно) 5 µм), са временском резолуцијом од 310.000 кадрова у секунди.Као што је приказано на слици 6, сваки оквир (1) је исечен (2) тако да се врх налази у последњој линији (доле) оквира, а затим се израчунава хистограм слике (3), тако да Цанни прагови 1 и 2 може се одредити.Затим примените Цанни28(4) детекцију ивица користећи Собел оператор 3 \(\тимес\) 3 и израчунајте позицију пиксела некавитационе хипотенузе (означене \(\матхбф {\тимес }\)) за све кораке од 300 пута .Да би се одредио распон скретања на крају, израчунава се извод (користећи алгоритам централне разлике) (6) и идентификује оквир који садржи локалне екстреме (тј. врх) скретања (7).Након визуелног прегледа ивице која не кавитира, одабран је пар оквира (или два оквира раздвојена пола временског периода) (7) и измерен је отклон врха (означен \(\матхбф {\тимес} \ ) Горе наведено је имплементирано у Питхон-у (в3.8, Питхон Софтваре Фоундатион, питхон.орг) користећи ОпенЦВ Цанни алгоритам за детекцију ивица (в4.5.1, библиотека рачунарског вида отвореног кода, опенцв.орг). електрична енергија \ (П_Т \) (В, рмс) .
Отклон врха је измерен коришћењем серије кадрова узетих из камере велике брзине на 310 кХз користећи алгоритам од 7 корака (1-7) укључујући кадрирање (1-2), детекцију Цанни ивице (3-4), ивицу локације пиксела на визуелно прегледаним паровима оквира (7) мерени су прорачун (5) и њихови временски деривати (6), и коначно угиб врха врха до врха.
Мерења су вршена у ваздуху (22,4-22,9°Ц), дејонизованој води (20,8-21,5°Ц) и балистичком желатину 10% (в/в) (19,7-23,0°Ц, \(\тект {Хонеивелл}^{ \тект { ТМ}}\) \(\тект {Флука}^{\тект {ТМ}}\) Желатин од говеђе и свињске кости за балистичку анализу типа И, Хонеивелл Интернатионал, Северна Каролина, САД).Температура је мерена термоелементом типа К (АД595, Аналог Девицес Инц., МА, САД) и термопаром К типа (Флуке 80ПК-1 Беад Пробе Но. 3648 тип-К, Флуке Цорпоратион, Вашингтон, САД).Из медијума Дубина је мерена од површине (постављене као почетак з-осе) коришћењем вертикалне моторизоване степенице з-осе (8МТ50-100БС1-КСИЗ, Станда Лтд., Вилниус, Литванија) са резолуцијом од 5 µм.по кораку.
Пошто је величина узорка била мала (н = 5) и није се могла претпоставити нормалност, коришћен је двострани Вилцокон тест збира ранга са два узорка (Р, в4.0.3, Р Фондација за статистичко рачунање, р-пројецт .орг). да упореди количину варијансе врха игле за различите косине.Било је 3 поређења по нагибу, тако да је примењена Бонферонијева корекција са прилагођеним нивоом значајности од 0,017 и стопом грешке од 5%.
Пређимо сада на Сл.7.На фреквенцији од 29,75 кХз, полуталас савијања (\(\ламбда_и/2\)) игле 21 калибра је \(\приближно) 8 мм.Како се неко приближава врху, таласна дужина савијања се смањује дуж косог угла.На врху \(\ламбда _и/2\) \(\приближно\) постоје кораци од 3, 1 и 7 мм за уобичајени копљасти (а), асиметричан (б) и ососиметричан (ц) нагиб једне игле , редом.Дакле, то значи да је опсег ланцете \(\приближно) 5 мм (због чињенице да две равни ланцете чине једну тачку29,30), асиметрична косина је 7 мм, асиметрична косина је 1 мм.Ососиметрични нагиби (центар гравитације остаје константан, тако да се само дебљина зида цеви заправо мења дуж нагиба).
ФЕМ студије и примена једначина на фреквенцији од 29,75 кХз.(1) Приликом израчунавања варијације полуталаса савијања (\(\ламбда_и/2\)) за ланцет (а), асиметричну (б) и ососиметричну (ц) геометрију косине (као на слици 1а,б,ц ) .Просечна вредност \(\ламбда_и/2\) ланцетасте, асиметричне и оси симетричне косине била је 5,65, 5,17 и 7,52 мм, респективно.Имајте на уму да је дебљина врха за асиметричне и оси симетричне косине ограничена на \(\приближно) 50 µм.
Максимална покретљивост \(|\тилде{И}_{в_иФ_и}|\) је оптимална комбинација дужине цеви (ТЛ) и дужине косине (БЛ) (сл. 8, 9).За конвенционалну ланцету, пошто је њена величина фиксна, оптимална ТЛ је \(\приближно) 29,1 мм (слика 8).За асиметричне и ососиметричне косине (сл. 9а, б, респективно), ФЕМ студије су укључивале БЛ од 1 до 7 мм, тако да су оптимални ТЛ били од 26,9 до 28,7 мм (опсег 1,8 мм) и од 27,9 до 29,2 мм (опсег 1,3 мм), респективно.За асиметрични нагиб (слика 9а), оптимална ТЛ се линеарно повећала, достигла плато на БЛ 4 мм, а затим се нагло смањила са БЛ 5 на 7 мм.За осовинско симетричну косину (слика 9б), оптимални ТЛ расте линеарно са повећањем БЛ и коначно се стабилизује на БЛ од 6 до 7 мм.Проширено истраживање ососиметричног нагиба (слика 9ц) открило је другачији скуп оптималних ТЛ на \(\приближно) 35,1–37,1 мм.За све БЛ, растојање између два најбоља ТЛ-а је \(\приближно\) 8 мм (еквивалентно \(\ламбда_и/2\)).
Мобилност преноса ланцета на 29,75 кХз.Игла је флексибилно побуђена на фреквенцији од 29,75 кХз, а вибрација је мерена на врху игле и изражена као количина пренете механичке покретљивости (дБ у односу на максималну вредност) за ТЛ 26,5-29,5 мм (у корацима од 0,1 мм) .
Параметријска истраживања ФЕМ-а на фреквенцији од 29,75 кХз показују да на преносну покретљивост ососиметричног врха мање утиче промена дужине цеви него њеног асиметричног колеге.Студије дужине нагиба (БЛ) и дужине цеви (ТЛ) асиметричне (а) и оси симетричне (б, ц) геометрије косине у проучавању фреквентног домена коришћењем ФЕМ (гранични услови су приказани на слици 2).(а, б) ТЛ се кретао од 26,5 до 29,5 мм (корак 0,1 мм) и БЛ 1–7 мм (корак 0,5 мм).(ц) Проширене осносиметричне студије нагиба укључујући ТЛ 25–40 мм (у корацима од 0,05 мм) и БЛ 0,1–7 мм (у корацима од 0,1 мм) које показују да \(\ламбда_и/2\ ) мора да испуњава захтеве врха.покретни гранични услови.
Конфигурација игле има три сопствене фреквенције \(ф_{1-3}\) подељене на регионе ниског, средњег и високог режима као што је приказано у табели 1. Величина ПТЕ је забележена као што је приказано на сл.10, а затим анализирана на слици 11. Испод су налази за сваку модалну област:
Типичне забележене амплитуде тренутне ефикасности преноса снаге (ПТЕ) добијене са синусоидном ексцитацијом са брзином фреквенције за ланцету (Л) и ососиметричну косину АКС1-3 у ваздуху, води и желатину на дубини од 20 мм.Приказани су једнострани спектри.Измерени фреквентни одзив (узорковани на 300 кХз) је нископропусни филтриран, а затим смањен за фактор 200 за модалну анализу.Однос сигнал-шум је \(\ле\) 45 дБ.ПТЕ фазе (љубичасте испрекидане линије) су приказане у степенима (\(^{\цирц}\)).
Анализа модалног одговора (средња ± стандардна девијација, н = 5) приказана на слици 10, за нагибе Л и АКС1-3, у ваздуху, води и 10% желатина (дубина 20 мм), са (горња) три модална региона ( ниске, средње и високе) и њихове одговарајуће модалне фреквенције\(ф_{1-3}\) (кХз), (просечна) енергетска ефикасност \(\тект {ПТЕ}_{1{-}3}\) Израчунато коришћењем еквивалената .(4) и (доња) пуна ширина при пола максимума мерења \(\тект {ФВХМ_{1{-}3}\) (Хз), респективно.Имајте на уму да је мерење пропусног опсега прескочено када је регистрован низак ПТЕ, тј. \(\тект {ФВХМ}_{1}\) у случају АКС2 нагиба.Утврђено је да је режим \(ф_2\) најпогоднији за поређење угиба нагиба, јер је показао највиши ниво ефикасности преноса снаге (\(\тект {ПТЕ}_{2}\)), до 99%.
Први модални регион: \(ф_1\) не зависи много од врсте уметнутог медијума, већ зависи од геометрије нагиба.\(ф_1\) се смањује са смањењем дужине косине (27,1, 26,2 и 25,9 кХз у ваздуху за АКС1-3, респективно).Регионални просеци \(\тект {ПТЕ}_{1}\) и \(\тект {ФВХМ}_{1}\) су \(\приближно\) 81% и 230 Хз респективно.\(\тект {ФВХМ}_{1}\) има највећи садржај желатина у Ланцету (Л, 473 Хз).Имајте на уму да \(\тект {ФВХМ}_{1}\) АКС2 у желатину није било могуће проценити због ниске забележене ФРФ амплитуде.
Други модални регион: \(ф_2\) зависи од типа уметнутог медија и косине.Просечне вредности \(ф_2\) су 29,1, 27,9 и 28,5 кХз у ваздуху, води и желатину, респективно.Овај модални регион је такође показао висок ПТЕ од 99%, највиши од било које мерене групе, са регионалним просеком од 84%.\(\тект {ФВХМ}_{2}\) има регионални просек од \(\приближно\) 910 Хз.
Регион трећег режима: фреквенција \(ф_3\) зависи од типа медија и нагиба.Просечне вредности \(ф_3\) су 32,0, 31,0 и 31,3 кХз у ваздуху, води и желатину, респективно.Регионални просек \(\тект {ПТЕ}_{3}\) био је \(\приближно\) 74%, најнижи у било ком региону.Регионални просек \(\тект {ФВХМ}_{3}\) је \(\приближно\) 1085 Хз, што је више од првог и другог региона.
Следеће се односи на Сл.12 и табела 2. Ланцета (Л) се највише скретала (са великим значајем за све врхове, \(п<\) 0,017) иу ваздуху и у води (слика 12а), постигавши највећи ДПР (до 220 µм/ В у ваздуху). 12 и табела 2. Ланцета (Л) се највише скретала (са великим значајем за све врхове, \(п<\) 0,017) иу ваздуху и у води (слика 12а), постигавши највећи ДПР (до 220 µм/ В у ваздуху). Следеће се односи на рисунку 12 и таблицу 2. Ланцет (Л) отклоналса више всего (с високом значајношћу за све последнике, \(п<\) 0,017) како у воздуху, такту и у води (рис. 12а), достигавши саму високу ДПР . Следеће се односи на Слику 12 и Табелу 2. Ланцет (Л) се највише скретао (са великим значајем за све врхове, \(п<\) 0,017) иу ваздуху иу води (Слика 12а), постигавши највећи ДПР.(до 220 μм/В у ваздуху).Смт.Слика 12 и табела 2 испод.柳叶刀(Л) 在空气和水中偏转最多 (对所有尖端具有高显着性, 水中偏转最多) (п<\) 0,017（（高ДПР (在空气中高达220 µм/В).柳叶刀(Л) има највећи отклон у ваздуху и води (对所记尖端可以高电影性,\(п<\) 0,017) (图12а) и постигао је највећи ДПР (до 220 µм) ваздух). Ланцет (Л) отклонаса больше всего (висока значајность дла всех последников, \(п<\) 0,017) в воздуху и води (рис. 12а), достигаа наибольшего ДПР (до 220 мкм/Вт у воздуху). Ланцет (Л) се највише скретао (висок значај за све врхове, \(п<\) 0,017) у ваздуху и води (слика 12а), достижући највећи ДПР (до 220 µм/В у ваздуху). У ваздуху, АКС1 који је имао већи БЛ, скретао се више од АКС2–3 (са значајношћу, \(п<\) 0,017), док је АКС3 (који је имао најнижи БЛ) скренуо више од АКС2 са ДПР од 190 µм/В. У ваздуху, АКС1 који је имао већи БЛ, скретао се више од АКС2–3 (са значајношћу, \(п<\) 0,017), док је АКС3 (који је имао најнижи БЛ) скренуо више од АКС2 са ДПР од 190 µм/В. В воздухе АКС1 с более високого БЛ отклоналса више, него АКС2–3 (со значильностьу \(п<\) 0,017), тада как АКС3 (с самим низким БЛ) отклонаса больше, него АКС2 с ДПР 190 мкм/Вт. У ваздуху, АКС1 са већим БЛ се скретао више од АКС2–3 (са значајношћу \(п<\) 0,017), док је АКС3 (са најнижим БЛ) скренуо више од АКС2 са ДПР 190 µм/В.在空气中，具有更高БЛ 的АКС1 比АКС2-3 偏转更高 (具有显着性),\(п<\) 0,017 比АКС2-3偏转大于АКС2, ДПР 为190 µм/В 。 У ваздуху, отклон АКС1 са већим БЛ је већи од оног код АКС2-3 (значајно, \(п<\) 0,017), а отклон АКС3 (са најнижим БЛ) је већи од оног код АКС2, ДПР је 190 µм/В. В воздухе АКС1 с более високого БЛ отклонаетса больше, него АКС2-3 (значимо, \(п<\) 0,017), тогда как АКС3 (с самим низким БЛ) отклонаетса больше, него АКС2 с ДПР 190 мкм/Вт. У ваздуху, АКС1 са већим БЛ одбија више од АКС2-3 (значајно, \(п<\) 0,017), док АКС3 (са најнижим БЛ) одбија више од АКС2 са ДПР 190 µм/В.На 20 мм воде, отклон и ПТЕ АКС1–3 нису се значајно разликовали (\(п>\) 0,017).Нивои ПТЕ у води (90,2–98,4%) су генерално били виши него у ваздуху (56–77,5%) (слика 12ц), а феномен кавитације је примећен током експеримента у води (слика 13, види и додатне информације).
Количина отклона врха (средња вредност ± СД, н = 5) измерена за косину Л и АКС1-3 у ваздуху и води (дубина 20 мм) показује ефекат промене геометрије косине.Мерења су добијена коришћењем континуиране једнофреквентне синусоидне побуде.(а) Одступање од врха до врха (\(у_и\вец {ј}\)) на врху, мерено на (б) њиховим одговарајућим модалним фреквенцијама \(ф_2\).(ц) Ефикасност преноса снаге (ПТЕ, РМС, %) једначине.(4) и (д) Фактор снаге скретања (ДПР, µм/В) израчунат као одступање од врха до врха и пренете електричне снаге \(П_Т\) (Врмс).
Типичан дијаграм сенки камере велике брзине који приказује одступање од врха до врха (зелене и црвене испрекидане линије) ланцете (Л) и ососиметричног врха (АКС1–3) у води (дубине 20 мм) током пола циклуса.циклус, на фреквенцији побуде \(ф_2\) (фреквенција узорковања 310 кХз).Снимљена слика у сивим тоновима има величину од 128×128 пиксела и величину пиксела од \(\приближно\) 5 µм.Видео се може наћи у додатним информацијама.
Тако смо моделовали промену таласне дужине савијања (слика 7) и израчунали преносиву механичку покретљивост за комбинације дужине цеви и ивице (сл. 8, 9) за конвенционалне ланцете, асиметричне и осиметричне ивице геометријских облика.На основу последњег, проценили смо оптимално растојање од 43 мм (или \(\приближно) 2,75\(\ламбда _и\) на 29,75 кХз) од врха до шава, као што је приказано на слици 5, и направили три осно симетричне косине са различитим дужинама косина.Затим смо окарактерисали њихово фреквенцијско понашање у ваздуху, води и 10% (в/в) балистичком желатину у поређењу са конвенционалним ланцетама (Слике 10, 11) и одредили начин рада који је најпогоднији за поређење угиба.Коначно, измерили смо отклон врха таласом савијања у ваздуху и води на дубини од 20 мм и квантификовали ефикасност преноса снаге (ПТЕ, %) и фактор снаге скретања (ДПР, µм/В) медијума за уметање за сваку косину.угаоног типа (слика 12).
Показало се да геометрија игле утиче на количину отклона врха игле.Ланцета је остварила највећи отклон и највећи ДПР у поређењу са ососиметричном косом са нижим просечним отклоном (Сл. 12).Осносиметрична косина од 4 мм (АКС1) са најдужом косом постигла је статистички значајно максимално скретање у ваздуху у поређењу са другим ососиметричним иглама (АКС2–3) (\(п < 0,017\), табела 2), али није било значајне разлике .посматрано када се игла стави у воду.Дакле, нема очигледне предности веће дужине косине у смислу вршног отклона на врху.Имајући ово на уму, чини се да геометрија косине која је проучавана у овој студији има већи утицај на отклон од дужине косине.Ово може бити због крутости на савијање, на пример у зависности од укупне дебљине материјала који се савија и дизајна игле.
У експерименталним студијама, на величину рефлектованог флексуралног таласа утичу гранични услови врха.Када се врх игле убаци у воду и желатин, \(\тект {ПТЕ}_{2}\) је \(\приближно\) 95%, а \(\тект {ПТЕ_{2}\) је \ (\тект {ПТЕ}_{ 2}\) вредности су 73% и 77% за (\тект {ПТЕ}_{1}\) и \(\тект {ПТЕ}_{3}\), односно (сл. 11).Ово указује да се максимални пренос акустичне енергије на медијум за ливење, односно воду или желатин, дешава на \(ф_2\).Слично понашање је уочено у претходној студији31 коришћењем једноставније конфигурације уређаја у фреквенцијском опсегу 41-43 кХз, у којој су аутори показали зависност коефицијента рефлексије напона од механичког модула медијума за уградњу.Дубина пенетрације32 и механичка својства ткива обезбеђују механичко оптерећење на иглу и стога се очекује да утичу на резонантно понашање УЗЕФНАБ-а.Дакле, алгоритми за праћење резонанце (нпр. 17, 18, 33) могу да се користе за оптимизацију акустичне снаге која се испоручује кроз иглу.
Симулација на таласним дужинама савијања (слика 7) показује да је ососиметрични врх структурно чвршћи (тј. чвршћи на савијање) од ланцете и асиметричне косине.На основу (1) и користећи познату релацију брзина-фреквенција, процењујемо крутост на савијање на врху игле као \(\око\) 200, 20 и 1500 МПа за ланцетну, асиметричну и аксијалну нагнуту раван, респективно.Ово одговара \(\ламбда_и\) од \(\приближно\) 5,3, 1,7 и 14,2 мм, респективно, на 29,75 кХз (сл. 7а–ц).Узимајући у обзир клиничку безбедност током УСеФНАБ, треба проценити ефекат геометрије на структурну крутост нагнуте равни34.
Проучавање параметара косине у односу на дужину цеви (слика 9) показало је да је оптимални опсег преноса већи за асиметричну косину (1,8 мм) него за ососиметричну косину (1,3 мм).Поред тога, покретљивост је стабилна на \(\приближно) од 4 до 4,5 мм и од 6 до 7 мм за асиметричне и оси симетричне нагибе, респективно (сл. 9а, б).Практични значај овог открића се изражава у производним толеранцијама, на пример, нижи опсег оптималног ТЛ може значити да је потребна већа тачност дужине.Истовремено, плато мобилности обезбеђује већу толеранцију за избор дужине пада на датој фреквенцији без значајног утицаја на покретљивост.
Студија укључује следећа ограничења.Директно мерење отклона игле помоћу детекције ивица и снимања велике брзине (слика 12) значи да смо ограничени на оптички провидне медије као што су ваздух и вода.Такође желимо да истакнемо да нисмо користили експерименте за тестирање симулиране мобилности преноса и обрнуто, већ смо користили ФЕМ студије да бисмо одредили оптималну дужину за израду игле.Што се тиче практичних ограничења, дужина ланцете од врха до рукава је \(\приближно) 0,4 цм дужа од осталих игала (АКС1-3), видети сл.3б.Ово може утицати на модални одговор дизајна игле.Поред тога, облик и запремина лема на крају таласоводне игле (види слику 3) могу утицати на механичку импедансу дизајна игле, уносећи грешке у механичкој импеданси и понашању савијања.
Коначно, показали смо да експериментална геометрија косине утиче на количину отклона у УСеФНАБ.Ако би већи отклон имао позитиван ефекат на ефекат игле на ткиво, као што је ефикасност сечења након пирсинга, онда се конвенционална ланцета може препоручити у УСеФНАБ-у јер обезбеђује максималан отклон уз одржавање адекватне крутости структурног врха..Штавише, недавна студија35 је показала да већи отклон врха може побољшати биолошке ефекте као што је кавитација, што може олакшати развој минимално инвазивних хируршких примена.С обзиром на то да се показало да повећање укупне акустичне снаге повећава број биопсија у УСеФНАБ13, потребне су даље квантитативне студије количине и квалитета узорка да би се процениле детаљне клиничке предности проучаване геометрије игле.
Време поста: Јан-06-2023