Salamat sa pagbisita sa Nature.com.Gumagamit ka ng bersyon ng browser na may limitadong suporta sa CSS.Para sa pinakamagandang karanasan, inirerekomenda namin na gumamit ka ng na-update na browser (o huwag paganahin ang Compatibility Mode sa Internet Explorer).Bilang karagdagan, upang matiyak ang patuloy na suporta, ipinapakita namin ang site na walang mga istilo at JavaScript.
Mga slider na nagpapakita ng tatlong artikulo sa bawat slide.Gamitin ang likod at susunod na mga pindutan upang lumipat sa mga slide, o ang mga pindutan ng slide controller sa dulo upang lumipat sa bawat slide.
Kamakailan ay ipinakita na ang paggamit ng ultrasound ay maaaring mapabuti ang ani ng tissue sa ultrasound-enhanced fine needle aspiration biopsy (USeFNAB) kumpara sa conventional fine needle aspiration biopsy (FNAB).Ang ugnayan sa pagitan ng bevel geometry at pagkilos ng tip ng karayom ​​ay hindi pa sinisiyasat.Sa pag-aaral na ito, sinisiyasat namin ang mga katangian ng needle resonance at deflection amplitude para sa iba't ibang needle bevel geometries na may iba't ibang haba ng bevel.Gamit ang isang conventional lancet na may 3.9 mm cut, ang tip deflection power factor (DPR) ay 220 at 105 µm/W sa hangin at tubig, ayon sa pagkakabanggit.Ito ay mas mataas kaysa sa axisymmetric 4mm bevel tip, na nakakuha ng DPR na 180 at 80 µm/W sa hangin at tubig, ayon sa pagkakabanggit.Binibigyang-diin ng pag-aaral na ito ang kahalagahan ng kaugnayan sa pagitan ng baluktot na katigasan ng bevel geometry sa konteksto ng iba't ibang mga insertion aid, at sa gayon ay maaaring magbigay ng pananaw sa mga pamamaraan para sa pagkontrol ng pagkilos ng pagputol pagkatapos ng pagbutas sa pamamagitan ng pagbabago ng needle bevel geometry, na mahalaga para sa USeFNAB.Mahalaga ang aplikasyon.
Ang fine needle aspiration biopsy (FNAB) ay isang pamamaraan kung saan ang isang karayom ​​ay ginagamit upang makakuha ng sample ng tissue kapag ang isang abnormalidad ay pinaghihinalaang1,2,3.Ang mga tip na uri ng Franseen ay ipinakita na nagbibigay ng mas mataas na pagganap ng diagnostic kaysa sa tradisyonal na mga tip sa Lancet4 at Menghini5.Ang mga axisymmetric (ie circumferential) na mga bevel ay iminungkahi din upang mapataas ang posibilidad ng isang sapat na sample para sa histopathology6.
Sa panahon ng biopsy, ang isang karayom ​​ay dumaan sa mga layer ng balat at tissue upang ipakita ang kahina-hinalang patolohiya.Ipinakita ng mga kamakailang pag-aaral na ang ultrasonic activation ay maaaring mabawasan ang puwersa ng pagbutas na kinakailangan upang ma-access ang malambot na mga tisyu7,8,9,10.Ang geometry ng tapyas ng karayom ​​ay ipinakita na nakakaapekto sa mga puwersa ng interaksyon ng karayom, hal.Iminungkahi na pagkatapos tumagos ang karayom ​​sa ibabaw ng tissue, ibig sabihin, pagkatapos mabutas, ang puwersa ng pagputol ng karayom ​​ay maaaring 75% ng kabuuang puwersa ng interaksyon ng karayom-tissue12.Ang Ultrasound (US) ay ipinakita upang mapabuti ang kalidad ng diagnostic soft tissue biopsy sa post-puncture phase13.Ang iba pang mga paraan upang mapabuti ang kalidad ng biopsy ng buto ay binuo para sa hard tissue sampling14,15 ngunit walang mga resulta na naiulat na nagpapabuti sa kalidad ng biopsy.Natuklasan din ng ilang pag-aaral na tumataas ang mekanikal na displacement sa pagtaas ng boltahe ng ultrasound drive16,17,18.Bagaman maraming mga pag-aaral ng axial (paayon) na mga static na puwersa sa pakikipag-ugnayan ng karayom-tissue19,20, ang mga pag-aaral sa temporal na dinamika at geometry ng bevel ng karayom ​​sa ultrasonic na pinahusay na FNAB (USeFNAB) ay limitado.
Ang layunin ng pag-aaral na ito ay upang siyasatin ang epekto ng iba't ibang bevel geometries sa pagkilos ng dulo ng karayom ​​na hinihimok ng pagbaluktot ng karayom ​​sa mga frequency ng ultrasonic.Sa partikular, sinisiyasat namin ang epekto ng daluyan ng pag-iniksyon sa pagpapalihis ng dulo ng karayom ​​pagkatapos ng pagbutas para sa maginoo na mga bevel ng karayom ​​(hal., lancets), axisymmetric at asymmetric na solong bevel geometries (Fig. upang mapadali ang pagbuo ng mga karayom ​​ng USeFNAB para sa iba't ibang layunin tulad ng selective suction. access o soft tissue nuclei.
Ang iba't ibang bevel geometries ay kasama sa pag-aaral na ito.(a) Ang mga lancet na umaayon sa ISO 7864:201636 kung saan ang \(\alpha\) ay ang pangunahing anggulo ng bevel, ang \(\theta\) ay ang pangalawang anggulo ng pag-ikot ng bevel, at ang \(\phi\) ay ang pangalawang anggulo ng pag-ikot ng bevel sa degrees , sa degrees (\(^\circ\)).(b) linear asymmetrical single step chamfers (tinatawag na "standard" sa DIN 13097:201937) at (c) linear axisymmetric (circumferential) single step chamfers.
Ang aming diskarte ay ang unang modelo ng pagbabago sa baluktot na wavelength sa kahabaan ng slope para sa conventional lancet, axisymmetric, at asymmetric na single-stage slope geometries.Pagkatapos ay kinakalkula namin ang isang parametric na pag-aaral upang suriin ang epekto ng anggulo ng bevel at haba ng tubo sa mobility ng mekanismo ng transportasyon.Ginagawa ito upang matukoy ang pinakamainam na haba para sa paggawa ng isang prototype na karayom.Batay sa simulation, ang mga prototype ng karayom ​​ay ginawa at ang kanilang matunog na pag-uugali sa hangin, tubig, at 10% (w/v) ballistic gelatin ay eksperimento na nailalarawan sa pamamagitan ng pagsukat ng koepisyent ng pagmuni-muni ng boltahe at pagkalkula ng kahusayan sa paglipat ng kuryente, kung saan ang dalas ng pagpapatakbo ay determinado..Sa wakas, ang high-speed imaging ay ginagamit upang direktang sukatin ang pagpapalihis ng baluktot na alon sa dulo ng karayom ​​sa hangin at tubig, at upang tantiyahin ang elektrikal na kapangyarihan na ipinadala ng bawat pagtabingi at ang deflection power factor (DPR) geometry ng na-injected. daluyan.
Gaya ng ipinapakita sa Figure 2a, gamitin ang No. 21 pipe (0.80 mm OD, 0.49 mm ID, 0.155 mm pipe wall thickness, standard wall gaya ng tinukoy sa ISO 9626:201621) na gawa sa 316 stainless steel ( Young's modulus 205).\(\text {GN/m}^{2}\), density 8070 kg/m\(^{3}\), Poisson's ratio 0.275).
Pagpapasiya ng wavelength ng baluktot at pag-tune ng finite element model (FEM) ng mga kondisyon ng karayom ​​at hangganan.(a) Pagpapasiya ng haba ng bevel (BL) at haba ng tubo (TL).(b) Three-dimensional (3D) finite element model (FEM) gamit ang harmonic point force \(\tilde{F}_y\vec{j}\) upang pukawin ang karayom ​​sa proximal na dulo, ilihis ang punto, at sukatin ang bilis bawat tip (\( \tilde{u}_y\vec {j}\), \(\tilde{v}_y\vec {j}\)) para kalkulahin ang mechanistic na transport mobility.Ang \(\lambda _y\) ay tinukoy bilang ang baluktot na wavelength na nauugnay sa vertical force \(\tilde{F}_y\vec {j}\).(c) Tukuyin ang sentro ng grabidad, cross-sectional area A, at mga sandali ng inertia \(I_{xx}\) at \(I_{yy}\) sa paligid ng x-axis at y-axis ayon sa pagkakabanggit.
Gaya ng ipinapakita sa fig.2b,c, para sa isang infinite (infinite) beam na may cross-sectional area A at sa isang malaking wavelength kumpara sa laki ng cross-section ng beam, ang bending (o bending) phase velocity \(c_{EI}\ ) ay tinukoy bilang 22:
kung saan ang E ay ang modulus ni Young (\(\text {N/m}^{2}\)), \(\omega _0 = 2\pi f_0\) ay ang excitation angular frequency (rad/s), kung saan \( f_0 \ ) ay ang linear frequency (1/s o Hz), ang I ay ang moment of inertia ng lugar sa paligid ng axis ng interes \((\text {m}^{4})\) at \(m'=\ Ang rho _0 A \) ay ang masa sa haba ng yunit (kg/m), kung saan ang \(\rho _0\) ay ang density \((\text {kg/m}^{3})\) at ang A ay ang krus -sectional area ng beam (xy plane) (\ (\text {m}^{2}\)).Dahil sa aming kaso ang inilapat na puwersa ay kahanay sa patayong y-axis, ie \(\ tilde{F}_y\vec {j}\), kami ay interesado lamang sa sandali ng pagkawalang-kilos ng lugar sa paligid ng pahalang na x- axis, ibig sabihin \(I_{xx} \), Kaya naman:
Para sa modelo ng finite element (FEM), isang purong harmonic displacement (m) ang ipinapalagay, kaya ang acceleration (\(\text {m/s}^{2}\)) ay ipinahayag bilang \(\partial ^2 \vec { u}/ \ bahagyang t^2 = -\omega ^2\vec {u}\), hal. \(\vec {u}(x, y, z, t) := u_x\vec {i} + u_y Ang \vec {j }+ u_z\vec {k}\) ay isang three-dimensional na displacement vector na tinukoy sa spatial coordinates.Ang pagpapalit sa huli ng finitely deformable Lagrangian form ng momentum balance law23, ayon sa pagpapatupad nito sa COMSOL Multiphysics software package (bersyon 5.4-5.5, COMSOL Inc., Massachusetts, USA), ay nagbibigay ng:
Kung saan ang \(\vec {\nabla}:= \frac{\partial}}{\partial x}\vec {i} + \frac{\partial}}{\partial y}\vec {j} + \frac{ Ang \partial }{\partial z}\vec {k}\) ay ang tensor divergence operator, at ang \({\underline{\sigma}}\) ay ang pangalawang Piola-Kirchhoff stress tensor (pangalawang order, \(\ text { N /m}^{2}\)), at \(\vec {F_V}:= F_{V_x}\vec {i}+ F_{V_y}\vec {j}+ F_{V_z}\vec { Ang k} \) ay ang vector ng puwersa ng katawan (\(\text {N/m}^{3}\)) ng bawat deformable volume, at ang \(e^{j\phi }\) ay ang yugto ng puwersa ng katawan, may anggulo ng bahagi \(\ phi\) (rad).Sa aming kaso, ang lakas ng lakas ng tunog ng katawan ay zero, at ipinapalagay ng aming modelo ang geometric linearity at maliit na puro nababanat na mga deformation, ibig sabihin, \({\underline{\varepsilon}}^{el} = {\underline{\varepsilon}}\ ), kung saan ang \({\underline{\varepsilon}}^{el}\) at \({\underline{ \varepsilon}}\) – elastic deformation at kabuuang deformation (dimensionless ng pangalawang order), ayon sa pagkakabanggit.Ang constitutive isotropic elasticity tensor ng Hooke \(\underline {\underline {C))\) ay nakuha gamit ang Young's modulus E(\(\text{N/m}^{2}\)) at ang Poisson's ratio v ay tinukoy, upang \ (\underline{\underline{C}}:=\underline{\underline{C}}(E,v)\) (ikaapat na ayos).Kaya ang pagkalkula ng stress ay nagiging \({\underline{\sigma}} := \underline{\underline{C}}:{\underline{\varepsilon}}\).
Ang mga kalkulasyon ay isinagawa gamit ang 10-node tetrahedral na elemento na may laki ng elemento \(\le\) 8 µm.Ang karayom ​​ay na-modelo sa vacuum, at ang mechanical mobility transfer value (ms-1 H-1) ay tinukoy bilang \(|\tilde{Y}_{v_yF_y}|= |\tilde{v}_y\vec { j} |/|\ tilde{F}_y\vec {j}|\)24, kung saan ang \(\tilde{v}_y\vec {j}\) ay ang output complex velocity ng handpiece, at \( \tilde{ Ang F} _y\vec {j }\) ay isang kumplikadong puwersa sa pagmamaneho na matatagpuan sa proximal na dulo ng tubo, tulad ng ipinapakita sa Fig. 2b.Ang transmissive mechanical mobility ay ipinahayag sa decibels (dB) gamit ang maximum na halaga bilang reference, ibig sabihin, \(20\log _{10} (|\tilde{Y}|/ |\tilde{Y}_{max}| )\ ), Lahat ng pag-aaral ng FEM ay isinagawa sa dalas ng 29.75 kHz.
Ang disenyo ng karayom ​​(Larawan 3) ay binubuo ng isang maginoo na 21 gauge hypodermic needle (catalog number: 4665643, Sterican\(^\circledR\), na may panlabas na diameter na 0.8 mm, isang haba na 120 mm, na gawa sa AISI chromium-nickel stainless steel 304., B. Braun Melsungen AG, Melsungen, Germany) ay naglagay ng plastic na Luer Lock na manggas na gawa sa polypropylene proximal na may kaukulang pagbabago sa tip.Ang tubo ng karayom ​​ay ibinebenta sa waveguide tulad ng ipinapakita sa Fig. 3b.Ang waveguide ay naka-print sa isang stainless steel 3D printer (EOS Stainless Steel 316L sa isang EOS M 290 3D printer, 3D Formtech Oy, Jyväskylä, Finland) at pagkatapos ay ikinabit sa Langevin sensor gamit ang M4 bolts.Ang Langevin transducer ay binubuo ng 8 piezoelectric ring elemento na may dalawang timbang sa bawat dulo.
Ang apat na uri ng mga tip (nakalarawan), isang komersyal na lancet (L), at tatlong ginawang axisymmetric na single-stage bevel (AX1–3) ay nailalarawan sa pamamagitan ng mga haba ng bevel (BL) na 4, 1.2, at 0.5 mm, ayon sa pagkakabanggit.(a) Close-up ng natapos na dulo ng karayom.(b) Top view ng apat na pin na ibinebenta sa isang 3D printed waveguide at pagkatapos ay konektado sa Langevin sensor na may M4 bolts.
Tatlong axisymmetric bevel tip (Fig. 3) (TAs Machine Tools Oy) ay ginawa na may mga haba ng bevel (BL, tinutukoy sa Fig. 2a) na 4.0, 1.2 at 0.5 mm, na tumutugma sa \(\approx\) 2\ (^\ circ\), 7\(^\circ\) at 18\(^\circ\).Ang waveguide at stylus weights ay 3.4 ± 0.017 g (mean ± SD, n = 4) para sa bevel L at AX1–3, ayon sa pagkakabanggit (Quntix\(^\circledR\) 224 Design 2, Sartorius AG, Göttingen, Germany) .Ang kabuuang haba mula sa dulo ng karayom ​​hanggang sa dulo ng plastic sleeve ay 13.7, 13.3, 13.3, 13.3 cm para sa bevel L at AX1-3 sa Figure 3b, ayon sa pagkakabanggit.
Para sa lahat ng pagsasaayos ng karayom, ang haba mula sa dulo ng karayom ​​hanggang sa dulo ng waveguide (ibig sabihin, lugar ng paghihinang) ay 4.3 cm, at ang tubo ng karayom ​​ay naka-orient upang ang tapyas ay nakaharap pataas (ibig sabihin, kahanay sa Y axis ).), tulad ng sa (Larawan 2).
Ginamit ang custom na script sa MATLAB (R2019a, The MathWorks Inc., Massachusetts, USA) na tumatakbo sa isang computer (Latitude 7490, Dell Inc., Texas, USA) para makabuo ng linear sinusoidal sweep mula 25 hanggang 35 kHz sa loob ng 7 segundo, na-convert sa analog signal ng digital-to-analog (DA) converter (Analog Discovery 2, Digilent Inc., Washington, USA).Ang analog signal \(V_0\) (0.5 Vp-p) ay pinalakas pagkatapos ng isang nakalaang radio frequency (RF) amplifier (Mariachi Oy, Turku, Finland).Ang bumabagsak na amplifying boltahe \({V_I}\) ay output mula sa RF amplifier na may output impedance na 50 \(\Omega\) sa isang transpormer na nakapaloob sa istraktura ng karayom ​​na may input impedance na 50 \(\Omega)\) Langevin transducer (harap at likuran multilayer piezoelectric transducers , puno ng masa) ay ginagamit upang makabuo ng mga mekanikal na alon.Ang custom na RF amplifier ay nilagyan ng dual-channel standing wave power factor (SWR) meter na maaaring makakita ng insidente \({V_I}\) at reflected amplified voltage \(V_R\) sa pamamagitan ng 300 kHz analog-to-digital (AD ) converter (Analog Discovery 2).Ang signal ng paggulo ay modulated sa amplitude sa simula at sa dulo upang maiwasan ang labis na karga ng input ng amplifier sa mga transient.
Gamit ang isang custom na script na ipinatupad sa MATLAB, ang frequency response function (AFC), ibig sabihin, ay nagpapalagay ng linear stationary system.Gayundin, maglapat ng 20 hanggang 40 kHz band pass filter upang alisin ang anumang hindi gustong mga frequency mula sa signal.Ang pagtukoy sa teorya ng linya ng paghahatid, ang \(\tilde{H}(f)\) sa kasong ito ay katumbas ng koepisyent ng pagmuni-muni ng boltahe, ibig sabihin, \(\rho _{V} \equiv {V_R}/{V_I} \)26 .Dahil ang output impedance ng amplifier \(Z_0\) ay tumutugma sa input impedance ng built-in na transpormer ng converter, at ang electrical power reflection coefficient \({P_R}/{P_I}\) ay nabawasan sa \( {V_R }^ 2/{V_I}^2\ ) ay katumbas ng \ (|\rho _{V}|^2\).Sa kaso kung saan kinakailangan ang absolute value ng electrical power, kalkulahin ang insidente \(P_I\) at reflected\(P_R\) power (W) sa pamamagitan ng pagkuha ng root mean square (rms) value ng katumbas na boltahe, halimbawa, para sa isang transmission line na may sinusoidal excitation, \(P = {V}^2/(2Z_0)\)26, kung saan ang \(Z_0\) ay katumbas ng 50 \(\Omega\).Ang de-koryenteng kapangyarihan na inihatid sa load \(P_T\) (ibig sabihin ang ipinasok na medium) ay maaaring kalkulahin bilang \(|P_I – P_R |\) (W RMS) at ang power transfer efficiency (PTE) ay maaaring tukuyin at ipahayag bilang isang porsyento (%) kaya nagbibigay ng 27:
Pagkatapos ay ginagamit ang tugon ng dalas upang tantyahin ang mga modal frequency \(f_{1-3}\) (kHz) ng disenyo ng stylus at ang kaukulang kahusayan sa paglipat ng kuryente, \(\text {PTE}_{1{-}3} \ ).FWHM (\(\text {FWHM}_{1{-}3}\), Hz) ay direktang tinatantya mula sa \(\text {PTE}_{1{-}3}\), mula sa Talahanayan 1 mga frequency \(f_{1-3}\) na inilarawan sa .
Isang paraan para sa pagsukat ng frequency response (AFC) ng isang acicular na istraktura.Ginagamit ang dual-channel swept-sine measurement25,38 para makuha ang frequency response function \(\tilde{H}(f)\) at ang impulse response nito H(t).Tinutukoy ng \({\mathcal {F}}\) at \({\mathcal {F}}^{-1}\) ang numerical truncated Fourier transform at ang inverse transform operation, ayon sa pagkakabanggit.Ang ibig sabihin ng \(\tilde{G}(f)\) ay ang dalawang signal ay pinarami sa frequency domain, hal. \(\tilde{G}_{XrX}\) ay nangangahulugang inverse scan\(\tilde{X} r( f )\) at signal ng pagbaba ng boltahe \(\tilde{X}(f)\).
Gaya ng ipinapakita sa fig.5, high-speed camera (Phantom V1612, Vision Research Inc., New Jersey, USA) na nilagyan ng macro lens (MP-E 65mm, \(f)/2.8, 1-5 \ (\times\), Canon Inc .Para gumawa ng shadow map, isang cooled element ng high intensity white LED (part number: 4052899910881, White Led, 3000 K, 4150 lm, Osram Opto Semiconductors GmbH, Regensburg, Germany) ang inilagay sa likod ng bevel ng needle.
Front view ng pang-eksperimentong setup.Ang lalim ay sinusukat mula sa ibabaw ng media.Ang istraktura ng karayom ​​ay naka-clamp at naka-mount sa isang motorized transfer table.Gumamit ng high speed camera na may mataas na magnification lens (5\(\times\)) para sukatin ang deflection ng beveled tip.Ang lahat ng mga sukat ay nasa millimeters.
Para sa bawat uri ng needle bevel, nag-record kami ng 300 high-speed camera frame na 128 \(\x\) 128 pixels, bawat isa ay may spatial na resolution na 1/180 mm (\(\approx) 5 µm), na may temporal na resolution ng 310,000 mga frame bawat segundo.Tulad ng ipinapakita sa Figure 6, ang bawat frame (1) ay na-crop (2) upang ang dulo ay nasa huling linya (ibaba) ng frame, at pagkatapos ay ang histogram ng larawan (3) ay kinakalkula, kaya ang Canny threshold 1 at 2 ay maaaring matukoy.Pagkatapos ay ilapat ang Canny28(4) edge detection gamit ang Sobel operator 3 \(\times\) 3 at kalkulahin ang posisyon ng pixel ng non-cavitational hypotenuse (na may label na \(\mathbf {\times }\)) para sa lahat ng 300-fold na hakbang .Upang matukoy ang span ng deflection sa dulo, ang derivative ay kinakalkula (gamit ang central difference algorithm) (6) at ang frame na naglalaman ng local extrema (ie peak) ng deflection (7) ay natukoy.Pagkatapos ng biswal na pag-inspeksyon sa non-cavitating edge, isang pares ng mga frame (o dalawang frame na pinaghihiwalay ng kalahating yugto ng panahon) (7) ay napili at ang tip deflection ay sinukat (na may label na \(\mathbf {\times} \ ) Ang nasa itaas ay ipinatupad sa Python (v3.8, Python Software Foundation, python.org) gamit ang OpenCV Canny edge detection algorithm (v4.5.1, open source computer vision library, opencv.org na electrical power \ (P_T \) (W, rms) .
Sinusukat ang tip deflection gamit ang isang serye ng mga frame na kinuha mula sa isang high-speed camera sa 310 kHz gamit ang 7-step algorithm (1-7) kasama ang framing (1-2), Canny edge detection (3-4), pixel location edge kalkulasyon (5) at ang kanilang mga derivatives ng oras (6), at sa wakas ang peak-to-peak tip deflection ay nasusukat sa biswal na inspeksyon na mga pares ng mga frame (7).
Ang mga sukat ay kinuha sa hangin (22.4-22.9°C), deionized na tubig (20.8-21.5°C) at ballistic gelatin 10% (w/v) (19.7-23.0°C, \(\text {Honeywell}^{ \text { TM}}\) \(\text {Fluka}^{\text {TM}}\) Bovine and Pork Bone Gelatin para sa Type I Ballistic Analysis, Honeywell International, North Carolina, USA).Sinusukat ang temperatura gamit ang isang K-type na thermocouple amplifier (AD595, Analog Devices Inc., MA, USA) at isang K-type na thermocouple (Fluke 80PK-1 Bead Probe No. 3648 type-K, Fluke Corporation, Washington, USA).Mula sa medium Depth ay sinusukat mula sa ibabaw (itinakda bilang pinanggalingan ng z-axis) gamit ang vertical motorized z-axis stage (8MT50-100BS1-XYZ, Standa Ltd., Vilnius, Lithuania) na may resolution na 5 µm.bawat hakbang.
Dahil maliit ang sample size (n = 5) at hindi maipagpalagay ang normalidad, ginamit ang two-sample two-tailed Wilcoxon rank sum test (R, v4.0.3, R Foundation for Statistical Computing, r-project .org). upang ihambing ang dami ng pagkakaiba-iba ng dulo ng karayom ​​para sa iba't ibang mga bevel.Mayroong 3 paghahambing sa bawat slope, kaya isang Bonferroni correction ang inilapat na may naayos na antas ng kahalagahan na 0.017 at isang error rate na 5%.
Bumaling tayo ngayon sa Fig.7.Sa dalas ng 29.75 kHz, ang baluktot na half-wave (\(\lambda_y/2\)) ng isang 21-gauge na karayom ​​ay \(\humigit-kumulang) 8 mm.Habang papalapit ang isa sa dulo, ang baluktot na wavelength ay bumababa kasama ang pahilig na anggulo.Sa dulong \(\lambda _y/2\) \(\humigit-kumulang\) may mga hakbang na 3, 1 at 7 mm para sa karaniwang lanceolate (a), asymmetric (b) at axisymmetric (c) na pagkahilig ng isang karayom , ayon sa pagkakabanggit.Kaya, nangangahulugan ito na ang saklaw ng lancet ay \(\humigit-kumulang) 5 mm (dahil sa katotohanan na ang dalawang eroplano ng lancet ay bumubuo ng isang solong punto29,30), ang asymmetric na bevel ay 7 mm, ang asymmetric na bevel ay 1 mm.Axisymmetric slope (ang sentro ng grabidad ay nananatiling pare-pareho, kaya ang kapal ng pader ng tubo lamang ang aktwal na nagbabago sa slope).
Pag-aaral ng FEM at aplikasyon ng mga equation sa dalas na 29.75 kHz.(1) Kapag kinakalkula ang pagkakaiba-iba ng baluktot na kalahating alon (\(\lambda_y/2\)) para sa lancet (a), asymmetric (b) at axisymmetric (c) bevel geometries (tulad ng sa Fig. 1a,b,c ).Ang average na value na \(\lambda_y/2\) ng lancet, asymmetric, at axisymmetric bevel ay 5.65, 5.17, at 7.52 mm, ayon sa pagkakabanggit.Tandaan na ang kapal ng tip para sa mga asymmetric at axisymmetric na bevel ay limitado sa \(\approx) 50 µm.
Ang peak mobility \(|\tilde{Y}_{v_yF_y}|\) ay ang pinakamainam na kumbinasyon ng haba ng tubo (TL) at haba ng bevel (BL) (Larawan 8, 9).Para sa isang maginoo na lancet, dahil ang laki nito ay naayos, ang pinakamainam na TL ay \(\ humigit-kumulang) 29.1 mm (Larawan 8).Para sa mga asymmetric at axisymmetric bevels (Larawan 9a, b, ayon sa pagkakabanggit), kasama sa pag-aaral ng FEM ang BL mula 1 hanggang 7 mm, kaya ang pinakamainam na TL ay mula 26.9 hanggang 28.7 mm (saklaw na 1.8 mm) at mula 27.9 hanggang 29 .2 mm (saklaw). 1.3 mm), ayon sa pagkakabanggit.Para sa asymmetric slope (Fig. 9a), ang pinakamainam na TL ay tumaas nang linearly, umabot sa isang talampas sa BL 4 mm, at pagkatapos ay biglang bumaba mula sa BL 5 hanggang 7 mm.Para sa isang axisymmetric bevel (Larawan 9b), ang pinakamainam na TL ay tumaas nang linear sa pagtaas ng BL at sa wakas ay nagpapatatag sa BL mula 6 hanggang 7 mm.Ang isang pinalawig na pag-aaral ng axisymmetric tilt (Fig. 9c) ay nagsiwalat ng ibang hanay ng mga pinakamainam na TL sa \(\approx) 35.1–37.1 mm.Para sa lahat ng BL, ang distansya sa pagitan ng dalawang pinakamahusay na TL ay \(\approx\) 8mm (katumbas ng \(\lambda_y/2\)).
Lancet transmission mobility sa 29.75 kHz.Ang karayom ​​ay nababaluktot na nasasabik sa dalas ng 29.75 kHz at ang panginginig ng boses ay sinusukat sa dulo ng karayom ​​at ipinahayag bilang ang dami ng ipinadalang mekanikal na kadaliang kumilos (dB na may kaugnayan sa pinakamataas na halaga) para sa TL 26.5-29.5 mm (sa 0.1 mm na mga palugit) .
Ang mga parametric na pag-aaral ng FEM sa dalas na 29.75 kHz ay ​​nagpapakita na ang paglipat ng mobility ng isang axisymmetric tip ay hindi gaanong apektado ng pagbabago sa haba ng tubo kaysa sa asymmetric na katapat nito.Bevel length (BL) at pipe length (TL) na pag-aaral ng asymmetric (a) at axisymmetric (b, c) bevel geometries sa frequency domain study gamit ang FEM (mga kundisyon ng hangganan ay ipinapakita sa Fig. 2).(a, b) Ang TL ay mula 26.5 hanggang 29.5 mm (0.1 mm step) at BL 1–7 mm (0.5 mm step).(c) Pinalawak na axisymmetric tilt studies kabilang ang TL 25–40 mm (sa 0.05 mm increment) at BL 0.1–7 mm (sa 0.1 mm increments) na nagpapakita na ang \(\lambda_y/2\ ) ay dapat matugunan ang mga kinakailangan ng tip.gumagalaw na kondisyon ng hangganan.
Ang pagsasaayos ng karayom ​​ay may tatlong eigenfrequencies \(f_{1-3}\) na nahahati sa mababang, katamtaman at mataas na mode na mga rehiyon tulad ng ipinapakita sa Talahanayan 1. Ang laki ng PTE ay naitala tulad ng ipinapakita sa fig.10 at pagkatapos ay sinuri sa Fig. 11. Nasa ibaba ang mga natuklasan para sa bawat modal area:
Karaniwang naitalang instantaneous power transfer efficiency (PTE) amplitude na nakuha gamit ang swept-frequency sinusoidal excitation para sa isang lancet (L) at axisymmetric bevel AX1-3 sa hangin, tubig at gelatin sa lalim na 20 mm.Ang isang panig na spectra ay ipinapakita.Ang sinusukat na frequency response (na-sample sa 300 kHz) ay low-pass na na-filter at pagkatapos ay pinaliit ng isang factor na 200 para sa modal analysis.Ang ratio ng signal-to-noise ay \(\le\) 45 dB.Ang mga PTE phase (purple dotted lines) ay ipinapakita sa degrees (\(^{\circ}\)).
Ang pagsusuri ng modal response (mean ± standard deviation, n = 5) na ipinapakita sa Fig. 10, para sa mga slope L at AX1-3, sa hangin, tubig at 10% gelatin (depth 20 mm), na may (tuktok) tatlong mga rehiyon ng modal ( mababa, gitna at mataas) at ang mga katumbas nilang modal frequency\(f_{1-3 }\) (kHz), (average) energy efficiency \(\text {PTE}_{1{-}3}\) Kinakalkula gamit ang mga katumbas .(4) at (ibaba) buong lapad sa kalahating maximum na sukat \(\text {FWHM}_{1{-}3}\) (Hz), ayon sa pagkakabanggit.Tandaan na ang pagsukat ng bandwidth ay nilaktawan kapag may mababang PTE ang nairehistro, ibig sabihin, \(\text {FWHM}_{1}\) sa kaso ng AX2 slope.Napag-alamang ang \(f_2\) mode ang pinakaangkop para sa paghahambing ng mga slope deflection, dahil ipinakita nito ang pinakamataas na antas ng kahusayan sa paglipat ng kuryente (\(\text {PTE}_{2}\)), hanggang 99%.
Unang modal na rehiyon: Ang \(f_1\) ay hindi masyadong nakadepende sa uri ng medium na ipinasok, ngunit depende sa geometry ng slope.Ang \(f_1\) ay bumababa nang bumababa ang haba ng bevel (27.1, 26.2 at 25.9 kHz sa hangin para sa AX1-3, ayon sa pagkakabanggit).Ang mga rehiyonal na average na \(\text {PTE}_{1}\) at \(\text {FWHM}_{1}\) ay \(\approx\) 81% at 230 Hz ayon sa pagkakabanggit.Ang \(\text {FWHM}_{1}\) ay may pinakamataas na nilalamang gelatin sa Lancet (L, 473 Hz).Tandaan na ang \(\text {FWHM}_{1}\) AX2 sa gelatin ay hindi masuri dahil sa mababang naitalang FRF amplitude.
Ang pangalawang rehiyon ng modal: \(f_2\) ay depende sa uri ng media na ipinasok at sa bevel.Ang mga average na halaga \(f_2\) ay 29.1, 27.9 at 28.5 kHz sa hangin, tubig at gelatin, ayon sa pagkakabanggit.Nagpakita rin ang modal region na ito ng mataas na PTE na 99%, ang pinakamataas sa anumang pangkat na sinusukat, na may average na rehiyonal na 84%.Ang \(\text {FWHM}_{2}\) ay may rehiyonal na average na \(\tinatayang\) 910 Hz.
Third mode region: ang frequency \(f_3\) ay depende sa uri ng media at bevel.Ang mga average na halaga ng \(f_3\) ay 32.0, 31.0 at 31.3 kHz sa hangin, tubig at gelatin, ayon sa pagkakabanggit.Ang \(\text {PTE}_{3}\) rehiyonal na average ay \(\tinatayang\) 74%, ang pinakamababa sa anumang rehiyon.Ang average na rehiyonal na \(\text {FWHM}_{3}\) ay \(\tinatayang\) 1085 Hz, na mas mataas kaysa sa una at pangalawang rehiyon.
       Ang sumusunod ay tumutukoy sa Fig.12 at Talahanayan 2. Ang lancet (L) ang pinakamaraming pinalihis (na may mataas na kahalagahan sa lahat ng mga tip, \(p<\) 0.017) sa parehong hangin at tubig (Larawan 12a), na nakamit ang pinakamataas na DPR (hanggang 220 µm/ W sa hangin). 12 at Talahanayan 2. Ang lancet (L) ang pinakamaraming pinalihis (na may mataas na kahalagahan sa lahat ng mga tip, \(p<\) 0.017) sa parehong hangin at tubig (Larawan 12a), na nakamit ang pinakamataas na DPR (hanggang 220 µm/ W sa hangin). Следующее относится к рисунку 12 at таблице 2. Ланцет (L) отклонялся больше всего (с высокой значикдоть p<\) 0,017) как в воздухе, так и в воде (рис. 12а), достигая самого высокого DPR . Nalalapat ang sumusunod sa Figure 12 at Table 2. Pinalihis ng Lancet (L) ang pinakamaraming (na may mataas na kahalagahan para sa lahat ng mga tip, \(p<\) 0.017) sa parehong hangin at tubig (Fig. 12a), na nakakamit ang pinakamataas na DPR .(gawing 220 μm/W sa hangin).Smt.Larawan 12 at Talahanayan 2 sa ibaba.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，\(p<\)最多（对所有尖端具有高显着性，\(p<\)最利玉， 0.017） （在空气中高达220 µm/W）。Ang 柳叶刀(L) ay may pinakamataas na pagpapalihis sa hangin at tubig (对所记尖端可以高电影性,\(p<\) 0.017) (图12a), at nakamit ang pinakamataas na DPR (hanggang 22W0 µm/m/m hangin). Ланцет (L) отклонялся больше всего (высокая значимость для всех наконечников, \(p<\) 0,017) в воздух иде , свох ид ольшего DPR (sa 220 мкм/Вт в воздухе). Pinalihis ng Lancet (L) ang pinakamaraming (mataas na kahalagahan para sa lahat ng mga tip, \(p<\) 0.017) sa hangin at tubig (Larawan 12a), na umabot sa pinakamataas na DPR (hanggang sa 220 µm/W sa hangin). Sa hangin, ang AX1 na may mas mataas na BL, ay nalihis nang mas mataas kaysa sa AX2–3 (na may kabuluhan, \(p<\) 0.017), habang ang AX3 (na may pinakamababang BL) ay nag-deflect ng higit sa AX2 na may DPR na 190 µm/W. Sa hangin, ang AX1 na may mas mataas na BL, ay nalihis nang mas mataas kaysa sa AX2–3 (na may kabuluhan, \(p<\) 0.017), habang ang AX3 (na may pinakamababang BL) ay nag-deflect ng higit sa AX2 na may DPR na 190 µm/W. В воздухе AX1 с более высоким BL отклонялся выше, чем AX2–3 (со значимостью \(p<\) 0,017), тогды злонки AX3 больше, чем AX2 с DPR 190 мкм/Вт. Sa hangin, ang AX1 na may mas mataas na BL ay lumihis nang mas mataas kaysa sa AX2–3 (na may kabuluhan \(p<\) 0.017), samantalang ang AX3 (na may pinakamababang BL) ay nag-deflect ng higit sa AX2 na may 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），而一们具有显着性。于AX2，DPR 为190 µm/W . Sa hangin, ang pagpapalihis ng AX1 na may mas mataas na BL ay mas mataas kaysa sa AX2-3 (makabuluhang, \(p<\) 0.017), at ang pagpapalihis ng AX3 (na may pinakamababang BL) ay mas malaki kaysa sa AX2, ang DPR ay 190 µm/W . В воздухе AX1 с более высоким BL отклоняется больше, чем AX2-3 (значимо, \(p<\) 0,017), тогда как AX3 (с BLникоб ольше, чем AX2 с DPR 190 мкм/Вт. Sa hangin, ang AX1 na may mas mataas na BL ay nagpapalihis ng higit sa AX2-3 (mahalaga, \(p<\) 0.017), samantalang ang AX3 (na may pinakamababang BL) ay nagpapalihis ng higit sa AX2 na may DPR 190 µm/W.Sa 20 mm na tubig, ang pagpapalihis at PTE AX1–3 ay hindi gaanong naiiba (\(p>\) 0.017).Ang mga antas ng PTE sa tubig (90.2–98.4%) ay karaniwang mas mataas kaysa sa hangin (56–77.5%) (Larawan 12c), at ang phenomenon ng cavitation ay nabanggit sa panahon ng eksperimento sa tubig (Larawan 13, tingnan din ang karagdagang impormasyon).
Ang dami ng pagpapalihis ng tip (mean ± SD, n = 5) na sinusukat para sa bevel L at AX1-3 sa hangin at tubig (depth 20 mm) ay nagpapakita ng epekto ng pagbabago ng bevel geometry.Ang mga sukat ay nakuha gamit ang tuloy-tuloy na single frequency sinusoidal excitation.(a) Peak to peak deviation (\(u_y\vec {j}\)) sa dulo, sinusukat sa (b) kani-kanilang modal frequency \(f_2\).(c) Kahusayan sa paglipat ng kuryente (PTE, RMS, %) ng equation.(4) at (d) Deflection power factor (DPR, µm/W) na kinakalkula bilang deviation peak-to-peak at transmitted electrical power \(P_T\) (Wrms).
Isang tipikal na high-speed camera shadow plot na nagpapakita ng peak-to-peak deviation (berde at pulang tuldok na linya) ng isang lancet (L) at axisymmetric na tip (AX1–3) sa tubig (20 mm depth) sa kalahating cycle.cycle, sa dalas ng paggulo \(f_2\) (dalas ng sampling 310 kHz).Ang nakuhang grayscale na imahe ay may sukat na 128×128 pixels at laki ng pixel na \(\approx\) 5 µm.Ang video ay matatagpuan sa karagdagang impormasyon.
Kaya, na-modelo namin ang pagbabago sa baluktot na wavelength (Larawan 7) at kinakalkula ang naililipat na mekanikal na kadaliang kumilos para sa mga kumbinasyon ng haba ng tubo at chamfer (Larawan 8, 9) para sa maginoo na lancet, asymmetric at axisymmetric chamfers ng mga geometric na hugis.Batay sa huli, tinantya namin ang pinakamainam na distansya na 43 mm (o \(\ humigit-kumulang) 2.75\(\lambda _y\) sa 29.75 kHz) mula sa dulo hanggang sa weld, tulad ng ipinapakita sa Fig. 5, at ginawa ang Tatlong axisymmetric mga bevel na may iba't ibang haba ng bevel.Pagkatapos ay nailalarawan namin ang kanilang dalas na pag-uugali sa hangin, tubig, at 10% (w/v) ballistic gelatin kumpara sa mga maginoo na lancet (Mga Figure 10, 11) at tinukoy ang mode na pinakaangkop para sa paghahambing ng bevel deflection.Sa wakas, sinukat namin ang pagpapalihis ng tip sa pamamagitan ng pagbaluktot ng alon sa hangin at tubig sa lalim na 20 mm at binibilang ang kahusayan sa paglipat ng kuryente (PTE, %) at deflection power factor (DPR, µm/W) ng insertion medium para sa bawat bevel.uri ng angular (Larawan 12).
Ang geometry ng bevel ng karayom ​​ay ipinakita na nakakaapekto sa dami ng pagpapalihis sa dulo ng karayom.Nakamit ng lancet ang pinakamataas na pagpapalihis at ang pinakamataas na DPR kumpara sa axisymmetric bevel na may mas mababang average na pagpapalihis (Fig. 12).Ang 4 mm na axisymmetric bevel (AX1) na may pinakamahabang bevel ay nakamit ang isang istatistikal na makabuluhang maximum na pagpapalihis sa hangin kumpara sa iba pang mga axisymmetric na karayom ​​(AX2–3) (\(p <0.017\), Talahanayan 2), ngunit walang makabuluhang pagkakaiba .naobserbahan kapag ang karayom ​​ay inilagay sa tubig.Kaya, walang halatang bentahe sa pagkakaroon ng mas mahabang haba ng bevel sa mga tuntunin ng peak deflection sa dulo.Sa pag-iisip na ito, lumalabas na ang geometry ng bevel na pinag-aralan sa pag-aaral na ito ay may mas malaking impluwensya sa dami ng deflection kaysa sa haba ng bevel.Ito ay maaaring dahil sa baluktot na paninigas, halimbawa depende sa kabuuang kapal ng materyal na baluktot at ang disenyo ng karayom.
Sa mga eksperimentong pag-aaral, ang magnitude ng sinasalamin na flexural wave ay apektado ng mga kondisyon ng hangganan ng dulo.Kapag ang dulo ng karayom ​​ay ipinasok sa tubig at gelatin, ang \(\text {PTE}_{2}\) ay \(\tinatayang\) 95%, at ang \(\text {PTE}_{ 2}\) ay \ (\text {PTE}_{ 2}\) ang mga value ay 73% at 77% para sa (\text {PTE}_{1}\) at \(\text {PTE}_{3}\), ayon sa pagkakabanggit (Larawan 11).Ipinapahiwatig nito na ang maximum na paglipat ng acoustic energy sa casting medium, ie tubig o gelatin, ay nangyayari sa \(f_2\).Ang katulad na pag-uugali ay naobserbahan sa isang nakaraang pag-aaral31 gamit ang isang mas simpleng pagsasaayos ng aparato sa saklaw ng dalas ng 41-43 kHz, kung saan ipinakita ng mga may-akda ang pag-asa ng koepisyent ng pagmuni-muni ng boltahe sa mekanikal na modulus ng daluyan ng pag-embed.Ang lalim ng penetration32 at ang mga mekanikal na katangian ng tissue ay nagbibigay ng mekanikal na pagkarga sa karayom ​​at samakatuwid ay inaasahang makakaimpluwensya sa matunog na pag-uugali ng UZEFNAB.Kaya, ang mga algorithm sa pagsubaybay sa resonance (hal. 17, 18, 33) ay maaaring gamitin upang i-optimize ang acoustic power na inihatid sa pamamagitan ng karayom.
Ang simulation sa mga baluktot na wavelength (Larawan 7) ay nagpapakita na ang axisymmetric na tip ay mas mahigpit sa istruktura (ibig sabihin, mas mahigpit sa baluktot) kaysa sa lancet at asymmetric na bevel.Batay sa (1) at gamit ang kilalang ugnayan ng bilis-dalas, tinatantya namin ang higpit ng baluktot sa dulo ng karayom ​​bilang \(\about\) 200, 20 at 1500 MPa para sa lancet, asymmetric at axial inclined planes, ayon sa pagkakabanggit.Ito ay tumutugma sa \(\lambda_y\) ng \(\humigit-kumulang\) 5.3, 1.7, at 14.2 mm, ayon sa pagkakabanggit, sa 29.75 kHz (Larawan 7a–c).Isinasaalang-alang ang klinikal na kaligtasan sa panahon ng USeFNAB, ang epekto ng geometry sa structural stiffness ng inclined plane ay dapat masuri34.
Ang isang pag-aaral ng mga parameter ng bevel na nauugnay sa haba ng tubo (Larawan 9) ay nagpakita na ang pinakamainam na hanay ng paghahatid ay mas mataas para sa asymmetric na bevel (1.8 mm) kaysa sa axisymmetric na bevel (1.3 mm).Bilang karagdagan, ang mobility ay stable sa \(\ humigit-kumulang) mula 4 hanggang 4.5 mm at mula 6 hanggang 7 mm para sa asymmetric at axisymmetric tilts, ayon sa pagkakabanggit (Fig. 9a, b).Ang praktikal na kahalagahan ng pagtuklas na ito ay ipinahayag sa mga pagpapaubaya sa pagmamanupaktura, halimbawa, ang isang mas mababang hanay ng pinakamainam na TL ay maaaring mangahulugan na ang higit na katumpakan ng haba ay kinakailangan.Kasabay nito, ang mobility plateau ay nagbibigay ng mas malaking tolerance para sa pagpili ng haba ng dip sa isang partikular na frequency nang walang makabuluhang epekto sa mobility.
Kasama sa pag-aaral ang mga sumusunod na limitasyon.Ang direktang pagsukat ng pagpapalihis ng karayom ​​gamit ang pagtuklas ng gilid at high-speed imaging (Figure 12) ay nangangahulugan na limitado tayo sa optically transparent na media tulad ng hangin at tubig.Nais din naming ituro na hindi kami gumamit ng mga eksperimento upang subukan ang kunwa na paglipat ng kadaliang kumilos at kabaligtaran, ngunit ginamit ang mga pag-aaral ng FEM upang matukoy ang pinakamainam na haba para sa paggawa ng karayom.Tungkol sa mga praktikal na limitasyon, ang haba ng lancet mula sa dulo hanggang sa manggas ay \(\humigit-kumulang) 0.4 cm mas mahaba kaysa sa iba pang mga karayom ​​(AX1-3), tingnan ang fig.3b.Ito ay maaaring makaapekto sa modal na tugon ng disenyo ng karayom.Bilang karagdagan, ang hugis at dami ng panghinang sa dulo ng isang waveguide pin (tingnan ang Larawan 3) ay maaaring makaapekto sa mekanikal na impedance ng disenyo ng pin, na nagpapakilala ng mga pagkakamali sa mekanikal na impedance at pag-uugali ng baluktot.
Sa wakas, ipinakita namin na ang eksperimentong bevel geometry ay nakakaapekto sa dami ng pagpapalihis sa USeFNAB.Kung ang isang mas malaking pagpapalihis ay magkakaroon ng positibong epekto sa epekto ng karayom ​​sa tissue, tulad ng kahusayan sa pagputol pagkatapos ng pagbutas, kung gayon ang isang maginoo na lancet ay maaaring irekomenda sa USeFNAB dahil nagbibigay ito ng maximum na pagpapalihis habang pinapanatili ang sapat na higpit ng dulo ng istruktura..Bukod dito, ipinakita ng isang kamakailang pag-aaral35 na ang mas malaking pagpapalihis ng tip ay maaaring mapahusay ang mga biological na epekto tulad ng cavitation, na maaaring mapadali ang pagbuo ng minimally invasive surgical application.Ibinigay na ang pagtaas ng kabuuang lakas ng tunog ay ipinakita upang madagdagan ang bilang ng mga biopsies sa USeFNAB13, ang karagdagang dami ng pag-aaral ng sample na dami at kalidad ay kinakailangan upang masuri ang mga detalyadong klinikal na benepisyo ng pinag-aralan na geometry ng karayom.