Nature.com saytına daxil olduğunuz üçün təşəkkür edirik.Siz məhdud CSS dəstəyi ilə brauzer versiyasından istifadə edirsiniz.Ən yaxşı təcrübə üçün sizə yenilənmiş brauzerdən istifadə etməyi tövsiyə edirik (və ya Internet Explorer-də Uyğunluq rejimini söndürün).Bundan əlavə, davamlı dəstəyi təmin etmək üçün biz saytı üslub və JavaScript olmadan göstəririk.
Hər slaydda üç məqalə göstərən slayderlər.Slaydlar arasında hərəkət etmək üçün geri və sonrakı düymələrdən və ya hər slaydda hərəkət etmək üçün sonundakı slayd nəzarətçi düymələrindən istifadə edin.
Bu yaxınlarda sübut edilmişdir ki, ultrasəsin istifadəsi adi incə iynə aspirasiya biopsiyası (İİAB) ilə müqayisədə ultrasəslə gücləndirilmiş incə iynə aspirasiya biopsiyası (USeFNAB) zamanı toxuma məhsuldarlığını yaxşılaşdıra bilər.Konik həndəsə ilə iynə ucunun hərəkəti arasındakı əlaqə hələ araşdırılmayıb.Bu işdə biz müxtəlif əyilmə uzunluqlarına malik müxtəlif iynə əyri həndəsələri üçün iynə rezonansının və əyilmə amplitüdünün xüsusiyyətlərini araşdırdıq.3,9 mm kəsikli adi lansetdən istifadə edərək, uc əyilmə güc əmsalı (DPR) havada və suda müvafiq olaraq 220 və 105 µm/Vt idi.Bu, havada və suda müvafiq olaraq 180 və 80 µm/Vt DPR əldə edən eksenimmetrik 4 mm əyilmə ucundan yüksəkdir.Bu tədqiqat, müxtəlif daxiletmə vasitələri kontekstində əyilmə sərtliyi arasındakı əlaqənin əhəmiyyətini vurğulayır və beləliklə, USeFNAB üçün vacib olan iynə əyilmə həndəsəsini dəyişdirərək ponksiyondan sonra kəsmə hərəkətinə nəzarət üsulları haqqında fikir verə bilər.Tətbiq məsələləri.
İncə iynə aspirasiya biopsiyası (İİAB) anormallıqdan şübhələnildikdə toxuma nümunəsi əldə etmək üçün iynədən istifadə edilən üsuldur1,2,3.Franseen tipli məsləhətlərin ənənəvi Lancet4 və Menghini5 məsləhətlərindən daha yüksək diaqnostik performans təmin etdiyi göstərilmişdir.Histopatoloji6 üçün adekvat nümunənin olma ehtimalını artırmaq üçün aksisimmetrik (yəni çevrəvi) əyilmələr də təklif edilmişdir6.
Biyopsiya zamanı şübhəli patologiyanı aşkar etmək üçün dəri və toxuma təbəqələrindən iynə keçir.Son tədqiqatlar göstərdi ki, ultrasəs aktivləşdirilməsi yumşaq toxumalara daxil olmaq üçün lazım olan ponksiyon gücünü azalda bilər7,8,9,10.İğnə əyri həndəsəsinin iynənin qarşılıqlı təsir qüvvələrinə təsir göstərdiyi göstərilmişdir, məsələn, daha uzun əyilmələrin daha aşağı toxuma nüfuz qüvvələrinə malik olduğu göstərilmişdir 11 .Təklif edilmişdir ki, iynə toxuma səthinə nüfuz etdikdən sonra, yəni ponksiyondan sonra iynənin kəsici qüvvəsi ümumi iynə-toxuma qarşılıqlı təsir qüvvəsinin 75%-ni təşkil edə bilər12.Ultrasəs (ABŞ) ponksiyondan sonrakı mərhələdə diaqnostik yumşaq toxuma biopsiyasının keyfiyyətini yaxşılaşdırdığı göstərilmişdir13.Sümük biopsiyası keyfiyyətini yaxşılaşdırmaq üçün digər üsullar sərt toxuma nümunələri üçün işlənib hazırlanmışdır14,15, lakin biopsiyanın keyfiyyətini yaxşılaşdıran heç bir nəticə bildirilməmişdir.Bir sıra tədqiqatlar, həmçinin ultrasəs ötürücü gərginliyin artması ilə mexaniki yerdəyişmənin artdığını aşkar etdi16,17,18.İynə toxuması qarşılıqlı təsirlərində eksenel (uzununa) statik qüvvələrin çoxlu tədqiqatları olmasına baxmayaraq19,20, ultrasəs gücləndirilmiş İİAB-da (USeFNAB) temporal dinamika və iynə əyilmə həndəsəsinə dair tədqiqatlar məhduddur.
Bu işin məqsədi ultrasəs tezliklərində iynə fleksiyası ilə idarə olunan iynə ucunun hərəkətinə müxtəlif əyilmə həndəsələrinin təsirini araşdırmaq idi.Xüsusilə, adi iynə əyilmələri (məsələn, lansetlər), ox-simmetrik və asimmetrik tək kontur həndəsələri üçün (məsələn, selektiv sorma kimi müxtəlif məqsədlər üçün USeFNAB iynələrinin inkişafını asanlaşdırmaq üçün Şəkil.) giriş və ya yumşaq toxuma nüvələri.
Bu araşdırmaya müxtəlif əyri həndəsələr daxil edilmişdir.(a) ISO 7864:201636 standartına uyğun lansetlər burada \(\alfa\) əsas əyilmə bucağı, \(\teta\) ikinci dərəcəli əyilmə fırlanma bucağı və \(\phi\) ikinci dərəcəli əyilmə bucağıdır. dərəcə , dərəcələrlə (\(^\circ\)).(b) xətti asimmetrik tək pilləli paxalar (DIN 13097:201937-də “standart” adlanır) və (c) xətti ox simmetrik (çevrəvi) tək pilləli paxalar.
Bizim yanaşmamız ilk növbədə adi lanset, aksisimmetrik və asimmetrik birpilləli yamac həndəsələri üçün yamac boyunca əyilmə dalğasının dəyişməsini modelləşdirməkdir.Daha sonra əyilmə bucağının və boru uzunluğunun nəqliyyat mexanizminin hərəkətliliyinə təsirini araşdırmaq üçün parametrik bir araşdırma hesabladıq.Bu, prototip iynə hazırlamaq üçün optimal uzunluğu müəyyən etmək üçün edilir.Simulyasiyaya əsasən, iynə prototipləri hazırlanmış və onların havada, suda və 10% (w/v) ballistik jelatində rezonans davranışı gərginliyin əks olunma əmsalının ölçülməsi və iş tezliyinin hesablanması ilə güc ötürmə səmərəliliyinin hesablanması ilə eksperimental olaraq xarakterizə edilmişdir. müəyyən edilmişdir..Nəhayət, yüksək sürətli görüntüləmə iynənin ucundakı əyilmə dalğasının havada və suda əyilməsini birbaşa ölçmək və hər bir əyilmə ilə ötürülən elektrik gücünü və yeridilmiş iynənin əyilmə gücü faktorunu (DPR) həndəsəsini qiymətləndirmək üçün istifadə olunur. orta.
Şəkil 2a-da göstərildiyi kimi, 316 paslanmayan poladdan (Young modulu 205) hazırlanmış № 21 borudan (0,80 mm OD, 0,49 mm ID, 0,155 mm boru divar qalınlığı, ISO 9626:201621-də göstərildiyi kimi standart divar) istifadə edin.\(\mətn {GN/m}^{2}\), sıxlıq 8070 kq/m\(^{3}\), Puasson nisbəti 0,275).
Bükülmə dalğa uzunluğunun təyini və iynə və sərhəd şərtlərinin sonlu element modelinin (FEM) sazlanması.(a) Kəmər uzunluğunun (BL) və boru uzunluğunun (TL) təyini.(b) Proksimal ucunda iynəni həyəcanlandırmaq, nöqtəni əymək və sürəti ölçmək üçün harmonik nöqtə qüvvəsindən \(\tilde{F}_y\vec{j}\) istifadə edən üçölçülü (3D) sonlu element modeli (FEM) mexaniki daşıma hərəkətliliyini hesablamaq üçün hər uç üçün (\( \tilde{u}_y\vec {j}\), \(\tilde{v}_y\vec {j}\)).\(\lambda _y\) şaquli qüvvə ilə əlaqəli əyilmə dalğa uzunluğu kimi müəyyən edilir \(\tilde{F}_y\vec {j}\).(c) x oxu və y oxu ətrafında müvafiq olaraq ağırlıq mərkəzini, A kəsiyinin sahəsini və \(I_{xx}\) və \(I_{yy}\) ətalət anlarını təyin edin.
Şəkildə göstərildiyi kimi.2b,c, kəsik sahəsi A olan sonsuz (sonsuz) şüa üçün və şüanın en kəsiyinin ölçüsü ilə müqayisədə böyük dalğa uzunluğunda əyilmə (və ya əyilmə) faza sürəti \(c_{EI}\ ) 22 kimi müəyyən edilir:
burada E Young moduludur (\(\text {N/m}^{2}\)), \(\omega _0 = 2\pi f_0\) həyəcanlanma bucaq tezliyidir (rad/s), burada \( f_0 \ ) xətti tezlikdir (1/s və ya Hz), I maraq oxu ətrafında sahənin ətalət momentidir \((\text {m}^{4})\) və \(m'=\ rho _0 A \) vahid uzunluqdakı kütlədir (kq/m), burada \(\rho _0\) sıxlıqdır \((\text {kg/m}^{3})\) və A çarpazdır -şüanın kəsik sahəsi (xy müstəvisi) (\ (\ mətn {m} ^ {2} \)).Bizim vəziyyətimizdə tətbiq olunan qüvvə şaquli y oxuna paralel olduğundan, yəni \(\tilde{F}_y\vec {j}\), bizi yalnız üfüqi x- ətrafındakı sahənin ətalət momenti maraqlandırır. ox, yəni \(I_{xx} \), Buna görə də:
Sonlu elementlər modeli (FEM) üçün təmiz harmonik yerdəyişmə (m) qəbul edilir, buna görə də sürətlənmə (\(\text {m/s}^{2}\)) \(\qismən ^2 \vec) kimi ifadə edilir. { u}/ \ qismən t^2 = -\omeqa ^2\vec {u}\), məsələn, \(\vec {u}(x, y, z, t) := u_x\vec {i} + u_y \vec {j }+ u_z\vec {k}\) fəza koordinatlarında müəyyən edilmiş üçölçülü yerdəyişmə vektorudur.COMSOL Multiphysics proqram paketində (versiya 5.4-5.5, COMSOL Inc., Massaçusets, ABŞ) tətbiqinə görə, impuls balansı qanununun23 son dərəcə deformasiya olunan Laqranj forması ilə sonuncunu əvəz etmək:
Burada \(\vec {\nabla}:= \frac{\partial}}{\qismən x}\vec {i} + \frac{\partial}}{\qismən y}\vec {j} + \frac{ \partial }{\partial z}\vec {k}\) tensor divergensiya operatorudur və \({\altın xətt{\sigma}}\) ikinci Piola-Kirchhoff gərginlik tenzorudur (ikinci sıra, \(\ mətn { N /m}^{2}\)) və \(\vec {F_V}:= F_{V_x}\vec {i}+ F_{V_y}\vec {j}+ F_{V_z}\vec { k} \) bədən qüvvəsinin vektorudur (\(\text {N/m}^{3}\)) hər bir deformasiya olunan həcmin, \(e^{j\phi }\) isə bədən qüvvəsi, bir faza açısına malikdir \(\ phi\) (rad).Bizim vəziyyətimizdə cismin həcm qüvvəsi sıfırdır və modelimiz həndəsi xətti və kiçik sırf elastik deformasiyaları qəbul edir, yəni \({\altın xətt{\varepsilon}}^{el} = {\altın xətt{\varepsilon}}\ ), burada \({\altın xətt{\varepsilon}}^{el}\) və \({\altın xətt{ \varepsilon}}\) – müvafiq olaraq elastik deformasiya və ümumi deformasiya (ikinci dərəcəli ölçüsüz).Yunq modulu E(\(\text{N/m}^{2}\)) istifadə edilməklə Hukun konstitutiv izotrop elastiklik tenzoru \(\altın xətt {\altın xətt {C})\) alınır və Puasson nisbəti v müəyyən edilir, belə ki, \ (\altın xətt{\altın xətt{C}}:=\altın xətt{\altın xətt{C}}(E,v)\) (dördüncü sıra).Beləliklə, stress hesablanması \({\altın xətt{\sigma}} := \altın xətt{\altın xətt{C}}:{\altın xətt{\varepsilon}}\ olur.
Hesablamalar element ölçüsü \(\le\) 8 µm olan 10 düyünlü tetraedral elementlərlə aparılmışdır.İğnə vakuumda modelləşdirilir və mexaniki hərəkətliliyin ötürülməsi dəyəri (ms-1 H-1) \(|\tilde{Y}_{v_yF_y}|= |\tilde{v}_y\vec { j} kimi müəyyən edilir. |/|\ tilde{F}_y\vec {j}|\)24, burada \(\tilde{v}_y\vec {j}\) əl alətinin çıxış kompleks sürətidir və \( \tilde{ F} _y\vec {j }\) Şəkil 2b-də göstərildiyi kimi borunun proksimal ucunda yerləşən mürəkkəb hərəkətverici qüvvədir.Transmissiv mexaniki hərəkətlilik maksimum dəyərdən istifadə edərək desibellə (dB) ifadə edilir, yəni \(20\log _{10} (|\tilde{Y}|/ |\tilde{Y}_{max}| )\ ), Bütün FEM tədqiqatları 29,75 kHz tezliyində aparılmışdır.
İğnənin dizaynı (Şəkil 3) AISI-dən hazırlanmış, xarici diametri 0,8 mm, uzunluğu 120 mm olan adi 21 kalibrli dərialtı iynədən (kataloq nömrəsi: 4665643, Sterican\(^\circledR\) ibarətdir. xrom-nikel paslanmayan polad 304., B. Braun Melsungen AG, Melsungen, Almaniya) müvafiq uc modifikasiyası ilə proksimal polipropilendən hazırlanmış plastik Luer Lock qolunu yerləşdirdi.İğne borusu Şəkil 3b-də göstərildiyi kimi dalğa ötürücüsüne lehimlənmişdir.Dalğa bələdçisi paslanmayan poladdan 3D printerdə (EOS M 290 3D printerdə EOS Paslanmayan Polad 316L, 3D Formtech Oy, Jyväskylä, Finlandiya) çap edilmiş və sonra M4 boltlar vasitəsilə Langevin sensoruna bərkidilmişdir.Langevin çeviricisi hər ucunda iki çəki olan 8 pyezoelektrik halqa elementindən ibarətdir.
Dörd növ ucluq (şəkildə), kommersiyada mövcud olan lanset (L) və üç istehsal olunmuş eksenimmetrik təkpilləli əyilmələr (AX1–3) müvafiq olaraq 4, 1,2 və 0,5 mm əyilmə uzunluqları (BL) ilə xarakterizə olunurdu.(a) Hazır iynə ucunun yaxından görünüşü.(b) 3D çap edilmiş dalğa bələdçisinə lehimlənmiş və sonra M4 boltları ilə Langevin sensoruna qoşulmuş dörd sancağın üst görünüşü.
Üç eksenimmetrik əyilmə ucları (Şəkil 3) (TAs Maşın Alətləri Oy) \(\ təqribən\) 2\ (^\) uyğun olaraq 4.0, 1.2 və 0.5 mm olan əyilmə uzunluqları (BL, Şəkil 2a-da müəyyən edilmişdir) ilə istehsal edilmişdir. circ\), 7\(^\circ\) və 18\(^\circ\).Dalğa bələdçisinin və qələmin çəkiləri əyilmə L və AX1–3 üçün müvafiq olaraq 3,4 ± 0,017 q (orta ± SD, n = 4) təşkil edir (Quintix\(^\circledR\) 224 Design 2, Sartorius AG, Göttingen, Almaniya) .İğnənin ucundan plastik qolun sonuna qədər olan ümumi uzunluq Şəkil 3b-də L və AX1-3 əyri üçün müvafiq olaraq 13,7, 13,3, 13,3, 13,3 sm-dir.
Bütün iynə konfiqurasiyaları üçün iynənin ucundan dalğa ötürücüsünün ucuna qədər olan uzunluq (yəni, lehimləmə sahəsi) 4,3 sm-dir və iynə borusu əyilmənin yuxarı baxması üçün (yəni, Y oxuna paralel) istiqamətləndirilir. ).), kimi (şəkil 2).
MATLAB-da (R2019a, The MathWorks Inc., Massachusetts, ABŞ) kompüterdə (Latitude 7490, Dell Inc., Texas, ABŞ) işləyən xüsusi skript 7 saniyə ərzində 25-dən 35 kHz-ə qədər xətti sinusoidal süpürmə yaratmaq üçün istifadə edilmişdir, rəqəmsal-analoq (DA) çeviricisi (Analog Discovery 2, Digilent Inc., Vaşinqton, ABŞ) tərəfindən analoq siqnala çevrilir.Analoq siqnal \(V_0\) (0,5 Vp-p) daha sonra xüsusi radiotezlik (RF) gücləndiricisi (Mariachi Oy, Turku, Finlandiya) ilə gücləndirildi.Düşən gücləndirici gərginlik \({V_I}\) çıxış empedansı 50 \(\Omega\) olan RF gücləndiricisindən 50 \(\Omega)\) giriş empedansı olan iynə strukturuna quraşdırılmış transformatora verilir. Mexanik dalğalar yaratmaq üçün Lanqevin çeviricisi (ön və arxa çoxqatlı piezoelektrik çeviricilər, kütlə ilə yüklənmiş) istifadə olunur.Fərdi RF gücləndiricisi 300 kHz analoq-rəqəm (AD) vasitəsilə insident \({V_I}\) və əks olunan gücləndirilmiş gərginliyi \(V_R\) aşkar edə bilən iki kanallı daimi dalğa güc faktoru (SWR) sayğacı ilə təchiz edilmişdir. ) çevirici (Analog Discovery 2).Həyəcan siqnalı, gücləndirici girişinin keçidlərlə həddindən artıq yüklənməsinin qarşısını almaq üçün başlanğıcda və sonunda amplituda modulyasiya edilir.
MATLAB-da həyata keçirilən xüsusi skriptdən istifadə edərək, tezlik cavab funksiyası (AFC), yəni xətti stasionar sistemi nəzərdə tutur.Həmçinin, siqnaldan istənilən arzuolunmaz tezlikləri aradan qaldırmaq üçün 20-40 kHz diapazon keçirici filtr tətbiq edin.Ötürmə xətti nəzəriyyəsinə istinad edərək, \(\tilde{H}(f)\) bu halda gərginliyin əks olunma əmsalına ekvivalentdir, yəni \(\rho _{V} \equiv {V_R}/{V_I} \)26 .Çünki gücləndiricinin çıxış empedansı \(Z_0\) çeviricinin daxili transformatorunun giriş empedansına uyğundur və \({P_R}/{P_I}\) elektrik enerjisinin əksetmə əmsalı \-ə qədər azalır. ({V_R }^ 2/{V_I}^2\ ), onda \(|\rho _{V}|^2\) olur.Elektrik enerjisinin mütləq dəyərinin tələb olunduğu halda, müvafiq gərginliyin orta kvadrat (rms) dəyərini götürərək hadisə \(P_I\) və əks olunan\(P_R\) gücünü (W) hesablayın, məsələn, sinusoidal həyəcanlı ötürmə xətti üçün, \(P = {V}^2/(2Z_0)\)26, burada \(Z_0\) 50 \(\Omeqa\) bərabərdir.Yükə verilən elektrik enerjisi \(P_T\) (yəni daxil edilmiş mühit) \(|P_I – P_R |\) (W RMS) kimi hesablana bilər və enerji ötürmə səmərəliliyi (PTE) kimi müəyyən edilə və ifadə edilə bilər. faiz (%) beləliklə 27 verir:
Tezlik cavabı sonra stilus dizaynının modal tezliklərini \(f_{1-3}\) (kHz) və müvafiq enerji ötürmə səmərəliliyini qiymətləndirmək üçün istifadə olunur, \(\text {PTE}_{1{-}3} \ ).FWHM (\(\text {FWHM}_{1{-}3}\), Hz) birbaşa \(\text {PTE}_{1{-}3}\), Cədvəl 1-dən təxmin edilir tezliklər \(f_{1-3}\) -də təsvir edilmişdir.
Asikulyar strukturun tezlik reaksiyasını (AFC) ölçmək üçün bir üsul.İki kanallı süpürülmüş sinusun ölçülməsi25,38 tezlik cavab funksiyasını \(\tilde{H}(f)\) və onun impuls cavabı H(t) əldə etmək üçün istifadə olunur.\({\mathcal {F}}\) və \({\mathcal {F}}^{-1}\) müvafiq olaraq ədədi kəsilmiş Furye çevrilməsini və tərs çevirmə əməliyyatını ifadə edir.\(\tilde{G}(f)\) iki siqnalın tezlik domenində vurulduğunu bildirir, məsələn, \(\tilde{G}_{XrX}\) tərs skan deməkdir\(\tilde{X} r( f) )\) və gərginliyin düşməsi siqnalı \(\tilde{X}(f)\).
Şəkildə göstərildiyi kimi.5, makro linza ilə təchiz olunmuş yüksək sürətli kamera (Phantom V1612, Vision Research Inc., Nyu-Cersi, ABŞ) (MP-E 65mm, \(f)/2.8, 1-5 \ (\ dəfə\), Canon Inc. ., Tokio, Yaponiya) 27,5-30 kHz tezliyində əyilmə həyəcanına (tək tezlik, davamlı sinusoid) məruz qalan iynə ucunun əyilməsini qeyd etmək üçün istifadə edilmişdir.Kölgə xəritəsi yaratmaq üçün yüksək intensivlikli ağ LED-in soyudulmuş elementi (hissə nömrəsi: 4052899910881, White Led, 3000 K, 4150 lm, Osram Opto Semiconductors GmbH, Regensburg, Almaniya) iynənin əyilməsinin arxasına yerləşdirildi.
Eksperimental quraşdırmanın ön görünüşü.Dərinlik media səthindən ölçülür.İğne quruluşu sıxılır və motorlu ötürmə masasına quraşdırılır.Əyilmiş ucun əyilməsini ölçmək üçün yüksək böyüdücü obyektivli (5\(\dəfə\)) yüksək sürətli kameradan istifadə edin.Bütün ölçülər millimetrdədir.
Hər bir iynə əyilmə növü üçün biz 128 \(\x\) 128 piksel, hər biri 1/180 mm (\(\\təqribən) 5 µm) məkan ayırdetmə qabiliyyətinə malik 300 yüksək sürətli kamera çərçivəsini qeyd etdik. saniyədə 310.000 kadr.Şəkil 6-da göstərildiyi kimi, hər bir çərçivə (1) kəsilir (2) ucu çərçivənin son sətirində (aşağıda) olsun və sonra şəklin histoqramı (3) hesablanır, buna görə də Canny həddi 1 və 2 müəyyən edilə bilər.Sonra Sobel operatoru 3 \(\times\) 3 istifadə edərək Canny28(4) kənar aşkarlama tətbiq edin və bütün 300-qat addımlar üçün qeyri-kavitasiyalı hipotenuzanın piksel mövqeyini hesablayın (\(\mathbf {\times }\) etiketli). .Sonda əyilmə aralığını müəyyən etmək üçün törəmə hesablanır (mərkəzi fərq alqoritmindən istifadə etməklə) (6) və əyilmənin (7) yerli ekstremumunu (yəni zirvəsini) ehtiva edən çərçivə müəyyən edilir.Qeyri-kavitasiya edən kənarı vizual olaraq yoxladıqdan sonra bir cüt çərçivə (və ya yarım müddətlə ayrılmış iki çərçivə) (7) seçildi və ucun əyilməsi ölçüldü (etiketli \(\mathbf {\times} \ ) Yuxarıdakılar həyata keçirildi Python-da (v3.8, Python Software Foundation, python.org) OpenCV Canny kənar aşkarlama alqoritmi (v4.5.1, açıq mənbəli kompüter görmə kitabxanası, opencv.org elektrik gücü \ (P_T \) (W, rms)). .
Çərçivə (1-2), Canny kənarının aşkarlanması (3-4), piksel yerinin kənarı daxil olmaqla 7-addımlı alqoritmdən (1-7) istifadə edərək 310 kHz tezliyində yüksək sürətli kameradan götürülmüş bir sıra çərçivələrdən istifadə edərək uc əyilmə ölçüldü. hesablama (5) və onların zaman törəmələri (6) və nəhayət, zirvədən zirvəyə doğru əyilmə əyilmələri vizual olaraq yoxlanılan çərçivə cütlərində (7) ölçüldü.
Ölçmələr havada (22,4-22,9°C), deionlaşdırılmış suda (20,8-21,5°C) və 10% ballistik jelatində (ağırlıqda) (19,7-23,0°C, \(\text {Honeywell}^{ \text) aparılmışdır. { TM}}\) \(\text {Fluka}^{\text {TM}}\) Tip I Balistik Analiz üçün İnək və Donuz Sümüyünün Jelatini, Honeywell International, Şimali Karolina, ABŞ).Temperatur K tipli termocüt gücləndiricisi (AD595, Analog Devices Inc., MA, ABŞ) və K tipli termocüt (Fluke 80PK-1 Bead Probe No. 3648 type-K, Fluke Corporation, Vaşinqton, ABŞ) ilə ölçüldü.Ortadan Dərinlik 5 µm ayırdetmə qabiliyyətinə malik şaquli motorlaşdırılmış Z oxu pilləsindən (8MT50-100BS1-XYZ, Standa Ltd., Vilnüs, Litva) istifadə edərək səthdən (z oxunun mənşəyi kimi təyin olundu) ölçüldü.addım başına.
Nümunə ölçüsü kiçik olduğundan (n = 5) və normallığı qəbul etmək mümkün olmadığından, iki nümunəli iki quyruqlu Wilcoxon dərəcə cəmi testindən (R, v4.0.3, R Statistik Hesablamalar Fondu, r-project .org) istifadə edilmişdir. müxtəlif əyilmələr üçün iynə ucu fərqinin miqdarını müqayisə etmək.Hər yamac üçün 3 müqayisə aparıldı, buna görə də 0,017 düzəliş edilmiş əhəmiyyət səviyyəsi və 5% səhv nisbəti ilə Bonferroni korreksiyası tətbiq edildi.
İndi Şəkil 7-ə müraciət edək.29,75 kHz tezliyində 21 kalibrli iynənin əyilmə yarım dalğası (\(\lambda_y/2\)) \(\təxminən) 8 mm-dir.Uca yaxınlaşdıqca əyilmə dalğa uzunluğu əyilmə bucağı boyunca azalır.Ucunda \(\lambda _y/2\) \(\təxminən\) tək iynənin adi lansolat (a), asimmetrik (b) və oxsimmetrik (c) meyli üçün 3, 1 və 7 mm-lik addımlar var. , müvafiq olaraq.Beləliklə, bu o deməkdir ki, lansetin diapazonu \(\təxminən) 5 mm (lansetin iki müstəvisi tək nöqtə təşkil etdiyinə görə29,30), asimmetrik əyilmə 7 mm, asimmetrik əyilmə 1-dir. mm.Axisimmetrik yamaclar (ağırlıq mərkəzi sabit qalır, buna görə də yamac boyunca yalnız boru divarının qalınlığı əslində dəyişir).
FEM tədqiqatları və tənliklərin 29,75 kHz tezliyində tətbiqi.(1) lanset (a), asimmetrik (b) və oxsimmetrik (c) əyilmə yarımdalğasının dəyişməsini (\(\lambda_y/2\)) hesablayarkən (şəkil 1a,b,c-də olduğu kimi). ) .Lancet, asimmetrik və oxsimmetrik əyilmələrin orta dəyəri \(\lambda_y/2\) müvafiq olaraq 5,65, 5,17 və 7,52 mm-dir.Nəzərə alın ki, asimmetrik və oxsimmetrik əyilmələr üçün ucun qalınlığı \(\təqribən) 50 µm ilə məhdudlaşır.
Pik hərəkətlilik \(|\tilde{Y}_{v_yF_y}|\) boru uzunluğu (TL) və əyilmə uzunluğunun (BL) optimal birləşməsidir (Şəkil 8, 9).Adi lanset üçün onun ölçüsü sabit olduğundan optimal TL \(\təxminən) 29,1 mm-dir (şək. 8).Asimmetrik və oxsimmetrik əyilmələr üçün (müvafiq olaraq Şəkil 9a, b) FEM tədqiqatlarına BL 1-dən 7 mm-ə qədər daxildir, buna görə də optimal TL 26,9 ilə 28,7 mm (1,8 mm diapazon) və 27,9 ilə 29 ,2 mm (aralıq) arasında idi. müvafiq olaraq 1,3 mm).Asimmetrik yamac üçün (şək. 9a) optimal TL xətti olaraq artdı, BL 4 mm-də platoya çatdı və sonra BL 5-dən 7 mm-ə qədər kəskin şəkildə azaldı.Eksensimetrik əyilmə üçün (şəkil 9b) optimal TL BL artımı ilə xətti olaraq artdı və nəhayət, BL-də 6-dan 7 mm-ə qədər sabitləşdi.Eksensimetrik əyilmənin genişləndirilmiş tədqiqi (Şəkil 9c) \(\təqribən) 35,1-37,1 mm-də fərqli optimal TL-lər dəstini aşkar etdi.Bütün BL-lər üçün iki ən yaxşı TL arasındakı məsafə \(\təqribən\) 8mm-dir (\(\lambda_y/2\) ilə bərabərdir).
29,75 kHz-də Lancet ötürmə hərəkətliliyi.İğnə 29,75 kHz tezliyində çevik şəkildə həyəcanlandı və vibrasiya iynənin ucunda ölçüldü və 26,5-29,5 mm (0,1 mm artımlarla) ötürülən mexaniki hərəkətliliyin miqdarı (maksimum dəyərə nisbətən dB) kimi ifadə edildi. .
29,75 kHz tezliyində FEM-in parametrik tədqiqatları göstərir ki, ox simmetrik ucun ötürmə hərəkətliliyi asimmetrik analoquna nisbətən borunun uzunluğundakı dəyişiklikdən daha az təsirlənir.FEM-dən istifadə edərək tezlik domeninin tədqiqində asimmetrik (a) və oxsimmetrik (b, c) əyilmə həndəsələrinin əyri uzunluğu (BL) və boru uzunluğu (TL) tədqiqatları (sərhəd şərtləri Şəkil 2-də göstərilmişdir).(a, b) TL 26,5 ilə 29,5 mm (0,1 mm addım) və BL 1-7 mm (0,5 mm addım) arasında dəyişdi.(c) TL 25–40 mm (0,05 mm artımlarla) və BL 0,1–7 mm (0,1 mm artımlarla) daxil olmaqla genişləndirilmiş ox simmetrik əyilmə tədqiqatları \(\lambda_y/2\ ) ucun tələblərinə cavab verməli olduğunu göstərir.hərəkət edən sərhəd şərtləri.
İğnə konfiqurasiyasında Cədvəl 1-də göstərildiyi kimi aşağı, orta və yüksək rejim bölgələrinə bölünmüş üç xüsusi tezlik \(f_{1-3}\) var. PTE ölçüsü Şəkildə göstərildiyi kimi qeydə alınıb.10 və sonra Şəkil 11-də təhlil edilir. Aşağıda hər modal sahə üçün tapıntılar verilmişdir:
Tipik qeydə alınmış ani enerji ötürmə səmərəliliyi (PTE) amplitudaları 20 mm dərinlikdə havada, suda və jelatində lanset (L) və eksenimmetrik əyilmə AX1-3 üçün süpürülmüş tezlikli sinusoidal həyəcanla əldə edilir.Birtərəfli spektrlər göstərilir.Ölçülmüş tezlik reaksiyası (300 kHz-də nümunə götürüldü) aşağı keçidli süzgəcdən keçirildi və sonra modal analiz üçün 200 faktoru ilə kiçildildi.Siqnal-küy nisbəti \(\le\) 45 dB-dir.PTE mərhələləri (bənövşəyi nöqtəli xətlər) dərəcələrlə göstərilir (\(^{\circ}\)).
L və AX1-3 yamacları üçün, havada, suda və 10% jelatində (dərinlik 20 mm), (üst) üç modal bölgə ilə (20 mm dərinlikdə) L və AX1-3 yamaclarında Şəkil 10-da göstərilən modal cavab analizi (orta ± standart sapma, n = 5) aşağı, orta və yüksək) və onlara uyğun modal tezliklər\(f_{1-3 }\) (kHz), (orta) enerji səmərəliliyi \(\text {PTE}_{1{-}3}\) Ekvivalentlərdən istifadə etməklə hesablanmışdır .(4) və (aşağı) tam eni yarı maksimum ölçülərdə müvafiq olaraq \(\text {FWHM}_{1{-}3}\) (Hz).Nəzərə alın ki, aşağı PTE qeydə alındıqda bant genişliyinin ölçülməsi atlandı, yəni AX2 yamacında \(\text {FWHM}_{1}\).\(f_2\) rejimi 99%-ə qədər enerji ötürmə səmərəliliyinin ən yüksək səviyyəsini (\(\text {PTE}_{2}\)) göstərdiyi üçün yamacın əyilmələrini müqayisə etmək üçün ən uyğun olduğu müəyyən edildi.
Birinci modal region: \(f_1\) daxil edilən mühitin növündən çox asılı deyil, yamacın həndəsəsindən asılıdır.\(f_1\) əyilmə uzunluğunun azalması ilə azalır (AX1-3 üçün havada müvafiq olaraq 27,1, 26,2 və 25,9 kHz).Regional orta göstəricilər \(\text {PTE}_{1}\) və \(\text {FWHM}_{1}\) müvafiq olaraq \(\təxminən\) 81% və 230 Hz-dir.\(\text {FWHM}_{1}\) Lancet-də ən yüksək jelatin tərkibinə malikdir (L, 473 Hz).Qeyd edək ki, jelatində \(\text {FWHM}_{1}\) AX2 aşağı qeydə alınmış FRF amplitudasına görə qiymətləndirilə bilmədi.
İkinci modal bölgə: \(f_2\) daxil edilmiş media növündən və əyilmədən asılıdır.Orta dəyərlər \(f_2\) havada, suda və jelatində müvafiq olaraq 29,1, 27,9 və 28,5 kHz-dir.Bu modal bölgə də 99% yüksək PTE göstərdi ki, bu da ölçülmüş hər hansı qrup arasında ən yüksək göstəricidir, regional ortalama 84%.\(\text {FWHM}_{2}\) regional ortalama \(\təxminən\) 910 Hz-ə malikdir.
Üçüncü rejimin bölgəsi: tezlik \(f_3\) media növündən və əyriliyindən asılıdır.Orta \(f_3\) dəyərləri havada, suda və jelatində müvafiq olaraq 32.0, 31.0 və 31.3 kHz-dir.\(\text {PTE}_{3}\) regional orta göstərici \(\təxminən\) 74% təşkil edib ki, bu da istənilən regionun ən aşağı göstəricisidir.Regional orta \(\text {FWHM}_{3}\) \(\təxminən\) 1085 Hz-dir ki, bu da birinci və ikinci bölgələrdən yüksəkdir.
       Aşağıdakılar Şek.12 və Cədvəl 2. Lanset (L) həm havada, həm də suda ən çox əyilmiş (bütün uçlar üçün yüksək əhəmiyyətə malik, \(p<\) 0,017) (Şəkil 12a), ən yüksək DPR-ə (220 µm/ qədər) nail olmuşdur. W havada). 12 və Cədvəl 2. Lanset (L) həm havada, həm də suda ən çox əyilmiş (bütün uçlar üçün yüksək əhəmiyyətə malik, \(p<\) 0,017) (Şəkil 12a), ən yüksək DPR-ə (220 µm/ qədər) nail olmuşdur. W havada). Следующее относится к рисунку 12 və таблице 2. Ланцет (L) daha çox (s bütün nakonechnikov üçün çox böyük fərqlər, \(p<\) 0,017) как в воздухе, так и в воде (risstiga 12), dost. . Aşağıdakılar Şəkil 12 və Cədvəl 2-yə aiddir. Lancet (L) həm havada, həm də suda (bütün uclar üçün yüksək əhəmiyyətə malik, \(p<\) 0,017) ən yüksək DPR-ə nail olmaqla (Şəkil 12a) əyilmişdir.(havada 220 μm/Vt edin).Smt.Aşağıdakı Şəkil 12 və Cədvəl 2.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（2（开开开高DPR （在空气中高达220 µm/W）。柳叶刀(L) havada və suda ən yüksək əyilməyə malikdir (对所记尖端可以高电影性,\(p<\) 0,017) (图12a) və ən yüksək DPR (220 µm/Vt-a qədər) əldə edib. hava). Ланцет (L) hər şeydən çox (hər şeydən asılı olmayaraq, \(p<\) 0,017) və yuxarı (ris. 12a), DPR-ə çatmaq üçün (220 mkm/Vt-ə qədər). Lancet (L) havada və suda ən çox (bütün uçlar üçün yüksək əhəmiyyət, \(p<\) 0,017) əyilmiş (Şəkil 12a), ən yüksək DPR-ə (havada 220 µm/Vt-a qədər) çatmışdır. Havada daha yüksək BL olan AX1 AX2–3-dən (əhəmiyyətlə, \(p<\) 0,017) daha yüksək əyilmiş, AX3 (ən aşağı BL olan) isə 190 µm/Vt DPR ilə AX2-dən çox əyilmişdir. Havada daha yüksək BL olan AX1 AX2–3-dən (əhəmiyyətlə, \(p<\) 0,017) daha yüksək əyilmiş, AX3 (ən aşağı BL olan) isə 190 µm/Vt DPR ilə AX2-dən çox əyilmişdir. AX1 BL ilə təchiz olunub, AX2–3 (bu \(p<\) 0,017), AX3 (sadəcə BL) ilə eyni, AX2 ilə DPR 190 мкм/Вт. Havada daha yüksək BL olan AX1 AX2–3-dən (əhəmiyyəti \(p<\) 0,017) daha yüksək əyilmiş, AX3 (ən aşağı BL ilə) isə DPR 190 µm/Vt ilə AX2-dən çox əyilmişdir.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）淉淉伈BL（3＀轚偏转大于AX2，DPR 为190 µm/W 。 Havada daha yüksək BL ilə AX1-in əyilməsi AX2-3-dən daha yüksəkdir (əhəmiyyətli dərəcədə, \(p<\) 0,017), AX3-ün (ən aşağı BL ilə) əyilməsi isə AX2-dən böyükdür, DPR 190-dır. µm/Vt. AX1 BL çox böyükdür, AX2-3 (znachimo, \(p<\) 0,017), eyni zamanda AX3 (sadəcə BL) və AX2 ilə DPR 190 мкм/Вт. Havada daha yüksək BL olan AX1 AX2-3-dən çox əyir (əhəmiyyətli, \(p<\) 0,017), AX3 (ən aşağı BL ilə) isə DPR 190 μm/Vt ilə AX2-dən daha çox əyir.20 mm suda əyilmə və PTE AX1–3 əhəmiyyətli dərəcədə fərqlənmirdi (\(p>\) 0,017).Suda PTE səviyyəsi (90,2-98,4%) ümumiyyətlə havadan (56-77,5%) daha yüksək idi (Şəkil 12c) və suda aparılan təcrübə zamanı kavitasiya fenomeni qeyd edildi (Şəkil 13, əlavə olaraq da baxın. məlumat).
Havada və suda (dərinlik 20 mm) əyri L və AX1-3 üçün ölçülən ucu əyilmə miqdarı (orta ± SD, n = 5) əyilmə həndəsəsinin dəyişməsinin təsirini göstərir.Ölçmələr davamlı tək tezlikli sinusoidal həyəcandan istifadə etməklə əldə edilmişdir.(a) Pikdən pik sapma (\(u_y\vec {j}\)) ucunda, (b) onların müvafiq modal tezliklərində \(f_2\) ölçülür.(c) Tənliyin enerji ötürmə səmərəliliyi (PTE, RMS, %).(4) və (d) Qüvvət əmsalı (DPR, µm/W) pik-to-pik kənarlaşma və ötürülən elektrik enerjisi \(P_T\) (Wrms) kimi hesablanır.
Yarım dövr ərzində suda (20 mm dərinlikdə) lansetin (L) və ox-simmetrik ucun (AX1–3) zirvədən zirvəyə sapmasını (yaşıl və qırmızı nöqtəli xətlər) göstərən tipik yüksək sürətli kamera kölgəsi planı.dövrü, həyəcanlandırma tezliyində \(f_2\) (nümunə alma tezliyi 310 kHz).Çəkilmiş boz rəngli təsvirin ölçüsü 128×128 piksel və piksel ölçüsü \(\təxminən\) 5 µm-dir.Videonu əlavə məlumatda tapa bilərsiniz.
Beləliklə, biz əyilmə dalğa uzunluğundakı dəyişikliyi modelləşdirdik (şəkil 7) və həndəsi formaların şərti lanset, asimmetrik və eksensimetrik çamfers üçün boru uzunluğu və pahın birləşmələri üçün ötürülə bilən mexaniki hərəkətliliyi hesabladıq (Şəkil 8, 9).Sonuncuya əsaslanaraq, Şəkil 5-də göstərildiyi kimi ucdan qaynağa qədər olan optimal məsafəni 43 mm (və ya \(\təxminən) 2,75\(\lambda _y\) 29,75 kHz-də təxmin etdik və Üç eksenli simmetrik etdik. müxtəlif əyilmə uzunluqları olan əyilmələr.Daha sonra onların havada, suda və 10% (w/v) ballistik jelatində tezlik davranışını şərti lansetlərlə müqayisədə xarakterizə etdik (Şəkil 10, 11) və əyilmə əyilmə müqayisəsi üçün ən uyğun rejimi müəyyən etdik.Nəhayət, biz 20 mm dərinlikdə havada və suda dalğanın əyilməsi ilə ucun əyilməsini ölçdük və hər bir əyilmə üçün daxiletmə mühitinin güc ötürmə səmərəliliyini (PTE, %) və əyilmə güc amilini (DPR, µm/W) kəmiyyətcə qiymətləndirdik.bucaq növü (şək. 12).
İğnə əyri həndəsəsinin iynə ucunun əyilməsinin miqdarına təsir göstərdiyi göstərilmişdir.Lanset daha aşağı orta əyilmə ilə ekssimetrik əyilmə ilə müqayisədə ən yüksək əyilmə və ən yüksək DPR əldə etdi (Şəkil 12).Ən uzun əyilmə ilə 4 mm-lik ox simmetrik əyilmə (AX1) digər oxlu iynələrlə (AX2–3) (\(p <0,017\), Cədvəl 2) ilə müqayisədə havada statistik əhəmiyyətli maksimum əyilmə əldə etdi, lakin əhəmiyyətli fərq yox idi. .iynə suya qoyulduqda müşahidə edilir.Beləliklə, ucunda pik əyilmə baxımından daha uzun əyilmə uzunluğuna malik olmaq üçün açıq bir üstünlük yoxdur.Bunu nəzərə alaraq, görünür ki, bu işdə tədqiq edilən əyri həndəsə əyilmənin uzunluğundan daha çox təsir göstərir.Bu, əyilmə sərtliyinə, məsələn, əyilmiş materialın ümumi qalınlığına və iynənin dizaynına görə ola bilər.
Eksperimental tədqiqatlarda əks olunan əyilmə dalğasının böyüklüyünə ucun sərhəd şərtləri təsir edir.İğnənin ucu suya və jelatinə daxil edildikdə, \(\text {PTE}_{2}\) \(\təxminən\) 95%, \(\text {PTE}_{ 2}\) isə \ (\text {PTE}_{ 2}\) (\text {PTE}_{1}\) və \(\text {PTE}_{3}\) üçün dəyərlər 73% və 77% təşkil edir. müvafiq olaraq (şək. 11).Bu onu göstərir ki, akustik enerjinin tökmə mühitinə, yəni suya və ya jelatinə maksimum ötürülməsi \(f_2\) zamanı baş verir.Oxşar davranış, 41-43 kHz tezlik diapazonunda daha sadə cihaz konfiqurasiyasından istifadə edərək əvvəlki tədqiqatda31 müşahidə edilmişdir ki, burada müəlliflər gərginliyin əks olunma əmsalının yerləşdirmə mühitinin mexaniki modulundan asılılığını göstərmişlər.Nüfuz dərinliyi32 və toxumanın mexaniki xassələri iynəyə mexaniki yük verir və buna görə də UZEFNAB-ın rezonans davranışına təsir edəcəyi gözlənilir.Beləliklə, rezonans izləmə alqoritmləri (məsələn, 17, 18, 33) iynə vasitəsilə ötürülən akustik gücü optimallaşdırmaq üçün istifadə edilə bilər.
Bükülmə dalğa uzunluqlarında simulyasiya (şək. 7) göstərir ki, ox simmetrik ucu lanset və asimmetrik əyilmə ilə müqayisədə struktur olaraq daha sərtdir (yəni əyilmədə daha sərtdir).(1) əsasında və məlum sürət-tezlik münasibətindən istifadə edərək, iynə ucunda əyilmə sərtliyini lanset, asimmetrik və eksenel meylli təyyarələr üçün müvafiq olaraq \(\təxminən\) 200, 20 və 1500 MPa kimi qiymətləndiririk.Bu, 29,75 kHz-də müvafiq olaraq 5,3, 1,7 və 14,2 mm-dən \(\lambda_y\) uyğun gəlir (Şəkil 7a–c).USeFNAB zamanı klinik təhlükəsizliyi nəzərə alaraq, maili müstəvinin struktur sərtliyinə həndəsənin təsiri qiymətləndirilməlidir34.
Boru uzunluğuna (Şəkil 9) nisbətən əyilmə parametrlərinin tədqiqi göstərdi ki, optimal ötürmə diapazonu asimmetrik əyilmə (1,8 mm) üçün oxlu əyilmə (1,3 mm) ilə müqayisədə daha yüksəkdir.Bundan əlavə, hərəkətlilik \(\təxminən) 4-dən 4.5 mm-ə qədər və asimmetrik və oxsimmetrik əyilmələr üçün 6-dan 7 mm-ə qədər sabitdir (şəkil 9a, b).Bu kəşfin praktiki əhəmiyyəti istehsal tolerantlıqlarında ifadə olunur, məsələn, optimal TL-nin daha aşağı diapazonu daha böyük uzunluq dəqiqliyinin tələb olunduğu anlamına gələ bilər.Eyni zamanda, hərəkətlilik platosu, hərəkətliliyə əhəmiyyətli təsir göstərmədən müəyyən bir tezlikdə dip uzunluğunun seçilməsi üçün daha böyük tolerantlıq təmin edir.
Tədqiqat aşağıdakı məhdudiyyətləri əhatə edir.Kənar aşkarlama və yüksək sürətli görüntüləmə (Şəkil 12) vasitəsilə iynə əyilməsinin birbaşa ölçülməsi o deməkdir ki, biz hava və su kimi optik şəffaf mühitlə məhdudlaşırıq.Həmçinin qeyd etmək istərdik ki, biz simulyasiya edilmiş köçürmə hərəkətliliyini yoxlamaq üçün təcrübələrdən istifadə etmədik və əksinə, iynə istehsalı üçün optimal uzunluğu müəyyən etmək üçün FEM tədqiqatlarından istifadə etdik.Praktik məhdudiyyətlərə gəldikdə, lansetin ucundan qola qədər uzunluğu digər iynələrdən (AX1-3) \(\təxminən) 0,4 sm uzundur, şək.3b.Bu, iynə dizaynının modal reaksiyasına təsir göstərə bilər.Bundan əlavə, dalğa kılavuzu pininin sonundakı lehimin forması və həcmi (Şəkil 3-ə baxın) pin dizaynının mexaniki empedansına təsir göstərə bilər, mexaniki empedans və əyilmə davranışında səhvlər yaradır.
Nəhayət, eksperimental əyilmə həndəsəsinin USeFNAB-da əyilmə miqdarına təsir etdiyini nümayiş etdirdik.Əgər daha böyük əyilmə iynənin toxumaya təsirinə, məsələn, pirsinqdən sonra kəsmə səmərəliliyinə müsbət təsir edərsə, USeFNAB-da adi lanset tövsiyə oluna bilər, çünki o, struktur ucun adekvat sərtliyini qoruyarkən maksimum əyilmə təmin edir..Bundan əlavə, bu yaxınlarda aparılan bir araşdırma35 göstərmişdir ki, daha çox uc əyilmələri minimal invaziv cərrahi tətbiqlərin inkişafına kömək edə biləcək kavitasiya kimi bioloji təsirləri gücləndirə bilər.Artan ümumi akustik gücün USeFNAB13-də biopsiya məhsuldarlığını artırdığı göstərildiyini nəzərə alaraq, tədqiq edilmiş iynə həndəsəsinin ətraflı klinik faydalarını qiymətləndirmək üçün nümunə məhsuldarlığı və keyfiyyətinin əlavə kəmiyyət tədqiqatlarına ehtiyac var.