هندسه اریب سوزن بر دامنه خمش در بیوپسی سوزن ظریف تقویت شده با اولتراسوند تأثیر می گذارد

از بازدید شما از Nature.com سپاسگزاریم.شما از یک نسخه مرورگر با پشتیبانی محدود CSS استفاده می کنید.برای بهترین تجربه، توصیه می کنیم از یک مرورگر به روز شده استفاده کنید (یا حالت سازگاری را در اینترنت اکسپلورر غیرفعال کنید).علاوه بر این، برای اطمینان از پشتیبانی مداوم، سایت را بدون استایل و جاوا اسکریپت نشان می‌دهیم.
چرخ فلکی از سه اسلاید را همزمان نمایش می دهد.از دکمه های قبلی و بعدی برای حرکت در سه اسلاید در یک زمان استفاده کنید یا از دکمه های لغزنده در پایان برای حرکت در سه اسلاید در یک زمان استفاده کنید.
اخیراً نشان داده شده است که استفاده از اولتراسوند می‌تواند عملکرد بافت را در بیوپسی آسپیراسیون با سوزن ظریف با سونوگرافی (USeFNAB) در مقایسه با بیوپسی آسپیراسیون با سوزن ظریف معمولی (FNAB) بهبود بخشد.رابطه بین هندسه اریب و عمل نوک سوزن هنوز بررسی نشده است.در این مطالعه، ما خواص رزونانس سوزن و دامنه انحراف را برای هندسه‌های مخروطی سوزنی مختلف با طول‌های مخروطی مختلف بررسی کردیم.با استفاده از یک لانست معمولی با برش 3.9 میلی متری، ضریب قدرت انحراف نوک (DPR) به ترتیب در هوا و آب 220 و 105 میکرومتر بر وات بود.این بالاتر از نوک مخروطی 4 میلی متری متقارن است که به ترتیب DPR 180 و 80 میکرومتر بر وات در هوا و آب به دست آورد.این مطالعه اهمیت رابطه بین سفتی خمشی هندسه اریب را در زمینه کمک‌های مختلف درج نشان می‌دهد، و بنابراین ممکن است بینشی در مورد روش‌های کنترل عمل برش پس از سوراخ‌کاری با تغییر هندسه اریب سوزن، که برای USeFNAB مهم است، ارائه دهد.کاربرد مهم است.
بیوپسی آسپیراسیون با سوزن ظریف (FNAB) تکنیکی است که در آن از یک سوزن برای تهیه نمونه بافت در مواقعی که مشکوک به ناهنجاری است استفاده می شود.نشان داده شده است که نکات نوع Franseen عملکرد تشخیصی بالاتری نسبت به نکات سنتی Lancet4 و Menghini5 ارائه می دهند.مورب های متقارن محوری (یعنی محیطی) نیز برای افزایش احتمال نمونه مناسب برای هیستوپاتولوژی پیشنهاد شده اند.
در طول بیوپسی، یک سوزن از لایه های پوست و بافت عبور داده می شود تا آسیب شناسی مشکوک را نشان دهد.مطالعات اخیر نشان داده اند که فعال سازی اولتراسونیک می تواند نیروی سوراخ مورد نیاز برای دسترسی به بافت های نرم را کاهش دهد7،8،9،10.نشان داده شده است که هندسه اریب سوزن بر نیروهای برهمکنش سوزن تأثیر می گذارد، به عنوان مثال نشان داده شده است که اریب های بلندتر دارای نیروهای نفوذ بافت کمتری هستند 11 .پیشنهاد شده است که پس از نفوذ سوزن به سطح بافت، یعنی پس از سوراخ کردن، نیروی برش سوزن ممکن است 75 درصد از کل نیروی برهمکنش سوزن-بافت باشد12.نشان داده شده است که سونوگرافی (US) کیفیت بیوپسی بافت نرم تشخیصی را در مرحله پس از سوراخ کردن بهبود می بخشد.روش های دیگری برای بهبود بیوپسی استخوان برای نمونه برداری از بافت سخت ابداع شده است.چندین مطالعه همچنین نشان داده اند که جابجایی مکانیکی با افزایش ولتاژ درایو اولتراسوند 16،17،18 افزایش می یابد.اگرچه مطالعات زیادی در مورد نیروهای استاتیک محوری (طولی) در فعل و انفعالات سوزن-بافت وجود دارد، مطالعات بر روی دینامیک زمانی و هندسه مورب سوزن در FNAB تقویت‌شده اولتراسونیک (USeFNAB) محدود است.
هدف از این مطالعه بررسی تأثیر هندسه‌های مخروطی مختلف بر عملکرد نوک سوزن ناشی از خم شدن سوزن در فرکانس‌های اولتراسونیک بود.به طور خاص، ما تأثیر محیط تزریق را بر انحراف نوک سوزن پس از سوراخ برای مورب های سوزنی معمولی (مانند لانست)، هندسه های متقارن محوری و نامتقارن تک مخروطی (شکل برای تسهیل توسعه سوزن های USeFNAB برای اهداف مختلف مانند مکش انتخابی بررسی کردیم. دسترسی یا هسته های بافت نرم.
هندسه های مخروطی مختلفی در این مطالعه وارد شدند.(الف) لنتس مطابق با ISO 7864:201636 که در آن \(\alpha\) زاویه مخروطی اولیه، \(\theta\) زاویه چرخش مخروطی ثانویه است، و \(\phi\) زاویه چرخش مخروطی ثانویه در درجه، بر حسب درجه (\(^\circ\)).(ب) پخ‌های تک پله‌ای نامتقارن خطی (که در DIN 13097:201937 "استاندارد" نامیده می‌شوند) و (ج) پخ‌های تک پله‌ای متقارن محوری (محیطی) خطی.
رویکرد ما ابتدا مدل‌سازی تغییر در طول موج خمشی در امتداد شیب برای هندسه‌های شیب تک مرحله‌ای متقارن، متقارن محوری و نامتقارن است.سپس ما یک مطالعه پارامتری را برای بررسی اثر زاویه اریب و طول لوله بر تحرک مکانیسم حمل و نقل محاسبه کردیم.این برای تعیین طول بهینه برای ساخت یک سوزن نمونه انجام می شود.بر اساس شبیه‌سازی، نمونه‌های اولیه سوزنی ساخته شد و رفتار رزونانسی آن‌ها در هوا، آب و ژلاتین بالستیک 10% (w/v) با اندازه‌گیری ضریب انعکاس ولتاژ و محاسبه راندمان انتقال توان مشخص شد، که فرکانس عملیاتی از آن محاسبه شد. مشخص..در نهایت، تصویربرداری با سرعت بالا برای اندازه گیری مستقیم انحراف موج خمشی در نوک سوزن در هوا و آب، و تخمین توان الکتریکی منتقل شده توسط هر شیب و ضریب قدرت انحراف (DPR) هندسه تزریق استفاده می شود. متوسط.
همانطور که در شکل 2a نشان داده شده است، از لوله شماره 21 (0.80 میلی متر OD، 0.49 میلی متر ID، 0.155 میلی متر ضخامت دیواره لوله، دیوار استاندارد همانطور که در ISO 9626:201621 مشخص شده است) از فولاد ضد زنگ 316 (مدول یانگ 205) استفاده کنید.\(\text {GN/m}^{2}\)، چگالی 8070 kg/m\(^{3}\)، نسبت پواسون 0.275).
تعیین طول موج خمشی و تنظیم مدل المان محدود (FEM) شرایط مرزی و سوزن.(الف) تعیین طول اریب (BL) و طول لوله (TL).(ب) مدل المان محدود سه بعدی (3 بعدی) با استفاده از نیروی نقطه هارمونیک \(\tilde{F}_y\vec{j}\) برای تحریک سوزن در انتهای نزدیک، انحراف نقطه و اندازه گیری سرعت در هر نوک (\( \tilde{u}_y\vec {j}\)، \(\tilde{v}_y\vec {j}\)) برای محاسبه تحرک حمل و نقل مکانیکی.\(\lambda _y\) به عنوان طول موج خمشی مرتبط با نیروی عمودی \(\tilde{F}_y\vec {j}\) تعریف می‌شود.(ج) مرکز ثقل، سطح مقطع A، و گشتاورهای اینرسی \(I_{xx}\) و \(I_{yy}\) را به ترتیب حول محور x و محور y تعیین کنید.
همانطور که در شکل نشان داده شده است.2b,c، برای یک پرتو بی نهایت (بی نهایت) با سطح مقطع A و در یک طول موج بزرگ در مقایسه با اندازه مقطع پرتو، سرعت فاز خمشی (یا خمشی) \(c_{EI}\ ) به صورت 22 تعریف می شود:
که در آن E مدول یانگ است (\(\text {N/m}^{2}\))، \(\omega _0 = 2\pi f_0\) فرکانس زاویه ای تحریک (rad/s) است، جایی که \(f_0 \ ) فرکانس خطی (1/s یا هرتز)، I لحظه اینرسی ناحیه حول محور مورد نظر \((\text {m}^{4})\) و \(m'=\ است. rho _0 A \) جرم واحد طول (kg/m) است، که \(\rho _0\) چگالی \((\text {kg/m}^{3})\) و A صلیب است. -مساحت مقطع پرتو (صفحه xy) (\ (\text {m}^{2}\)).از آنجایی که در مورد ما نیروی اعمال شده موازی با محور عمودی y است، یعنی \(\tilde{F}_y\vec {j}\)، ما فقط به ممان اینرسی ناحیه حول افقی x علاقه مندیم. محور، یعنی \(I_{xx} \)، بنابراین:
برای مدل اجزای محدود (FEM)، یک جابجایی هارمونیک خالص (m) در نظر گرفته شده است، بنابراین شتاب (\(\text {m/s}^{2}\)) به صورت \(\جزئی ^2 \vec بیان می شود. { u}/ \ جزئی t^2 = -\omega ^2\vec {u}\)، به عنوان مثال \(\vec {u}(x, y, z, t) := u_x\vec {i} + u_y \vec {j }+ u_z\vec {k}\) یک بردار جابجایی سه بعدی است که در مختصات مکانی تعریف شده است.جایگزینی دومی با شکل لاگرانژی با قابلیت تغییر شکل محدود قانون تعادل حرکت23، مطابق با اجرای آن در بسته نرم افزاری COMSOL Multiphysics (نسخه های 5.4-5.5، COMSOL Inc.، ماساچوست، ایالات متحده آمریکا)، به دست می دهد:
جایی که \(\vec {\nabla}:= \frac{\partial}}{\partial x}\vec {i} + \frac{\partial}}{\partial y}\vec {j} + \frac{ \partial }{\partial z}\vec {k}\) عملگر واگرایی تانسور است و \({\underline{\sigma}}\) دومین تانسور تنش Piola-Kirchhoff است ( مرتبه دوم، \(\ text { N /m}^{2}\))، و \(\vec {F_V}:= F_{V_x}\vec {i}+ F_{V_y}\vec {j}+ F_{V_z}\vec { k} \) بردار نیروی بدن (\(\text {N/m}^{3}\)) هر حجم قابل تغییر شکل است و \(e^{j\phi }\) فاز نیروی بدن، دارای زاویه فاز \(\ phi\) (rad) است.در مورد ما، نیروی حجمی بدن صفر است و مدل ما خطی بودن هندسی و تغییر شکل‌های کاملاً الاستیک کوچک را فرض می‌کند، یعنی \({\underline{\varepsilon}}^{el} = {\underline{\varepsilon}}\ )، که در آن \({\underline{\varepsilon}}^{el}\) و \({\underline{ \varepsilon}}\) به ترتیب - تغییر شکل الاستیک و تغییر شکل کل (بدون ابعاد مرتبه دوم).تانسور الاستیسیته همسانگرد سازنده هوک \(\underline {\ underline {C))\) با استفاده از مدول یانگ E(\(\text{N/m}^{2}\)) بدست می‌آید و نسبت پواسون v تعریف می‌شود، به طوری که \ (\underline{\underline{C}}:=\underline{\underline{C}}(E,v)\) (رتبه چهارم).بنابراین محاسبه تنش به \({\underline{\sigma}} := \underline{\underline{C}}:{\underline{\varepsilon}} می‌شود.
محاسبات با عناصر چهار وجهی 10 گره با اندازه عنصر \(\le\) 8 میکرومتر انجام شد.سوزن در خلاء مدل‌سازی می‌شود و مقدار انتقال تحرک مکانیکی (ms-1 H-1) به صورت \(|\tilde{Y}_{v_yF_y}|= |\tilde{v}_y\vec {j} تعریف می‌شود. |/|\ tilde{F}_y\vec {j}|\)24، که در آن \(\tilde{v}_y\vec {j}\) سرعت مختلط خروجی هندپیس است و \( \tilde{ F} _y\vec {j }\) یک نیروی محرکه پیچیده است که در انتهای پروگزیمال لوله قرار دارد، همانطور که در شکل 2b نشان داده شده است.تحرک مکانیکی انتقالی در دسی بل (dB) با استفاده از حداکثر مقدار به عنوان مرجع بیان می شود، یعنی \(20\log _{10} (|\tilde{Y}|/ |\tilde{Y}_{max}| )\ تمام مطالعات FEM در فرکانس 29.75 کیلوهرتز انجام شد.
طراحی سوزن (شکل 3) از یک سوزن زیرپوستی معمولی 21 گیج (شماره کاتالوگ: 4665643, Sterican\(^\circledR\) با قطر خارجی 0.8 میلی متر، طول 120 میلی متر، ساخته شده از AISI تشکیل شده است. فولاد ضد زنگ کروم نیکل 304.، B. Braun Melsungen AG، Melsungen، آلمان) یک آستین Luer Lock پلاستیکی ساخته شده از پلی پروپیلن پروگزیمال با اصلاح نوک مربوطه قرار داد.لوله سوزن همانطور که در شکل 3b نشان داده شده است به موجبر لحیم می شود.موجبر روی یک چاپگر سه بعدی فولاد ضد زنگ (EOS Stainless Steel 316L در چاپگر سه بعدی EOS M 290، 3D Formtech Oy، Jyväskylä، فنلاند) چاپ شد و سپس با استفاده از پیچ و مهره های M4 به حسگر Langevin متصل شد.مبدل Langevin از 8 عنصر حلقه پیزوالکتریک با دو وزن در هر انتها تشکیل شده است.
چهار نوع نوک (تصویر)، یک لانست تجاری موجود (L)، و سه مخروط تک مرحله ای متقارن محوری (AX1-3) به ترتیب با طول اریب (BL) 4، 1.2 و 0.5 میلی متر مشخص شدند.(الف) نمای نزدیک از نوک سوزن تمام شده.(ب) نمای بالایی از چهار پین که به یک موجبر چاپ سه بعدی لحیم شده و سپس با پیچ M4 به حسگر Langevin متصل شده است.
سه نوک مخروطی متقارن محوری (شکل 3) (TAs Machine Tools Oy) با طول های اریب (BL، تعیین شده در شکل 2a) 4.0، 1.2 و 0.5 میلی متر، مربوط به \(\تقریبا\) 2\ (^\) ساخته شد. circ\)، 7\(^\circ\) و 18\(^\circ\).وزن موجبر و قلم به ترتیب 0.017 ± 3.4 گرم (میانگین ± SD، n = 4) برای مورب L و AX1-3 است (Quintix\(^\circledR\) 224 Design 2, Sartorius AG, Göttingen, Germany).طول کل از نوک سوزن تا انتهای آستین پلاستیکی برای مخروط L و AX1-3 در شکل 3b به ترتیب 13.7، 13.3، 13.3، 13.3 سانتی متر است.
برای تمام پیکربندی‌های سوزن، طول از نوک سوزن تا نوک موجبر (یعنی ناحیه لحیم کاری) 4.3 سانتی‌متر است و لوله سوزن به گونه‌ای است که مورب رو به بالا باشد (یعنی موازی با محور Y باشد). ).مانند (شکل 2).
یک اسکریپت سفارشی در MATLAB (R2019a، The MathWorks Inc.، ماساچوست، ایالات متحده آمریکا) که بر روی یک کامپیوتر (Latitude 7490، Dell Inc.، تگزاس، ایالات متحده آمریکا) اجرا می‌شود، برای تولید یک جاروی سینوسی خطی از 25 تا 35 کیلوهرتز در 7 ثانیه استفاده شد. تبدیل به سیگنال آنالوگ توسط یک مبدل دیجیتال به آنالوگ (DA) (Analog Discovery 2, Digilent Inc., Washington, USA).سپس سیگنال آنالوگ \(V_0\) (0.5 Vp-p) با یک تقویت کننده فرکانس رادیویی اختصاصی (RF) (Mariachi Oy، تورکو، فنلاند) تقویت شد.کاهش ولتاژ تقویت کننده \({V_I}\) از تقویت کننده RF با امپدانس خروجی 50 \(\Omega\) به یک ترانسفورماتور تعبیه شده در ساختار سوزن با امپدانس ورودی 50 \(\Omega)\) خروجی می شود. مبدل Langevin ( مبدل های پیزوالکتریک چند لایه جلو و عقب، بارگذاری شده با جرم) برای تولید امواج مکانیکی استفاده می شود.تقویت کننده RF سفارشی مجهز به یک متر ضریب توان موج ایستاده دو کاناله (SWR) است که می تواند حادثه \({V_I}\) و ولتاژ تقویت شده منعکس شده \(V_R\) را از طریق یک آنالوگ به دیجیتال 300 کیلوهرتز (AD) تشخیص دهد. ) مبدل (Analog Discovery 2).سیگنال تحریک در ابتدا و در انتهای دامنه مدوله می شود تا از بارگذاری بیش از حد ورودی تقویت کننده با گذرا جلوگیری شود.
با استفاده از یک اسکریپت سفارشی پیاده سازی شده در MATLAB، تابع پاسخ فرکانسی (AFC)، یعنی یک سیستم ثابت خطی را فرض می کند.همچنین، یک فیلتر باند گذر 20 تا 40 کیلوهرتز را اعمال کنید تا فرکانس های ناخواسته را از سیگنال حذف کنید.با اشاره به تئوری خط انتقال، \(\tilde{H}(f)\) در این مورد معادل ضریب بازتاب ولتاژ است، یعنی \(\rho _{V} \equiv {V_R}/{V_I} \)26 از آنجایی که امپدانس خروجی تقویت‌کننده \(Z_0\) با امپدانس ورودی ترانسفورماتور داخلی مبدل مطابقت دارد و ضریب بازتاب توان الکتریکی \({P_R}/{P_I}\) به \ کاهش می‌یابد. ({V_R }^ 2/{V_I}^2\ )، سپس \(|\rho _{V}|^2\) است.در مواردی که قدر مطلق توان الکتریکی مورد نیاز است، توان فرودی \(P_I\) و توان بازتابی (P_R\) (W) را با گرفتن ریشه میانگین مربع (rms) مقدار ولتاژ مربوطه محاسبه کنید، برای مثال، برای یک خط انتقال با تحریک سینوسی، \(P = {V}^2/(2Z_0)\)26، که در آن \(Z_0\) برابر با 50 \(\Omega\) است.توان الکتریکی تحویلی به بار \(P_T\) (یعنی محیط درج شده) را می توان به صورت \(|P_I – P_R |\) (W RMS) محاسبه کرد و راندمان انتقال توان (PTE) را می توان به عنوان یک تعریف و بیان کرد. درصد (%) بنابراین 27 را می دهد:
سپس پاسخ فرکانس برای تخمین فرکانس‌های مودال \(f_{1-3}\) (kHz) طراحی قلم و بازده انتقال انرژی مربوطه استفاده می‌شود، \(\text {PTE}_{1{-}3} \ .FWHM (\(\text {FWHM}_{1{-}3}\)، هرتز) مستقیماً از \(\text {PTE}_{1{-}3}\)، از جدول 1 تخمین زده می‌شود فرکانس های \(f_{1-3}\) شرح داده شده در .
روشی برای اندازه گیری پاسخ فرکانسی (AFC) یک ساختار سوزنی شکل.اندازه گیری سینوس دو کاناله 25،38 برای به دست آوردن تابع پاسخ فرکانسی \(\tilde{H}(f)\) و پاسخ ضربه ای آن H(t) استفاده می شود.\({\mathcal {F}}\) و \({\mathcal {F}}^{-1}\) به ترتیب تبدیل فوریه بریده شده عددی و عملیات تبدیل معکوس را نشان می دهند.\(\tilde{G}(f)\) به این معنی است که دو سیگنال در حوزه فرکانس ضرب می شوند، به عنوان مثال \(\tilde{G}_{XrX}\) به معنای اسکن معکوس \(\tilde{X} r(f )\) و سیگنال افت ولتاژ \(\tilde{X}(f)\).
همانطور که در شکل نشان داده شده است.5، دوربین پرسرعت (Phantom V1612، Vision Research Inc.، نیوجرسی، ایالات متحده آمریکا) مجهز به لنز ماکرو (MP-E 65mm, \(f)/2.8, 1-5 \ (\times\), Canon Inc. ...، توکیو، ژاپن) برای ثبت انحراف نوک سوزن در معرض تحریک خمشی (تک فرکانس، سینوسی پیوسته) در فرکانس 27.5-30 کیلوهرتز استفاده شد.برای ایجاد یک نقشه سایه، یک عنصر خنک‌شده از یک LED سفید با شدت بالا (شماره قطعه: 4052899910881، سفید Led، 3000 K، 4150 lm، Osram Opto Semiconductors GmbH، Regensburg، آلمان) در پشت مورب سوزن قرار داده شد.
نمای جلوی تنظیمات آزمایشی.عمق از سطح رسانه اندازه گیری می شود.ساختار سوزن بسته شده و بر روی میز انتقال موتوری نصب می شود.برای اندازه‌گیری انحراف نوک مورب از یک دوربین با سرعت بالا با لنز بزرگنمایی بالا (5\(\times\)) استفاده کنید.تمام ابعاد به میلیمتر هستند.
برای هر نوع اریب سوزنی، ما 300 فریم دوربین پرسرعت 128 \(\x\) 128 پیکسلی، هر یک با وضوح مکانی 1/180 میلی متر (\(\تقریبا) 5 میکرومتر) با وضوح زمانی ضبط کردیم. 310000 فریم در ثانیههمانطور که در شکل 6 نشان داده شده است، هر فریم (1) برش داده می شود (2) به طوری که نوک آن در آخرین خط (پایین) کادر قرار می گیرد و سپس هیستوگرام تصویر (3) محاسبه می شود، بنابراین آستانه های Canny 1 و 2 را می توان تعیین کرد.سپس تشخیص لبه Canny28(4) را با استفاده از عملگر Sobel 3 \(\times\) 3 اعمال کنید و موقعیت پیکسل هیپوتنوز غیر حفره‌ای (با برچسب \(\mathbf {\times }\)) را برای تمام مراحل 300 برابر محاسبه کنید. .برای تعیین گستره انحراف در انتها، مشتق محاسبه می‌شود (با استفاده از الگوریتم اختلاف مرکزی) (6) و قاب حاوی انتهای موضعی (یعنی قله) انحراف (7) مشخص می‌شود.پس از بررسی بصری لبه غیر حفره‌ای، یک جفت فریم (یا دو فریم که با نیم دوره زمانی از هم جدا شده‌اند) (7) انتخاب شد و انحراف نوک اندازه‌گیری شد (با برچسب \(\mathbf {\times} \ ) موارد فوق اجرا شد. در Python (v3.8، Python Software Foundation، python.org) با استفاده از الگوریتم تشخیص لبه OpenCV Canny (نسخه 4.5.1، کتابخانه بینایی کامپیوتر منبع باز، opencv.org). توان الکتریکی \ (P_T \) (W, rms) .
انحراف نوک با استفاده از یک سری فریم گرفته شده از یک دوربین پرسرعت با فرکانس 310 کیلوهرتز با استفاده از الگوریتم 7 مرحله ای (1-7) شامل کادربندی (1-2)، تشخیص لبه Canny (3-4)، لبه مکان پیکسلی اندازه گیری شد. محاسبه (5) و مشتقات زمانی آنها (6) و در نهایت انحراف نوک اوج به قله بر روی جفت قاب های بازرسی شده بصری اندازه گیری شد (7).
اندازه گیری ها در هوا (22.4-22.9 درجه سانتیگراد)، آب دیونیزه (20.8-21.5 درجه سانتیگراد) و ژلاتین بالستیک 10٪ (w/v) (19.7-23.0 درجه سانتیگراد، \(\text {Honeywell}^{ \text انجام شد. { TM}}\) \(\text {Fluka}^{\text {TM}}\) ژلاتین استخوان گاو و خوک برای تجزیه و تحلیل بالستیک نوع I، هانیول اینترنشنال، کارولینای شمالی، ایالات متحده).دما با یک تقویت‌کننده ترموکوپل نوع K (AD595، Analog Devices Inc.، MA، USA) و یک ترموکوپل نوع K (Fluke 80PK-1 Bead Probe No. 3648 type-K، Fluke Corporation، واشنگتن، ایالات متحده آمریکا) اندازه‌گیری شد.از سطح متوسط، عمق از سطح (به عنوان مبدأ محور z) با استفاده از یک مرحله محور z موتوردار عمودی (8MT50-100BS1-XYZ، Standa Ltd.، ویلنیوس، لیتوانی) با وضوح 5 میکرومتر اندازه‌گیری شد.در هر مرحله
از آنجایی که حجم نمونه کوچک بود (n=5) و نرمال بودن را نمی‌توان فرض کرد، از آزمون مجموع رتبه دو نمونه‌ای Wilcoxon (R, v4.0.3, R Foundation for Statistical Computing, r-project .org) استفاده شد. برای مقایسه مقدار واریانس نوک سوزن برای اریب های مختلف.3 مقایسه در هر شیب وجود داشت، بنابراین یک تصحیح بونفرونی با سطح معناداری تعدیل شده 0.017 و نرخ خطای 5٪ اعمال شد.
اکنون به شکل 7 می پردازیم.در فرکانس 29.75 کیلوهرتز، نیمه موج خمشی (\(\lambda_y/2\)) یک سوزن گیج 21 \(\تقریبا) 8 میلی متر است.با نزدیک شدن به نوک، طول موج خمشی در امتداد زاویه مایل کاهش می یابد.در نوک \(\lambda _y/2\) \(\تقریبا\) مراحل 3، 1 و 7 میلی متر برای شیب معمولی نیزه ای (a)، نامتقارن (b) و متقارن محوری (c) یک سوزن وجود دارد. ، به ترتیب.بنابراین، این بدان معنی است که محدوده لانست \(\تقریبا) 5 میلی متر است (با توجه به این واقعیت که دو صفحه لانست یک نقطه واحد را تشکیل می دهند 29،30)، مخروط نامتقارن 7 میلی متر است، مخروط نامتقارن 1 است. میلی مترشیب های متقارن محوری (مرکز ثقل ثابت می ماند، بنابراین فقط ضخامت دیواره لوله در واقع در طول شیب تغییر می کند).
مطالعات FEM و کاربرد معادلات در فرکانس 29.75 کیلوهرتز.(1) هنگام محاسبه تغییر نیم موج خمشی (\(\lambda_y/2\)) برای هندسه های لنست (a)، نامتقارن (b) و متقارن محوری (c) (مانند شکل 1a,b,c) ) .میانگین مقدار \(\lambda_y/2\) لانست، نامتقارن و متقارن محوری به ترتیب 5.65، 5.17 و 7.52 میلی متر بود.توجه داشته باشید که ضخامت نوک برای اریب های نامتقارن و متقارن محوری به \(\تقریبا) 50 میکرومتر محدود شده است.
حداکثر تحرک \(|\tilde{Y}_{v_yF_y}|\) ترکیب بهینه طول لوله (TL) و طول اریب (BL) است (شکل 8، 9).برای یک لانست معمولی، از آنجایی که اندازه آن ثابت است، TL بهینه \(\تقریبا) 29.1 میلی متر است (شکل 8).برای مورب های نامتقارن و متقارن محوری (به ترتیب شکل 9a, b)، مطالعات FEM شامل BL از 1 تا 7 میلی متر بود، بنابراین TL بهینه از 26.9 تا 28.7 میلی متر (محدوده 1.8 میلی متر) و از 27.9 تا 29.2 میلی متر (محدوده) بود. به ترتیب 1.3 میلی متر.برای شیب نامتقارن (شکل 9a)، TL بهینه به صورت خطی افزایش یافت، به یک فلات در BL 4 میلی متر رسید، و سپس به شدت از BL 5 به 7 میلی متر کاهش یافت.برای یک مورب متقارن محوری (شکل 9b)، TL بهینه به صورت خطی با افزایش BL افزایش یافت و در نهایت در BL از 6 به 7 میلی متر تثبیت شد.یک مطالعه گسترده از شیب متقارن محوری (شکل 9c) مجموعه متفاوتی از TLهای بهینه را در 35.1-37.1 میلی متر نشان داد.برای همه BL ها، فاصله بین دو بهترین TL \(\تقریبا\) 8 میلی متر است (معادل \(\lambda_y/2\)).
تحرک انتقال Lancet در 29.75 کیلوهرتز.سوزن در فرکانس 29.75 کیلوهرتز به طور انعطاف‌پذیر برانگیخته شد و ارتعاش در نوک سوزن اندازه‌گیری شد و به عنوان مقدار تحرک مکانیکی ارسالی (dB نسبت به حداکثر مقدار) برای TL 26.5-29.5 میلی‌متر (در افزایش 0.1 میلی‌متر) بیان شد. .
مطالعات پارامتریک FEM در فرکانس 29.75 کیلوهرتز نشان می دهد که تحرک انتقال یک نوک متقارن محوری نسبت به همتای نامتقارن آن کمتر تحت تاثیر تغییر در طول لوله قرار می گیرد.مطالعات طول اریب (BL) و طول لوله (TL) هندسه های نامتقارن (a) و متقارن محوری (b, c) در مطالعه حوزه فرکانس با استفاده از FEM (شرایط مرزی در شکل 2 نشان داده شده است).(الف، ب) TL بین 26.5 تا 29.5 میلی متر (گام 0.1 میلی متر) و BL 1-7 میلی متر (گام 0.5 میلی متر) بود.ج) مطالعات شیب متقارن محوری گسترده شامل TL 25-40 میلی متر (با افزایش 0.05 میلی متر) و BL 0.1-7 میلی متر (با افزایش 0.1 میلی متر) که نشان می دهد \(\lambda_y/2\) باید الزامات نوک را برآورده کند.شرایط مرزی متحرک
پیکربندی سوزن دارای سه فرکانس ویژه \(f_{1-3}\) است که به مناطق حالت کم، متوسط ​​و بالا همانطور که در جدول 1 نشان داده شده است تقسیم شده است. اندازه PTE همانطور که در شکل نشان داده شده است ثبت شد.10 و سپس در شکل 11 تجزیه و تحلیل شده است.
دامنه‌های بازده انتقال لحظه‌ای برق ثبت‌شده معمولی (PTE) که با تحریک سینوسی با فرکانس جابجایی برای لانست (L) و مورب متقارن محوری AX1-3 در هوا، آب و ژلاتین در عمق 20 میلی‌متر به‌دست می‌آیند.طیف های یک طرفه نشان داده شده است.پاسخ فرکانسی اندازه‌گیری شده (نمونه‌برداری شده در ۳۰۰ کیلوهرتز) با فیلتر پایین‌گذر فیلتر شد و سپس با ضریب ۲۰۰ برای تحلیل مودال کاهش یافت.نسبت سیگنال به نویز \(\le\) 45 دسی بل است.فازهای PTE (خطوط نقطه چین بنفش) با درجه (\(^{\circ}\)) نشان داده شده است.
تجزیه و تحلیل پاسخ مودال (میانگین ± انحراف استاندارد، n = 5) نشان داده شده در شکل 10، برای شیب های L و AX1-3، در هوا، آب و 10٪ ژلاتین (عمق 20 میلی متر)، با (بالا) سه ناحیه مودال (بالا) کم، متوسط ​​و زیاد) و فرکانس‌های مدال متناظر آنها\(f_{1-3 }\) (kHz), (متوسط) بازده انرژی \(\text {PTE}_{1{-}3}\) با استفاده از معادل‌ها محاسبه می‌شود .(4) و (پایین) عرض کامل به ترتیب در نصف حداکثر اندازه‌گیری \(\text {FWHM}_{1{-}3}\) (Hz).توجه داشته باشید که اندازه گیری پهنای باند زمانی که PTE کم ثبت شد، یعنی \(\text {FWHM}_{1}\) در مورد شیب AX2 نادیده گرفته شد.حالت \(f_2\) مناسب‌ترین حالت برای مقایسه انحرافات شیب است، زیرا بالاترین سطح راندمان انتقال توان (\(\text {PTE}_{2}\)) را تا 99٪ نشان می‌دهد.
ناحیه مودال اول: \(f_1\) بستگی زیادی به نوع محیط درج شده ندارد، اما به هندسه شیب بستگی دارد.\(f_1\) با کاهش طول اریب کاهش می یابد (به ترتیب 27.1، 26.2 و 25.9 کیلوهرتز در هوا برای AX1-3).میانگین‌های منطقه‌ای \(\text {PTE}_{1}\) و \(\text {FWHM}_{1}\) به ترتیب \(\prox\) 81٪ و 230 هرتز هستند.\(\text {FWHM}_{1}\) دارای بالاترین محتوای ژلاتین در Lancet است (L، 473 هرتز).توجه داشته باشید که \(\text {FWHM}_{1}\) AX2 در ژلاتین به دلیل دامنه پایین FRF ثبت شده قابل ارزیابی نیست.
ناحیه مودال دوم: \(f_2\) به نوع رسانه درج شده و مخروط بستگی دارد.میانگین مقادیر \(f_2\) در هوا، آب و ژلاتین به ترتیب 29.1، 27.9 و 28.5 کیلوهرتز است.این ناحیه مودال همچنین PTE بالای 99% را نشان داد، بالاترین میزان در بین هر گروه اندازه گیری شده، با میانگین منطقه ای 84%.\(\text {FWHM}_{2}\) دارای میانگین منطقه ای \(\تقریبا\) 910 هرتز است.
ناحیه حالت سوم: فرکانس \(f_3\) به نوع رسانه و مورب بستگی دارد.مقادیر متوسط ​​\(f_3\) به ترتیب در هوا، آب و ژلاتین 32.0، 31.0 و 31.3 کیلوهرتز است.میانگین منطقه ای \(\text {PTE}_{3}\) \(\تقریبا\) 74٪ بود، کمترین در بین هر منطقه است.میانگین منطقه ای \(\text {FWHM}_{3}\) \(\تقریبا\) 1085 هرتز است که بالاتر از ناحیه اول و دوم است.
موارد زیر به شکل12 و جدول 2. لانست (L) بیشترین انحراف را داشت (با اهمیت بالا برای همه نوک ها، \(p<\) 0.017) هم در هوا و هم در آب (شکل 12a)، و به بالاترین DPR (تا 220 میکرومتر بر متر) رسید. W در هوا). 12 و جدول 2. لانست (L) بیشترین انحراف را داشت (با اهمیت بالا برای همه نوک ها، \(p<\) 0.017) هم در هوا و هم در آب (شکل 12a)، و به بالاترین DPR (تا 220 میکرومتر بر متر) رسید. W در هوا). Следующее относится к рисунку 12 و تاблице 2. Ланцет (L) отклонялся بیشتر از همه (с высокой значимостью для всех наконечников, \(p<\) 0,017) 0,017 تا. روابط عمومی . موارد زیر برای شکل 12 و جدول 2 صدق می کند. Lancet (L) بیشترین انحراف را داشت (با اهمیت بالا برای همه نوک ها، \(p<\) 0.017) در هوا و آب (شکل 12a)، و به بالاترین DPR رسید.(220 میکرومتر بر وات در هوا انجام دهید).Smt.شکل 12 و جدول 2 در زیر.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），，高DPR （在空气中高达220μm/W）.柳叶刀(L) دارای بالاترین انحراف در هوا و آب است (对所记尖端可以高电影性، \(p<\) 0.017) (图12a)، و به بالاترین DPR (تا 220 میکرومتر بر وات) رسید. هوا). Ланцет (L) отклонялся بیشتر از همه (высокая значимость для всех наконечников, \(p<\) 0,017) در هوا و آب (ریس. 12a), تا 220 mkm/Vt در هوا). Lancet (L) در هوا و آب (شکل 12a) بیشترین انحراف را داشت (معنای بالا برای همه نوک ها، \(p<\) 0.017) و به بالاترین DPR (تا 220 میکرومتر بر وات در هوا) رسید. در هوا، AX1 که BL بالاتری داشت، بالاتر از AX2-3 منحرف شد (با معنی‌داری، \(p<\) 0.017)، در حالی که AX3 (که کمترین BL را داشت) بیش از AX2 با DPR 190 میکرومتر بر وات منحرف شد. در هوا، AX1 که BL بالاتری داشت، بالاتر از AX2-3 منحرف شد (با معنی‌داری، \(p<\) 0.017)، در حالی که AX3 (که کمترین BL را داشت) بیش از AX2 با DPR 190 میکرومتر بر وات منحرف شد. در هوای AX1 با بیش از حد BL отклонялся выше، чем AX2–3 (با مقدار زیاد \(p<\) 0,017)، تا به عنوان AX3 (بسیار کمتر از BL) отклонялся بیشتر، 190 DPR. در هوا، AX1 با BL بالاتر از AX2-3 منحرف شد (با اهمیت \(p<\) 0.017)، در حالی که AX3 (با کمترین BL) بیش از AX2 با DPR 190 میکرومتر بر وات منحرف شد.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，BL 0.017））的偏转大于AX2، DPR 为190 میکرومتر/W . در هوا، انحراف AX1 با BL بالاتر بیشتر از AX2-3 است (به طور قابل توجهی، \(p<\) 0.017)، و انحراف AX3 (با کمترین BL) بیشتر از AX2 است، DPR 190 است. µm/W. در هوای AX1 با بیش از حد BL отклоняется بیشتر، чем AX2-3 (معنی، \(p<\) 0,017)، тогда как AX3 (بسیار کمتر از BL) отклоняется بیشتر، чем AX2 спрема DPR. در هوا، AX1 با BL بالاتر بیشتر از AX2-3 منحرف می‌شود (معنی‌دار، \(p<\) 0.017)، در حالی که AX3 (با کمترین BL) بیش از AX2 با DPR 190 میکرومتر بر وات منحرف می‌شود.در 20 میلی متر آب، انحراف و PTE AX1-3 تفاوت معنی داری نداشتند (\(p>\) 0.017).سطوح PTE در آب (90.2-98.4٪) عموماً بالاتر از هوا (56-77.5٪) بود (شکل 12c)، و پدیده کاویتاسیون در طول آزمایش در آب مشاهده شد (شکل 13، همچنین موارد اضافی را ببینید. اطلاعات).
مقدار انحراف نوک (میانگین ± SD، n = 5) اندازه گیری شده برای مورب L و AX1-3 در هوا و آب (عمق 20 میلی متر) اثر تغییر هندسه اریب را نشان می دهد.اندازه گیری ها با استفاده از تحریک سینوسی تک فرکانس پیوسته به دست آمد.(الف) انحراف اوج به اوج (\(u_y\vec {j}\)) در نوک، اندازه‌گیری شده در (ب) فرکانس‌های مدال مربوطه آنها \(f_2\).(ج) راندمان انتقال توان (PTE، RMS، %) معادله.(4) و (د) ضریب قدرت انحراف (DPR، میکرومتر/W) محاسبه شده به عنوان انحراف اوج به اوج و توان الکتریکی انتقالی \(P_T\) (Wrms).
یک نمودار سایه دوربین معمولی با سرعت بالا که انحراف اوج به قله (خطوط نقطه چین سبز و قرمز) یک لانست (L) و نوک متقارن محوری (AX1-3) را در آب (عمق 20 میلی متر) در نیم چرخه نشان می دهد.چرخه، در فرکانس تحریک \(f_2\) (فرکانس نمونه برداری 310 کیلوهرتز).اندازه تصویر در مقیاس خاکستری گرفته شده 128×128 پیکسل و اندازه پیکسل \(\تقریبا\) 5 میکرومتر است.ویدئو را می توان در اطلاعات تکمیلی یافت.
بنابراین، ما تغییر در طول موج خمشی (شکل 7) را مدل‌سازی کردیم و تحرک مکانیکی قابل انتقال را برای ترکیبات طول لوله و پخ (شکل 8، 9) برای لنست معمولی، پخ‌های نامتقارن و متقارن محور اشکال هندسی محاسبه کردیم.بر اساس دومی، همانطور که در شکل 5 نشان داده شده است، فاصله بهینه 43 میلی متر (یا \(\تقریبا) 2.75\(\lambda _y\) در 29.75 کیلوهرتز) از نوک تا جوش را همانطور که در شکل 5 نشان داده شده است، تخمین زدیم و سه محور را متقارن ساختیم. اریب با طول های مختلف اریب.سپس رفتار فرکانس آنها را در هوا، آب و ژلاتین بالستیک 10% (w/v) در مقایسه با لانست‌های معمولی مشخص کردیم (شکل‌های 10، 11) و مناسب‌ترین حالت را برای مقایسه انحراف اریب تعیین کردیم.در نهایت، ما انحراف نوک را با موج خمشی در هوا و آب در عمق 20 میلی‌متری اندازه‌گیری کردیم و بازده انتقال توان (PTE، %) و ضریب قدرت انحراف (DPR، میکرومتر/W) محیط درج را برای هر اریب اندازه‌گیری کردیم.نوع زاویه ای (شکل 12).
نشان داده شده است که هندسه اریب سوزن بر میزان انحراف نوک سوزن تأثیر می گذارد.لانست بالاترین انحراف و بالاترین DPR را در مقایسه با مورب متقارن محوری با میانگین انحراف کمتر به دست آورد (شکل 12).مخروطی متقارن محوری 4 میلی‌متری (AX1) با طولانی‌ترین مخروط، در مقایسه با سایر سوزن‌های متقارن محوری (AX2-3) از نظر آماری حداکثر انحراف قابل‌توجهی در هوا به دست آورد (\(p <0.017\)، جدول 2)، اما تفاوت معنی‌داری وجود نداشت. .هنگامی که سوزن در آب قرار می گیرد مشاهده می شود.بنابراین، هیچ مزیت آشکاری برای داشتن طول اریب بیشتر از نظر انحراف اوج در نوک وجود ندارد.با در نظر گرفتن این موضوع، به نظر می‌رسد که هندسه اریب مورد مطالعه در این مطالعه تأثیر بیشتری بر انحراف نسبت به طول اریب دارد.این ممکن است به دلیل سفتی خمشی باشد، برای مثال بسته به ضخامت کلی ماده خم شده و طراحی سوزن.
در مطالعات تجربی، بزرگی موج خمشی منعکس شده تحت تأثیر شرایط مرزی نوک قرار می گیرد.وقتی نوک سوزن در آب و ژلاتین فرو می‌رود، \(\text {PTE}_{2}\) \(\تقریبا\) 95% است و \(\text {PTE}_{ 2}\) \( (\text {PTE}_{ 2}\) مقادیر 73% و 77% برای (\text {PTE}_{1}\) و \(\text {PTE}_{3}\) هستند. به ترتیب (شکل 11).این نشان می‌دهد که حداکثر انتقال انرژی صوتی به محیط ریخته‌گری، یعنی آب یا ژلاتین، در \(f_2\) اتفاق می‌افتد.رفتار مشابهی در مطالعه قبلی31 با استفاده از پیکربندی دستگاه ساده‌تر در محدوده فرکانس 41-43 کیلوهرتز مشاهده شد، که در آن نویسندگان وابستگی ضریب انعکاس ولتاژ را به مدول مکانیکی محیط جاسازی نشان دادند.عمق نفوذ 32 و خواص مکانیکی بافت، بار مکانیکی روی سوزن ایجاد می کند و بنابراین انتظار می رود بر رفتار تشدید UZEFNAB تأثیر بگذارد.بنابراین، الگوریتم‌های ردیابی تشدید (مثلاً 17، 18، 33) می‌توانند برای بهینه‌سازی توان صوتی ارسال شده از طریق سوزن استفاده شوند.
شبیه‌سازی در طول موج‌های خمشی (شکل 7) نشان می‌دهد که نوک متقارن محور از نظر ساختاری سفت‌تر (یعنی در خمش صلب‌تر) از لانست و مخروط نامتقارن است.بر اساس (1) و با استفاده از رابطه سرعت-فرکانس شناخته شده، ما سفتی خمشی در نوک سوزن را به ترتیب 200، 20 و 1500 مگاپاسکال برای صفحات شیبدار لانست، نامتقارن و محوری تخمین می زنیم.این مربوط به \(\lambda_y\) از \(\تقریبا\) 5.3، 1.7، و 14.2 میلی متر، به ترتیب، در 29.75 کیلوهرتز (شکل 7a-c).با در نظر گرفتن ایمنی بالینی در طول USeFNAB، تأثیر هندسه بر سختی ساختاری صفحه شیبدار باید ارزیابی شود.
مطالعه پارامترهای مخروطی نسبت به طول لوله (شکل 9) نشان داد که محدوده انتقال بهینه برای مخروط نامتقارن (1.8 میلی متر) بیشتر از مخروط متقارن محور (1.3 میلی متر) است.علاوه بر این، تحرک به ترتیب در \(\تقریبا) از 4 تا 4.5 میلی متر و از 6 تا 7 میلی متر برای شیب های نامتقارن و متقارن محوری پایدار است (شکل 9a, b).اهمیت عملی این کشف در تلورانس های تولید بیان می شود، برای مثال، محدوده پایین تر TL بهینه ممکن است به این معنی باشد که دقت طول بیشتری مورد نیاز است.در عین حال، فلات تحرک تحمل بیشتری را برای انتخاب طول شیب در یک فرکانس مشخص بدون تأثیر قابل توجهی بر تحرک فراهم می کند.
مطالعه شامل محدودیت های زیر است.اندازه گیری مستقیم انحراف سوزن با استفاده از تشخیص لبه و تصویربرداری با سرعت بالا (شکل 12) به این معنی است که ما محدود به رسانه های شفاف نوری مانند هوا و آب هستیم.همچنین می‌خواهیم اشاره کنیم که از آزمایش‌ها برای آزمایش تحرک انتقال شبیه‌سازی شده و بالعکس استفاده نکردیم، بلکه از مطالعات FEM برای تعیین طول بهینه برای ساخت سوزن استفاده کردیم.با توجه به محدودیت‌های عملی، طول لانست از نوک تا آستین \(\تقریباً) 0.4 سانتی‌متر از سایر سوزن‌ها (AX1-3) است.3b.این می تواند بر پاسخ مودال طراحی سوزن تأثیر بگذارد.علاوه بر این، شکل و حجم لحیم کاری در انتهای پین موجبر (نگاه کنید به شکل 3) می تواند بر امپدانس مکانیکی طراحی پین تأثیر بگذارد و خطاهایی را در امپدانس مکانیکی و رفتار خمشی ایجاد کند.
در نهایت، ما نشان داده‌ایم که هندسه مخروطی تجربی بر میزان انحراف در USeFNAB تأثیر می‌گذارد.اگر انحراف بزرگ‌تر بر اثر سوزن روی بافت اثر مثبت داشته باشد، مانند راندمان برش پس از سوراخ کردن، می‌توان یک لانست معمولی را در USeFNAB توصیه کرد زیرا حداکثر انحراف را در عین حفظ سفتی کافی نوک ساختاری ارائه می‌کند..علاوه بر این، یک مطالعه اخیر نشان داده است که انحراف بیشتر نوک می تواند اثرات بیولوژیکی مانند کاویتاسیون را افزایش دهد، که ممکن است توسعه کاربردهای جراحی با حداقل تهاجم را تسهیل کند.با توجه به اینکه نشان داده شده است که افزایش توان آکوستیک کل تعداد بیوپسی ها را در USeFNAB13 افزایش می دهد، مطالعات کمی بیشتر در مورد کمیت و کیفیت نمونه برای ارزیابی مزایای بالینی دقیق هندسه سوزن مورد مطالعه مورد نیاز است.