Salamat sa pagbisita sa Nature.com.Naggamit ka usa ka bersyon sa browser nga adunay limitado nga suporta sa CSS.Alang sa labing kaayo nga kasinatian, among girekomenda nga mogamit ka usa ka bag-ong browser (o i-disable ang Compatibility Mode sa Internet Explorer).Dugang pa, aron masiguro ang padayon nga suporta, gipakita namon ang site nga wala’y mga istilo ug JavaScript.
Nagpakita sa usa ka carousel sa tulo ka mga slide sa usa ka higayon.Gamita ang Kaniadto ug Sunod nga mga buton sa paglihok sa tulo ka mga slide sa usa ka higayon, o gamita ang mga buton sa slider sa katapusan aron sa paglihok sa tulo ka mga slide sa usa ka higayon.
Bag-o lang napakita nga ang paggamit sa ultrasound makapauswag sa ani sa tisyu sa ultrasound-enhanced fine needle aspiration biopsy (USeFNAB) kumpara sa conventional fine needle aspiration biopsy (FNAB).Ang relasyon tali sa bevel geometry ug aksyon sa tip sa dagom wala pa masusi.Sa kini nga pagtuon, among gisusi ang mga kabtangan sa dagum nga resonance ug deflection amplitude alang sa lainlaing mga geometries sa bevel nga adunay lainlaing mga gitas-on sa bevel.Gamit ang usa ka conventional lancet nga adunay 3.9 mm cut, ang tip deflection power factor (DPR) kay 220 ug 105 µm/W sa hangin ug tubig, matag usa.Mas taas kini kay sa axisymmetric 4mm bevel tip, nga nakab-ot ang DPR nga 180 ug 80 µm/W sa hangin ug tubig, matag usa.Kini nga pagtuon nagpasiugda sa kahinungdanon sa relasyon tali sa bending stiffness sa bevel geometry sa konteksto sa lain-laing mga tabang sa pagsal-ot, ug sa ingon makahatag ug pagsabot sa mga pamaagi sa pagkontrolar sa pagputol aksyon human sa puncture pinaagi sa pagbag-o sa dagom bevel geometry, nga importante alang sa USeFNAB.Importante ang aplikasyon.
Ang Fine Needle Aspiration Biopsy (FNAB) usa ka teknik diin ang dagom gigamit aron makakuha og sample sa tissue kung ang usa ka abnormalidad gidudahang1,2,3.Ang mga tip nga tipo sa Franseen gipakita nga naghatag labi ka taas nga pasundayag sa pagdayagnos kaysa tradisyonal nga mga tip sa Lancet4 ug Menghini5.Axisymmetric (ie circumferential) bevels gisugyot usab sa pagdugang sa kalagmitan sa usa ka igong sample alang sa histopathology6.
Atol sa biopsy, usa ka dagom ang gipaagi sa mga lut-od sa panit ug tisyu aron mapadayag ang kadudahang patolohiya.Gipakita sa bag-o nga mga pagtuon nga ang pagpaaktibo sa ultrasonic makapakunhod sa puwersa sa pagbutas nga gikinahanglan aron ma-access ang humok nga mga tisyu7,8,9,10.Ang geometry sa bevel sa dagom gipakita nga makaapekto sa mga pwersa sa interaksyon sa dagom, pananglitan ang mas taas nga mga bevel gipakita nga adunay ubos nga pwersa sa pagsulod sa tisyu 11.Gisugyot nga human ang dagom makatusok sa nawong sa tisyu, ie human sa pagtusok, ang puwersa sa pagputol sa dagom mahimong 75% sa kinatibuk-ang puwersa sa interaksyon sa dagum-tissue12.Gipakita ang Ultrasound (US) nga makapauswag sa kalidad sa diagnostic soft tissue biopsy sa post-puncture phase13.Ang ubang mga pamaagi sa pagpalambo sa biopsy sa bukog gihimo alang sa hard tissue sampling14,15 apan walay resulta nga gitaho nga makapauswag sa kalidad sa biopsy.Daghang mga pagtuon usab ang nakit-an nga ang mekanikal nga pagbakwit nagdugang sa pagtaas sa boltahe sa pagmaneho sa ultrasound16,17,18.Bisan tuod adunay daghang mga pagtuon sa axial (longitudinal) static nga mga pwersa sa mga interaksyon sa dagum-tissue19,20, ang mga pagtuon sa temporal dynamics ug needle bevel geometry sa ultrasonic nga gipaayo nga FNAB (USeFNAB) limitado.
Ang tumong niini nga pagtuon mao ang pag-imbestigar sa epekto sa lain-laing bevel geometries sa dagom tip aksyon nga gimaneho sa dagom flexion sa ultrasonic frequency.Sa partikular, among giimbestigahan ang epekto sa medium sa pag-injection sa deflection sa tip sa dagom pagkahuman sa pagbunal alang sa naandan nga mga bevel sa dagom (pananglitan, lancets), axisymmetric ug asymmetric nga single bevel geometries (Fig. access o soft tissue nuclei.
Ang lainlaing mga geometriya sa bevel gilakip sa kini nga pagtuon.(a) Lancets nga nahiuyon sa ISO 7864:201636 diin ang \(\ alpha\) mao ang nag-unang anggulo sa bevel, ang \(\theta\) mao ang ikaduhang anggulo sa rotation sa bevel, ug ang \(\phi\) mao ang ikaduhang anggulo sa rotation sa bevel sa degrees , sa degrees (\(^\circ\)).(b) linear asymmetrical single step chamfers (gitawag nga "standard" sa DIN 13097:201937) ug (c) linear axisymmetric (circumferential) single step chamfers.
Ang among pamaagi mao ang una nga modelo sa pagbag-o sa bending wavelength sa daplin sa bakilid alang sa naandan nga lancet, axisymmetric, ug asymmetric nga single-stage slope geometries.Dayon among gikalkulo ang usa ka parametric nga pagtuon aron masusi ang epekto sa anggulo sa bevel ug gitas-on sa tubo sa paglihok sa mekanismo sa transportasyon.Gihimo kini aron mahibal-an ang kamalaumon nga gitas-on alang sa paghimo sa usa ka prototype nga dagom.Base sa simulation, ang mga prototype sa dagom gihimo ug ang ilang resonant nga kinaiya sa hangin, tubig, ug 10% (w/v) ballistic gelatin kay eksperimento nga gihulagway pinaagi sa pagsukod sa boltahe nga reflection coefficient ug pagkalkulo sa power transfer efficiency, diin ang operating frequency maoy. determinado..Sa katapusan, ang high-speed imaging gigamit aron direktang sukdon ang deflection sa bending wave sa tumoy sa dagom sa hangin ug tubig, ug sa pagbanabana sa electrical power nga gipasa sa matag tilt ug ang deflection power factor (DPR) geometry sa na-injected. medium.
Sama sa gipakita sa Figure 2a, gamita ang No. 21 pipe (0.80 mm OD, 0.49 mm ID, 0.155 mm pipe wall gibag-on, standard nga bungbong nga gitakda sa ISO 9626: 201621) nga hinimo sa 316 stainless steel ( Young's modulus 205).\(\text {GN/m}^{2}\), densidad 8070 kg/m\(^{3}\), Poisson's ratio 0.275).
Determinasyon sa bending wavelength ug tuning sa finite element model (FEM) sa dagum ug mga kondisyon sa utlanan.(a) Determinasyon sa gitas-on sa bevel (BL) ug gitas-on sa tubo (TL).(b) Three-dimensional (3D) finite element model (FEM) gamit ang harmonic point force \(\ tilde{F}_y\vec{j}\) aron mapukaw ang dagum sa proximal end, ipatipas ang punto, ug sukdon ang katulin kada tip (\( \tilde{u}_y\vec {j}\), \(\tilde{v}_y\vec {j}\)) para kuwentahon ang mechanistic nga transport mobility.Ang \(\lambda _y\) gihubit isip ang bending wavelength nga nalangkit sa bertikal nga puwersa \(\tilde{F}_y\vec {j}\).(c) Tinoa ang sentro sa grabidad, cross-sectional area A, ug mga gutlo sa inertia \(I_{xx}\) ug \(I_{yy}\) palibot sa x-axis ug y-axis matag usa.
Ingon sa gipakita sa fig.2b,c, alang sa usa ka walay kinutuban (walay kinutuban) nga sagbayan nga adunay cross-sectional area A ug sa usa ka dako nga wavelength itandi sa gidak-on sa cross-section sa sagbayan, ang bending (o bending) phase velocity \(c_{EI}\ ) gihubit ingong 22:
diin ang E mao ang Young's modulus (\(\text {N/m}^{2}\)), \(\omega _0 = 2\pi f_0\) mao ang excitation angular frequency (rad/s), diin \( f_0 \ ) mao ang linear frequency (1/s o Hz), ang I mao ang gutlo sa inertia sa lugar palibot sa axis sa interes \((\text {m}^{4})\) ug \(m'=\ Ang rho _0 A \) mao ang masa sa yunit nga gitas-on (kg/m), diin ang \(\rho _0\) mao ang densidad \((\text {kg/m}^{3})\) ug ang A mao ang krus -sectional area sa beam (xy plane) (\ (\text {m}^{2}\)).Tungod kay sa among kaso ang gipadapat nga puwersa kay parallel sa bertikal y-axis, ie \(\ tilde{F}_y\vec {j}\), interesado lang kami sa moment of inertia sa lugar palibot sa horizontal x- axis, ie \(I_{xx} \), busa:
Alang sa finite element model (FEM), usa ka lunsay nga harmonic displacement (m) ang gituohan, busa ang acceleration (\(\text {m/s}^{2}\)) gipahayag nga \(\partial ^2 \vec { u}/ \ partial t^2 = -\omega ^2\vec {u}\), pananglitan \(\vec {u}(x, y, z, t):= u_x\vec {i} + u_y \vec {j }+ u_z\vec {k}\) maoy usa ka three-dimensional nga displacement vector nga gihubit sa spatial coordinates.Ang pag-ilis sa naulahi sa finitely deformable Lagrangian nga porma sa momentum balance law23, sumala sa pagpatuman niini sa COMSOL Multiphysics software package (bersyon 5.4-5.5, COMSOL Inc., Massachusetts, USA), naghatag:
Diin \(\vec {\nabla}:= \frac{\partial}}{\partial x}\vec {i} + \frac{\partial}}{\partial y}\vec {j} + \frac{ Ang \ partial }{\ partial z}\vec {k}\) mao ang tensor divergence operator, ug ang \({\underline{\sigma}}\) mao ang ikaduhang Piola-Kirchhoff stress tensor (ikaduhang han-ay, \(\ text { N /m}^{2}\)), ug \(\vec {F_V}:= F_{V_x}\vec {i}+ F_{V_y}\vec {j}+ F_{V_z}\vec { k} \) mao ang vector sa pwersa sa lawas (\(\text {N/m}^{3}\)) sa matag deformable volume, ug \(e^{j\phi }\) mao ang hugna sa pwersa sa lawas, adunay anggulo nga bahin \(\ phi\) (rad).Sa among kaso, ang gidaghanon sa pwersa sa lawas mao ang zero, ug ang among modelo nag-angkon sa geometric linearity ug gamay nga lunsay pagkamaunat-unat deformation, ie \({\ underline{\ varepsilon}}^{el} = {\underline{\varepsilon}}\ ), diin \({\underline{\varepsilon}}^{el}\) ug \({\underline{\varepsilon}}\) – pagkamaunat-unat nga deformation ug total deformation (dimensionless sa ikaduhang han-ay), matag usa.Ang constitutive isotropic elasticity tensor ni Hooke \(\underline {\underline {C))\) nakuha gamit ang Young's modulus E(\(\text{N/m}^{2}\)) ug ang Poisson's ratio v gihubit, aron nga \ (\underline{\underline{C}}:=\underline{\underline{C}}(E,v)\) (ikaupat nga han-ay).Busa ang kalkulasyon sa stress nahimong \({\underline{\sigma}} := \underline{\underline{C}}:{\underline{\varepsilon}}\).
Ang mga kalkulasyon gihimo gamit ang 10-node tetrahedral nga mga elemento nga adunay gidak-on sa elemento \(\le\) 8 μm.Ang dagom gimodelo sa vacuum, ug ang mekanikal nga paglihok sa pagbalhin nga bili (ms-1 H-1) gihubit nga \(|\tilde{Y}_{v_yF_y}|= |\tilde{v}_y\vec {j} |/|\ tilde{F}_y\vec {j}|\)24, diin ang \(\tilde{v}_y\vec {j}\) mao ang output complex velocity sa handpiece, ug \( \tilde{ Ang F} _y\vec {j }\) usa ka komplikadong puwersa sa pagmaneho nga nahimutang sa proximal nga tumoy sa tubo, sama sa gipakita sa Fig. 2b.Ang transmissive mekanikal nga paglihok gipahayag sa decibels (dB) gamit ang pinakataas nga bili isip reperensiya, ie \(20\log _{10} (|\tilde{Y}|/ |\tilde{Y}_{max}| )\ ), Ang tanang pagtuon sa FEM gihimo sa frequency nga 29.75 kHz.
Ang disenyo sa dagom (Fig. 3) naglangkob sa usa ka conventional 21 gauge hypodermic needle (catalog number: 4665643, Sterican\(^\circledR\), nga adunay gawas nga diametro nga 0.8 mm, usa ka gitas-on nga 120 mm, nga hinimo sa AISI chromium-nickel stainless steel 304., B. Braun Melsungen AG, Melsungen, Germany) gibutang ang usa ka plastik nga Luer Lock nga manggas nga hinimo sa polypropylene proximal nga adunay katugbang nga pagbag-o sa tip.Ang tubo sa dagom gibaligya sa waveguide sama sa gipakita sa Fig. 3b.Ang waveguide giimprinta sa usa ka stainless steel 3D printer (EOS Stainless Steel 316L sa usa ka EOS M 290 3D printer, 3D Formtech Oy, Jyväskylä, Finland) ug dayon gilakip sa Langevin sensor gamit ang M4 bolts.Ang Langevin transducer naglangkob sa 8 piezoelectric ring elemento nga adunay duha ka gibug-aton sa matag tumoy.
Ang upat ka matang sa mga tip (gihulagway), usa ka lancet nga magamit sa komersyo (L), ug tulo ka gigama nga axisymmetric nga single-stage bevels (AX1-3) gihulagway sa mga gitas-on sa bevel (BL) nga 4, 1.2, ug 0.5 mm, matag usa.(a) Close-up sa natapos nga tumoy sa dagom.(b) Ibabaw nga pagtan-aw sa upat ka mga pin nga gibaligya sa usa ka 3D nga giimprinta nga waveguide ug dayon konektado sa Langevin sensor nga adunay M4 bolts.
Tulo ka axisymmetric bevel tips (Fig. 3) (TAs Machine Tools Oy) gihimo uban sa bevel gitas-on (BL, determinado sa Fig. 2a) sa 4.0, 1.2 ug 0.5 mm, katumbas sa \(\approx\) 2\ (^\ circ\), 7\(^\circ\) ug 18\(^\circ\).Ang waveguide ug stylus nga gibug-aton mao ang 3.4 ± 0.017 g (mean ± SD, n = 4) alang sa bevel L ug AX1–3, matag usa (Quntix\(^\circledR\) 224 Design 2, Sartorius AG, Göttingen, Germany) .Ang kinatibuk-ang gitas-on gikan sa tumoy sa dagom hangtod sa tumoy sa plastik nga manggas mao ang 13.7, 13.3, 13.3, 13.3 cm alang sa bevel L ug AX1-3 sa Figure 3b, matag usa.
Alang sa tanan nga mga pag-configure sa dagom, ang gitas-on gikan sa tumoy sa dagom hangtod sa tumoy sa waveguide (ie, lugar sa pagsolder) mao ang 4.3 cm, ug ang tubo sa dagum gipunting aron ang bevel nag-atubang (ie, parallel sa Y axis. ).), sama sa (Fig. 2).
Usa ka custom nga script sa MATLAB (R2019a, The MathWorks Inc., Massachusetts, USA) nga nagdagan sa kompyuter (Latitude 7490, Dell Inc., Texas, USA) gigamit aron makamugna og linear sinusoidal sweep gikan sa 25 ngadto sa 35 kHz sa 7 segundos, nakabig ngadto sa analog signal pinaagi sa digital-to-analog (DA) converter (Analog Discovery 2, Digilent Inc., Washington, USA).Ang analog signal \(V_0\) (0.5 Vp-p) gipadako dayon gamit ang gipahinungod nga radio frequency (RF) amplifier (Mariachi Oy, Turku, Finland).Ang nahulog nga amplifying boltahe \({V_I}\) mao ang output gikan sa RF amplifier nga adunay output impedance nga 50 \(\ Omega \) ngadto sa usa ka transformer nga gitukod sa istruktura sa dagom nga adunay input impedance nga 50 \(\ Omega) \) Langevin transducer (atubangan ug likod nga multilayer piezoelectric transducers, puno sa masa) gigamit sa pagmugna og mekanikal nga mga balud.Ang naandan nga RF amplifier nasangkapan sa usa ka dual-channel standing wave power factor (SWR) meter nga makamatikod sa insidente \({V_I}\) ug nagpakita sa amplified boltahe \(V_R\) pinaagi sa 300 kHz analog-to-digital (AD ) converter (Analog Discovery 2).Ang excitation signal kay amplitude modulated sa sinugdanan ug sa katapusan aron malikayan ang overloading sa amplifier input sa mga transients.
Gamit ang custom script nga gipatuman sa MATLAB, ang frequency response function (AFC), ie nag-assume ug linear stationary system.Usab, gamita ang 20 hangtod 40 kHz band pass filter aron makuha ang bisan unsang dili gusto nga mga frequency gikan sa signal.Naghisgot sa transmission line theory, \(\ tilde{H}(f)\) niini nga kaso katumbas sa boltahe nga pagpamalandong coefficient, ie \(\rho _{V} \equiv {V_R}/{V_I} \)26 .Tungod kay ang output impedance sa amplifier \(Z_0\) katumbas sa input impedance sa built-in nga transformer sa converter, ug ang reflection coefficient sa electric power \({P_R}/{P_I}\) mikunhod ngadto sa \ ({V_R }^ 2/{V_I}^2\ ), unya mao ang \(|\rho _{V}|^2\).Sa kaso diin gikinahanglan ang hingpit nga bili sa kuryente, kuwentaha ang insidente \(P_I\) ug gipakita\(P_R\) gahum (W) pinaagi sa pagkuha sa root mean square (rms) nga bili sa katumbas nga boltahe, pananglitan, para sa linya sa transmission nga adunay sinusoidal excitation, \(P = {V}^2/(2Z_0)\)26, diin ang \(Z_0\) katumbas sa 50 \(\Omega\).Ang kuryente nga gihatag ngadto sa load \(P_T\) (ie ang gisulod nga medium) mahimong kalkulado isip \(|P_I – P_R |\) (W RMS) ug ang power transfer efficiency (PTE) mahimong ipasabot ug ipahayag isip usa ka porsyento (%) busa naghatag ug 27:
Ang frequency nga tubag kay gigamit sa pagbanabana sa modal frequency \(f_{1-3}\) (kHz) sa stylus design ug ang katugbang nga power transfer efficiency, \(\text {PTE}_{1{-}3} \ ).FWHM (\(\text {FWHM}_{1{-}3}\), Hz) gibanabana nga direkta gikan sa \(\text {PTE}_{1{-}3}\), gikan sa Table 1 mga frequency \(f_{1-3}\) nga gihulagway sa .
Usa ka pamaagi sa pagsukod sa frequency response (AFC) sa usa ka acicular nga istruktura.Ang dual-channel swept-sine measurement25,38 gigamit aron makuha ang frequency response function \(\ tilde{H}(f)\) ug ang impulse response niini H(t).Ang \({\ mathcal {F}}\) ug \({\mathcal {F}}^{-1}\) nagpasabot sa numerical truncated Fourier transform ug ang inverse transform operation, matag usa.\(\tilde{G}(f)\) nagpasabot nga ang duha ka signal gipadaghan sa frequency domain, pananglitan \(\tilde{G}_{XrX}\) nagpasabot ug inverse scan\(\tilde{X} r(f )\) ug signal drop sa boltahe \(\tilde{X}(f)\).
Ingon sa gipakita sa fig.5, high-speed camera (Phantom V1612, Vision Research Inc., New Jersey, USA) nga adunay macro lens (MP-E 65mm, \(f)/2.8, 1-5 \ (\times\), Canon Inc . ., Tokyo, Japan) gigamit sa pagrekord sa pagtipas sa tumoy sa dagom nga gipailalom sa flexural excitation (single frequency, continuous sinusoid) sa frequency nga 27.5-30 kHz.Aron makahimo og shadow map, usa ka cooled nga elemento sa usa ka high intensity white LED (part number: 4052899910881, White Led, 3000 K, 4150 lm, Osram Opto Semiconductors GmbH, Regensburg, Germany) gibutang sa luyo sa bevel sa dagom.
Front view sa eksperimento nga setup.Gisukod ang giladmon gikan sa nawong sa media.Ang istruktura sa dagom gi-clamp ug gitaod sa usa ka lamesa sa pagbalhin sa motor.Gamit ug high speed camera nga naay high magnification lens (5\(\times\)) para sukdon ang deflection sa beveled tip.Ang tanan nga mga sukod naa sa milimetro.
Alang sa matag matang sa bevel sa dagom, nagrekord kami og 300 ka high-speed nga mga frame sa camera nga 128 \(\x\) 128 pixels, matag usa adunay spatial nga resolusyon nga 1/180 mm (\(\approx) 5 µm), nga adunay temporal nga resolusyon sa 310,000 ka mga frame kada segundo.Ingon sa gipakita sa Figure 6, ang matag frame (1) giputol (2) aron ang tumoy naa sa katapusang linya (ubos) sa frame, ug dayon ang histogram sa imahe (3) gikalkula, mao nga ang Canny threshold 1 ug 2 mahimong matino.Dayon i-apply ang Canny28(4) edge detection gamit ang Sobel operator 3 \(\times\) 3 ug kuwentaha ang pixel position sa non-cavitational hypotenuse (gibutangan og \(\mathbf {\times }\)) para sa tanang 300-fold nga mga lakang .Aron mahibal-an ang gitas-on sa deflection sa katapusan, ang derivative kalkulado (gamit ang central difference algorithm) (6) ug ang frame nga adunay lokal nga extrema (ie peak) sa deflection (7) giila.Human sa biswal nga pagsusi sa dili-cavitating nga ngilit, usa ka parisan sa mga bayanan (o duha ka mga bayanan nga gibulag sa tunga sa usa ka yugto sa panahon) (7) ang gipili ug ang tip deflection gisukod (gimarkahan \(\mathbf {\times} \ ) Ang sa ibabaw gipatuman sa Python (v3.8, Python Software Foundation, python.org) gamit ang OpenCV Canny edge detection algorithm (v4.5.1, open source computer vision library, opencv.org). electrical power \ (P_T \) (W, rms) .
Ang tip deflection gisukod gamit ang serye sa mga frame nga gikuha gikan sa high-speed camera sa 310 kHz gamit ang 7-step algorithm (1-7) lakip ang framing (1-2), Canny edge detection (3-4), pixel location edge kalkulasyon (5) ug ang ilang mga derivatives sa oras (6), ug sa katapusan ang peak-to-peak tip deflection gisukod sa biswal nga gisusi nga mga parisan sa mga frame (7).
Gikuha ang mga pagsukod sa hangin (22.4-22.9°C), deionized nga tubig (20.8-21.5°C) ug ballistic gelatin 10% (w/v) (19.7-23.0°C, \(\text {Honeywell}^{ \text { TM}}\) \(\text {Fluka}^{\text {TM}}\) Bovine ug Pork Bone Gelatin alang sa Type I Ballistic Analysis, Honeywell International, North Carolina, USA).Ang temperatura gisukod sa usa ka K-type nga thermocouple amplifier (AD595, Analog Devices Inc., MA, USA) ug usa ka K-type nga thermocouple (Fluke 80PK-1 Bead Probe No. 3648 type-K, Fluke Corporation, Washington, USA).Gikan sa medium Depth gisukod gikan sa ibabaw (gibutang ingon nga gigikanan sa z-axis) gamit ang usa ka bertikal motorized z-axis stage (8MT50-100BS1-XYZ, Standa Ltd., Vilnius, Lithuania) nga adunay resolusyon nga 5 µm.kada lakang.
Tungod kay ang sample nga gidak-on gamay ra (n = 5) ug ang pagka-normal dili mahunahuna, usa ka duha ka sample nga two-tailed Wilcoxon rank sum test (R, v4.0.3, R Foundation for Statistical Computing, r-project .org) gigamit aron itandi ang gidaghanon sa kalainan sa tip sa dagom alang sa lainlaing mga bevel.Adunay 3 nga pagtandi matag bakilid, mao nga ang usa ka pagtul-id sa Bonferroni gipadapat sa usa ka adjust nga lebel sa kahulogan sa 0.017 ug usa ka error rate sa 5%.
Atong balikon karon ang Fig.7.Sa frequency nga 29.75 kHz, ang bending half-wave (\(\lambda_y/2\)) sa 21-gauge nga dagom kay \(\gibana-bana nga) 8 mm.Samtang nagkaduol ang usa sa tumoy, ang bending wavelength mikunhod subay sa oblique angle.Sa tumoy \(\lambda _y/2\) \(\gibanabana\) adunay mga lakang nga 3, 1 ug 7 mm alang sa naandan nga lanceolate (a), asymmetric (b) ug axisymmetric (c) nga hilig sa usa ka dagom , matag usa.Busa, kini nagpasabot nga ang gidak-on sa lancet mao ang \(\gibana-bana nga) 5 mm (tungod sa kamatuoran nga ang duha ka eroplano sa lancet naglangkob sa usa ka punto29,30), ang asymmetric bevel mao ang 7 mm, ang asymmetric bevel mao ang 1 mm.Axisymmetric nga mga bakilid (ang sentro sa grabidad nagpabilin nga makanunayon, mao nga ang gibag-on sa bungbong sa tubo ang nagbag-o sa daplin sa bakilid).
Mga pagtuon sa FEM ug paggamit sa mga equation sa frequency nga 29.75 kHz.(1) Sa pagkuwenta sa kausaban sa bending half-wave (\(\lambda_y/2\)) para sa lancet (a), asymmetric (b) ug axisymmetric (c) bevel geometries (sama sa Fig. 1a,b,c) .Ang kasagarang bili \(\lambda_y/2\) sa lancet, asymmetric, ug axisymmetric bevels kay 5.65, 5.17, ug 7.52 mm, matag usa.Timan-i nga ang gibag-on sa tip para sa asymmetric ug axisymmetric bevels limitado sa \(\approx) 50 µm.
Ang peak mobility \(|\tilde{Y}_{v_yF_y}|\) mao ang labing maayo nga kombinasyon sa gitas-on sa tubo (TL) ug gitas-on sa bevel (BL) (Fig. 8, 9).Alang sa usa ka conventional lancet, tungod kay ang gidak-on niini gitakda, ang kamalaumon nga TL mao ang \(\ gibana-bana nga) 29.1 mm (Fig. 8).Alang sa asymmetric ug axisymmetric bevels (Fig. 9a, b, matag usa), ang mga pagtuon sa FEM naglakip sa BL gikan sa 1 ngadto sa 7 mm, mao nga ang labing maayo nga TL gikan sa 26.9 ngadto sa 28.7 mm (range 1.8 mm) ug gikan sa 27.9 ngadto sa 29 .2 mm (range) 1.3 mm), matag usa.Alang sa asymmetric slope (Fig. 9a), ang kamalaumon nga TL misaka sa linearly, nakaabot sa usa ka talampas sa BL 4 mm, ug dayon mikunhod pag-ayo gikan sa BL 5 ngadto sa 7 mm.Alang sa usa ka axisymmetric bevel (Fig. 9b), ang kamalaumon nga TL misaka sa linearly uban sa pagdugang sa BL ug sa katapusan mipalig-on sa BL gikan sa 6 ngadto sa 7 mm.Usa ka taas nga pagtuon sa axisymmetric tilt (Fig. 9c) nagpadayag sa usa ka lain-laing mga set sa kamalaumon TLs sa \ (\ approx) 35.1-37.1 mm.Para sa tanang BL, ang gilay-on tali sa duha ka labing maayong TL kay \(\approx\) 8mm (katumbas sa \(\lambda_y/2\)).
Lancet transmission mobility sa 29.75 kHz.Ang dagom dali nga naghinam-hinam sa usa ka frequency nga 29.75 kHz ug ang vibration gisukod sa tumoy sa dagum ug gipahayag ingon ang gidaghanon sa gipasa nga mekanikal nga paglihok (dB nga may kalabotan sa labing taas nga kantidad) alang sa TL 26.5-29.5 mm (sa 0.1 mm nga pag-uswag). .
Ang parametric nga mga pagtuon sa FEM sa frequency nga 29.75 kHz nagpakita nga ang pagbalhin sa paglihok sa usa ka axisymmetric tip dili kaayo apektado sa usa ka pagbag-o sa gitas-on sa tubo kay sa asymmetric counterpart niini.Ang gitas-on sa bevel (BL) ug gitas-on sa tubo (TL) nga mga pagtuon sa asymmetric (a) ug axisymmetric (b, c) bevel geometries sa frequency domain study gamit ang FEM (mga kondisyon sa utlanan gipakita sa Fig. 2).(a, b) Ang TL gikan sa 26.5 hangtod 29.5 mm (0.1 mm nga lakang) ug BL 1–7 mm (0.5 mm nga lakang).(c) Extended axisymmetric tilt studies lakip na ang TL 25–40 mm (sa 0.05 mm increments) ug BL 0.1–7 mm (sa 0.1 mm increments) nga nagpakita nga \(\lambda_y/2\ ) kinahanglang makatagbo sa mga kinahanglanon sa tip.naglihok nga mga kondisyon sa utlanan.
Ang configuration sa dagom adunay tulo ka eigenfrequencies \(f_{1-3}\) gibahin ngadto sa ubos, medium ug taas nga mode rehiyon sama sa gipakita sa Table 1. Ang PTE gidak-on girekord sama sa gipakita sa fig.10 ug dayon analisa sa Fig. 11. Sa ubos mao ang mga findings sa matag modal area:
Ang kasagarang natala nga instantaneous power transfer efficiency (PTE) amplitudes nga nakuha gamit ang swept-frequency sinusoidal excitation para sa lancet (L) ug axisymmetric bevel AX1-3 sa hangin, tubig ug gelatin sa giladmon nga 20 mm.Gipakita ang usa ka kilid nga spectra.Ang gisukod nga frequency nga tubag (na-sample sa 300 kHz) mao ang low-pass nga nasala ug dayon gipaubos sa usa ka butang nga 200 alang sa modal analysis.Ang ratio sa signal-to-noise kay \(\le\) 45 dB.Ang mga hugna sa PTE (purple dotted lines) gipakita sa degrees (\(^{\circ}\)).
Ang modal response analysis (mean ± standard deviation, n = 5) nga gipakita sa Fig. 10, alang sa mga bakilid L ug AX1-3, sa hangin, tubig ug 10% gelatin (lalom nga 20 mm), nga adunay (ibabaw) tulo ka mga rehiyon sa modal ( ubos, tunga-tunga ug taas) ug ang ilang katugbang nga modal frequency\(f_{1-3 }\) (kHz), (aberids) energy efficiency \(\text {PTE}_{1{-}3}\) Gikalkulo gamit ang mga katumbas .(4) ug (ubos) bug-os nga gilapdon sa katunga sa pinakataas nga sukod \(\text {FWHM}_{1{-}3}\) (Hz), matag usa.Timan-i nga ang pagsukod sa bandwidth gilaktawan sa dihang narehistro ang ubos nga PTE, ie \(\text {FWHM}_{1}\) sa kaso sa AX2 slope.Ang \(f_2\) mode nakita nga labing angay alang sa pagtandi sa slope deflection, tungod kay kini nagpakita sa labing taas nga lebel sa power transfer efficiency (\(\text {PTE}_{2}\)), hangtod sa 99%.
Unang modal nga rehiyon: \(f_1\) wala magdepende pag-ayo sa matang sa medium nga gisulod, apan nagdepende sa geometry sa bakilid.\(f_1\) mikunhod uban ang pagkunhod sa gitas-on sa bevel (27.1, 26.2 ug 25.9 kHz sa hangin alang sa AX1-3, matag usa).Ang rehiyonal nga aberids \(\text {PTE}_{1}\) ug \(\text {FWHM}_{1}\) kay \(\approx\) 81% ug 230 Hz matag usa.\(\text {FWHM}_{1}\) adunay kinatas-ang sulod nga gelatin sa Lancet (L, 473 Hz).Timan-i nga ang \(\text {FWHM}_{1}\) AX2 sa gelatin dili masusi tungod sa ubos nga natala nga FRF amplitude.
Ang ikaduhang modal nga rehiyon: \(f_2\) nagdepende sa matang sa media nga gisulod ug sa bevel.Ang kasagaran nga mga kantidad \(f_2\) mao ang 29.1, 27.9 ug 28.5 kHz sa hangin, tubig ug gelatin, matag usa.Kini nga modal nga rehiyon nagpakita usab ug taas nga PTE nga 99%, ang pinakataas sa bisan unsang grupo nga gisukod, nga adunay rehiyonal nga aberids nga 84%.Ang \(\text {FWHM}_{2}\) adunay rehiyonal nga aberids nga \(\gibanabana\) 910 Hz.
Rehiyon sa ikatulo nga mode: frequency \(f_3\) depende sa matang sa media ug bevel.Average nga \(f_3\) nga mga kantidad mao ang 32.0, 31.0 ug 31.3 kHz sa hangin, tubig ug gelatin, matag usa.Ang \(\text {PTE}_{3}\) rehiyonal nga aberids kay \(\gibanabana\) 74%, ang kinaubsan sa bisan unsang rehiyon.Ang rehiyonal nga aberids \(\text {FWHM}_{3}\) kay \(\gibanabana\) 1085 Hz, nga mas taas kay sa una ug ikaduhang rehiyon.
Ang mosunod nagtumong sa Fig.12 ug Talaan 2. Ang lancet (L) nagtipas sa kadaghanan (nga adunay taas nga kahulogan sa tanan nga mga tip, \(p<\) 0.017) sa hangin ug tubig (Fig. 12a), nga nakab-ot ang pinakataas nga DPR (hangtod sa 220 µm/ W sa hangin). 12 ug Talaan 2. Ang lancet (L) nagtipas sa kadaghanan (nga adunay taas nga kahulogan sa tanan nga mga tip, \(p<\) 0.017) sa hangin ug tubig (Fig. 12a), nga nakab-ot ang pinakataas nga DPR (hangtod sa 220 µm/ W sa hangin). Следующее относится к рисунку 12 и таблице 2. Ланцет (L) отклонялся больше всего (с высокой значихдоть (p<\) 0,017) как в воздухе, так и в воде (рис. 12а), достигая самого высокого DPR . Ang mosunod magamit sa Figure 12 ug Table 2. Ang Lancet (L) nagtipas sa kadaghanan (nga adunay taas nga kahulogan alang sa tanan nga mga tip, \(p<\) 0.017) sa hangin ug tubig (Fig. 12a), nga nakab-ot ang pinakataas nga DPR.(hangtod sa 220 μm/W sa hangin).Si Smt.Figure 12 ug Table 2 sa ubos.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）金，D1 PR （在空气中高达220 µm/W）。Ang 柳叶刀(L) adunay pinakataas nga deflection sa hangin ug tubig (对所记尖端可以高电影性,\(p<\) 0.017) (图12a), ug nakab-ot ang pinakataas nga DPR (hangtod sa 22W0 µm/m/m hangin). Ланцет (L) отклонялся больше всего (высокая значимость для всех наконечников, \(p<\) 0,017) в воздух иде иа большего DPR (ngadto sa 220 мкм/Вт в воздухе). Ang Lancet (L) nagtipas sa pinakataas (taas nga kahulogan sa tanang tip, \(p<\) 0.017) sa hangin ug tubig (Fig. 12a), nga nakaabot sa kinatas-ang DPR (hangtod sa 220 µm/W sa hangin). Sa kahanginan, ang AX1 nga adunay mas taas nga BL, nagtipas nga mas taas kaysa AX2–3 (nga adunay kahulogan, \(p<\) 0.017), samtang ang AX3 (nga adunay pinakaubos nga BL) nagtipas labaw pa sa AX2 nga adunay DPR nga 190 µm/W. Sa kahanginan, ang AX1 nga adunay mas taas nga BL, nagtipas nga mas taas kaysa AX2–3 (nga adunay kahulogan, \(p<\) 0.017), samtang ang AX3 (nga adunay pinakaubos nga BL) nagtipas labaw pa sa AX2 nga adunay DPR nga 190 µm/W. В воздухе AX1 с более высоким BL отклонялся выше, чем AX2–3 (со значимостью \(p<\) 0,017), тогды как AX3 (смкты я больше, чем AX2 с DPR 190 мкм/Вт. Sa kahanginan, ang AX1 nga adunay mas taas nga BL nagtipas nga mas taas kaysa AX2–3 (nga adunay kahinungdanon \(p<\) 0.017), samtang ang AX3 (nga adunay labing ubos nga BL) naglikay labaw sa AX2 nga adunay 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），而一们又耶到了于AX2，DPR 为190 µm/W . Sa hangin, ang deflection sa AX1 nga adunay mas taas nga BL mas taas kaysa sa AX2-3 (mahinungdanon, \(p<\) 0.017), ug ang deflection sa AX3 (nga adunay labing ubos nga BL) mas dako kaysa sa AX2, DPR mao ang 190 µm/W . В воздухе AX1 с более высоким BL отклоняется больше, чем AX2-3 (значимо, \(p<\) 0,017), тогда как AX3 (с BLникзом) больше, чем AX2 ug DPR 190 мкм/Вт. Sa kahanginan, ang AX1 nga adunay mas taas nga BL naglikay labaw pa sa AX2-3 (mahinungdanon, \(p<\) 0.017), samtang ang AX3 (nga adunay labing ubos nga BL) naglikay labaw pa sa AX2 nga adunay DPR 190 µm/W.Sa 20 mm nga tubig, ang deflection ug PTE AX1-3 dili kaayo lahi (\(p>\) 0.017).Ang lebel sa PTE sa tubig (90.2-98.4%) kasagaran mas taas kay sa hangin (56-77.5%) (Fig. 12c), ug ang panghitabo sa cavitation namatikdan sa panahon sa eksperimento sa tubig (Fig. 13, tan-awa usab ang dugang impormasyon).
Ang gidaghanon sa tip deflection (mean ± SD, n = 5) nga gisukod alang sa bevel L ug AX1-3 sa hangin ug tubig (lalom nga 20 mm) nagpakita sa epekto sa pagbag-o sa bevel geometry.Ang mga pagsukod nakuha gamit ang padayon nga single frequency sinusoidal excitation.(a) Peak sa peak deviation (\(u_y\vec {j}\)) sa tumoy, gisukod sa (b) sa ilang tagsa-tagsa nga modal frequency \(f_2\).(c) Power transfer efficiency (PTE, RMS, %) sa equation.(4) ug (d) Deflection power factor (DPR, µm/W) kalkulado isip deviation peak-to-peak ug transmitted electrical power \(P_T\) (Wrms).
Usa ka tipikal nga high-speed camera shadow plot nga nagpakita sa peak-to-peak deviation (berde ug pula nga tuldok nga mga linya) sa usa ka lancet (L) ug axisymmetric nga tumoy (AX1–3) sa tubig (20 mm nga giladmon) sulod sa tunga sa siklo.cycle, sa frequency sa eksitasi \(f_2\) (sampling frequency 310 kHz).Ang nakuha nga grayscale nga hulagway adunay gidak-on nga 128×128 pixels ug pixel size nga \(\approx\) 5 µm.Makita ang video sa dugang nga impormasyon.
Busa, gimodelo namo ang pagbag-o sa bending wavelength (Fig. 7) ug gikalkulo ang mabalhin nga mekanikal nga paglihok alang sa mga kombinasyon sa gitas-on sa tubo ug chamfer (Fig. 8, 9) alang sa conventional lancet, asymmetric ug axisymmetric chamfers sa geometric nga mga porma.Base sa naulahi, among gibana-bana ang kamalaumon nga gilay-on sa 43 mm (o \(\ gibana-bana) 2.75 \ (\ lambda _y \) sa 29.75 kHz) gikan sa tumoy ngadto sa weld, ingon sa gipakita sa Fig. 5, ug gihimo ang Tulo ka axisymmetric mga bevel nga lainlain ang gitas-on sa bevel.Dayon among gihulagway ang ilang frequency nga kinaiya sa hangin, tubig, ug 10% (w / v) ballistic gelatin kumpara sa conventional lancets (Figures 10, 11) ug gitino ang mode nga labing angay alang sa bevel deflection nga pagtandi.Sa kataposan, among gisukod ang tip deflection pinaagi sa bending wave sa hangin ug tubig sa giladmon nga 20 mm ug gi-quantified ang power transfer efficiency (PTE, %) ug deflection power factor (DPR, µm/W) sa insertion medium para sa matag bevel.angular nga matang (Fig. 12).
Ang geometry sa bevel sa dagom gipakita nga makaapekto sa gidaghanon sa pagtipas sa tumoy sa dagom.Ang lancet nakab-ot ang pinakataas nga deflection ug ang pinakataas nga DPR kumpara sa axisymmetric bevel nga adunay ubos nga average deflection (Fig. 12).Ang 4 mm nga axisymmetric bevel (AX1) nga adunay pinakataas nga bevel nakab-ot sa usa ka istatistikal nga mahinungdanon nga maximum deflection sa hangin kumpara sa uban nga axisymmetric nga mga dagom (AX2-3) (\(p <0.017 \), Table 2), apan walay mahinungdanong kalainan .naobserbahan sa diha nga ang dagom gibutang sa tubig.Sa ingon, wala’y dayag nga bentaha nga adunay mas taas nga gitas-on sa bevel sa mga termino sa peak deflection sa tumoy.Uban niini sa hunahuna, mopatim-aw nga ang bevel geometry nga gitun-an niini nga pagtuon adunay mas dako nga epekto sa pagtipas kay sa gitas-on sa bevel.Mahimo kini tungod sa pagkagahi sa pagduko, pananglitan depende sa kinatibuk-ang gibag-on sa materyal nga gibawog ug sa disenyo sa dagom.
Sa eksperimento nga mga pagtuon, ang gidak-on sa gipakita nga flexural wave apektado sa mga kondisyon sa utlanan sa tumoy.Sa diha nga ang tumoy sa dagom gisal-ut ngadto sa tubig ug gelatin, \(\text {PTE}_{2}\) kay \(\gibana-bana\) 95%, ug \(\text {PTE}_{ 2}\) kay \ (\text {PTE}_{ 2}\) ang mga kantidad mao ang 73% ug 77% para sa (\text {PTE}_{1}\) ug \(\text {PTE}_{3}\), matag usa (Fig. 11).Kini nagpakita nga ang pinakataas nga pagbalhin sa acoustic energy ngadto sa casting medium, ie tubig o gelatin, mahitabo sa \(f_2\).Ang susama nga kinaiya naobserbahan sa usa ka miaging pagtuon31 gamit ang mas simple nga configuration sa device sa 41-43 kHz frequency range, diin gipakita sa mga tagsulat ang pagsalig sa boltahe nga reflection coefficient sa mechanical modulus sa embedding medium.Ang giladmon sa pagsulod32 ug ang mekanikal nga mga kabtangan sa tisyu naghatag usa ka mekanikal nga karga sa dagum ug busa gilauman nga makaimpluwensya sa resonant nga pamatasan sa UZEFNAB.Busa, ang mga algorithm sa pagsubay sa resonance (eg 17, 18, 33) mahimong magamit aron ma-optimize ang acoustic power nga gihatag pinaagi sa dagom.
Ang simulation sa bending wavelengths (Fig. 7) nagpakita nga ang axisymmetric tip kay structurally mas estrikto (ie, mas estrikto sa bending) kay sa lancet ug asymmetric bevel.Base sa (1) ug gamit ang nailhan nga velocity-frequency nga relasyon, atong gibanabana ang bending stiffness sa tumoy sa dagom nga \(\ about\) 200, 20 ug 1500 MPa para sa lancet, asymmetric ug axial hilig nga mga eroplano, matag usa.Kini katumbas sa \(\lambda_y\) sa \(\gibana-bana nga\) 5.3, 1.7, ug 14.2 mm, matag usa, sa 29.75 kHz (Fig. 7a–c).Gikonsiderar ang kaluwasan sa klinika sa panahon sa USeFNAB, ang epekto sa geometry sa pagkagahi sa istruktura sa hilig nga eroplano kinahanglan nga susihon34.
Ang usa ka pagtuon sa mga parametro sa bevel nga may kalabotan sa gitas-on sa tubo (Fig. 9) nagpakita nga ang kamalaumon nga transmission range mas taas alang sa asymmetric bevel (1.8 mm) kay sa axisymmetric bevel (1.3 mm).Dugang pa, ang paglihok lig-on sa \ (\ gibana-bana) gikan sa 4 ngadto sa 4.5 mm ug gikan sa 6 ngadto sa 7 mm alang sa asymmetric ug axisymmetric tilts, matag usa (Fig. 9a, b).Ang praktikal nga kahinungdanon niini nga pagkadiskobre gipahayag sa mga pagtugot sa paggama, pananglitan, ang usa ka ubos nga hanay sa kamalaumon nga TL mahimong magpasabut nga kinahanglan ang labi ka tukma nga gitas-on.Sa samang higayon, ang mobility plateau naghatag og mas dako nga pagkamatugtanon sa pagpili sa gitas-on sa ituslob sa usa ka gihatag nga frequency nga walay dakong epekto sa paglihok.
Ang pagtuon naglakip sa mosunod nga mga limitasyon.Direkta nga pagsukod sa pagtipas sa dagom gamit ang edge detection ug high-speed imaging (Figure 12) nagpasabot nga kita limitado sa optically transparent media sama sa hangin ug tubig.Gusto usab namon ipunting nga wala kami mogamit mga eksperimento aron sulayan ang simulate nga paglihok sa pagbalhin ug vice versa, apan gigamit ang mga pagtuon sa FEM aron mahibal-an ang kamalaumon nga gitas-on alang sa paghimo sa dagom.Mahitungod sa praktikal nga mga limitasyon, ang gitas-on sa lancet gikan sa tumoy hangtod sa bukton \(\gibana-bana nga) 0.4 cm ang gitas-on kaysa ubang mga dagom (AX1-3), tan-awa ang fig.3b.Kini makaapekto sa modal nga tubag sa disenyo sa dagom.Dugang pa, ang porma ug gidaghanon sa solder sa katapusan sa usa ka waveguide pin (tan-awa ang Figure 3) mahimong makaapekto sa mekanikal nga impedance sa disenyo sa pin, nga nagpaila sa mga sayup sa mekanikal nga impedance ug bending nga kinaiya.
Sa katapusan, among gipakita nga ang experimental bevel geometry nakaapekto sa gidaghanon sa deflection sa USeFNAB.Kung ang usa ka mas dako nga deflection adunay positibo nga epekto sa epekto sa dagom sa tisyu, sama sa pagputol sa kahusayan pagkahuman sa pagtusok, nan ang usa ka naandan nga lancet mahimong irekomenda sa USeFNAB tungod kay naghatag kini labing taas nga pagtipas samtang nagmintinar sa igo nga pagkagahi sa tumoy sa istruktura..Dugang pa, ang usa ka bag-o nga pagtuon35 nagpakita nga ang mas dako nga tip deflection makapausbaw sa biological nga mga epekto sama sa cavitation, nga mahimong mapadali ang pagpalambo sa minimally invasive surgical applications.Gihatag nga ang pagtaas sa kinatibuk-ang gahum sa tunog gipakita aron madugangan ang gidaghanon sa mga biopsy sa USeFNAB13, ang dugang nga quantitative nga mga pagtuon sa sample nga gidaghanon ug kalidad gikinahanglan aron masusi ang detalyado nga klinikal nga mga benepisyo sa gitun-an nga geometry sa dagom.
Oras sa pag-post: Ene-06-2023