Merci fir besicht Nature.com.Dir benotzt eng Browser Versioun mat limitéierter CSS Ënnerstëtzung.Fir déi bescht Erfahrung empfeelen mir Iech en aktualiséierte Browser ze benotzen (oder de Kompatibilitéitsmodus am Internet Explorer auszeschalten).Zousätzlech, fir weider Ënnerstëtzung ze garantéieren, weisen mir de Site ouni Stiler a JavaScript.
Sliders déi dräi Artikelen pro Rutsch weisen.Benotzt d'Réck- an d'nächst Knäppercher fir duerch d'Rutschen ze réckelen, oder d'Slide Controller Knäppercher um Enn fir duerch all Rutsch ze réckelen.
Et gouf viru kuerzem bewisen datt d'Benotzung vun Ultraschall Tissuebezuelung an der Ultraschall-verstäerkter Feinnadel Aspiratioun Biopsie (USeFNAB) am Verglach mat konventioneller Feinnadel Aspiratioun Biopsie (FNAB) verbessert.D'Relatioun tëscht Schräggeometrie an Nadelspëtzaktioun ass nach net ënnersicht ginn.An dëser Studie hu mir d'Eegeschafte vun der Nadelresonanz an der Oflehnungsamplitude fir verschidde Nadelschräggeometrie mat verschiddene Schräglängten ënnersicht.Mat enger konventioneller Lancet mat engem 3,9 mm Schnëtt, war den Tippabwechkraaftfaktor (DPR) 220 an 105 µm / W a Loft a Waasser respektiv.Dëst ass méi héich wéi den axisymmetresche 4mm Schrägtipp, deen en DPR vun 180 an 80 µm/W an der Loft a Waasser erreecht huet, respektiv.Dës Etude ënnersträicht d'Wichtegkeet vun der Bezéiung tëscht der Béiesteifheet vun der Schräggeometrie am Kontext vu verschiddenen Insertiounshëllefen, a kann also Abléck an Methoden ubidden fir d'Schneidaktioun no der Punktéierung ze kontrolléieren andeems d'Nadelschräggeometrie geännert gëtt, wat wichteg ass fir USeFNAB.Applikatioun ass wichteg.
Fine Needle Aspiration Biopsie (FNAB) ass eng Technik an där eng Nadel benotzt gëtt fir eng Tissueprobe ze kréien wann eng Anomalie verdächtegt gëtt1,2,3.Franséisch-Typ Tipps goufen gewisen fir méi héich diagnostesch Leeschtung ze bidden wéi traditionell Lancet4 a Menghini5 Tipps.Axisymmetresch (dh circumferential) Bevels goufen och proposéiert fir d'Wahrscheinlechkeet vun engem adäquate Exemplar fir Histopathologie ze erhéijen6.
Wärend enger Biopsie gëtt eng Nadel duerch Schichten vun Haut a Gewëss passéiert fir verdächteg Pathologie z'entdecken.Rezent Studien hu gewisen datt d'Ultraschallaktivéierung d'Punkturkraaft reduzéiere kann, déi néideg ass fir Zougang zu Softgewebe7,8,9,10.D'Nadelschräggeometrie gouf gewisen fir d'Nadelinteraktiounskräften ze beaflossen, zB méi laang Schräg hu gewisen datt se méi niddereg Tissue-Penetratiounskräften 11 hunn.Et gouf virgeschloen datt nodeems d'Nadel an d'Tissueoberfläche penetréiert ass, dh no der Punktéierung, d'Schneidkraaft vun der Nadel kann 75% vun der totaler Nadel-Tissue Interaktiounskraaft sinn12.Ultraschall (US) gouf gewisen fir d'Qualitéit vun der diagnostescher Softgewebe Biopsie an der Post-Puncture Phase13 ze verbesseren.Aner Methoden fir d'Qualitéit vun der Knochenbiopsie ze verbesseren goufen entwéckelt fir Hard Tissue-Sampling14,15 awer keng Resultater goufen gemellt, déi d'Biopsiequalitéit verbesseren.Verschidde Studien hunn och festgestallt datt d'mechanesch Verdrängung eropgeet mat der Erhéijung vun der Ultraschall-Undriffspannung16,17,18.Obwuel et vill Studien vun axial (Längs) statesch Kräften an Nadel-Tissue Interaktiounen19,20, Studien op der temporärer Dynamik an Nadel Schräg Geometrie an ultrasonic verstäerkte FNAB (USeFNAB) sinn limitéiert.
D'Zil vun dëser Etude war den Effekt vu verschiddene Schräggeometrien op d'Nadelspëtzaktioun ze ënnersichen, déi duerch Nadelflexioun bei Ultraschallfrequenzen gedriwwe gëtt.Besonnesch ënnersicht mir den Effet vum Injektiounsmedium op der Nadelspëtzabweichung no der Puncture fir konventionell Nadelschräg (zB Lansetten), axisymmetresch an asymmetresch eenzeg Schräggeometrien (Fig. Zougang oder mëll Tissue Käre.
Verschidde Schräggeometrie goufen an dëser Etude abegraff.(a) Lancets konform mat ISO 7864:201636 wou \(\alpha\) de primäre Schrägwinkel ass, \(\theta\) de sekundäre Schrägrotatiounswinkel ass, an \(\phi\) de sekundäre Schrägrotatiounswinkel ass Grad, a Grad (\(^\circ\)).(b) linear asymmetresch eenzeg Schrëtt chamfers (genannt "Standard" an DIN 13097: 201937) an (c) linear axisymmetric (omfang) eenzel Schrëtt chamfers.
Eis Approche ass fir d'éischt d'Ännerung vun der Béiewellelängt laanscht den Hang ze modelléieren fir konventionell Lanzett, axisymmetresch an asymmetresch Eenstufeg Steigungsgeometrien.Mir hunn dunn eng parametresch Studie berechent fir den Effekt vum Schrägwinkel an der Röhrelängt op d'Mobilitéit vum Transportmechanismus z'ënnersichen.Dëst gëtt gemaach fir déi optimal Längt ze bestëmmen fir eng Prototyp Nadel ze maachen.Baséierend op der Simulatioun goufen Nadelprototypen gemaach an hiert Resonanzverhalen a Loft, Waasser an 10% (w/v) ballistesche Gelatine gouf experimentell charakteriséiert andeems d'Spannungsreflexiounskoeffizient gemooss gouf an d'Kraafttransfereffizienz berechnen, aus där d'Betribsfrequenz war. bestëmmt..Schlussendlech gëtt High-Speed-Imaging benotzt fir direkt d'Deflektioun vun der Béiewelle um Tipp vun der Nadel a Loft a Waasser ze moossen, an d'elektresch Kraaft ze schätzen, déi duerch all Neigung an d'Deflektiounskraaftfaktor (DPR) Geometrie vun der injizéierter iwwerdroe gëtt. mëttel.
Wéi an der Figur 2a gewisen, benotzt Nr.\(\text {GN/m}^{2}\), Dicht 8070 kg/m\(^{3}\), Poisson-Verhältnis 0,275).
Bestëmmung vun der Béiewellelängt an Ofstëmmung vum Finite Element Model (FEM) vun der Nadel a Grenzbedéngungen.(a) Bestëmmung vun der Schräglängt (BL) a Päiflängt (TL).(b) Dräi-zweedimensional (3D) finite Element Modell (FEM) mat harmonescher Punkt Kraaft \(\tilde{F}_y\vec{j}\) fir d'Nadel um proximalen Enn z'exitéieren, de Punkt oflenken an d'Geschwindegkeet ze moossen pro Tipp (\( \tilde{u}_y\vec {j}\), \(\tilde{v}_y\vec {j}\)) fir déi mechanesch Transportmobilitéit ze berechnen.\(\lambda _y\) ass definéiert wéi d'Biegewellelängt verbonne mat der vertikaler Kraaft \(\tilde{F}_y\vec {j}\).(c) Bestëmmt den Schwéierpunkt, de Querschnittsberäich A, an d'Inertiamomenter \(I_{xx}\) an \(I_{yy}\) ronderëm d'X-Achs respektiv d'Y-Achs.
Wéi an der Fig.2b,c, fir en onendlechen (onendlechen) Strahl mat Querschnittsberäich A a bei enger grousser Wellelängt am Verglach mat der Gréisst vum Querschnitt vum Strahl, d'Biege- (oder Béi-) Phasevitesse \(c_{EI}\ ) ass definéiert als 22:
wou E de Young säi Modul ass (\(\text {N/m}^{2}\)), \(\omega _0 = 2\pi f_0\) ass d'Excitatiounswinkelfrequenz (rad/s), wou \( f_0 \ ) ass d'linear Frequenz (1/s oder Hz), I ass den Inertiamoment vum Gebitt ronderëm d'Interesseachs \((\text {m}^{4})\) an \(m'=\ rho _0 A \) ass d'Mass op Eenheetslängt (kg/m), wou \(\rho _0\) d'Dicht \((\text {kg/m}^{3})\) ass an A d'Kräiz ass -Sektiounsberäich vum Strahl (xy Plang) (\ (\text {m}^{2}\)).Well an eisem Fall déi ugewandte Kraaft parallel zu der vertikaler Y-Achs ass, also \(\tilde{F}_y\vec {j}\), interesséiere mir eis nëmme fir den Trägermoment vum Gebitt ronderëm den horizontalen x- Achs, also \(I_{xx} \), Dofir:
Fir de Finite Element Modell (FEM) gëtt eng reng harmonesch Verrécklung (m) ugeholl, sou datt d'Beschleunegung (\(\text {m/s}^{2}\)) als \(\partial ^2 \vec ausgedréckt gëtt { u}/ \ partiell t^2 = -\omega ^2\vec {u}\), zB \(\vec {u}(x, y, z, t) := u_x\vec {i} + u_y \vec {j }+ u_z\vec {k}\) ass en dreidimensionalen Verréckelungsvektor deen a raimleche Koordinaten definéiert ass.Ersetzen déi lescht mat der endlech deforméierbarer Lagrangian Form vum Dynamikbalance Gesetz23, no hirer Ëmsetzung am COMSOL Multiphysics Software Package (Versiounen 5.4-5.5, COMSOL Inc., Massachusetts, USA), gëtt:
Wou \(\vec {\nabla}:= \frac{\partial}}{\partial x}\vec {i} + \frac{\partial}}{\partial y}\vec {j} + \frac{ \partial }{\partial z}\vec {k}\) ass den Tensor-Divergenzoperateur, an \({\underline{\sigma}}\) ass den zweeten Piola-Kirchhoff Stresstensor (zweet Uerdnung, \(\ text) { N /m}^{2}\)), an \(\vec {F_V}:= F_{V_x}\vec {i}+ F_{V_y}\vec {j}+ F_{V_z}\vec { k} \) ass de Vektor vun der Kierperkraaft (\(\text {N/m}^{3}\)) vun all deformable Volumen, an \(e^{j\phi}\) ass d'Phas vum Kierper Kraaft, huet eng Phase Wénkel \(\ phi\) (rad).An eisem Fall ass d'Volumenkraaft vum Kierper null, an eise Modell iwwerhëlt geometresch Linearitéit a kleng reng elastesch Deformatiounen, dh \({\underline{\varepsilon}}^{el} = {\underline{\varepsilon}}\ ), wou \({\underline{\varepsilon}}^{el}\) an \({\underline{ \varepsilon}}\) - elastesch Verformung respektiv Gesamtverformung (Dimensiounslos vun der zweeter Uerdnung).Dem Hooke säi konstitutiven isotropesche Elastizitéitstensor \(\underline {\underline {C))\) gëtt mat dem Young's Modul E (\(\text{N/m}^{2}\)) kritt an dem Poisson säi Verhältnis v definéiert, sou datt \ (\underline{\underline{C}}:=\underline{\underline{C}}(E,v)\) (véiert Uerdnung).Also gëtt d'Stressberechnung \({\underline{\sigma}} := \underline{\underline{C}}:{\underline{\varepsilon}}\).
D'Berechnunge goufen mat 10-Node tetrahedral Elementer mat Elementgréisst \(\le\) 8 µm gemaach.D'Nadel gëtt am Vakuum modelléiert, an de mechanesche Mobilitéitstransferwäert (ms-1 H-1) gëtt definéiert als \(|\tilde{Y}_{v_yF_y}|= |\tilde{v}_y\vec { j} |/|\ tilde{F}_y\vec {j}|\)24, wou \(\tilde{v}_y\vec {j}\) d'Ausgangskomplexgeschwindegkeet vum Handwierk ass, an \( \tilde{ F} _y\vec {j}\) ass eng komplex dreiwend Kraaft, déi um proximalen Enn vum Röhre läit, wéi an der Fig. 2b.Transmissiv mechanesch Mobilitéit gëtt an Dezibel (dB) ausgedréckt mat dem Maximumwäert als Referenz, dh \(20\log _{10} (|\tilde{Y}|/ |\tilde{Y}_{max}| )\ ), All FEM Studien goufen op enger Frequenz vun 29,75 kHz duerchgefouert.
Den Design vun der Nadel (Fig. 3) besteet aus enger konventioneller 21 Jauge Hypodermescher Nadel (Katalognummer: 4665643, Sterican\(^\circledR\), mat engem baussenzegen Duerchmiesser vun 0,8 mm, enger Längt vun 120 mm, aus AISI Chrom-Néckel STAINLESS Stol 304., B. Braun Melsungen AG, Melsungen, Däitschland) huet eng Plastik Luer Lock sleeve gemaach vun polypropylene proximal mat enger entspriechend Tipp Modifikatioun.D'Nadelröhr gëtt an de Welleleit soldered wéi an der Figur 3b.De Welleguide gouf op engem Edelstahl 3D Drécker gedréckt (EOS Stainless Steel 316L op engem EOS M 290 3D Drécker, 3D Formtech Oy, Jyväskylä, Finnland) an dann un de Langevin Sensor mat M4 Bolzen befestegt.De Langevin Transducer besteet aus 8 piezoelektresche Ringelementer mat zwee Gewiichter op all Enn.
Déi véier Aarte vu Spëtze (op der Foto), eng kommerziell verfügbar Lancet (L), an dräi fabrizéiert axisymmetresch Eenstufesch Bevels (AX1-3) goufen duerch Schräglängen (BL) vu 4, 1,2 an 0,5 mm respektiv charakteriséiert.(a) Zoumaache vum fäerdegen Nadelspëtz.(b) Top Vue vu véier Pins soldered zu engem 3D gedréckt waveguide an dann un der Langevin Sensor mat M4 Bolzen verbonnen.
Dräi axisymmetresch Schrägspëtze (Fig. 3) (TAs Machine Tools Oy) goufe mat Schräglängen (BL, bestëmmt op Fig. 2a) vu 4,0, 1,2 an 0,5 mm, entspriechend \(\approx\) 2\ (^\) circ\), 7\(^\circ\) an 18\(^\circ\).D'Welleguide an d'Stylusgewiicht sinn 3,4 ± 0,017 g (Moyenne ± SD, n = 4) fir Schräg L respektiv AX1–3 (Quintix\(^\circledR\) 224 Design 2, Sartorius AG, Göttingen, Däitschland).D'Gesamtlängt vum Tipp vun der Nadel bis zum Enn vun der Plastikshülse ass 13,7, 13,3, 13,3, 13,3 cm fir de Schräg L an AX1-3 an der Figur 3b, respektiv.
Fir all Nadelkonfiguratioun ass d'Längt vum Tipp vun der Nadel bis zum Tipp vum Welleguide (dh Lötgebitt) 4,3 cm, an d'Nadelröhr ass orientéiert sou datt de Schräg no uewen ass (dh parallel zu der Y-Achs). ).), wéi an (Fig. 2).
E personaliséierte Skript am MATLAB (R2019a, The MathWorks Inc., Massachusetts, USA) leeft op engem Computer (Latitude 7490, Dell Inc., Texas, USA) gouf benotzt fir e linear sinusförmleche Schweess vu 25 op 35 kHz a 7 Sekonnen ze generéieren, ëmgewandelt an en Analog Signal vun engem Digital-zu-Analog (DA) Konverter (Analog Discovery 2, Digilent Inc., Washington, USA).Den analoge Signal \(V_0\) (0,5 Vp-p) gouf duerno mat engem speziellen Radiofrequenz (RF) Verstärker (Mariachi Oy, Turku, Finnland) verstäerkt.Déi falend Verstäerkungsspannung \({V_I}\) gëtt vum RF-Verstärker mat enger Ausgangsimpedanz vu 50 \(\Omega\) an en Transformator, deen an d'Nadelstruktur agebaut ass mat enger Inputimpedanz vu 50 \(\Omega)\) Langevin Transducer (virun an hënneschter Multilayer piezoelektresch Transducer, mat Mass gelueden) gi benotzt fir mechanesch Wellen ze generéieren.De personaliséierte RF Verstärker ass mat engem Dual-Channel Standing Wave Power Factor (SWR) Meter ausgestatt, deen Tëschefall \({V_I}\) a reflektéiert verstäerkte Spannung \(V_R\) duerch en 300 kHz Analog-zu-Digital (AD) detektéiere kann ) Konverter (Analog Discovery 2).D'Excitatiounssignal ass Amplitude moduléiert am Ufank an um Enn fir d'Iwwerlaaschtung vum Verstärker-Input mat Transienten ze vermeiden.
Mat Hëllef vun engem personaliséierte Skript, deen am MATLAB implementéiert ass, gëtt d'Frequenzresponsfunktioun (AFC), dh e linear stationäre System iwwerholl.Fëllt och en 20 bis 40 kHz Bandpassfilter un fir all ongewollte Frequenzen aus dem Signal ze läschen.Bezitt op d'Transmissiounslinntheorie, \(\tilde{H}(f)\) ass an dësem Fall gläichwäerteg mam Spannungsreflexiounskoeffizient, dh \(\rho _{V} \equiv {V_R}/{V_I} \)26 .Well d'Ausgangsimpedanz vum Verstärker \(Z_0\) der Ingangsimpedanz vum agebaute Transformator vum Konverter entsprécht, an de Reflexiounskoeffizient vun der elektrescher Muecht \({P_R}/{P_I}\) op \ reduzéiert gëtt. ({V_R }^ 2/{V_I}^2\), dann ass \(|\rho _{V}|^2\).Am Fall wou den absolute Wäert vun der elektrescher Kraaft erfuerderlech ass, berechent den Tëschefall \(P_I\) a reflektéiert\(P_R\) Kraaft (W) andeems de Wuerzelmëttelquadrat (rms) Wäert vun der entspriechender Spannung hëlt, zum Beispill, fir eng Transmissioun Linn mat sinusoidal excitation, \(P = {V}^2/(2Z_0)\)26, wou \(Z_0\) gläich 50 \(\Omega\).D'elektresch Kraaft geliwwert un d'Laascht \(P_T\) (dh dat agebaute Medium) kann als \(|P_I – P_R |\) (W RMS) berechent ginn an d'Kraafttransfereffizienz (PTE) kann definéiert an ausgedréckt ginn als eng Prozentsaz (%) gëtt also 27:
D'Frequenzreaktioun gëtt dann benotzt fir d'modal Frequenzen \(f_{1-3}\) (kHz) vum Stylus-Design an déi entspriechend Kraafttransfereffizienz ze schätzen, \(\text {PTE}_{1{-}3} \ ).FWHM (\(\text {FWHM}_{1{-}3}\), Hz) gëtt direkt aus \(\text {PTE}_{1{-}3}\) geschat, aus der Tabell 1 Frequenzen \(f_{1-3}\) beschriwwen an.
Eng Method fir d'Frequenzreaktioun (AFC) vun enger acikulärer Struktur ze moossen.Dual-Channel Swept-Sine Miessung25,38 gëtt benotzt fir d'Frequenzreaktiounsfunktioun \(\tilde{H}(f)\) a seng Impulsreaktioun H(t) ze kréien.\({\mathcal {F}}\) an \({\mathcal {F}}^{-1}\) bezeechnen déi numeresch ofgeschnidden Fourier-Transform respektiv d'invers Transformatioun.\(\tilde{G}(f)\) heescht datt déi zwee Signaler am Frequenzberäich multiplizéiert ginn, zB \(\tilde{G}_{XrX}\) heescht inverse Scan\(\tilde{X} r(f) )\) und Spannungsfallsignal \(\tilde{X}(f)\).
Wéi an der Fig.5, Héichgeschwindeg Kamera (Phantom V1612, Vision Research Inc., New Jersey, USA) ausgestatt mat enger Makroobjektiv (MP-E 65mm, \(f)/2.8, 1-5 \ (\times\), Canon Inc. ., Tokyo, Japan) goufen benotzt fir d'Oflehnung vun engem Nadelspëtz opzehuelen, deen un der flexuraler Excitatioun ënnerworf gouf (eenzel Frequenz, kontinuéierlech sinusoid) bei enger Frequenz vun 27,5-30 kHz.Fir eng Schattenkaart ze kreéieren, gouf e gekillte Element vun enger héijer Intensitéit wäiss LED (Deelnummer: 4052899910881, White Led, 3000 K, 4150 lm, Osram Opto Semiconductors GmbH, Regensburg, Däitschland) hannert der Schräg vun der Nadel plazéiert.
Front Vue vum experimentellen Opbau.Déift gëtt vun der Medienfläch gemooss.D'Nadelstruktur ass ageklemmt a montéiert op engem motoriséierten Transfert Dësch.Benotzt eng Héichgeschwindegkeetskamera mat enger héijer Vergréisserungsobjektiv (5\(\mol\)) fir d'Oflehnung vum ofgeschniddenen Tipp ze moossen.All Dimensiounen sinn an Millimeter.
Fir all Typ vun Nadelschräg hu mir 300 High-Speed-Kameraframes vun 128 \(\x\) 128 Pixelen opgeholl, jidderee mat enger raimlecher Opléisung vun 1/180 mm (\(\ongeféier) 5 µm), mat enger temporärer Resolutioun vun 310.000 Rummen pro Sekonn.Wéi an der Figur 6 gewisen, gëtt all Frame (1) ofgeschnidden (2) sou datt den Tipp an der leschter Zeil (ënnen) vum Frame ass, an da gëtt den Histogram vum Bild (3) berechent, sou datt Canny Schwellen 1 an 2 kënne bestëmmt ginn.Dann applizéiert Canny28(4) Randerkennung mam Sobel Bedreiwer 3 \(\times\) 3 a berechent d'Pixelpositioun vun der net-cavitationaler Hypotenuse (markéiert \(\mathbf {\times }\)) fir all 300-fach Schrëtt .Fir d'Spann vun der Oflehnung um Enn ze bestëmmen, gëtt d'Derivat berechent (mat dem zentrale Differenzalgorithmus) (6) an de Frame mat der lokaler Extrema (dh Peak) vun der Oflehnung (7) identifizéiert.No der visueller Inspektioun vun der net-kavitéierender Rand, gouf e Paar Rummen (oder zwee Rummen getrennt vun enger halwer Zäitperiod) (7) ausgewielt an d'Spëtzabweichung gemooss (markéiert \(\mathbf {\times} \ ) Déi uewe gouf ëmgesat am Python (v3.8, Python Software Foundation, python.org) mam OpenCV Canny Edge Detektioun Algorithmus (v4.5.1, Open Source Computer Visioun Bibliothéik, opencv.org) (P_T \) (W, rms) .
Tipp Oflehnung gouf gemooss mat enger Serie vu Rummen, déi vun enger Héichgeschwindegkeet Kamera bei 310 kHz geholl goufen, mat engem 7-Schrëtt Algorithmus (1-7) abegraff Framing (1-2), Canny Edge Detektioun (3-4), Pixel Location Rand Berechnung (5) an hir Zäit Derivate (6), a schlussendlech Peak-ze-Spëtzt Tipp Ofleenung goufen op visuell iwwerpréift Puer Rummen (7) gemooss.
Miessunge goufen an der Loft (22,4-22,9°C), deioniséiertem Waasser (20,8-21,5°C) a ballistesch Gelatine 10% (w/v) (19,7-23,0°C, \(\text {Honeywell}^{ \text) gemaach { TM}}\) \(\text {Fluka}^{\text {TM}}\) Bovine and Pork Bone Gelatine for Type I Ballistic Analysis, Honeywell International, North Carolina, USA).D'Temperatur gouf mat engem K-Typ Thermoelementverstärker (AD595, Analog Devices Inc., MA, USA) an engem K-Typ Thermoelement (Fluke 80PK-1 Bead Sonde Nr. 3648 Type-K, Fluke Corporation, Washington, USA) gemooss.Vun der mëttlerer Déift gouf vun der Uewerfläch gemooss (als Urspronk vun der Z-Achs festgeluecht) mat enger vertikaler motoriséierter Z-Achsstuf (8MT50-100BS1-XYZ, Standa Ltd., Vilnius, Litauen) mat enger Opléisung vu 5 µm.pro Schrëtt.
Zënter datt d'Proufgréisst kleng war (n = 5) an d'Normalitéit konnt net ugeholl ginn, gouf en zwee-Probe zwee-tailed Wilcoxon Rank Zomm Test (R, v4.0.3, R Foundation for Statistical Computing, r-project .org) benotzt. fir d'Quantitéit vum Varianz Nadel Tipp fir verschidde Schräg ze vergläichen.Et goufen 3 Vergläicher pro Hang, sou datt eng Bonferroni Korrektur mat engem ugepasste Bedeitungsniveau vun 0,017 an engem Fehlerquote vu 5% applizéiert gouf.
Loosst eis elo op Fig.7 goen.Bei enger Frequenz vun 29,75 kHz ass d'Béie Hallefwelle (\(\lambda_y/2\)) vun enger 21-gauge Nadel \(\ongeféier) 8 mm.Wéi een op den Tipp kënnt, fällt d'Biegewellelängt laanscht de schräg Winkel erof.Um Tipp \(\lambda _y/2\) \(\ongeféier\) sinn Schrëtt vun 3, 1 a 7 mm fir déi üblech lanceolate (a), asymmetresch (b) an axisymmetresch (c) Neigung vun enger eenzeger Nadel , respektiv.Also, dat heescht, datt d'Gamme vun der Lancett \(\ ongeféier) 5 mm ass (wéinst der Tatsaach, datt déi zwee Fligeren vun der Lancet engem eenzege Punkt bilden 29,30), den asymmetresche Schräg ass 7 mm, d'asymmetresch Schräg ass 1 mm.Axisymmetresch Steigungen (de Schwéierpunkt bleift konstant, sou datt nëmmen d'Päifmauerdécke tatsächlech laanscht den Hang ännert).
FEM Studien an Uwendung vun Equatiounen op enger Frequenz vun 29,75 kHz.(1) Beim Berechnung vun der Variatioun vun der Béie Hallefwelle (\(\lambda_y/2\)) fir Lanzet (a), asymmetresch (b) an axisymmetresch (c) Schräggeometrien (wéi an der Fig. 1a,b,c) ).Den Duerchschnëttswäert \(\lambda_y/2\) vun der Lanzett, asymmetrescher an axisymmetrescher Schräg war 5,65, 5,17 a 7,52 mm, respektiv.Bedenkt datt Tippdicke fir asymmetresch an axisymmetresch Schräg op \(\ongeféier) 50 µm limitéiert ass.
Peak Mobilitéit \(|\tilde{Y}_{v_yF_y}|\) ass déi optimal Kombinatioun vu Röhrelängt (TL) a Schräglängt (BL) (Fig. 8, 9).Fir eng konventionell Lancet, well seng Gréisst fixéiert ass, ass den optimale TL \(\ ongeféier) 29,1 mm (Fig. 8).Fir asymmetresch an axisymmetresch Schräg (Bsp. 1,3 mm), respektiv.Fir den asymmetreschen Hang (Fig. 9a) huet den optimalen TL linear erhéicht, e Plateau op BL 4 mm erreecht, an dann schaarf vun BL 5 op 7 mm ofgeholl.Fir eng axisymmetresch Schräg (Fig. 9b) huet den optimalen TL linear mat der Erhéijung vun der BL erhéicht an endlech bei BL vu 6 op 7 mm stabiliséiert.Eng verlängert Etude vun axisymmetric Schréiegt (Fig. 9c) huet eng aner Formatioun vun optimal TLs op \(\ ongeféier) 35,1-37,1 mm.Fir all BLs ass d'Distanz tëscht den zwee beschten TLs \(\approx\) 8mm (entsprécht \(\lambda_y/2\)).
Lancet Transmissioun Mobilitéit bei 29,75 kHz.D'Nadel gouf flexibel an enger Frequenz vun 29,75 kHz opgereegt an d'Vibratioun gouf um Tipp vun der Nadel gemooss an ausgedréckt wéi d'Quantitéit vun der iwwerdroener mechanescher Mobilitéit (dB relativ zum Maximumwäert) fir TL 26,5-29,5 mm (an 0,1 mm Inkremente) .
Parametresch Studien vun der FEM bei enger Frequenz vun 29,75 kHz weisen datt d'Transfermobilitéit vun engem axisymmetresche Tipp manner beaflosst gëtt vun enger Verännerung vun der Längt vum Röhre wéi säin asymmetresche Kolleg.Bevel Längt (BL) an Päif Längt (TL) Studien vun asymmetric (a) an axisymmetric (b, c) Bevel Geometrien an der Frequenz Domän Etude benotzt FEM (Grenzbedéngungen sinn an Fig. 2 gewisen).(a, b) TL rangéiert vun 26,5 bis 29,5 mm (0,1 mm Schrëtt) an BL 1-7 mm (0,5 mm Schrëtt).(c) Verlängert axisymmetresch Neigungsstudien abegraff TL 25-40 mm (an 0,05 mm Inkremente) an BL 0,1-7 mm (an 0,1 mm Inkremente) déi weisen datt \(\lambda_y/2\) den Ufuerderunge vum Tipp entspriechen.bewegt Grenzbedéngungen.
D'Nadelkonfiguratioun huet dräi Eigenfrequenzen \(f_{1-3}\) ënnerdeelt an niddereg, mëttel- an héich Modusregiounen wéi an der Tabell 1. D'PTE-Gréisst gouf opgeholl wéi an der Fig.10 an dann analyséiert an der Fig. 11. Drënner sinn d'Resultater fir all modal Beräich:
Typesch opgeholl Momentaner Kraafttransfer Effizienz (PTE) Amplituden, déi mat geschleeftfrequenz sinusoidaler Excitatioun fir eng Lancett (L) an axisymmetresch Schräg AX1-3 an der Loft, Waasser a Gelatine an enger Déift vun 20 mm kritt goufen.Eensäiteg Spektrum ginn ugewisen.Déi gemoossene Frequenzreaktioun (geprobéiert bei 300 kHz) gouf Low-Pass gefiltert an duerno mat engem Faktor vun 200 fir modal Analyse erofgeschalt.D'Signal-to-Geräusch Verhältnis ass \(\le\) 45 dB.PTE Phasen (violett Punktelinnen) ginn a Grad (\(^{\circ}\)) gewisen.
D'modal Äntwert Analyse (Moyenne ± Standarddeviatioun, n = 5) an der Fig. niddereg, mëttel an héich) an hir entspriechend Modalfrequenzen\(f_{1-3}\) (kHz), (Duerchschnëtt) Energieeffizienz \(\text {PTE}_{1{-}3}\) Berechent mat Äquivalenten .(4) an (ënnen) voll Breet bei hallef maximal Miessunge \(\text {FWHM}_{1{-}3}\) (Hz), respektiv.Notéiert datt d'Bandbreedmiessung iwwersprange gouf wann e nidderegen PTE registréiert gouf, dh \(\text {FWHM}_{1}\) am Fall vun engem AX2 Hang.De \(f_2\) Modus gouf am meeschte gëeegent fir d'Vergläiche vun Hangdeflektiounen ze vergläichen, well et den héchsten Niveau vun der Kraafttransfereffizienz (\(\text {PTE}_{2}\)) gewisen huet, bis zu 99%.
Éischt modal Regioun: \(f_1\) hänkt net vill vun der Aart vu Medium of, déi agefouert gëtt, awer hänkt vun der Geometrie vum Hang of.\(f_1\) fällt mat erofgaangen Schräglängt (27,1, 26,2 an 25,9 kHz an der Loft fir AX1-3 respektiv).Déi regional Moyenne \(\text {PTE}_{1}\) an \(\text {FWHM}_{1}\) sinn \(\approx\) 81% respektiv 230 Hz.\(\text {FWHM}_{1}\) huet den héchste Gelatinegehalt am Lancet (L, 473 Hz).Notéiert datt \(\text {FWHM}_{1}\) AX2 am Gelatine net bewäert ka ginn wéinst der gerénger opgeholler FRF Amplitude.
Déi zweet modal Regioun: \(f_2\) hänkt vun der Aart vu Medien agefouert an der Schräg of.Duerchschnëttswäerter \(f_2\) sinn 29,1, 27,9 an 28,5 kHz a Loft, Waasser a Gelatine respektiv.Dës modal Regioun huet och en héije PTE vun 99% gewisen, deen héchste vun all gemoossene Grupp, mat engem regionalen Duerchschnëtt vun 84%.\(\text {FWHM}_{2}\) huet e regionalen Duerchschnëtt vun \(\ongeféier\) 910 Hz.
Drëtt Modus Regioun: Frequenz \(f_3\) hänkt vum Medientyp a Schräg of.Duerchschnëtt \(f_3\) Wäerter sinn 32,0, 31,0 an 31,3 kHz a Loft, Waasser a Gelatine, respektiv.Den \(\text {PTE}_{3}\) regional Duerchschnëtt war \(\ongeféier\) 74%, déi niddregst vun all Regioun.De regionalen Duerchschnëtt \(\text {FWHM}_{3}\) ass \(\ongeféier\) 1085 Hz, wat méi héich ass wéi déi éischt an zweet Regioun.
       Déi folgend bezitt sech op Fig.12 an Table 2. D'Lancett (L) huet am meeschten ofgelenkt (mat héijer Bedeitung fir all Tipps, \(p<\) 0,017) souwuel an der Loft wéi am Waasser (Fig. 12a), fir den héchsten DPR z'erreechen (bis zu 220 µm/) W an der Loft). 12 an Table 2. D'Lancett (L) huet am meeschten ofgelenkt (mat héijer Bedeitung fir all Tipps, \(p<\) 0,017) souwuel an der Loft wéi am Waasser (Fig. 12a), fir den héchsten DPR z'erreechen (bis zu 220 µm/) W an der Loft). Следующее относится к рисунку 12 и таблице 2. Ланцет (L) отклонялся больше всего для сего для с высокице ов, \(p<\) 0,017) как в воздухе, так и в воде (рис. 12а), достигая самого высокого DPR . Déi folgend gëlt fir Figur 12 an Table 2. Lancet (L) deflected am meeschte (mat héijer Bedeitung fir all Tipps, \ (p <\) 0,017) souwuel Loft a Waasser (Fig. 12a), déi héchste DPR erreechen.(bis 220 μm/W an der Loft).Smt.Figur 12 an Table 2 ënnert.柳叶刀(L) 在空气和水中偏转最多（对所有尖端具有高显着怞，\(p<\) 0.017，徉．Ｐ圌，高DPR （在空气中高达220 µm/W）.柳叶刀(L) huet déi héchst Oflehnung a Loft a Waasser (对所记尖端可以高电影性,\(p<\) 0,017) (图12a), an erreecht den héchsten DPR (bis 220 µm/W) Loft). Ланцет (L) отклонялся больше всего (высокая значимость для всех наконечников, \(p<\) 0,017) zu возидух ибольшего DPR (bis 220 мкм/Вт в воздухе). De Lancet (L) huet am meeschten ofgelenkt (héich Bedeitung fir all Tipps, \(p<\) 0,017) a Loft a Waasser (Fig. 12a), an erreecht den héchsten DPR (bis zu 220 µm/W an der Loft). An der Loft huet den AX1, deen méi héich BL hat, méi héich wéi AX2-3 (mat Bedeitung, \(p<\) 0,017) ofgelenkt, während AX3 (deen déi ënnescht BL hat) méi wéi AX2 mat engem DPR vun 190 µm/W ofgeleent huet. An der Loft huet den AX1, deen méi héich BL hat, méi héich wéi AX2-3 (mat Bedeitung, \(p<\) 0,017) ofgelenkt, während AX3 (deen déi ënnescht BL hat) méi wéi AX2 mat engem DPR vun 190 µm/W ofgeleent huet. В воздухе AX1 с более высоким BL отклонялся выше, чем AX2–3 (со значимостью \(p<\) 0,017), мкада когн онялся больше, чем AX2 с DPR 190 мкм/Вт. An der Loft huet AX1 mat méi héijer BL méi héich wéi AX2-3 (mat Bedeitung \(p<\) 0,017 ofgelenkt), wärend AX3 (mat niddregsten BL) méi wéi AX2 mat DPR 190 µm/W ofgeleent huet.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．AX2-3，转更高（具有显着性，\(p<\) 0.017，具，轉．AX）偏转大于AX2，DPR 为190 µm/W . An der Loft ass d'Deflektioun vun AX1 mat méi héijer BL méi héich wéi déi vun AX2-3 (bedeitend, \(p<\) 0,017), an d'Deflektioun vun AX3 (mat niddregsten BL) ass méi grouss wéi déi vun AX2, DPR ass 190 µm/W. В воздухе AX1 с более высоким BL отклоняется больше, чем AX2-3 (значимо, \(p<\) 0,017), тогда касим 3 (мисак мы) тся больше, чем AX2 с DPR 190 мкм/Вт. An der Loft, AX1 mat méi héijer BL deflektéiert méi wéi AX2-3 (bedeitend, \(p<\) 0,017), wärend AX3 (mat niddregsten BL) méi wéi AX2 mat DPR 190 μm/W ofleet.Bei 20 mm Waasser waren d'Deflektioun an PTE AX1-3 net wesentlech anescht (\(p>\) 0,017).D'Niveaue vu PTE am Waasser (90,2-98,4%) waren allgemeng méi héich wéi an der Loft (56-77,5%) (Fig. 12c), an de Phänomen vun der Kavitatioun gouf während dem Experiment am Waasser festgestallt (Fig. 13, kuckt och zousätzlech). Informatiounen).
De Betrag vun der Tippabweigung (mëttler ± SD, n = 5) gemooss fir Schräg L an AX1-3 a Loft a Waasser (Déift 20 mm) weist den Effekt vun der Verännerung vun der Schräggeometrie.D'Miessunge goufen duerch kontinuéierlech Single Frequenz sinusoidal Excitatioun kritt.(a) Spëtzt bis Spëtzabweichung (\(u_y\vec {j}\)) um Tipp, gemooss bei (b) hir jeweileg Modalfrequenzen \(f_2\).(c) Power Transfer Effizienz (PTE, RMS, %) vun der Equatioun.(4) an (d) Oflehnungskraaftfaktor (DPR, µm/W) berechent als Ofwäichung Peak-to-Peak an iwwerdroen elektresch Muecht \(P_T\) (Wrms).
Eng typesch High-Speed-Kamera-Schattplott, déi d'Peak-zu-Peak-Ofwäichung (gréng a rout gestippte Linnen) vun enger Lancet (L) an axisymmetrescher Tipp (AX1-3) am Waasser (20 mm Déift) iwwer en halleft Zyklus weist.Zyklus, bei der Excitatiounsfrequenz \(f_2\) (Samplingfrequenz 310 kHz).Dat ageholl Grauskala-Bild huet eng Gréisst vun 128 × 128 Pixel an eng Pixelgréisst vun \(\approx\) 5 µm.Video kann an zousätzlech Informatiounen fonnt ginn.
Also hu mir d'Verännerung vun der Béiewellelängt (Fig. 7) modelléiert a berechent d'transferable mechanesch Mobilitéit fir Kombinatioune vu Päiflängt a Chamfer (Fig. 8, 9) fir konventionell Lancet, asymmetresch an axisymmetresch Chamfers vu geometreschen Formen.Baséierend op déi lescht hu mir déi optimal Distanz vu 43 mm (oder \(\ongeféier) 2,75\(\lambda _y\) bei 29,75 kHz) vum Tipp op d'Schweiß geschat, wéi an der Fig. Schräg mat verschiddene Schräglängen.Mir charakteriséiert dann hir Frequenz Verhalen an Loft, Waasser, an 10% (w / v) ballistesch Gelatine am Verglach mat konventionelle Lancets (Dorënner 10, 11) a bestëmmt de Modus am meeschte gëeegent fir Schräg Oflenkung Verglach.Schlussendlech hu mir d'Spëtztabweigung gemooss andeems d'Welle an der Loft a Waasser an enger Tiefe vun 20 mm béien an d'Kraafttransfereffizienz (PTE,%) an d'Ofbuekraaftfaktor (DPR, µm / W) vum Insertiounsmedium fir all Schräg quantifizéiert.Wénkel Typ (Fig. 12).
D'Nadelschräggeometrie ass gewisen datt d'Quantitéit vun der Nadelspëtzabweichung beaflosst.D'Lancet erreecht déi héchste Oflehnung an déi héchste DPR am Verglach zum axisymmetresche Schräg mat méi nidderegen duerchschnëttleche Oflenkung (Fig. 12).Déi 4 mm axisymmetresch Schräg (AX1) mat der längster Schräg huet eng statistesch bedeitend maximal Oflenkung an der Loft erreecht am Verglach mat den aneren axisymmetresche Nadelen (AX2-3) (\(p <0,017\), Table 2), awer et war kee signifikanten Ënnerscheed. .observéiert wann d'Nadel a Waasser gesat gëtt.Also ass et keen offensichtleche Virdeel fir eng méi laang Schräglängt ze hunn a punkto Spëtzabweigung um Tipp.Mat dësem vergiessen, schéngt et datt d'Schräggeometrie, déi an dëser Etude studéiert gëtt, e méi groussen Effekt op d'Oflehnung huet wéi d'Längt vun der Schräg.Dëst kann wéinst Béie Steifheit sinn, zum Beispill ofhängeg vun der Gesamtdicke vum Material, dee gebéit gëtt, an dem Design vun der Nadel.
An experimentellen Studien gëtt d'Gréisst vun der reflektéierter Flexurwelle vun de Grenzbedéngungen vum Tipp beaflosst.Wann d'Nadelspëtzt a Waasser a Gelatine gesat gëtt, ass \(\text {PTE}_{2}\) \(\ongeféier\) 95%, a \(\text {PTE}_{2}\) ass \ (\text {PTE}_{2}\) d'Wäerter sinn 73% an 77% fir (\text {PTE}_{1}\) an \(\text {PTE}_{3}\), respektiv (Fig. 11).Dëst weist datt de maximalen Transfert vun der akustescher Energie op d'Gussmedium, also Waasser oder Gelatine, bei \(f_2\) geschitt.Ähnlech Verhalen gouf an enger fréierer Studie31 beobachtet mat enger méi einfacher Apparatkonfiguratioun am 41-43 kHz Frequenzbereich, an deem d'Auteuren d'Ofhängegkeet vum Spannungsreflexiounskoeffizient op de mechanesche Modul vum Embeddingmedium gewisen hunn.D'Penetratiounsdéift32 an d'mechanesch Eegeschafte vum Tissu bidden eng mechanesch Belaaschtung op d'Nadel a ginn dofir erwaart d'Resonanzverhalen vun der UZEFNAB ze beaflossen.Also, Resonanz Tracking Algorithmen (zB 17, 18, 33) kënne benotzt ginn fir d'akustesch Kraaft, déi duerch d'Nadel geliwwert gëtt, ze optimiséieren.
Simulatioun bei Béiewellelängten (Fig. 7) weist datt den axisymmetresche Tipp strukturell méi steif ass (dh méi steif am Béie) wéi d'Lancet an d'asymmetresch Schräg.Baséierend op (1) a mat der bekannter Geschwindegkeet-Frequenz Relatioun schätze mir d'Biegesteifheet um Tipp vun der Nadel als \(\ongeféier\) 200, 20 an 1500 MPa fir Lanzett, asymmetresch an axial Schréiegt Fligeren, respektiv.Dëst entsprécht \(\lambda_y\) vun \(\ongeféier\) 5,3, 1,7, respektiv 14,2 mm bei 29,75 kHz (Fig. 7a–c).Wann Dir klinesch Sécherheet während der USeFNAB berücksichtegt, sollt den Effekt vun der Geometrie op d'strukturell Steifheit vun der Neigungsfläch bewäert ginn34.
Eng Etude vun de Schrägparameter relativ zu der Röhrelängt (Fig. 9) huet gewisen datt den optimalen Iwwerdroungsberäich méi héich war fir den asymmetresche Schräg (1,8 mm) wéi fir d'Axisymmetresch Schräg (1,3 mm).Zousätzlech ass d'Mobilitéit stabil bei \(\ ongeféier) vu 4 bis 4,5 mm a vu 6 bis 7 mm fir asymmetresch an axisymmetresch Neigungen, respektiv (Fig. 9a, b).Déi praktesch Bedeitung vun dëser Entdeckung gëtt an Fabrikatioun Toleranzen ausgedréckt, zum Beispill, eng méi niddereg Gamme vun optimal TL kann bedeiten, datt méi Längt Genauegkeet néideg ass.Zur selwechter Zäit bitt de Mobilitéitsplateau eng méi grouss Toleranz fir d'Längt vum Dip bei enger bestëmmter Frequenz ze wielen ouni e wesentlechen Impakt op d'Mobilitéit.
D'Etude enthält déi folgend Aschränkungen.Direkt Messung vun der Nadelabweigung mat Randerkennung an Héichgeschwindegkeet Imaging (Figur 12) bedeit datt mir op optesch transparent Medien wéi Loft a Waasser limitéiert sinn.Mir wëllen och drop hiweisen datt mir keng Experimenter benotzt hunn fir déi simuléiert Transfermobilitéit ze testen a vice-versa, awer FEM Studien benotzt fir déi optimal Längt fir d'Nadelfabrikatioun ze bestëmmen.Wat d'praktesch Aschränkungen ugeet, ass d'Längt vun der Lancet vum Tipp op d'Hülse \(\ ongeféier) 0,4 cm méi laang wéi aner Nadelen (AX1-3), kuckt Fig.3b vun.Dëst kann d'modal Äntwert vum Nadeldesign beaflossen.Zousätzlech, kann d'Form an de Volume vun solder um Enn vun engem waveguide PIN (kuckt Figur 3) d'mechanesch Impedanz vun der PIN Design Afloss, Feeler an der mechanesch impedance a béien Verhalen aféieren.
Schlussendlech hu mir bewisen datt d'experimentell Schräggeometrie d'Quantitéit vun der Oflehnung am USeFNAB beaflosst.Wann eng gréisser Oflehnung e positiven Effekt op den Effekt vun der Nadel op Tissue hätt, sou wéi d'Effizienz vun der Ausschneiden nom Piercing, da kann e konventionell Lancet am USeFNAB empfohlen ginn, well et maximal Oflenkung ubitt, während adequat Steifheit vum strukturellen Tipp behalen..Ausserdeem huet eng rezent Etude35 gewisen datt méi grouss Tippablenkung biologesch Effekter wéi Kavitatioun verbesseren kann, wat zu der Entwécklung vu minimal invasiv chirurgeschen Uwendungen bäidroe kann.Virausgesat datt d'Erhéijung vun der totaler akustescher Kraaft gewise gouf fir d'Biopsie-Ausbezuelung am USeFNAB13 ze erhéijen, weider quantitativ Studien iwwer d'Ausbezuele vun der Probe a Qualitéit si gebraucht fir déi detailléiert klinesch Virdeeler vun der studéierter Nadelgeometrie ze evaluéieren.