Nature.com saytiga tashrif buyurganingiz uchun tashakkur.Siz cheklangan CSS-ni qo'llab-quvvatlaydigan brauzer versiyasidan foydalanmoqdasiz.Eng yaxshi tajriba uchun yangilangan brauzerdan foydalanishni tavsiya qilamiz (yoki Internet Explorer-da Moslik rejimini o'chirib qo'ying).Bundan tashqari, doimiy qo'llab-quvvatlashni ta'minlash uchun biz saytni uslublar va JavaScriptlarsiz ko'rsatamiz.
Bir vaqtning o'zida uchta slayddan iborat karuselni ko'rsatadi.Bir vaqtning o'zida uchta slayd bo'ylab harakatlanish uchun "Oldingi" va "Keyingi" tugmalaridan foydalaning yoki bir vaqtning o'zida uchta slayd bo'ylab harakatlanish uchun oxiridagi slayder tugmalaridan foydalaning.
Yaqinda ultratovushdan foydalanish an'anaviy ingichka igna aspiratsion biopsiya (FNAB) bilan solishtirganda ultratovush yordamida yaxshilangan nozik igna aspiratsiya biopsiyasida (USeFNAB) to'qimalarning hosildorligini oshirishi mumkinligini ko'rsatdi.Nishab geometriyasi va igna uchi harakati o'rtasidagi bog'liqlik hali tekshirilmagan.Ushbu tadqiqotda biz igna rezonansi va burilish amplitudasining xususiyatlarini har xil uzunlikdagi turli igna burchak geometriyalari uchun tekshirdik.3,9 mm kesimli an'anaviy lansetdan foydalangan holda, uchi burilish quvvati koeffitsienti (DPR) havo va suvda mos ravishda 220 va 105 mkm / Vt edi.Bu havo va suvda mos ravishda 180 va 80 mkm/Vt DPRga erishgan eksasimmetrik 4 mm burchak uchidan yuqori.Ushbu tadqiqot turli xil kiritish vositalari kontekstida burchak geometriyasining egilish qattiqligi o'rtasidagi bog'liqlikning muhimligini ta'kidlaydi va shu tariqa, USEFNAB uchun muhim bo'lgan igna burchak geometriyasini o'zgartirish orqali teshilishdan keyin kesish harakatini nazorat qilish usullari haqida tushuncha berishi mumkin.Ilova masalalari.
Nozik igna aspiratsion biopsiya (FNAB) - bu anormallik shubha qilinganda to'qima namunasini olish uchun igna qo'llaniladigan usul1,2,3.Franseen tipidagi maslahatlar an'anaviy Lancet4 va Menghini5 maslahatlariga qaraganda yuqori diagnostika samaradorligini ta'minlashi ko'rsatilgan.Gistopatologiya uchun mos namuna olish ehtimolini oshirish uchun aksisimmetrik (ya'ni aylana) burchaklar ham taklif qilingan6.
Biopsiya paytida shubhali patologiyani aniqlash uchun teri va to'qimalarning qatlamlaridan igna o'tkaziladi.Oxirgi tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, ultratovush faollashuvi yumshoq to'qimalarga kirish uchun zarur bo'lgan teshilish kuchini kamaytirishi mumkin7,8,9,10.Igna burchagi geometriyasi igna o'zaro ta'sir kuchlariga ta'sir ko'rsatishi ko'rsatilgan, masalan, uzunroq burchaklar to'qimalarga kirish kuchlari 11 pastroq ekanligi ko'rsatilgan.Igna to'qima yuzasiga kirib borganidan so'ng, ya'ni ponksiyondan keyin ignaning kesish kuchi umumiy igna va to'qimalar o'zaro ta'sir kuchining 75% ni tashkil qilishi mumkin12.Ultratovush tekshiruvi (AQSh) ponksiyondan keyingi bosqichda diagnostik yumshoq to'qimalar biopsiyasi sifatini yaxshilashi ko'rsatildi13.Qattiq to'qimalardan namuna olish uchun suyak biopsiyasini yaxshilashning boshqa usullari ishlab chiqilgan14,15, ammo biopsiya sifatini yaxshilaydigan natijalar haqida xabar berilmagan.Bir qator tadqiqotlar, shuningdek, ultratovush qo'zg'aysan kuchlanishining ortishi bilan mexanik siljish ortadi16,17,18.Igna to'qimalarining o'zaro ta'sirida eksenel (uzunlamasına) statik kuchlarning ko'plab tadqiqotlari mavjud bo'lsa-da19,20, ultratovushli kuchaytirilgan FNAB (USeFNAB) da vaqtinchalik dinamika va igna burchak geometriyasi bo'yicha tadqiqotlar cheklangan.
Ushbu tadqiqotning maqsadi ultratovush chastotalarida igna egilishi bilan boshqariladigan igna uchi ta'siriga turli burchakli geometriyalarning ta'sirini o'rganish edi.Xususan, biz an'anaviy igna qiyalari (masalan, lansetlar), aksimetrik va assimetrik bir burchakli geometriyalar uchun ponksiyondan keyin igna uchining egilishiga qarshi vositaning ta'sirini o'rgandik (selektiv assimilyatsiya kabi turli maqsadlar uchun USeFNAB ignalarini ishlab chiqishni osonlashtirish uchun rasm. kirish yoki yumshoq to'qimalarning yadrolari.
Ushbu tadqiqotga turli burchak geometriyalari kiritilgan.(a) ISO 7864:201636 ga mos keladigan lansetlar, bu erda \(alfa\) - asosiy egilish burchagi, \(\teta\) - ikkilamchi burilish burchagi va \(\phi\) - ikkilamchi burilish burchagi. daraja , darajalarda (\(^\circ\)).(b) chiziqli assimetrik bir pog'onali pahlar (DIN 13097:201937da "standart" deb ataladi) va (c) chiziqli ekssimetrik (aylana) bir pog'onali pahlar.
Bizning yondashuvimiz birinchi navbatda an'anaviy lanset, aksisimmetrik va assimetrik bir bosqichli qiyalik geometriyalari uchun qiyalik bo'ylab egilish to'lqin uzunligining o'zgarishini modellashtirishdir.Keyin biz egilish burchagi va quvur uzunligining transport mexanizmining harakatchanligiga ta'sirini o'rganish uchun parametrik tadqiqotni hisoblab chiqdik.Bu igna prototipini tayyorlash uchun optimal uzunlikni aniqlash uchun amalga oshiriladi.Simulyatsiya asosida igna prototiplari yaratildi va ularning havo, suv va 10% (w/v) ballistik jelatindagi rezonansli harakati kuchlanishni aks ettirish koeffitsientini o'lchash va quvvat uzatish samaradorligini hisoblash orqali eksperimental ravishda tavsiflandi, undan ish chastotasi aniqlandi. belgilangan..Nihoyat, yuqori tezlikda tasvirlash havo va suvda igna uchidagi egilish to'lqinining og'ishini to'g'ridan-to'g'ri o'lchash va har bir egilish orqali uzatiladigan elektr quvvatini va AOK qilingan burilish quvvat faktorini (DPR) geometriyasini baholash uchun ishlatiladi. o'rta.
Shakl 2a da ko'rsatilganidek, 316 zanglamaydigan po'latdan yasalgan (Yang moduli 205) № 21 trubkadan (0,80 mm OD, 0,49 mm ID, 0,155 mm quvur devor qalinligi, standart devor ISO 9626:201621da ko'rsatilgan) foydalaning.\(\matn {GN/m}^{2}\), zichlik 8070 kg/m\(^{3}\), Puasson nisbati 0,275).
Bükme to'lqin uzunligini aniqlash va igna va chegara shartlarining chekli elementlar modeli (FEM) ni sozlash.(a) Nishab uzunligini (BL) va quvur uzunligini (TL) aniqlash.(b) ignani proksimal uchida qo'zg'atish, nuqtani burish va tezlikni o'lchash uchun harmonik nuqta kuchidan foydalangan holda uch o'lchovli (3D) chekli elementlar modeli (FEM) har uchiga (\( \tilde{u}_y\vec {j}\), \(\tilde{v}_y\vec {j}\)) mexanik transport harakatchanligini hisoblash uchun.\(\lambda _y\) vertikal kuch bilan bog'liq bo'lgan egilish to'lqin uzunligi sifatida aniqlanadi \(\tilde{F}_y\vec {j}\).(c) x va y o'qlari atrofida tortishish markazini, A ko'ndalang kesim maydonini va mos ravishda \(I_{xx}\) va \(I_{yy}\) inersiya momentlarini aniqlang.
Shaklda ko'rsatilganidek.2b,c, kesma maydoni A bo'lgan cheksiz (cheksiz) nur uchun va nurning ko'ndalang kesimining o'lchamiga nisbatan katta to'lqin uzunligida egilish (yoki egilish) faza tezligi \(c_{EI}\ ) 22 sifatida aniqlanadi:
Bu erda E - Young moduli (\(\text {N/m}^{2}\)), \(\omega _0 = 2\pi f_0\) qo'zg'alish burchak chastotasi (rad/s), bu erda \( f_0 \ ) - chiziqli chastota (1/s yoki Gts), I - qiziqish o'qi atrofidagi maydonning inersiya momenti \((\text {m}^{4})\) va \(m'=\ rho _0 A \) - uzunlik birligidagi massa (kg/m), bu erda \(\rho _0\) - zichlik \((\matn {kg/m}^{3})\) va A - xoch -nurning kesma maydoni (xy tekisligi) (\ (\ matn {m} ^ {2} \)).Bizning holatimizda qo'llaniladigan kuch vertikal y o'qiga parallel bo'lgani uchun, ya'ni \(\tilde{F}_y\vec {j}\), bizni faqat gorizontal x- atrofidagi maydonning inersiya momenti qiziqtiradi. eksa, ya'ni \(I_{xx} \), shuning uchun:
Cheklangan elementlar modeli (FEM) uchun sof garmonik siljish (m) qabul qilinadi, shuning uchun tezlanish (\(\text {m/s}^{2}\)) \(\qisman ^2 \vec) shaklida ifodalanadi. { u}/ \ qisman t^2 = -\omega ^2\vec {u}\), masalan \(\vec {u}(x, y, z, t) := u_x\vec {i} + u_y \vec {j }+ u_z\vec {k}\) fazoviy koordinatalarda aniqlangan uch o‘lchamli siljish vektoridir.Ikkinchisini COMSOL Multiphysics dasturiy ta'minot to'plamida (5.4-5.5 versiyalari, COMSOL Inc., Massachusets, AQSH) amalga oshirilishiga ko'ra, impuls balansi qonunining23 cheksiz deformatsiyalanadigan Lagranj shakli bilan almashtirilishi:
Bu erda \(\vec {\nabla}:= \frac{\partial}}{\qisman x}\vec {i} + \frac{\partial}}{\qisman y}\vec {j} + \frac{ \qisman }{\partial z}\vec {k}\) tenzor divergensiya operatori, \({\ underline{\sigma}}\) ikkinchi Piola-Kirchhoff kuchlanish tenzori (ikkinchi tartib, \(\ text) { N /m}^{2}\)) va \(\vec {F_V}:= F_{V_x}\vec {i}+ F_{V_y}\vec {j}+ F_{V_z}\vec { k} \) - har bir deformatsiyalanuvchi hajmning tana kuchining vektori (\(\text {N/m}^{3}\)) va \(e^{j\phi }\) - fazasi. tana kuchi, faza burchagi \(\ phi\) (rad) ga ega.Bizning holatda tananing hajm kuchi nolga teng bo'lib, bizning modelimiz geometrik chiziqlilikni va kichik sof elastik deformatsiyalarni qabul qiladi, ya'ni \({\underline{\varepsilon}}^{el} = {\underline{\varepsilon}}\ ), bu erda \({\underline{\varepsilon}}^{el}\) va \({\underline{\varepsilon}}\) - mos ravishda elastik deformatsiya va umumiy deformatsiya (ikkinchi tartib o'lchamsiz).Gukning konstitutsiyaviy izotropik elastiklik tenzori \(\pastki chiziq {\ ostiga chizilgan {C))\) Young moduli E(\(\text{N/m}^{2}\)) yordamida olinadi va Puasson nisbati v aniqlanadi, shuning uchun \ (\ tagiga chizilgan{\ ostiga chizilgan{C}}:=\pastga chizilgan{\ ostiga chizilgan{C}}(E,v)\) (toʻrtinchi tartib).Shunday qilib, stressni hisoblash \({\underline{\sigma}} := \underline{\underline{C}}:{\underline{\varepsilon}}\) bo'ladi.
Hisob-kitoblar element o'lchami \(\le\) 8 mkm bo'lgan 10 tugunli tetraedral elementlar bilan amalga oshirildi.Igna vakuumda modellashtirilgan va mexanik harakatchanlikni uzatish qiymati (ms-1 H-1) \(|\tilde{Y}_{v_yF_y}|= |\tilde{v}_y\vec { j} sifatida aniqlanadi. |/|\ tilde{F}_y\vec {j}|\)24, bu erda \(\tilde{v}_y\vec {j}\) - qo'l asbobining chiqish kompleks tezligi va \( \tilde{ F} _y\vec {j }\) 2b-rasmda ko'rsatilganidek, nayning proksimal uchida joylashgan murakkab harakatlantiruvchi kuchdir.Transmissiv mexanik harakatchanlik mos yozuvlar sifatida maksimal qiymatdan foydalangan holda desibellarda (dB) ifodalanadi, ya'ni \(20\log _{10} (|\tilde{Y}|/ |\tilde{Y}_{max}| )\ ), Barcha FEM tadqiqotlari 29,75 kHz chastotada o'tkazildi.
Igna dizayni (3-rasm) an'anaviy 21 kalibrli gipodermik ignadan iborat (katalog raqami: 4665643, Sterican\(^\circledR\), tashqi diametri 0,8 mm, uzunligi 120 mm, AISI dan tayyorlangan. xrom-nikel zanglamaydigan po'latdan 304., B. Braun Melsungen AG, Melsungen, Germaniya) tegishli uchi modifikatsiyasi bilan proksimal polipropilendan tayyorlangan plastik Luer Lock yengini joylashtirdi.Igna trubkasi 3b-rasmda ko'rsatilganidek, to'lqin o'tkazgichga lehimlanadi.To'lqin qo'llanma zanglamaydigan po'latdan 3D printerda chop etilgan (EOS Stainless Steel 316L EOS M 290 3D printerda, 3D Formtech Oy, Jyväskylä, Finlyandiya) va keyin M4 murvatlari yordamida Langevin sensoriga biriktirilgan.Langevin transduseri har bir uchida ikkita vaznga ega bo'lgan 8 ta piezoelektrik halqa elementlaridan iborat.
To'rt turdagi maslahatlar (rasmda), sotuvda mavjud bo'lgan lanset (L) va uchta ishlab chiqarilgan eksensimetrik bir bosqichli burchaklar (AX1-3) mos ravishda 4, 1,2 va 0,5 mm uzunlikdagi burchak uzunligi (BL) bilan tavsiflangan.(a) Tayyor igna uchining yaqindan ko'rinishi.(b) 3D bosilgan to'lqin qo'llanmasiga lehimlangan va M4 murvatlari bilan Langevin sensoriga ulangan to'rtta pinning yuqori ko'rinishi.
Uch eksasimmetrik qiyshiq uchlari (3-rasm) (TAs Machine Tools Oy) 4,0, 1,2 va 0,5 mm uzunlikdagi (BL, 2a-rasmda aniqlangan) \(\taxminan\) 2\ (^\) ga mos keladigan burchak uzunligi bilan ishlab chiqarilgan. circ\), 7\(^\circ\) va 18\(^\circ\).To'lqin o'tkazgich va stilus og'irliklari mos ravishda L va AX1–3 burchaklari uchun 3,4 ± 0,017 g (o'rtacha ± SD, n = 4) ni tashkil qiladi (Quintix\(^\circledR\) 224 Design 2, Sartorius AG, Göttingen, Germaniya).Igna uchidan plastik gilzaning oxirigacha bo'lgan umumiy uzunlik 3b-rasmdagi L va AX1-3 burchagi uchun mos ravishda 13,7, 13,3, 13,3, 13,3 sm.
Barcha igna konfiguratsiyalari uchun igna uchidan to'lqin o'tkazgich uchigacha bo'lgan uzunlik (ya'ni, lehim maydoni) 4,3 sm ni tashkil qiladi va igna trubkasi burchak yuqoriga qaragan (ya'ni, Y o'qiga parallel) yo'naltirilgan. ).), kabi (2-rasm).
Kompyuterda (Latitude 7490, Dell Inc., Texas, AQSh) ishlaydigan MATLAB (R2019a, The MathWorks Inc., Massachusets, AQSh) maxsus skripti 7 soniyada 25 dan 35 kHz gacha chiziqli sinusoidal siljishni yaratish uchun ishlatilgan, raqamli-analog (DA) konvertori (Analog Discovery 2, Digilent Inc., Vashington, AQSh) tomonidan analog signalga aylantirildi.Analog signal \(V_0\) (0,5 Vp-p) keyin maxsus radiochastota (RF) kuchaytirgich bilan kuchaytirildi (Mariachi Oy, Turku, Finlyandiya).Kuchaytiruvchi kuchlanish \({V_I}\) chiqish empedansi 50 \(\Omega\) bo'lgan RF kuchaytirgichdan kirish empedansi 50 \(\Omega)\) bo'lgan igna konstruktsiyasiga o'rnatilgan transformatorga chiqariladi. Mexanik to'lqinlarni hosil qilish uchun Langevin transduserlari (old va orqa ko'p qatlamli piezoelektrik transduserlar, massa bilan yuklangan) ishlatiladi.Maxsus chastota kuchaytirgichi ikki kanalli doimiy to‘lqin quvvat faktori (SWR) o‘lchagich bilan jihozlangan bo‘lib, u hodisa \({V_I}\) va aks ettirilgan kuchaytirilgan kuchlanish \(V_R\) ni 300 kHz analog-raqamli (AD) orqali aniqlay oladi. ) konvertor (Analog Discovery 2).Kuchaytirgich kirishini vaqtinchalik jarayonlar bilan haddan tashqari yuklashni oldini olish uchun qo'zg'alish signali boshida va oxirida amplituda modulyatsiya qilinadi.
MATLABda amalga oshirilgan maxsus skript yordamida chastotaga javob berish funktsiyasi (AFC), ya'ni chiziqli statsionar tizimni nazarda tutadi.Bundan tashqari, signaldan kiruvchi chastotalarni olib tashlash uchun 20 dan 40 kHz gacha bo'lgan tarmoqli o'tish filtrini qo'llang.Elektr uzatish liniyalari nazariyasiga murojaat qiladigan bo'lsak, \(\tilde{H}(f)\) bu holda kuchlanishni aks ettirish koeffitsientiga ekvivalent, ya'ni \(\rho _{V} \equiv {V_R}/{V_I} \)26 .Chunki \(Z_0\) kuchaytirgichning chiqish empedansi konvertorning o'rnatilgan transformatorining kirish empedansiga to'g'ri keladi va \({P_R}/{P_I}\) elektr quvvatining aks ettirish koeffitsienti \ ga kamayadi. ({V_R }^ 2/{V_I}^2\ ), u holda \(|\rho _{V}|^2\).Elektr quvvatining mutlaq qiymati zarur bo'lgan taqdirda, mos keladigan kuchlanishning o'rtacha kvadrat (rms) qiymatini olib, hodisa \(P_I\) va aks ettirilgan \(P_R\) quvvatini (Vt) hisoblang, masalan, sinusoidal qo'zg'alish bilan uzatish liniyasi uchun, \(P = {V}^2/(2Z_0)\)26, bu erda \(Z_0\) 50 \(\Omega\) ga teng.Yukga etkazib beriladigan elektr quvvati \(P_T\) (ya'ni kiritilgan muhit) \(|P_I – P_R |\) (W RMS) sifatida hisoblanishi va quvvat uzatish samaradorligi (PTE) sifatida aniqlanishi va ifodalanishi mumkin. foiz (%) shunday qilib 27 ni beradi:
Chastota javobi keyinchalik stilus dizaynining modal chastotalarini \(f_{1-3}\) (kHz) va mos keladigan quvvat uzatish samaradorligini baholash uchun ishlatiladi, \(\text {PTE}_{1{-}3} \ ).FWHM (\(\text {FWHM}_{1{-}3}\), Hz) bevosita \(\text {PTE}_{1{-}3}\), 1-jadvaldan taxmin qilinadi chastotalar \(f_{1-3}\) da tasvirlangan.
Asikulyar strukturaning chastotali javobini (AFC) o'lchash usuli.Ikki kanalli sinus o'lchovi25,38 chastota javob funksiyasi \(\tilde{H}(f)\) va uning impuls javobi H(t) olish uchun ishlatiladi.\({\mathcal {F}}\) va \({\mathcal {F}}^{-1}\) mos ravishda sonli kesilgan Furye transformatsiyasini va teskari aylantirish amalini bildiradi.\(\tilde{G}(f)\) ikki signal chastota domenida koʻpaytirilishini bildiradi, masalan, \(\tilde{G}_{XrX}\) teskari skanerlashni bildiradi\(\tilde{X} r( f) )\) va kuchlanishning pasayishi signali \(\tilde{X}(f)\).
Shaklda ko'rsatilganidek.5, yuqori tezlikdagi kamera (Phantom V1612, Vision Research Inc., Nyu-Jersi, AQSh) so'l linzalari bilan jihozlangan (MP-E 65mm, \(f)/2.8, 1-5 \ (\times\), Canon Inc. .., Tokio, Yaponiya) 27,5-30 kHz chastotada egiluvchan qo'zg'alish (bitta chastota, uzluksiz sinusoid) ta'sirida igna uchining burilishini qayd qilish uchun ishlatilgan.Soya xaritasini yaratish uchun yuqori zichlikdagi oq LEDning sovutilgan elementi (qism raqami: 4052899910881, White Led, 3000 K, 4150 lm, Osram Opto Semiconductors GmbH, Regensburg, Germaniya) igna qirrasi orqasida joylashtirilgan.
Eksperimental o'rnatishning oldingi ko'rinishi.Chuqurlik media yuzasidan o'lchanadi.Igna tuzilishi qisqich bilan mahkamlanadi va motorli uzatish stoliga o'rnatiladi.Egri uchining egilishini o'lchash uchun yuqori kattalashtirish linzali (5\(\ marta\)) yuqori tezlikdagi kameradan foydalaning.Barcha o'lchamlar millimetrda.
Har bir igna burchagi uchun biz 128 \(\ x\) 128 pikselli, har biri 1/180 mm (\(\taxminan) 5 mkm) fazoviy o'lchamlari bo'lgan, vaqtinchalik o'lchamlari bilan 300 ta yuqori tezlikda kamerani yozib oldik. soniyasiga 310 000 kadr.6-rasmda ko'rsatilganidek, har bir ramka (1) uchi ramkaning oxirgi satrida (pastki) bo'lishi uchun kesiladi (2), so'ngra tasvirning gistogrammasi (3) hisoblanadi, shuning uchun Canny 1 va 2 aniqlanishi mumkin.Keyin Sobel operatori 3 \(\times\) 3 yordamida Canny28(4) chekka aniqlashni qo'llang va barcha 300 martalik qadamlar uchun kavitatsion bo'lmagan gipotenuzaning (\(\mathbf {\times }\) etiketli) piksel o'rnini hisoblang. .Oxirida burilish oralig'ini aniqlash uchun hosila hisoblab chiqiladi (markaziy farq algoritmidan foydalangan holda) (6) va og'ishning (7) mahalliy ekstremasini (ya'ni cho'qqisini) o'z ichiga olgan ramka aniqlanadi.Kavitatsiyalanmagan qirrani vizual tekshirgandan so'ng, bir juft ramka (yoki yarim vaqt oralig'ida ajratilgan ikkita ramka) (7) tanlandi va uchining egilishi o'lchandi (yorliqli \(\mathbf {\times} \ ) Yuqorida aytilganlar amalga oshirildi. Python da (v3.8, Python Software Foundation, python.org) OpenCV Canny chekka aniqlash algoritmi (v4.5.1, ochiq manbali kompyuter ko‘rish kutubxonasi, opencv.org) yordamida. elektr quvvati \ (P_T \) (Vt, rms) .
Maslahatning burilishi 7 bosqichli algoritm (1-7) yordamida 310 kHz chastotada yuqori tezlikda ishlaydigan kameradan olingan bir qator kadrlar yordamida o'lchandi, jumladan ramkalash (1-2), Canny chekkasini aniqlash (3-4), piksel joylashuvi chekkasi. hisoblash (5) va ularning vaqt hosilalari (6) va nihoyat cho'qqidan cho'qqiga uchi og'ishi vizual tekshirilgan juft ramkalarda (7) o'lchandi.
O'lchovlar havoda (22,4-22,9 ° C), deionizatsiyalangan suvda (20,8-21,5 ° C) va ballistik jelatin 10% (w/v) (19,7-23,0 ° C, \(\text {Honeywell}^{ \text)da o'tkazildi. { TM}}\) \(\text {Fluka}^{\text {TM}}\) I turdagi ballistik tahlil uchun qoramol va cho‘chqa suyagi jelatini, Honeywell International, Shimoliy Karolina, AQSh).Harorat K tipidagi termojuft kuchaytirgichi (AD595, Analog Devices Inc., MA, AQSh) va K tipidagi termojuft (Fluke 80PK-1 Bead Probe No. 3648 type-K, Fluke Corporation, Vashington, AQSh) bilan o'lchandi.O'rtadan chuqurlik sirtdan (Z o'qining kelib chiqishi sifatida belgilangan) vertikal motorli Z o'qi bosqichi (8MT50-100BS1-XYZ, Standa Ltd., Vilnyus, Litva) yordamida 5 mkm ruxsatda o'lchandi.qadam uchun.
Namuna hajmi kichik (n = 5) va normallikni qabul qilib bo'lmagani uchun, ikki namunali ikki dumli Wilcoxon darajali yig'indisi testi (R, v4.0.3, R Foundation for Statistical Computing, r-project .org) ishlatilgan. turli burchaklar uchun igna uchi variatsiyasi miqdorini solishtirish.Nishab uchun 3 ta taqqoslash mavjud edi, shuning uchun Bonferroni tuzatish 0,017 ahamiyatlilik darajasi va 5% xatolik darajasi bilan qo'llanildi.
Keling, 7-rasmga murojaat qilaylik.29,75 kHz chastotada 21 kalibrli ignaning egilish yarim to'lqini (\(\ lambda_y/2\)) \(\taxminan) 8 mm.Biror kishi uchiga yaqinlashganda, egilish to'lqin uzunligi qiya burchak bo'ylab kamayadi.Uchida \(\lambda _y/2\) \(\taxminan\) bitta ignaning odatiy lanceolate (a), assimetrik (b) va eksensimetrik (c) moyilligi uchun 3, 1 va 7 mm qadamlar mavjud. , mos ravishda.Demak, bu lansetning diapazoni \(\taxminan) 5 mm (lansetaning ikki tekisligi bitta nuqta hosil qilganligi sababli29,30), assimetrik qirrasi 7 mm, assimetrik qirrasi 1 ga teng ekanligini bildiradi. mm.Eksensimetrik qiyaliklar (og'irlik markazi doimiy bo'lib qoladi, shuning uchun faqat quvur devorining qalinligi qiyalik bo'ylab o'zgaradi).
FEM tadqiqotlari va 29,75 kHz chastotada tenglamalarni qo'llash.(1) lanset (a), assimetrik (b) va o‘q-simmetrik (c) burchakli geometriyalar uchun (\(\lambda_y/2\)) egilish yarim to‘lqinining o‘zgarishini hisoblashda (1a,b,c-rasmdagi kabi) ).Lanset, assimetrik va ekssimetrik burchaklarning o'rtacha qiymati \(\lambda_y/2\) mos ravishda 5,65, 5,17 va 7,52 mm ni tashkil etdi.Esda tutingki, assimetrik va aksimetrik burchaklar uchun uchi qalinligi \(\taxminan) 50 mkm bilan cheklangan.
Maksimal harakatchanlik \(|\tilde{Y}_{v_yF_y}|\) quvur uzunligi (TL) va qirra uzunligi (BL) ning optimal birikmasidir (8, 9-rasm).An'anaviy lanset uchun uning o'lchami sobit bo'lgani uchun optimal TL \(\taxminan) 29,1 mm (8-rasm).Asimmetrik va aksimetrik burchaklar uchun (9a, b, mos ravishda) FEM tadqiqotlari BL 1 dan 7 mm gacha bo'lgan, shuning uchun optimal TL 26,9 dan 28,7 mm gacha (1,8 mm diapazon) va 27,9 dan 29 ,2 mm gacha (diapazon) edi. mos ravishda 1,3 mm).Asimmetrik nishab uchun (9a-rasm) optimal TL chiziqli ravishda oshdi, BL 4 mm da platoga yetdi va keyin BL 5 dan 7 mm gacha keskin kamaydi.Eksensimetrik burchak uchun (9b-rasm) optimal TL BL ortishi bilan chiziqli ravishda oshdi va nihoyat BL da 6 dan 7 mm gacha barqarorlashdi.Eksensimetrik egilishni kengaytirilgan o'rganish (9c-rasm) \(\taxminan) 35,1-37,1 mm oralig'ida optimal TLlarning boshqa to'plamini aniqladi.Barcha BLlar uchun ikkita eng yaxshi TL orasidagi masofa \(\taxminan\) 8mm (\(\lambda_y/2\) ga ekvivalent).
Lancet uzatish mobilligi 29,75 kHz.Igna 29,75 kHz chastotada moslashuvchan tarzda qo'zg'atildi va tebranish igna uchida o'lchandi va 26,5-29,5 mm (0,1 mm qadamlarda) uzatiladigan mexanik harakatchanlik miqdori (maksimal qiymatga nisbatan dB) sifatida ifodalandi. .
29,75 kHz chastotada FEM ning parametrik tadqiqotlari shuni ko'rsatadiki, aksimetrik uchining uzatish harakatchanligi uning assimetrik analogiga qaraganda trubaning uzunligi o'zgarishidan kamroq ta'sir qiladi.FEM yordamida chastota domenini o'rganishda assimetrik (a) va aksisimmetrik (b, c) qiyshiq geometriyalarning qirra uzunligi (BL) va quvur uzunligi (TL) tadqiqotlari (chegara shartlari 2-rasmda ko'rsatilgan).(a, b) TL 26,5 dan 29,5 mm gacha (0,1 mm qadam) va BL 1-7 mm (0,5 mm qadam).(c) 25–40 mm TL (0,05 mm qadamda) va BL 0,1–7 mm (0,1 mm qadamda) o'z ichiga olgan kengaytirilgan eksensimetrik egilish tadqiqotlari \(\lambda_y/2\) uchi talablariga javob berishi kerakligini ko'rsatadi.harakatlanuvchi chegara shartlari.
Igna konfiguratsiyasi 1-jadvalda ko'rsatilganidek, past, o'rta va yuqori rejim hududlariga bo'lingan uchta xos chastotaga ega \(f_{1-3}\).10 va keyin 11-rasmda tahlil qilingan. Quyida har bir modal soha uchun topilmalar keltirilgan:
Odatda qayd etilgan lahzali quvvat uzatish samaradorligi (PTE) amplitudalari 20 mm chuqurlikdagi havoda, suvda va jelatinda lanset (L) va eksasimmetrik burchakli AX1-3 uchun supurilgan chastotali sinusoidal qo'zg'alish bilan olingan.Bir tomonlama spektrlar ko'rsatilgan.O'lchangan chastotali javob (300 kHzda namuna olingan) past chastotali filtrdan o'tkazildi va keyin modal tahlil uchun 200 faktorga qisqartirildi.Signal-shovqin nisbati \(\le\) 45 dB.PTE fazalari (binafsha nuqtali chiziqlar) darajalarda ko'rsatilgan (\(^{\circ}\)).
Modal javob tahlili (o'rtacha ± standart og'ish, n = 5) 10-rasmda ko'rsatilgan, L va AX1-3 qiyaliklari uchun havoda, suvda va 10% jelatinda (chuqurligi 20 mm), (yuqorida) uchta modal mintaqa bilan ( past, o'rta va yuqori) va ularga mos keladigan modal chastotalar\(f_{1-3 }\) (kHz), (o'rtacha) energiya samaradorligi \(\text {PTE}_{1{-}3}\) Ekvivalentlar yordamida hisoblangan .(4) va (pastki) to'liq kenglik yarmi maksimal o'lchovlarda mos ravishda \(\text {FWHM}_{1{-}3}\) (Hz).E'tibor bering, past PTE qayd etilganda tarmoqli kengligi o'lchovi o'tkazib yuborilgan, ya'ni AX2 qiyaligida \(\text {FWHM}_{1}\).Nishab burilishlarini solishtirish uchun \(f_2\) rejimi eng mos deb topildi, chunki u quvvat uzatish samaradorligining eng yuqori darajasini ko'rsatdi (\(\text {PTE}_{2}\)), 99% gacha.
Birinchi modal mintaqa: \(f_1\) kiritilgan muhit turiga ko'p bog'liq emas, lekin qiyalik geometriyasiga bog'liq.\(f_1\) qiya uzunligining kamayishi bilan kamayadi (AX1-3 uchun havoda mos ravishda 27,1, 26,2 va 25,9 kHz).Mintaqaviy o'rtacha qiymatlar \(\text {PTE}_{1}\) va \(\text {FWHM}_{1}\) mos ravishda \(\taxminan\) 81% va 230 Gts.\(\text {FWHM}_{1}\) Lancetdagi eng yuqori jelatin tarkibiga ega (L, 473 Gts).Esda tutingki, jelatindagi \(\text {FWHM}_{1}\) AX2 past qayd etilgan FRF amplitudasi tufayli baholanmaydi.
Ikkinchi modal hudud: \(f_2\) kiritilgan media turiga va burchakka bog'liq.O'rtacha qiymatlar \(f_2\) havoda, suvda va jelatinda mos ravishda 29,1, 27,9 va 28,5 kHz.Ushbu modal mintaqa, shuningdek, 99% yuqori PTE ko'rsatdi, bu o'lchangan har qanday guruhning eng yuqori ko'rsatkichi, mintaqaviy o'rtacha 84%.\(\text {FWHM}_{2}\) mintaqaviy oʻrtacha \(\taxminan\) 910 Gts ga ega.
Uchinchi rejim hududi: chastota \(f_3\) media turiga va burchakka bog'liq.O'rtacha \(f_3\) qiymatlari havo, suv va jelatinda mos ravishda 32,0, 31,0 va 31,3 kHz.\(\text {PTE}_{3}\) mintaqaviy oʻrtacha koʻrsatkich \(\taxminan\) 74% ni tashkil etdi, bu har qanday mintaqaning eng pasti.Mintaqaviy o'rtacha \(\matn {FWHM}_{3}\) \(\taxminan\) 1085 Hz, bu birinchi va ikkinchi hududlardan yuqori.
Quyidagi rasmga ishora qiladi.12 va 2-jadval. Lanset (L) havoda ham, suvda ham (barcha uchlari uchun katta ahamiyatga ega, \(p<\) 0,017) eng yuqori DPRga (220 mkm/gacha) erishgan (12a-rasm) havoda W). 12 va 2-jadval. Lanset (L) havoda ham, suvda ham (barcha uchlari uchun katta ahamiyatga ega, \(p<\) 0,017) eng yuqori DPRga (220 mkm/gacha) erishgan (12a-rasm) havoda W). Sleduyuschee otnositsya k risunku 12 va tablitse 2. Lanset (L) otklonyalsya kattaroq (s vysokoy znachimostyu uchun vseh nakonechnikov, \(p<\) 0,017) kak v vozduhe, tak i v vode (ris. PR 12), do'st. . Quyidagilar 12-rasm va 2-jadvalga taalluqlidir. Lancet (L) havoda ham, suvda ham (barcha maslahatlar uchun yuqori ahamiyatga ega, \(p<\) 0,017) eng yuqori DPRga erishgan holda (12a-rasm).(havoda 220 mkm/Vt gacha).Smt.Quyidagi 12-rasm va 2-jadval.柳叶 刀 (l) ↓ € rǒng shǒu àixi (\ ③ ④ \ ③ ④ (p <\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ ③ ④ 220 mkm ④ 220 mkm / w).língjín (L) havo va suvda eng yuqori burilishga ega (kàngàngíngíngíngíngyín, \(p<\) 0,017) (kí12a) va eng yuqori DPRga erishdi (220 mkm/Vt gacha). havo). Lanset (L) otklonyalsya kattaroq (vysoka znachimost dlya vseh nakonechnikov, \(p<\) 0,017) v vozduhe i vode (ris. 12a), dostigaya naibolshego DPR (220 mkm/Vt v vozduhe). Lancet (L) havoda va suvda (barcha uchlar uchun katta ahamiyatga ega, \(p<\) 0,017) eng yuqori DPRga (havoda 220 mkm/Vt gacha) erishdi (12a-rasm). Havoda BL darajasi yuqori bo‘lgan AX1 AX2–3 dan yuqoriroq burildi (ahamiyatli, \(p<\) 0,017), AX3 (eng past BLga ega) esa 190 mkm/Vt DPR bilan AX2 dan ko‘proq og‘ishdi. Havoda BL darajasi yuqori bo‘lgan AX1 AX2–3 dan yuqoriroq burildi (ahamiyatli, \(p<\) 0,017), AX3 (eng past BLga ega) esa 190 mkm/Vt DPR bilan AX2 dan ko‘proq og‘ishdi. V vozduhe AX1 s bolee vysokim BL otklonyalsya yuqori, chem AX2–3 (so znachimostyu \(p<\) 0,017), togda qanday AX3 (s samym nizkim BL) otklonyalsya katta, chem AX2 s DPR 190 mkm/Vt. Havoda BL darajasi yuqori boʻlgan AX1 AX2–3ʼdan yuqoriroq ogʻishdi (ahamiyati \(p<\) 0,017), AX3 (eng past BL bilan) esa DPR 190 mkm/Vt bilan AX2ʼdan koʻproq ogʻishdi.líííííííí, íàngíííííbíbl línAX1 líAX2-3 língíngíngíníníníníníníníníníníníní,\(p<\) 0.017fínglínglínblínblínbnglínbnglínbl yàngàngìAX2，DPR yàn 190 mkm/Vt . Havoda yuqori BL bilan AX1 ning og'ishi AX2-3 dan yuqori (sezilarli darajada, \(p<\) 0,017) va AX3 ning og'ishi (eng past BL bilan) AX2 dan katta, DPR 190 ga teng. mkm/Vt. V vozduhe AX1 s bolee vysokim BL otklonyaetsya katta, chem AX2-3 (znachimo, \(p<\) 0,017), togda kak AX3 (s samym nizkim BL) otklonyaetsya katta, chem AX2 s DPR 190 mkm/Vt. Havoda BL yuqori boʻlgan AX1 AX2-3 dan koʻproq (sezilarli, \(p<\) 0,017), AX3 (eng past BL bilan) esa DPR 190 mkm/Vt bilan AX2 dan koʻproq ogʻadi.20 mm suvda burilish va PTE AX1-3 sezilarli darajada farq qilmadi (\(p>\) 0,017).Suvdagi PTE darajasi (90,2-98,4%) odatda havodagidan (56-77,5%) yuqori edi (12c-rasm) va suvdagi tajriba davomida kavitatsiya hodisasi qayd etilgan (13-rasm, shuningdek, qo'shimcha ma'lumotga qarang). ma `lumot).
Havoda va suvda (20 mm chuqurlik) L va AX1-3 burchaklari uchun o'lchangan uchi egilish miqdori (o'rtacha ± SD, n = 5) burchakning geometriyasini o'zgartirish ta'sirini ko'rsatadi.O'lchovlar doimiy yagona chastotali sinusoidal qo'zg'alish yordamida olingan.(a) Tepadan tepaga og'ish (\(u_y\vec {j}\)) uchida, (b) tegishli modal chastotalarda \(f_2\) da o'lchanadi.(c) tenglamaning quvvat uzatish samaradorligi (PTE, RMS, %).(4) va (d) burilish quvvati koeffitsienti (DPR, mkm/Vt) eng yuqoridan tepaga og'ish va uzatiladigan elektr quvvati \(P_T\) (Wrms) sifatida hisoblanadi.
Yarim sikl davomida suvdagi (20 mm chuqurlik) lanset (L) va eksasimmetrik uchining (AX1–3) cho‘qqidan cho‘qqigacha og‘ishini (yashil va qizil nuqtali chiziqlar) ko‘rsatadigan odatiy yuqori tezlikdagi kamera soya syujeti.sikl, qo'zg'alish chastotasida \(f_2\) (namuna olish chastotasi 310 kHz).Olingan kul rangdagi tasvirning oʻlchami 128×128 piksel va piksel oʻlchami \(\taxminan\) 5 mkm.Videoni qo'shimcha ma'lumotda topishingiz mumkin.
Shunday qilib, biz egilish to'lqin uzunligining o'zgarishini modellashtirdik (7-rasm) va geometrik shakllarning an'anaviy lanset, assimetrik va eksensimetrik pahlar uchun quvur uzunligi va pahning kombinatsiyasi (8, 9-rasm) uchun uzatiladigan mexanik harakatchanlikni hisoblab chiqdik.Ikkinchisiga asoslanib, biz 5-rasmda ko'rsatilganidek, biz uchdan payvand chokigacha bo'lgan optimal masofani 43 mm (yoki \(\taxminan) 2,75\(\lambda _y\) 29,75 kHz) deb hisobladik va Uch eksa simmetrik qildik. turli uzunlikdagi burchaklar.Keyin biz an'anaviy lansetlarga (10, 11-rasmlar) nisbatan havo, suv va 10% (w/v) ballistik jelatindagi chastotali xatti-harakatlarini tavsifladik va egilishning egilishini taqqoslash uchun eng mos rejimni aniqladik.Nihoyat, biz 20 mm chuqurlikdagi havo va suvdagi to'lqinni egish orqali uchining burilishini o'lchadik va har bir burchak uchun kiritish muhitining quvvat uzatish samaradorligini (PTE, %) va og'ish quvvat omilini (DPR, mkm / Vt) aniqladik.burchak turi (12-rasm).
Igna burchagi geometriyasi igna uchining egilish miqdoriga ta'sir qilishi ko'rsatilgan.Lanset eng yuqori burilish va eng yuqori DPRga erishdi, o'rtacha og'ish pastroq bo'lgan ekssimetrik burchakka nisbatan (12-rasm).Eng uzun burchakka ega bo'lgan 4 mm eksasimmetrik burchak (AX1) boshqa ekssimetrik ignalar (AX2-3) bilan solishtirganda havoda statistik jihatdan muhim maksimal burilishga erishdi (\(p <0,017\), 2-jadval), lekin sezilarli farq yo'q edi. .igna suvga solinganida kuzatiladi.Shunday qilib, uchida eng yuqori burilish nuqtai nazaridan uzunroq burchak uzunligiga ega bo'lishning aniq afzalligi yo'q.Shuni hisobga olgan holda, ushbu tadqiqotda o'rganilgan burchak geometriyasi og'ishning uzunligiga qaraganda ko'proq ta'sir qiladi.Bu, masalan, egilgan materialning umumiy qalinligi va igna dizayniga qarab, egilishning qattiqligidan kelib chiqishi mumkin.
Eksperimental tadqiqotlarda aks ettirilgan egiluvchan to'lqinning kattaligiga uchining chegara shartlari ta'sir qiladi.Igna uchi suv va jelatinga kiritilganda, \(\matn {PTE}_{2}\) \(\taxminan\) 95% va \(\matn {PTE}_{ 2}\) \ (\text {PTE}_{ 2}\) qiymatlar (\text {PTE}_{1}\) va \(\text {PTE}_{3}\) uchun 73% va 77% ni tashkil qiladi. mos ravishda (11-rasm).Bu akustik energiyaning quyma muhitga, ya'ni suv yoki jelatinga maksimal o'tishi \(f_2\) da sodir bo'lishini ko'rsatadi.Shunga o'xshash xatti-harakatlar avvalgi tadqiqotda31 41-43 kHz chastota diapazonida oddiyroq qurilma konfiguratsiyasi yordamida kuzatilgan bo'lib, unda mualliflar kuchlanishni aks ettirish koeffitsientining ichki muhitning mexanik moduliga bog'liqligini ko'rsatdilar.Penetratsiya chuqurligi32 va to'qimalarning mexanik xususiyatlari igna ustida mexanik yukni ta'minlaydi va shuning uchun UZEFNABning rezonans harakatiga ta'sir qilishi kutiladi.Shunday qilib, rezonansni kuzatish algoritmlari (masalan, 17, 18, 33) igna orqali etkazib beriladigan akustik quvvatni optimallashtirish uchun ishlatilishi mumkin.
Bükme to'lqin uzunliklarida simulyatsiya (7-rasm) aksimetrik uchi lanset va assimetrik burchakka qaraganda strukturaviy jihatdan qattiqroq (ya'ni, egilishda qattiqroq) ekanligini ko'rsatadi.(1) ga asoslanib va ma'lum tezlik-chastota munosabatidan foydalanib, biz igna uchidagi egilish qattiqligini lanset, assimetrik va eksenel qiya tekisliklar uchun mos ravishda \(\taxminan\) 200, 20 va 1500 MPa deb baholaymiz.Bu 29,75 kHz chastotada mos ravishda 5,3, 1,7 va 14,2 mm ning \(\lambda_y\) ga mos keladi (7a-c-rasm).USeFNAB paytida klinik xavfsizlikni hisobga olgan holda, geometriyaning eğimli tekislikning struktura qattiqligiga ta'sirini baholash kerak34.
Quvur uzunligiga (9-rasm) nisbiy burchak parametrlarini o'rganish shuni ko'rsatdiki, optimal uzatish diapazoni assimetrik burchakka (1,8 mm) aksimetrik burchakka (1,3 mm) nisbatan yuqoriroqdir.Bundan tashqari, harakatchanlik mos ravishda \(\taxminan) 4 dan 4,5 mm gacha va 6 dan 7 mm gacha bo'lgan assimetrik va ekssimetrik egilishlar uchun barqarordir (9a, b-rasm).Ushbu kashfiyotning amaliy ahamiyati ishlab chiqarish tolerantliklarida ifodalanadi, masalan, optimal TL ning pastroq diapazoni kattaroq uzunlik aniqligi talab qilinishini anglatishi mumkin.Shu bilan birga, harakatchanlik platosi harakatchanlikka sezilarli ta'sir ko'rsatmasdan, ma'lum bir chastotada cho'kish uzunligini tanlash uchun ko'proq tolerantlikni ta'minlaydi.
Tadqiqot quyidagi cheklovlarni o'z ichiga oladi.Kenarni aniqlash va yuqori tezlikda tasvirlash (12-rasm) yordamida igna burilishlarini to'g'ridan-to'g'ri o'lchash biz havo va suv kabi optik shaffof vositalar bilan chegaralanganimizni anglatadi.Shuni ham ta'kidlashni istardikki, biz simulyatsiya qilingan uzatish harakatchanligini sinab ko'rish uchun tajribalardan foydalanmadik va aksincha, igna ishlab chiqarish uchun optimal uzunlikni aniqlash uchun FEM tadqiqotlaridan foydalandik.Amaliy cheklovlarga kelsak, lansetning uchidan yenggacha bo'lgan uzunligi boshqa ignalarga qaraganda \(\taxminan) 0,4 sm uzunroq (AX1-3), rasmga qarang.3b.Bu igna dizaynining modal javobiga ta'sir qilishi mumkin.Bunga qo'shimcha ravishda, to'lqin qo'llanmasi pinining oxiridagi lehimning shakli va hajmi (3-rasmga qarang) pin dizaynining mexanik empedansiga ta'sir qilishi mumkin, bu mexanik empedans va bükme xatti-harakatlarida xatolarga olib kelishi mumkin.
Nihoyat, biz eksperimental burchak geometriyasi USeFNAB-dagi burilish miqdoriga ta'sir qilishini ko'rsatdik.Agar kattaroq og'ish ignaning to'qimalarga ta'siriga ijobiy ta'sir ko'rsatsa, masalan, pirsingdan keyin kesish samaradorligi, u holda USeFNABda an'anaviy lanset tavsiya etilishi mumkin, chunki u struktura uchining etarli darajada qattiqligini saqlab, maksimal burilishni ta'minlaydi..Bundan tashqari, yaqinda o'tkazilgan tadqiqot35 shuni ko'rsatdiki, uchining kattaroq egilishi kavitatsiya kabi biologik ta'sirlarni kuchaytirishi mumkin, bu esa minimal invaziv jarrohlik ilovalarini ishlab chiqishga yordam beradi.Umumiy akustik quvvatni oshirish USeFNAB13 da biopsiya sonini oshirishi ko'rsatilganligini hisobga olsak, o'rganilayotgan igna geometriyasining batafsil klinik afzalliklarini baholash uchun namuna miqdori va sifati bo'yicha keyingi miqdoriy tadqiqotlar zarur.
Yuborilgan vaqt: 2023 yil 06-yanvar