Σας ευχαριστούμε που επισκεφτήκατε το Nature.com.Χρησιμοποιείτε μια έκδοση προγράμματος περιήγησης με περιορισμένη υποστήριξη CSS.Για την καλύτερη εμπειρία, συνιστούμε να χρησιμοποιήσετε ένα ενημερωμένο πρόγραμμα περιήγησης (ή να απενεργοποιήσετε τη λειτουργία συμβατότητας στον Internet Explorer).Επιπλέον, για να διασφαλίσουμε τη συνεχή υποστήριξη, εμφανίζουμε τον ιστότοπο χωρίς στυλ και JavaScript.
Ρυθμιστικά που εμφανίζουν τρία άρθρα ανά διαφάνεια.Χρησιμοποιήστε τα κουμπιά πίσω και επόμενο για να μετακινηθείτε στις διαφάνειες ή τα κουμπιά του ελεγκτή ολίσθησης στο τέλος για να μετακινηθείτε σε κάθε διαφάνεια.
Πρόσφατα αποδείχθηκε ότι η χρήση υπερήχων μπορεί να βελτιώσει την απόδοση ιστού στη βιοψία αναρρόφησης με λεπτή βελόνα ενισχυμένη με υπερήχους (USeFNAB) σε σύγκριση με τη συμβατική βιοψία με λεπτή βελόνα (FNAB).Η σχέση μεταξύ της γεωμετρίας της λοξοτομής και της δράσης του άκρου της βελόνας δεν έχει ακόμη διερευνηθεί.Σε αυτή τη μελέτη, διερευνήσαμε τις ιδιότητες του συντονισμού της βελόνας και του πλάτους εκτροπής για διάφορες γεωμετρίες λοξοτομής βελόνας με διαφορετικά μήκη λοξοτομής.Χρησιμοποιώντας ένα συμβατικό νυστέρι με τομή 3,9 mm, ο συντελεστής ισχύος εκτροπής κορυφής (DPR) ήταν 220 και 105 μm/W σε αέρα και νερό, αντίστοιχα.Αυτό είναι υψηλότερο από το αξονικό συμμετρικό κωνικό άκρο 4 mm, το οποίο πέτυχε DPR 180 και 80 µm/W στον αέρα και το νερό, αντίστοιχα.Αυτή η μελέτη υπογραμμίζει τη σημασία της σχέσης μεταξύ της ακαμψίας κάμψης της γεωμετρίας της λοξότμησης στο πλαίσιο των διαφορετικών βοηθημάτων εισαγωγής, και έτσι μπορεί να παρέχει πληροφορίες για μεθόδους ελέγχου της δράσης κοπής μετά τη διάτρηση αλλάζοντας τη γεωμετρία της λοξότμησης της βελόνας, η οποία είναι σημαντική για το USeFNAB.Σημασία εφαρμογής.
Η βιοψία με λεπτή βελόνα (FNAB) είναι μια τεχνική κατά την οποία χρησιμοποιείται μια βελόνα για τη λήψη δείγματος ιστού όταν υπάρχει υποψία ανωμαλίας1,2,3.Οι συμβουλές τύπου Franseen έχουν αποδειχθεί ότι παρέχουν υψηλότερη διαγνωστική απόδοση από τις παραδοσιακές συμβουλές Lancet4 και Menghini5.Αξονικά συμμετρικές (δηλαδή περιφερειακές) λοξοτομές έχουν επίσης προταθεί για να αυξήσουν την πιθανότητα επαρκούς δείγματος για ιστοπαθολογία6.
Κατά τη διάρκεια μιας βιοψίας, μια βελόνα περνά μέσα από στρώματα δέρματος και ιστού για να αποκαλυφθεί ύποπτη παθολογία.Πρόσφατες μελέτες έχουν δείξει ότι η ενεργοποίηση με υπερήχους μπορεί να μειώσει τη δύναμη διάτρησης που απαιτείται για την πρόσβαση στους μαλακούς ιστούς7,8,9,10.Η γεωμετρία της λοξοτομής της βελόνας έχει αποδειχθεί ότι επηρεάζει τις δυνάμεις αλληλεπίδρασης της βελόνας, π.χ. οι μεγαλύτερες λοξοτμήσεις έχουν αποδειχθεί ότι έχουν χαμηλότερες δυνάμεις διείσδυσης στον ιστό 11 .Έχει προταθεί ότι μετά τη διείσδυση της βελόνας στην επιφάνεια του ιστού, δηλαδή μετά την παρακέντηση, η δύναμη κοπής της βελόνας μπορεί να είναι το 75% της συνολικής δύναμης αλληλεπίδρασης βελόνας-ιστού12.Ο υπέρηχος (ΗΠΑ) έχει αποδειχθεί ότι βελτιώνει την ποιότητα της διαγνωστικής βιοψίας μαλακών ιστών στη φάση μετά την παρακέντηση13.Άλλες μέθοδοι για τη βελτίωση της ποιότητας της βιοψίας οστών έχουν αναπτυχθεί για τη δειγματοληψία σκληρού ιστού14,15 αλλά δεν έχουν αναφερθεί αποτελέσματα που να βελτιώνουν την ποιότητα της βιοψίας.Αρκετές μελέτες έχουν επίσης βρει ότι η μηχανική μετατόπιση αυξάνεται με την αύξηση της τάσης κίνησης υπερήχων16,17,18.Αν και υπάρχουν πολλές μελέτες αξονικών (διαμήκων) στατικών δυνάμεων στις αλληλεπιδράσεις ιστού βελόνας19,20, οι μελέτες σχετικά με τη χρονική δυναμική και τη γεωμετρία της λοξοτομής της βελόνας στο ενισχυμένο με υπερήχους FNAB (USeFNAB) είναι περιορισμένες.
Ο στόχος αυτής της μελέτης ήταν να διερευνήσει την επίδραση διαφορετικών γεωμετριών λοξοτομής στη δράση του άκρου της βελόνας που οδηγείται από κάμψη βελόνας σε συχνότητες υπερήχων.Συγκεκριμένα, διερευνήσαμε την επίδραση του μέσου έγχυσης στην παραμόρφωση του άκρου της βελόνας μετά τη διάτρηση για συμβατικές λοξοτομές βελόνας (π.χ. βελόνες), αξονικές και ασύμμετρες γεωμετρίες μονής λοξοτομής (Εικ. για τη διευκόλυνση της ανάπτυξης βελόνων USeFNAB για διάφορους σκοπούς, όπως η επιλεκτική αναρρόφηση πρόσβαση ή πυρήνες μαλακών ιστών.
Σε αυτή τη μελέτη συμπεριλήφθηκαν διάφορες γεωμετρίες λοξοτομής.(α) Νυστέρια που συμμορφώνονται με το ISO 7864:201636 όπου \(\alpha\) είναι η κύρια γωνία λοξοτομής, \(\theta\) είναι η δευτερεύουσα γωνία περιστροφής λοξοτομής και \(\phi\) είναι η δευτερεύουσα γωνία περιστροφής λοξοτομής σε μοίρες , σε μοίρες (\(^\circ\)).(β) γραμμικές ασύμμετρες λοξοτομές μονής βαθμίδας (ονομάζονται «τυπικές» στο DIN 13097:201937) και (γ) γραμμικές αξονικές συμμετρικές (περιφερικές) λοξοτομές μονής βαθμίδας.
Η προσέγγισή μας είναι να μοντελοποιήσουμε πρώτα τη μεταβολή του μήκους κύματος κάμψης κατά μήκος της κλίσης για συμβατικές γεωμετρίες κλίσης λόγχης, αξονικής συμμετρίας και ασύμμετρης κλίσης ενός σταδίου.Στη συνέχεια υπολογίσαμε μια παραμετρική μελέτη για να εξετάσουμε την επίδραση της γωνίας λοξοτομής και του μήκους του σωλήνα στην κινητικότητα του μηχανισμού μεταφοράς.Αυτό γίνεται για να καθοριστεί το βέλτιστο μήκος για την κατασκευή μιας πρωτότυπης βελόνας.Με βάση την προσομοίωση, κατασκευάστηκαν πρωτότυπα βελόνας και η συμπεριφορά συντονισμού τους σε αέρα, νερό και βαλλιστική ζελατίνη 10% (w/v) χαρακτηρίστηκε πειραματικά με τη μέτρηση του συντελεστή ανάκλασης τάσης και τον υπολογισμό της απόδοσης μεταφοράς ισχύος, από την οποία ήταν η συχνότητα λειτουργίας προσδιορίζεται..Τέλος, η απεικόνιση υψηλής ταχύτητας χρησιμοποιείται για την άμεση μέτρηση της εκτροπής του κύματος κάμψης στην άκρη της βελόνας σε αέρα και νερό και για την εκτίμηση της ηλεκτρικής ισχύος που μεταδίδεται από κάθε κλίση και της γεωμετρίας του συντελεστή ισχύος εκτροπής (DPR) του εγχυόμενου Μεσαίο.
Όπως φαίνεται στο Σχήμα 2α, χρησιμοποιήστε σωλήνα Νο. 21 (0,80 mm OD, 0,49 mm ID, 0,155 mm πάχος τοιχώματος σωλήνα, τυπικό τοίχωμα όπως ορίζεται στο ISO 9626:201621) από ανοξείδωτο χάλυβα 316 (μέτρο 205 του Young).\(\text {GN/m}^{2}\), πυκνότητα 8070 kg/m\(^{3}\), αναλογία Poisson 0,275).
Προσδιορισμός του μήκους κύματος κάμψης και συντονισμός του μοντέλου πεπερασμένων στοιχείων (FEM) της βελόνας και των συνοριακών συνθηκών.(α) Προσδιορισμός μήκους λοξοτομής (BL) και μήκους σωλήνα (TL).(β) Τρισδιάστατο (3D) μοντέλο πεπερασμένων στοιχείων (FEM) χρησιμοποιώντας αρμονική σημειακή δύναμη \(\tilde{F}_y\vec{j}\) για διέγερση της βελόνας στο εγγύς άκρο, εκτροπή του σημείου και μέτρηση της ταχύτητας ανά άκρη (\( \tilde{u}_y\vec {j}\), \(\tilde{v}_y\vec {j}\)) για τον υπολογισμό της μηχανιστικής κινητικότητας μεταφοράς.Το \(\λάμδα _y\) ορίζεται ως το μήκος κύματος κάμψης που σχετίζεται με την κατακόρυφη δύναμη \(\tilde{F}_y\vec {j}\).(γ) Προσδιορίστε το κέντρο βάρους, το εμβαδόν διατομής Α και τις ροπές αδράνειας \(I_{xx}\) και \(I_{yy}\) γύρω από τον άξονα x και τον άξονα y αντίστοιχα.
Όπως φαίνεται στο σχ.2b,c, για μια άπειρη (άπειρη) δέσμη με εμβαδόν διατομής Α και σε μεγάλο μήκος κύματος σε σύγκριση με το μέγεθος της διατομής της δέσμης, η ταχύτητα φάσης κάμψης (ή κάμψης) \(c_{EI}\ ) ορίζεται ως 22:
όπου E είναι ο συντελεστής του Young (\(\text {N/m}^{2}\)), \(\omega _0 = 2\pi f_0\) είναι η γωνιακή συχνότητα διέγερσης (rad/s), όπου \( f_0 \ ) είναι η γραμμική συχνότητα (1/s ή Hz), I είναι η στιγμή αδράνειας της περιοχής γύρω από τον άξονα ενδιαφέροντος \((\text {m}^{4})\) και \(m'=\ rho _0 A \) είναι η μάζα στη μονάδα μήκους (kg/m), όπου \(\rho _0\) είναι η πυκνότητα \((\text {kg/m}^{3})\) και A είναι ο σταυρός -περιοχή τομής της δέσμης (επίπεδο xy) (\ (\text {m}^{2}\)).Εφόσον στην περίπτωσή μας η ασκούμενη δύναμη είναι παράλληλη στον κατακόρυφο άξονα y, δηλαδή \(\tilde{F}_y\vec {j}\), μας ενδιαφέρει μόνο η ροπή αδράνειας της περιοχής γύρω από το οριζόντιο x- άξονας, δηλαδή \(I_{xx} \), Γι' αυτό:
Για το μοντέλο πεπερασμένων στοιχείων (FEM), θεωρείται μια καθαρή αρμονική μετατόπιση (m), επομένως η επιτάχυνση (\(\text {m/s}^{2}\)) εκφράζεται ως \(\μερική ^2 \vec { u}/ \ μερική t^2 = -\omega ^2\vec {u}\), π.χ. \(\vec {u}(x, y, z, t) := u_x\vec {i} + u_y \vec {j }+ u_z\vec {k}\) είναι ένα τρισδιάστατο διάνυσμα μετατόπισης που ορίζεται σε χωρικές συντεταγμένες.Η αντικατάσταση του τελευταίου με την πεπερασμένα παραμορφώσιμη μορφή Lagrangian του νόμου ισορροπίας ορμής23, σύμφωνα με την εφαρμογή του στο πακέτο λογισμικού COMSOL Multiphysics (εκδόσεις 5.4-5.5, COMSOL Inc., Μασαχουσέτη, ΗΠΑ), δίνει:
Όπου \(\vec {\nabla}:= \frac{\partial}}{\partial x}\vec {i} + \frac{\partial}}{\partial y}\vec {j} + \frac{ \partial }{\partial z}\vec {k}\) είναι ο τελεστής απόκλισης τανυστών και \({\underline{\sigma}}\) είναι ο δεύτερος τανυστής τάσης Piola-Kirchhoff (δεύτερης τάξης, \(\ κείμενο { N /m}^{2}\)), και \(\vec {F_V}:= F_{V_x}\vec {i}+ F_{V_y}\vec {j}+ F_{V_z}\vec { k} \) είναι το διάνυσμα της δύναμης του σώματος (\(\text {N/m}^{3}\)) κάθε παραμορφώσιμου όγκου και \(e^{j\phi }\) είναι η φάση του δύναμη σώματος, έχει γωνία φάσης \(\ phi\) (rad).Στην περίπτωσή μας, η δύναμη όγκου του σώματος είναι μηδέν και το μοντέλο μας υποθέτει γεωμετρική γραμμικότητα και μικρές καθαρά ελαστικές παραμορφώσεις, δηλαδή \({\underline{\varepsilon}}^{el} = {\underline{\varepsilon}}\ ), όπου \({\underline{\varepsilon}}^{el}\) και \({\underline{ \varepsilon}}\) – ελαστική παραμόρφωση και ολική παραμόρφωση (χωρίς διάσταση δεύτερης τάξης), αντίστοιχα.Ο συστατικός τανυστής ισοτροπικής ελαστικότητας του Hooke \(\underline {\underline {C))\) λαμβάνεται χρησιμοποιώντας το μέτρο του Young E(\(\text{N/m}^{2}\)) και ο λόγος Poisson v ορίζεται, έτσι ώστε \ (\underline{\underline{C}}:=\underline{\underline{C}}(E,v)\) (τέταρτη σειρά).Έτσι, ο υπολογισμός του στρες γίνεται \({\underline{\sigma}} := \underline{\underline{C}}:{\underline{\varepsilon}}\).
Οι υπολογισμοί πραγματοποιήθηκαν με τετραεδρικά στοιχεία 10 κόμβων με μέγεθος στοιχείου \(\le\) 8 μm.Η βελόνα μοντελοποιείται στο κενό και η τιμή μεταφοράς μηχανικής κινητικότητας (ms-1 H-1) ορίζεται ως \(|\tilde{Y}_{v_yF_y}|= |\tilde{v}_y\vec { j} |/|\ tilde{F}_y\vec {j}|\)24, όπου \(\tilde{v}_y\vec {j}\) είναι η μιγαδική ταχύτητα εξόδου της χειρολαβής και \( \tilde{ Το F} _y\vec {j }\) είναι μια σύνθετη κινητήρια δύναμη που βρίσκεται στο εγγύς άκρο του σωλήνα, όπως φαίνεται στο Σχ. 2β.Η μεταδοτική μηχανική κινητικότητα εκφράζεται σε ντεσιμπέλ (dB) χρησιμοποιώντας τη μέγιστη τιμή ως αναφορά, π.χ. \(20\log _{10} (|\tilde{Y}|/ |\tilde{Y}_{max}| )\ ), Όλες οι μελέτες FEM πραγματοποιήθηκαν σε συχνότητα 29,75 kHz.
Το σχέδιο της βελόνας (Εικ. 3) αποτελείται από μια συμβατική υποδερμική βελόνα 21 gauge (αριθμός καταλόγου: 4665643, Sterican\(^\circledR\), με εξωτερική διάμετρο 0,8 mm, μήκος 120 mm, κατασκευασμένη από AISI ανοξείδωτος χάλυβας χρωμίου-νικελίου 304., B. Braun Melsungen AG, Melsungen, Γερμανία) τοποθέτησε ένα πλαστικό χιτώνιο Luer Lock κατασκευασμένο από πολυπροπυλένιο κοντά με μια αντίστοιχη τροποποίηση στο άκρο.Ο σωλήνας της βελόνας συγκολλάται στον κυματοδηγό όπως φαίνεται στο Σχ. 3β.Ο κυματοδηγός εκτυπώθηκε σε έναν τρισδιάστατο εκτυπωτή από ανοξείδωτο χάλυβα (EOS Stainless Steel 316L σε έναν εκτυπωτή 3D EOS M 290, 3D Formtech Oy, Jyväskylä, Φινλανδία) και στη συνέχεια προσαρτήθηκε στον αισθητήρα Langevin χρησιμοποιώντας μπουλόνια M4.Ο μορφοτροπέας Langevin αποτελείται από 8 πιεζοηλεκτρικά στοιχεία δακτυλίου με δύο βάρη σε κάθε άκρο.
Οι τέσσερις τύποι άκρων (εικόνα), ένα εμπορικά διαθέσιμο νυστέρι (L) και τρεις κατασκευασμένες αξονικές συμμετρικές λοξοτμήσεις μονού σταδίου (AX1–3) χαρακτηρίστηκαν από μήκη λοξοτομής (BL) 4, 1,2 και 0,5 mm, αντίστοιχα.(α) Κοντινό πλάνο του τελειωμένου άκρου της βελόνας.(β) Κάτοψη τεσσάρων ακίδων που έχουν συγκολληθεί σε τρισδιάστατο εκτυπωμένο κυματοδηγό και στη συνέχεια συνδέονται με τον αισθητήρα Langevin με μπουλόνια M4.
Τρεις συμμετρικές αξονικές άκρες λοξοτμήσεων (Εικ. 3) (TAs Machine Tools Oy) κατασκευάστηκαν με μήκη λοξοτομής (BL, που προσδιορίζεται στο Σχ. 2α) 4,0, 1,2 και 0,5 mm, που αντιστοιχούν σε \(\περίπου\) 2\ (^\ circ\), 7\(^\circ\) και 18\(^\circ\).Το βάρος του κυματοδηγού και της γραφίδας είναι 3,4 ± 0,017 g (μέσος όρος ± SD, n = 4) για το λοξότμητο L και AX1–3, αντίστοιχα (Quintix\(^\circledR\) 224 Design 2, Sartorius AG, Göttingen, Γερμανία) .Το συνολικό μήκος από την άκρη της βελόνας μέχρι το άκρο του πλαστικού χιτωνίου είναι 13,7, 13,3, 13,3, 13,3 cm για το λοξότμητο L και AX1-3 στο Σχήμα 3β, αντίστοιχα.
Για όλες τις διαμορφώσεις βελόνας, το μήκος από την άκρη της βελόνας έως την άκρη του κυματοδηγού (δηλαδή, περιοχή συγκόλλησης) είναι 4,3 cm και ο σωλήνας της βελόνας είναι προσανατολισμένος έτσι ώστε η λοξότμηση να είναι στραμμένη προς τα επάνω (δηλαδή, παράλληλα με τον άξονα Υ ).), όπως στο (Εικ. 2).
Ένα προσαρμοσμένο σενάριο στο MATLAB (R2019a, The MathWorks Inc., Μασαχουσέτη, ΗΠΑ) που εκτελείται σε υπολογιστή (Latitude 7490, Dell Inc., Τέξας, ΗΠΑ) χρησιμοποιήθηκε για τη δημιουργία μιας γραμμικής ημιτονοειδής σάρωση από 25 έως 35 kHz σε 7 δευτερόλεπτα, μετατρέπεται σε αναλογικό σήμα από μετατροπέα ψηφιακού σε αναλογικό (DA) (Analog Discovery 2, Digilent Inc., Ουάσιγκτον, ΗΠΑ).Το αναλογικό σήμα \(V_0\) (0,5 Vp-p) στη συνέχεια ενισχύθηκε με έναν αποκλειστικό ενισχυτή ραδιοσυχνοτήτων (RF) (Mariachi Oy, Turku, Φινλανδία).Η πτώση της τάσης ενίσχυσης \({V_I}\) εξέρχεται από τον ενισχυτή RF με σύνθετη αντίσταση εξόδου 50 \(\Omega\) σε έναν μετασχηματιστή ενσωματωμένο στη δομή της βελόνας με σύνθετη αντίσταση εισόδου 50 \(\Omega)\) Ο μετατροπέας Langevin (μπροστινοί και πίσω πιεζοηλεκτρικοί μετατροπείς πολλαπλών στρώσεων, φορτωμένοι με μάζα) χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία μηχανικών κυμάτων.Ο προσαρμοσμένος ενισχυτής RF είναι εξοπλισμένος με μετρητή συντελεστή ισχύος στάσιμου κύματος (SWR) δύο καναλιών που μπορεί να ανιχνεύσει το συμβάν \({V_I}\) και την ανακλώμενη ενισχυμένη τάση \(V_R\) μέσω αναλογικού σε ψηφιακό 300 kHz (AD ) μετατροπέας (Analog Discovery 2).Το σήμα διέγερσης διαμορφώνεται πλάτος στην αρχή και στο τέλος για να αποφευχθεί η υπερφόρτωση της εισόδου του ενισχυτή με μεταβατικά.
Χρησιμοποιώντας ένα προσαρμοσμένο σενάριο που υλοποιείται στο MATLAB, η συνάρτηση απόκρισης συχνότητας (AFC), δηλαδή προϋποθέτει ένα γραμμικό σταθερό σύστημα.Επίσης, εφαρμόστε ένα φίλτρο διέλευσης ζώνης 20 έως 40 kHz για να αφαιρέσετε τυχόν ανεπιθύμητες συχνότητες από το σήμα.Αναφερόμενοι στη θεωρία των γραμμών μεταφοράς, το \(\tilde{H}(f)\) σε αυτήν την περίπτωση είναι ισοδύναμο με τον συντελεστή ανάκλασης τάσης, δηλαδή \(\rho _{V} \equiv {V_R}/{V_I} \)26 .Δεδομένου ότι η σύνθετη αντίσταση εξόδου του ενισχυτή \(Z_0\) αντιστοιχεί στην σύνθετη αντίσταση εισόδου του ενσωματωμένου μετασχηματιστή του μετατροπέα και ο συντελεστής ανάκλασης της ηλεκτρικής ισχύος \({P_R}/{P_I}\) μειώνεται σε \ ({V_R }^ 2/{V_I}^2\ ), τότε είναι \(|\rho _{V}|^2\).Στην περίπτωση που απαιτείται η απόλυτη τιμή της ηλεκτρικής ισχύος, υπολογίστε την προσπίπτουσα \(P_I\) και την ανακλώμενη\(P_R\) ισχύ (W) λαμβάνοντας τη ρίζα του μέσου τετραγώνου (rms) της αντίστοιχης τάσης, για παράδειγμα, για μια γραμμή μετάδοσης με ημιτονοειδή διέγερση, \(P = {V}^2/(2Z_0)\)26, όπου \(Z_0\) ισούται με 50 \(\Ωμέγα\).Η ηλεκτρική ισχύς που παρέχεται στο φορτίο \(P_T\) (δηλαδή το εισαγόμενο μέσο) μπορεί να υπολογιστεί ως \(|P_I – P_R |\) (W RMS) και η απόδοση μεταφοράς ισχύος (PTE) μπορεί να οριστεί και να εκφραστεί ως Το ποσοστό (%) δίνει έτσι 27:
Στη συνέχεια, η απόκριση συχνότητας χρησιμοποιείται για την εκτίμηση των τροπικών συχνοτήτων \(f_{1-3}\) (kHz) του σχεδιασμού της γραφίδας και της αντίστοιχης απόδοσης μεταφοράς ισχύος, \(\text {PTE}_{1{-}3} \ ).FWHM (\(\text {FWHM}_{1{-}3}\), Hz) εκτιμάται απευθείας από το \(\text {PTE}_{1{-}3}\), από τον Πίνακα 1 συχνότητες \(f_{1-3}\) που περιγράφονται στο .
Μια μέθοδος για τη μέτρηση της απόκρισης συχνότητας (AFC) μιας βελονοειδής δομής.Η μέτρηση σάρωσης ημιτονοειδούς διπλού καναλιού25,38 χρησιμοποιείται για τη λήψη της συνάρτησης απόκρισης συχνότητας \(\tilde{H}(f)\) και της παλμικής της απόκρισης H(t).Τα \({\mathcal {F}}\) και \({\mathcal {F}}^{-1}\) δηλώνουν τον αριθμητικά περικομμένο μετασχηματισμό Fourier και την πράξη αντίστροφου μετασχηματισμού, αντίστοιχα.\(\tilde{G}(f)\) σημαίνει ότι τα δύο σήματα πολλαπλασιάζονται στον τομέα συχνότητας, π.χ. \(\tilde{G}_{XrX}\) σημαίνει αντίστροφη σάρωση\(\tilde{X} r( f )\) και σήμα πτώσης τάσης \(\tilde{X}(f)\).
Όπως φαίνεται στο σχ.5, κάμερα υψηλής ταχύτητας (Phantom V1612, Vision Research Inc., New Jersey, USA) εξοπλισμένη με φακό macro (MP-E 65mm, \(f)/2.8, 1-5 \ (\times\), Canon Inc ., Τόκιο, Ιαπωνία) χρησιμοποιήθηκαν για την καταγραφή της εκτροπής ενός άκρου βελόνας που υποβάλλεται σε καμπτική διέγερση (μονή συχνότητα, συνεχής ημιτονοειδής) σε συχνότητα 27,5–30 kHz.Για να δημιουργηθεί ένας σκιώδης χάρτης, ένα ψυχρό στοιχείο λευκού LED υψηλής έντασης (αριθμός ανταλλακτικού: 4052899910881, White Led, 3000 K, 4150 lm, Osram Opto Semiconductors GmbH, Regensburg, Γερμανία) τοποθετήθηκε πίσω από τη λοξότμηση της βελόνας.
Μπροστινή όψη της πειραματικής εγκατάστασης.Το βάθος μετριέται από την επιφάνεια του μέσου.Η δομή της βελόνας συσφίγγεται και τοποθετείται σε ένα μηχανοκίνητο τραπέζι μεταφοράς.Χρησιμοποιήστε μια κάμερα υψηλής ταχύτητας με φακό υψηλής μεγέθυνσης (5\(\φορές\)) για να μετρήσετε την απόκλιση του λοξότμητου άκρου.Όλες οι διαστάσεις είναι σε χιλιοστά.
Για κάθε τύπο λοξοτομής βελόνας, καταγράψαμε 300 καρέ κάμερας υψηλής ταχύτητας των 128 \(\x\) 128 pixel, το καθένα με χωρική ανάλυση 1/180 mm (\(\περίπου) 5 μm), με χρονική ανάλυση 310.000 καρέ ανά δευτερόλεπτο.Όπως φαίνεται στο Σχήμα 6, κάθε πλαίσιο (1) περικόπτεται (2) έτσι ώστε η άκρη να βρίσκεται στην τελευταία γραμμή (κάτω) του πλαισίου, και στη συνέχεια υπολογίζεται το ιστόγραμμα της εικόνας (3), οπότε τα κατώφλια Canny 1 και 2 μπορεί να προσδιοριστεί.Στη συνέχεια, εφαρμόστε την ανίχνευση άκρων Canny28(4) χρησιμοποιώντας τον τελεστή Sobel 3 \(\times\) 3 και υπολογίστε τη θέση pixel της μη σπηλαιωτικής υποτείνουσας (με ετικέτα \(\mathbf {\times }\)) για όλα τα 300πλάσια βήματα .Για να προσδιοριστεί το εύρος της εκτροπής στο τέλος, υπολογίζεται η παράγωγος (χρησιμοποιώντας τον αλγόριθμο της κεντρικής διαφοράς) (6) και προσδιορίζεται το πλαίσιο που περιέχει τα τοπικά άκρα (δηλ. κορυφή) της εκτροπής (7).Μετά από οπτική επιθεώρηση της ακμής που δεν προκαλεί σπηλαίωση, επιλέχθηκε ένα ζεύγος πλαισίων (ή δύο καρέ που χωρίζονται κατά μισό χρονικό διάστημα) (7) και μετρήθηκε η απόκλιση της άκρης (με ετικέτα \(\mathbf {\times} \ ) Τα παραπάνω εφαρμόστηκαν σε Python (v3.8, Python Software Foundation, python.org) χρησιμοποιώντας τον αλγόριθμο ανίχνευσης άκρων OpenCV (v4.5.1, βιβλιοθήκη όρασης υπολογιστή ανοιχτού κώδικα, opencv.org) (W, rms) .
Η εκτροπή της άκρης μετρήθηκε χρησιμοποιώντας μια σειρά καρέ που λήφθηκαν από κάμερα υψηλής ταχύτητας στα 310 kHz χρησιμοποιώντας έναν αλγόριθμο 7 βημάτων (1-7) που περιλαμβάνει καδράρισμα (1-2), ανίχνευση άκρων Canny (3-4), άκρο τοποθεσίας εικονοστοιχείων Ο υπολογισμός (5) και οι παράγωγοι χρόνου τους (6), και τελικά η απόκλιση κορυφής σε κορυφή μετρήθηκαν σε οπτικά επιθεωρημένα ζεύγη πλαισίων (7).
Οι μετρήσεις έγιναν σε αέρα (22,4-22,9°C), απιονισμένο νερό (20,8-21,5°C) και βαλλιστική ζελατίνη 10% (w/v) (19,7-23,0°C, \(\text {Honeywell}^{ \text { TM}}\) \(\text {Fluka}^{\text {TM}}\) Ζελατίνη βοοειδών και χοιρινού οστού για βαλλιστική ανάλυση τύπου Ι, Honeywell International, Βόρεια Καρολίνα, ΗΠΑ).Η θερμοκρασία μετρήθηκε με έναν ενισχυτή θερμοστοιχείου τύπου Κ (AD595, Analog Devices Inc., ΜΑ, ΗΠΑ) και ένα θερμοστοιχείο τύπου Κ (Fluke 80PK-1 Bead Probe Νο. 3648 type-K, Fluke Corporation, Washington, USA).Από το μέσο Το βάθος μετρήθηκε από την επιφάνεια (ορίστηκε ως η αρχή του άξονα z) χρησιμοποιώντας ένα κατακόρυφο μηχανοκίνητο στάδιο του άξονα z (8MT50-100BS1-XYZ, Standa Ltd., Vilnius, Lithuania) με ανάλυση 5 μm.ανά βήμα.
Δεδομένου ότι το μέγεθος του δείγματος ήταν μικρό (n = 5) και η κανονικότητα δεν μπορούσε να υποτεθεί, χρησιμοποιήθηκε μια δοκιμή αθροίσματος κατάταξης Wilcoxon δύο δειγμάτων (R, v4.0.3, R Foundation for Statistical Computing, r-project .org) για να συγκρίνετε την ποσότητα διακύμανσης στο άκρο της βελόνας για διαφορετικές λοξοτμήσεις.Υπήρχαν 3 συγκρίσεις ανά κλίση, επομένως εφαρμόστηκε διόρθωση Bonferroni με προσαρμοσμένο επίπεδο σημαντικότητας 0,017 και ποσοστό σφάλματος 5%.
Ας στραφούμε τώρα στο Σχ.7.Σε συχνότητα 29,75 kHz, το μισό κύμα κάμψης (\(\lambda_y/2\)) μιας βελόνας 21-gauge είναι \(\περίπου) 8 mm.Καθώς πλησιάζει κανείς την άκρη, το μήκος κύματος κάμψης μειώνεται κατά μήκος της λοξής γωνίας.Στο άκρο \(\λάμδα _y/2\) \(\κατά προσέγγιση\) υπάρχουν βήματα των 3, 1 και 7 mm για τη συνήθη λογχοειδή (α), ασύμμετρη (β) και αξονική (γ) κλίση μιας βελόνας , αντίστοιχα.Έτσι, αυτό σημαίνει ότι η εμβέλεια της βελόνας είναι \(\περίπου) 5 mm (λόγω του γεγονότος ότι τα δύο επίπεδα της βελόνας σχηματίζουν ένα ενιαίο σημείο29,30), η ασύμμετρη λοξότμηση είναι 7 mm, η ασύμμετρη λοξότμηση είναι 1 mm.Αξονικά συμμετρικές κλίσεις (το κέντρο βάρους παραμένει σταθερό, επομένως μόνο το πάχος του τοιχώματος του σωλήνα στην πραγματικότητα αλλάζει κατά μήκος της κλίσης).
Μελέτες FEM και εφαρμογή εξισώσεων σε συχνότητα 29,75 kHz.(1) Κατά τον υπολογισμό της διακύμανσης του μισού κύματος κάμψης (\(\λάμδα_y/2\)) για γεωμετρίες λοξοτομής (α), ασύμμετρη (b) και αξονική συμμετρική (γ) (όπως στο Σχ. 1a,b,c ) .Η μέση τιμή \(\lambda_y/2\) των λοξοτμήσεων βελόνας, ασύμμετρης και αξονικής συμμετρίας ήταν 5,65, 5,17 και 7,52 mm, αντίστοιχα.Σημειώστε ότι το πάχος του άκρου για ασύμμετρες και αξονικές λοξοτμήσεις περιορίζεται στα \(\περίπου) 50 μm.
Η μέγιστη κινητικότητα \(|\tilde{Y}_{v_yF_y}|\) είναι ο βέλτιστος συνδυασμός μήκους σωλήνα (TL) και μήκους λοξοτομής (BL) (Εικ. 8, 9).Για ένα συμβατικό νυστέρι, καθώς το μέγεθός του είναι σταθερό, το βέλτιστο TL είναι \(\περίπου) 29,1 mm (Εικ. 8).Για ασύμμετρες και αξονικές λοξοτομές (Εικ. 9a, b, αντίστοιχα), οι μελέτες FEM περιελάμβαναν BL από 1 έως 7 mm, επομένως η βέλτιστη TL ήταν από 26,9 έως 28,7 mm (εύρος 1,8 mm) και από 27,9 έως 29 ,2 mm (εύρος 1,3 mm), αντίστοιχα.Για την ασύμμετρη κλίση (Εικ. 9a), η βέλτιστη TL αυξήθηκε γραμμικά, έφτασε σε ένα οροπέδιο στα BL 4 mm και στη συνέχεια μειώθηκε απότομα από BL 5 σε 7 mm.Για μια αξονική λοξότμηση (Εικ. 9β), η βέλτιστη TL αυξήθηκε γραμμικά με την αύξηση της BL και τελικά σταθεροποιήθηκε στο BL από 6 σε 7 mm.Μια εκτεταμένη μελέτη αξονικής συμμετρικής κλίσης (Εικ. 9γ) αποκάλυψε ένα διαφορετικό σύνολο βέλτιστων TL στα \(\περίπου) 35,1–37,1 mm.Για όλα τα BL, η απόσταση μεταξύ των δύο καλύτερων TL είναι \(\περίπου\) 8 mm (ισοδύναμο με \(\lambda_y/2\)).
Κινητικότητα μετάδοσης Lancet στα 29,75 kHz.Η βελόνα διεγέρθηκε ευέλικτα σε συχνότητα 29,75 kHz και η δόνηση μετρήθηκε στο άκρο της βελόνας και εκφράστηκε ως η ποσότητα της μεταδιδόμενης μηχανικής κινητικότητας (dB σε σχέση με τη μέγιστη τιμή) για TL 26,5-29,5 mm (σε βήματα 0,1 mm) .
Παραμετρικές μελέτες του FEM σε συχνότητα 29,75 kHz δείχνουν ότι η κινητικότητα μεταφοράς ενός αξονικού συμμετρικού άκρου επηρεάζεται λιγότερο από μια αλλαγή στο μήκος του σωλήνα σε σχέση με το ασύμμετρο αντίστοιχο.Μελέτες μήκους λοξοτομής (BL) και μήκους σωλήνα (TL) για ασύμμετρες (a) και αξονικά συμμετρικές (b, c) γεωμετρίες λοξότμησης στη μελέτη πεδίου συχνότητας χρησιμοποιώντας FEM (οι οριακές συνθήκες φαίνονται στο Σχ. 2).(α, β) Το TL κυμαινόταν από 26,5 έως 29,5 mm (0,1 mm βήμα) και BL 1–7 mm (0,5 mm βήμα).(γ) Εκτεταμένες μελέτες αξονικής συμμετρικής κλίσης που περιλαμβάνουν TL 25–40 mm (σε βήματα 0,05 mm) και BL 0,1–7 mm (σε βήματα 0,1 mm) που δείχνουν ότι το \(\lambda_y/2\ ) πρέπει να πληροί τις απαιτήσεις του άκρου.κινούμενες οριακές συνθήκες.
Η διαμόρφωση της βελόνας έχει τρεις ιδιοσυχνότητες \(f_{1-3}\) χωρισμένες σε περιοχές χαμηλής, μεσαίας και υψηλής λειτουργίας όπως φαίνεται στον Πίνακα 1. Το μέγεθος PTE καταγράφηκε όπως φαίνεται στην εικ.10 και στη συνέχεια αναλύθηκαν στο Σχ. 11. Παρακάτω είναι τα ευρήματα για κάθε τομέα μεταφορών:
Τυπικά καταγεγραμμένα πλάτη απόδοσης στιγμιαίας μεταφοράς ισχύος (PTE) που λαμβάνονται με ημιτονοειδή διέγερση συχνότητας σάρωσης για βελόνα (L) και αξονική λοξότμηση AX1-3 σε αέρα, νερό και ζελατίνη σε βάθος 20 mm.Εμφανίζονται μονόπλευρα φάσματα.Η μετρούμενη απόκριση συχνότητας (δειγματοληψία στα 300 kHz) φιλτραρίστηκε χαμηλής διέλευσης και στη συνέχεια μειώθηκε κατά ένα συντελεστή 200 για τροπική ανάλυση.Ο λόγος σήματος προς θόρυβο είναι \(\le\) 45 dB.Οι φάσεις PTE (μωβ διακεκομμένες γραμμές) εμφανίζονται σε μοίρες (\(^{\circ}\)).
Η ανάλυση τροπικής απόκρισης (μέση ± τυπική απόκλιση, n = 5) που φαίνεται στο Σχ. 10, για κλίσεις L και AX1-3, σε αέρα, νερό και 10% ζελατίνη (βάθος 20 mm), με (πάνω) τρεις τροπικές περιοχές ( χαμηλή, μεσαία και υψηλή) και τις αντίστοιχες τροπικές συχνότητες\(f_{1-3 }\) (kHz), (μέση) ενεργειακή απόδοση \(\text {PTE}_{1{-}3}\) Υπολογίζεται με χρήση ισοδύναμων .(4) και (κάτω) πλήρες πλάτος στις μισές μέγιστες μετρήσεις \(\text {FWHM}_{1{-}3}\) (Hz), αντίστοιχα.Σημειώστε ότι η μέτρηση του εύρους ζώνης παραλείφθηκε όταν καταγράφηκε χαμηλό PTE, π.χ. \(\text {FWHM}_{1}\) σε περίπτωση κλίσης AX2.Η λειτουργία \(f_2\) βρέθηκε να είναι η πιο κατάλληλη για σύγκριση παραμορφώσεων κλίσης, καθώς έδειξε το υψηλότερο επίπεδο απόδοσης μεταφοράς ισχύος (\(\text {PTE}_{2}\)), έως και 99%.
Πρώτη τροπική περιοχή: \(f_1\) δεν εξαρτάται πολύ από τον τύπο του μέσου που εισάγεται, αλλά εξαρτάται από τη γεωμετρία της κλίσης.Το \(f_1\) μειώνεται με τη μείωση του μήκους λοξοτομής (27,1, 26,2 και 25,9 kHz στον αέρα για το AX1-3, αντίστοιχα).Οι τοπικοί μέσοι όροι \(\text {PTE}_{1}\) και \(\text {FWHM}_{1}\) είναι \(\περίπου\) 81% και 230 Hz αντίστοιχα.Το \(\text {FWHM}_{1}\) έχει την υψηλότερη περιεκτικότητα σε ζελατίνη στο Lancet (L, 473 Hz).Σημειώστε ότι το \(\text {FWHM}_{1}\) AX2 σε ζελατίνη δεν ήταν δυνατό να αξιολογηθεί λόγω του χαμηλού καταγεγραμμένου πλάτους FRF.
Η δεύτερη τροπική περιοχή: \(f_2\) εξαρτάται από τον τύπο του μέσου που εισάγεται και την λοξότμηση.Οι μέσες τιμές \(f_2\) είναι 29,1, 27,9 και 28,5 kHz σε αέρα, νερό και ζελατίνη, αντίστοιχα.Αυτή η τροπική περιοχή έδειξε επίσης υψηλό PTE 99%, το υψηλότερο από οποιαδήποτε ομάδα που μετρήθηκε, με περιφερειακό μέσο όρο 84%.Το \(\text {FWHM}_{2}\) έχει περιφερειακό μέσο όρο \(\περίπου\) 910 Hz.
Περιοχή τρίτης λειτουργίας: η συχνότητα \(f_3\) εξαρτάται από τον τύπο του μέσου και τη λοξότμηση.Οι μέσες τιμές \(f_3\) είναι 32,0, 31,0 και 31,3 kHz σε αέρα, νερό και ζελατίνη, αντίστοιχα.Ο μέσος όρος της περιοχής \(\text {PTE}_{3}\) ήταν \(\κατά προσέγγιση\) 74%, ο χαμηλότερος από οποιαδήποτε περιοχή.Ο περιφερειακός μέσος όρος \(\text {FWHM}_{3}\) είναι \(\κατά προσέγγιση\) 1085 Hz, που είναι υψηλότερος από την πρώτη και τη δεύτερη περιοχή.
       Το παρακάτω αναφέρεται στο Σχ.12 και Πίνακας 2. Το νυστέρι (L) εκτρέπεται περισσότερο (με υψηλή σημασία σε όλες τις άκρες, \(p<\) 0,017) τόσο στον αέρα όσο και στο νερό (Εικ. 12a), επιτυγχάνοντας το υψηλότερο DPR (έως 220 μm/ W στον αέρα). 12 και Πίνακας 2. Το νυστέρι (L) εκτρέπεται περισσότερο (με υψηλή σημασία σε όλες τις άκρες, \(p<\) 0,017) τόσο στον αέρα όσο και στο νερό (Εικ. 12a), επιτυγχάνοντας το υψηλότερο DPR (έως 220 μm/ W στον αέρα). Седеее е ος отцц лццццццххххххххххххххххххххххххххххххro (\) 0,017) к к в и и и и и и и и и и и д и д д д и д д д д д д д д д . Τα ακόλουθα ισχύουν για το Σχήμα 12 και τον Πίνακα 2. Το Lancet (L) εκτρέπεται περισσότερο (με υψηλή σημασία για όλες τις άκρες, \(p<\) 0,017) τόσο στον αέρα όσο και στο νερό (Εικ. 12a), επιτυγχάνοντας το υψηλότερο DPR .(έως 220 μm/W στον αέρα).Smt.Εικόνα 12 και Πίνακας 2 παρακάτω.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），，，，，，徎 0.017，高DPR （在空气中高达220 μm/W）.Το 柳叶刀(L) έχει την υψηλότερη εκτροπή στον αέρα και το νερό (对所记尖端可以高电影性,\(p<\) 0,017) (图12a) και πέτυχε το υψηλότερο DPR (έως 220 μm/W αέρας). Ланцет (L) отклонялся πολύ περισσότερο (высокая значимость за всех наконечников, \(p<\) 0,017) σε αέρα και νερό (ris. 12a), μέχρι 220 mkm/Vt σε αέρα. Το Lancet (L) εκτρέπει τα μέγιστα (υψηλή σημασία για όλες τις άκρες, \(p<\) 0,017) στον αέρα και το νερό (Εικ. 12a), φτάνοντας το υψηλότερο DPR (έως 220 μm/W στον αέρα). Στον αέρα, το AX1 που είχε υψηλότερο BL, εκτρέπεται υψηλότερα από το AX2-3 (με σημαντικότητα, \(p<\) 0,017), ενώ το AX3 (που είχε χαμηλότερο BL) εκτρέπεται περισσότερο από το AX2 με DPR 190 μm/W. Στον αέρα, το AX1 που είχε υψηλότερο BL, εκτρέπεται υψηλότερα από το AX2-3 (με σημαντικότητα, \(p<\) 0,017), ενώ το AX3 (που είχε χαμηλότερο BL) εκτρέπεται περισσότερο από το AX2 με DPR 190 μm/W. Με το AX1 με περισσότερο BL απόκλωνα πιο πολύ, από AX2–3 (με μεγάλη ποσότητα \(p<\) 0,017), έως AX3 (σ.σ. πιο κάτω από BL) από πλεονέκτημα 190 DPR. Στον αέρα, το AX1 με υψηλότερο BL εκτρέπεται υψηλότερα από το AX2–3 (με σημασία \(p<\) 0,017), ενώ το AX3 (με το χαμηλότερο BL) εκτρέπεται περισσότερο από το AX2 με 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，\(p<\) 0,017，3））的偏转大于AX2，DPR 为190 μm/W . Στον αέρα, η εκτροπή του AX1 με υψηλότερο BL είναι υψηλότερη από αυτή του AX2-3 (σημαντικά, \(p<\) 0,017) και η απόκλιση του AX3 (με το χαμηλότερο BL) είναι μεγαλύτερη από αυτή του AX2, το DPR είναι 190 μm/W. Во воздух AX1 со более высоким BL отклонятся повеќе, чем AX2-3 (σημαδιακό, \(p<\) 0,017), тогда как AX3 (σ.σ. πιο κάτω BL) από κλειστό πλεονάζον, αν AX190 με DPR. Στον αέρα, το AX1 με υψηλότερο BL εκτρέπεται περισσότερο από το AX2-3 (σημαντικό, \(p<\) 0,017), ενώ το AX3 (με το χαμηλότερο BL) εκτρέπεται περισσότερο από το AX2 με DPR 190 μm/W.Στα 20 mm νερό, η απόκλιση και το PTE AX1-3 δεν ήταν σημαντικά διαφορετικά (\(p>\) 0,017).Τα επίπεδα PTE στο νερό (90,2–98,4%) ήταν γενικά υψηλότερα από ό,τι στον αέρα (56–77,5%) (Εικ. 12c) και το φαινόμενο της σπηλαίωσης σημειώθηκε κατά τη διάρκεια του πειράματος στο νερό (Εικ. 13, βλέπε επίσης πρόσθετο πληροφορίες).
Η ποσότητα εκτροπής του άκρου (μέση τιμή ± SD, n = 5) που μετρήθηκε για τη λοξότμηση L και AX1-3 σε αέρα και νερό (βάθος 20 mm) δείχνει την επίδραση της αλλαγής της γεωμετρίας της λοξοτομής.Οι μετρήσεις ελήφθησαν χρησιμοποιώντας συνεχή ημιτονοειδή διέγερση μονής συχνότητας.(α) Απόκλιση κορυφής προς κορυφή (\(u_y\vec {j}\)) στο άκρο, μετρημένη στις (β) τις αντίστοιχες τροπικές συχνότητες \(f_2\).(γ) Απόδοση μεταφοράς ισχύος (PTE, RMS, %) της εξίσωσης.(4) και (δ) Συντελεστής ισχύος εκτροπής (DPR, µm/W) που υπολογίζεται ως απόκλιση από κορυφή σε κορυφή και εκπεμπόμενη ηλεκτρική ισχύς \(P_T\) (Wrms).
Μια τυπική γραφική παράσταση σκιάς κάμερας υψηλής ταχύτητας που δείχνει την απόκλιση κορυφής σε κορυφή (πράσινες και κόκκινες διακεκομμένες γραμμές) μιας βελόνας (L) και αξονικής συμμετρικής άκρης (AX1–3) σε νερό (βάθος 20 mm) σε μισό κύκλο.κύκλου, στη συχνότητα διέγερσης \(f_2\) (συχνότητα δειγματοληψίας 310 kHz).Η ληφθείσα εικόνα σε κλίμακα του γκρι έχει μέγεθος 128×128 pixel και μέγεθος pixel \(\περίπου\) 5 μm.Το βίντεο θα βρείτε σε πρόσθετες πληροφορίες.
Έτσι, μοντελοποιήσαμε την αλλαγή στο μήκος κύματος κάμψης (Εικ. 7) και υπολογίσαμε τη μεταφερόμενη μηχανική κινητικότητα για συνδυασμούς μήκους σωλήνα και λοξοτομής (Εικ. 8, 9) για συμβατικές λοξότμητες, ασύμμετρες και αξονικές λοξοτομές γεωμετρικών σχημάτων.Με βάση το τελευταίο, υπολογίσαμε τη βέλτιστη απόσταση των 43 mm (ή \(\περίπου) 2,75\(\λάμδα _y\) στα 29,75 kHz) από την άκρη έως τη συγκόλληση, όπως φαίνεται στο Σχ. 5, και κάναμε τρεις αξονικές συμμετρικές λοξότμητες με διαφορετικά μήκη λοξοτμήσεων.Στη συνέχεια, χαρακτηρίσαμε τη συμπεριφορά συχνότητάς τους σε αέρα, νερό και 10% (w/v) βαλλιστική ζελατίνη σε σύγκριση με τα συμβατικά νυστέρια (Εικόνες 10, 11) και προσδιορίσαμε τον καταλληλότερο τρόπο για σύγκριση λοξοτομής.Τέλος, μετρήσαμε την εκτροπή του άκρου κάμπτοντας το κύμα σε αέρα και νερό σε βάθος 20 mm και ποσοτικοποιήσαμε την απόδοση μεταφοράς ισχύος (PTE, %) και τον συντελεστή ισχύος εκτροπής (DPR, μm/W) του μέσου εισαγωγής για κάθε λοξότμηση.γωνιακός τύπος (Εικ. 12).
Η γεωμετρία της λοξοτομής της βελόνας έχει αποδειχθεί ότι επηρεάζει το μέγεθος της παραμόρφωσης του άκρου της βελόνας.Το νυστέρι πέτυχε την υψηλότερη απόκλιση και το υψηλότερο DPR σε σύγκριση με την αξονική λοξότμηση με χαμηλότερη μέση απόκλιση (Εικ. 12).Η αξονική συμμετρική λοξότμηση 4 mm (AX1) με τη μεγαλύτερη λοξότμηση πέτυχε στατιστικά σημαντική μέγιστη απόκλιση στον αέρα σε σύγκριση με τις άλλες αξονικές συμμετρικές βελόνες (AX2–3) (\(p < 0,017\), Πίνακας 2), αλλά δεν υπήρχε σημαντική διαφορά .παρατηρείται όταν η βελόνα τοποθετείται σε νερό.Έτσι, δεν υπάρχει προφανές πλεονέκτημα στο να έχουμε μεγαλύτερο μήκος λοξοτομής όσον αφορά την απόκλιση κορυφής στο άκρο.Έχοντας αυτό υπόψη, φαίνεται ότι η γεωμετρία λοξοτομής που μελετήθηκε σε αυτή τη μελέτη έχει μεγαλύτερη επίδραση στην απόκλιση από το μήκος της λοξότμησης.Αυτό μπορεί να οφείλεται σε ακαμψία κάμψης, για παράδειγμα ανάλογα με το συνολικό πάχος του υλικού που κάμπτεται και το σχέδιο της βελόνας.
Σε πειραματικές μελέτες, το μέγεθος του ανακλώμενου καμπτικού κύματος επηρεάζεται από τις οριακές συνθήκες του άκρου.Όταν το άκρο της βελόνας εισάγεται σε νερό και ζελατίνη, το \(\text {PTE}_{2}\) είναι \(\περίπου\) 95% και το \(\text {PTE}_{ 2}\) είναι \ (\text {PTE}_{ 2}\) οι τιμές είναι 73% και 77% για (\text {PTE}_{1}\) και \(\text {PTE}_{3}\), αντίστοιχα (Εικ. 11).Αυτό υποδεικνύει ότι η μέγιστη μεταφορά ακουστικής ενέργειας στο μέσο χύτευσης, δηλαδή νερό ή ζελατίνη, συμβαίνει στο \(f_2\).Παρόμοια συμπεριφορά παρατηρήθηκε σε προηγούμενη μελέτη31 χρησιμοποιώντας μια απλούστερη διαμόρφωση συσκευής στην περιοχή συχνοτήτων 41-43 kHz, στην οποία οι συγγραφείς έδειξαν την εξάρτηση του συντελεστή ανάκλασης τάσης από το μηχανικό μέτρο του μέσου ενσωμάτωσης.Το βάθος διείσδυσης32 και οι μηχανικές ιδιότητες του ιστού παρέχουν μηχανικό φορτίο στη βελόνα και επομένως αναμένεται να επηρεάσουν τη συμπεριφορά συντονισμού του UZEFNAB.Έτσι, αλγόριθμοι παρακολούθησης συντονισμού (π.χ. 17, 18, 33) μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη βελτιστοποίηση της ακουστικής ισχύος που παρέχεται μέσω της βελόνας.
Η προσομοίωση σε μήκη κύματος κάμψης (Εικ. 7) δείχνει ότι η αξονική συμμετρική άκρη είναι δομικά πιο άκαμπτη (δηλαδή, πιο άκαμπτη στην κάμψη) από την βελόνα και την ασύμμετρη λοξότμηση.Με βάση το (1) και χρησιμοποιώντας τη γνωστή σχέση ταχύτητας-συχνότητας, υπολογίζουμε την ακαμψία κάμψης στο άκρο της βελόνας ως \(\περίπου\) 200, 20 και 1500 MPa για βελόνα, ασύμμετρα και αξονικά κεκλιμένα επίπεδα, αντίστοιχα.Αυτό αντιστοιχεί σε \(\lambda_y\) των \(\περίπου\) 5,3, 1,7 και 14,2 mm, αντίστοιχα, στα 29,75 kHz (Εικ. 7a–c).Λαμβάνοντας υπόψη την κλινική ασφάλεια κατά τη διάρκεια του USeFNAB, θα πρέπει να αξιολογηθεί η επίδραση της γεωμετρίας στη δομική ακαμψία του κεκλιμένου επιπέδου34.
Μια μελέτη των παραμέτρων λοξοτομής σε σχέση με το μήκος του σωλήνα (Εικ. 9) έδειξε ότι το βέλτιστο εύρος μετάδοσης ήταν υψηλότερο για την ασύμμετρη λοξότμηση (1,8 mm) από ότι για την αξονική λοξότμηση (1,3 mm).Επιπλέον, η κινητικότητα είναι σταθερή στα \(\περίπου) από 4 έως 4,5 mm και από 6 έως 7 mm για ασύμμετρες και αξονικές κλίσεις, αντίστοιχα (Εικ. 9a, b).Η πρακτική σημασία αυτής της ανακάλυψης εκφράζεται στις κατασκευαστικές ανοχές, για παράδειγμα, ένα χαμηλότερο εύρος βέλτιστου TL μπορεί να σημαίνει ότι απαιτείται μεγαλύτερη ακρίβεια μήκους.Ταυτόχρονα, το πλατό κινητικότητας παρέχει μεγαλύτερη ανοχή για την επιλογή του μήκους της βύθισης σε μια δεδομένη συχνότητα χωρίς σημαντικό αντίκτυπο στην κινητικότητα.
Η μελέτη περιλαμβάνει τους ακόλουθους περιορισμούς.Η άμεση μέτρηση της παραμόρφωσης της βελόνας χρησιμοποιώντας ανίχνευση άκρων και απεικόνιση υψηλής ταχύτητας (Εικόνα 12) σημαίνει ότι περιοριζόμαστε σε οπτικά διαφανή μέσα όπως ο αέρας και το νερό.Θα θέλαμε επίσης να επισημάνουμε ότι δεν χρησιμοποιήσαμε πειράματα για να δοκιμάσουμε την προσομοιωμένη κινητικότητα μεταφοράς και αντίστροφα, αλλά χρησιμοποιήσαμε μελέτες FEM για να καθορίσουμε το βέλτιστο μήκος για την κατασκευή βελόνας.Όσον αφορά τους πρακτικούς περιορισμούς, το μήκος της βελόνας από την άκρη μέχρι το χιτώνιο είναι \(\περίπου) 0,4 cm μεγαλύτερο από άλλες βελόνες (AX1-3), βλ.3β.Αυτό μπορεί να επηρεάσει την τροπική απόκριση του σχεδιασμού της βελόνας.Επιπλέον, το σχήμα και ο όγκος της συγκόλλησης στο άκρο ενός πείρου κυματοδηγού (βλ. Εικόνα 3) μπορεί να επηρεάσει τη μηχανική σύνθετη αντίσταση του σχεδίου του πείρου, εισάγοντας σφάλματα στη μηχανική αντίσταση και τη συμπεριφορά κάμψης.
Τέλος, δείξαμε ότι η πειραματική γεωμετρία λοξοτομής επηρεάζει το μέγεθος της απόκλισης στο USeFNAB.Εάν μια μεγαλύτερη παραμόρφωση θα είχε θετική επίδραση στην επίδραση της βελόνας στον ιστό, όπως η αποτελεσματικότητα κοπής μετά το τρύπημα, τότε μπορεί να προταθεί ένα συμβατικό νυστέρι στο USeFNAB, καθώς παρέχει μέγιστη παραμόρφωση διατηρώντας την επαρκή ακαμψία του δομικού άκρου..Επιπλέον, μια πρόσφατη μελέτη35 έδειξε ότι η μεγαλύτερη απόκλιση της άκρης μπορεί να ενισχύσει τις βιολογικές επιδράσεις όπως η σπηλαίωση, η οποία μπορεί να συμβάλει στην ανάπτυξη ελάχιστα επεμβατικών χειρουργικών εφαρμογών.Δεδομένου ότι η αύξηση της συνολικής ακουστικής ισχύος έχει αποδειχθεί ότι αυξάνει την απόδοση της βιοψίας στο USeFNAB13, απαιτούνται περαιτέρω ποσοτικές μελέτες της απόδοσης και της ποιότητας του δείγματος για να αξιολογηθούν τα λεπτομερή κλινικά οφέλη της μελετημένης γεωμετρίας της βελόνας.