Nature.com сайтына кіргеніңіз үшін рахмет.Сіз шектеулі CSS қолдауы бар шолғыш нұсқасын пайдаланып жатырсыз.Ең жақсы тәжірибе үшін жаңартылған шолғышты пайдалануды ұсынамыз (немесе Internet Explorer шолғышында үйлесімділік режимін өшіріңіз).Оған қоса, тұрақты қолдауды қамтамасыз ету үшін біз сайтты стильсіз және JavaScriptсіз көрсетеміз.
Бірден үш слайдтан тұратын карусельді көрсетеді.Бір уақытта үш слайд арқылы жылжу үшін «Алдыңғы» және «Келесі» түймелерін пайдаланыңыз немесе бір уақытта үш слайд арқылы жылжу үшін соңында сырғытпа түймелерін пайдаланыңыз.
Жақында ультрадыбысты қолдану ультрадыбыстық күшейтілген жұқа иненің аспирациялық биопсиясы (USeFNAB) кезінде тіннің шығуын кәдімгі жұқа иненің аспирациялық биопсиясымен (ҰИА) салыстырғанда жақсарта алатыны көрсетілді.Конус геометриясы мен ине ұшы әрекеті арасындағы байланыс әлі зерттелмеген.Бұл зерттеуде біз ине резонансының қасиеттерін және әртүрлі қиғаш ұзындықтары бар әртүрлі ине конусы геометриялары үшін ауытқу амплитудасын зерттедік.3,9 мм кесілген кәдімгі ланцетті пайдаланған кезде ұшының ауытқу қуат коэффициенті (DPR) ауада және суда сәйкесінше 220 және 105 мкм/Вт болды.Бұл ауада және суда сәйкесінше 180 және 80 мкм/Вт DPR қол жеткізген осьтік симметриялық 4 мм қиғаш ұшынан жоғары.Бұл зерттеу әр түрлі кірістіру құралдарының контекстіндегі қиғаш геометриясының иілу қаттылығы арасындағы байланыстың маңыздылығын көрсетеді және осылайша USeFNAB үшін маңызды болып табылатын иненің қиғаш геометриясын өзгерту арқылы тесілгеннен кейін кесу әрекетін бақылау әдістерін түсінуге мүмкіндік береді.Қолдану маңызды.
Жіңішке иненің аспирациялық биопсиясы (ҰИА) – бұл ауытқуға күдік туғанда тіннің үлгісін алу үшін ине қолданылатын әдіс1,2,3.Franseen типті кеңестер дәстүрлі Lancet4 және Menghini5 кеңестеріне қарағанда жоғары диагностикалық өнімділікті қамтамасыз ететіні көрсетілген.Гистопатологияға барабар үлгі алу ықтималдығын арттыру үшін осьтік симметриялық (яғни, айналмалы) қиғаштар да ұсынылды6.
Биопсия кезінде күдікті патологияны анықтау үшін ине тері мен тіннің қабаттарынан өтеді.Жақында жүргізілген зерттеулер ультрадыбыстық белсендіру жұмсақ тіндерге қол жеткізу үшін қажетті пункция күшін азайта алатынын көрсетті7,8,9,10.Ине қиғаш геометриясының иненің өзара әрекеттесу күштеріне әсер ететіні көрсетілді, мысалы, ұзағырақ қиғаштардың тіндерге ену күштері төмен екендігі көрсетілді 11 .Ине тіннің бетіне енгеннен кейін, яғни пункциядан кейін иненің кесу күші ине мен ұлпаның жалпы әсерлесу күшінің 75% құрауы мүмкін деген болжам бар12.Ультрадыбыстық (АҚШ) пункциядан кейінгі кезеңде диагностикалық жұмсақ тіндердің биопсиясы сапасын жақсартатыны көрсетілді13.Қатты тіндердің сынамаларын алу үшін сүйек биопсиясын жақсартудың басқа әдістері әзірленді14,15, бірақ биопсия сапасын жақсартатын нәтижелер хабарланбады.Бірнеше зерттеулер сондай-ақ ультрадыбыстық жетек кернеуінің жоғарылауымен механикалық орын ауыстырудың арта түсетінін анықтады16,17,18.Ине мен ұлпаның өзара әрекеттесуіндегі осьтік (бойлық) статикалық күштердің көптеген зерттеулері болғанымен19,20, ультрадыбыстық күшейтілген FNAB (USeFNAB) уақыттық динамика және ине қиғаш геометрия бойынша зерттеулер шектеулі.
Бұл зерттеудің мақсаты ультрадыбыстық жиіліктердегі инені бүгу арқылы басқарылатын ине ұшының әрекетіне әртүрлі қиғаш геометриялардың әсерін зерттеу болды.Атап айтқанда, біз инъекциялық ортаның кәдімгі ине қиғаштары (мысалы, ланцеттер), осьтік симметриялы және асимметриялық бір конустық геометриялар үшін пункциядан кейін ине ұшының ауытқуына әсерін зерттедік (сурет. селективті сору сияқты әртүрлі мақсаттар үшін USeFNAB инелерін әзірлеуді жеңілдету үшін). қол жеткізу немесе жұмсақ тіндердің ядролары.
Бұл зерттеуге әртүрлі қиғаш геометриялар енгізілген.(a) ISO 7864:201636 стандартына сәйкес ланцеттер, мұнда \(\альфа\) - негізгі қиғаш бұрыш, \(\тета\) - екінші реттік қиғаш айналу бұрышы және \(\phi\) - екінші конустық айналу бұрышы градус , градуспен (\(^\circ\)).(b) сызықтық асимметриялық бір сатылы фаскалар (DIN 13097:201937 стандартында «стандарт» деп аталады) және (c) сызықтық осьтік симметриялы (айналма) бір сатылы фаскалар.
Біздің көзқарасымыз ең алдымен кәдімгі ланцеттік, осьтік симметриялы және асимметриялық бір сатылы көлбеу геометриялары үшін еңіс бойымен иілу толқын ұзындығының өзгеруін модельдеу болып табылады.Содан кейін көлбеу бұрышы мен түтік ұзындығының тасымалдау механизмінің қозғалғыштығына әсерін зерттеу үшін параметрлік зерттеуді есептедік.Бұл прототипті инені жасау үшін оңтайлы ұзындықты анықтау үшін жасалады.Модельдеу негізінде иненің прототиптері жасалды және олардың ауадағы, судағы және 10% (салм/көлем) баллистикалық желатиндегі резонанстық әрекеті кернеудің шағылысу коэффициентін өлшеу және қуат беру тиімділігін есептеу арқылы эксперименталды түрде сипатталды, одан жұмыс жиілігі алынды. анықталды..Ақырында, жоғары жылдамдықты бейнелеу иненің ұшындағы иілу толқынының ауа мен судағы ауытқуын тікелей өлшеу үшін және әрбір еңкейту арқылы берілетін электр қуатын және инъекцияланған иілу күшінің (DPR) геометриясын бағалау үшін қолданылады. орташа.
2а-суретте көрсетілгендей, 316 баспайтын болаттан жасалған (Янг модулі 205) жасалған № 21 құбырды (OD 0,80 мм, ID 0,49 мм, құбыр қабырғасының қалыңдығы 0,155 мм, стандартты қабырға ISO 9626:201621 стандартында көрсетілген) пайдаланыңыз.\(\text {GN/m}^{2}\), тығыздығы 8070 кг/м\(^{3}\), Пуассон қатынасы 0,275).
Иілу толқын ұзындығын анықтау және инені және шекаралық шарттарды ақырлы элементтер моделін (FEM) баптау.(a) Конус ұзындығын (BL) және құбыр ұзындығын (TL) анықтау.(b) Үш өлшемді (3D) ақырлы элементтер моделі (FEM) гармоникалық нүкте күшін пайдаланып, инені проксимальды ұшында қозғау, нүктені бұру және жылдамдықты өлшеу үшін \(\tilde{F}_y\vec{j}\) әр ұшына (\( \tilde{u}_y\vec {j}\), \(\tilde{v}_y\vec {j}\)) механикалық көлік қозғалғыштығын есептеу үшін.\(\lambda _y\) тік күшпен байланысты иілу толқын ұзындығы ретінде анықталады \(\tilde{F}_y\vec {j}\).(c) ауырлық центрін, көлденең қимасының ауданын және сәйкесінше x және у осінің айналасындағы \(I_{xx}\) және \(I_{yy}\) инерция моменттерін анықтаңыз.
Суретте көрсетілгендей.2b,c, көлденең қимасының ауданы А болатын шексіз (шексіз) сәуле үшін және сәуленің көлденең қимасының өлшемімен салыстырғанда үлкен толқын ұзындығында иілу (немесе иілу) фазасының жылдамдығы \(c_{EI}\ ) 22 ретінде анықталады:
мұндағы E – Янг модулі (\(\text {N/m}^{2}\)), \(\omega _0 = 2\pi f_0\) қозудың бұрыштық жиілігі (рад/с), мұндағы \( f_0 \ ) - сызықтық жиілік (1/с немесе Гц), I - қызығушылық осінің айналасындағы ауданның инерция моменті \((\text {m}^{4})\) және \(m'=\ rho _0 A \) - бірлік ұзындықтағы масса (кг/м), мұнда \(\rho _0\) - тығыздық \((\text {kg/m}^{3})\) және A - крест. -сәуленің қима ауданы (xy жазықтығы) (\ (\text {m}^{2}\)).Біздің жағдайда қолданылған күш вертикаль у осіне параллель болғандықтан, яғни \(\tilde{F}_y\vec {j}\), бізді тек горизонталь х- айналасындағы ауданның инерция моменті ғана қызықтырады. осі, яғни \(I_{xx} \), сондықтан:
Ақырлы элементтер моделі (FEM) үшін таза гармоникалық орын ауыстыру (m) қабылданады, сондықтан үдеу (\(\text {m/s}^{2}\)) \(\жартылай ^2 \vec) түрінде өрнектеледі. { u}/ \ ішінара t^2 = -\omega ^2\vec {u}\), мысалы \(\vec {u}(x, y, z, t) := u_x\vec {i} + u_y \vec {j }+ u_z\vec {k}\) — кеңістік координаталарында анықталған үш өлшемді орын ауыстыру векторы.Соңғысын COMSOL Multiphysics бағдарламалық пакетінде (5.4-5.5 нұсқалары, COMSOL Inc., Массачусетс, АҚШ) орындалуына сәйкес импульс тепе-теңдігі заңының23 ақырғы деформацияланатын лагранждық формасымен ауыстыру мынаны береді:
Мұндағы \(\vec {\nabla}:= \frac{\partial}}{\partial x}\vec {i} + \frac{\partial}}{\partial y}\vec {j} + \frac{ \partial }{\partial z}\vec {k}\) - тензорлық дивергенция операторы, ал \({\ астын сызу{\sigma}}\) - екінші Пиола-Кирхгоф кернеу тензоры (екінші ретті, \(\ мәтін) { N /m}^{2}\)) және \(\vec {F_V}:= F_{V_x}\vec {i}+ F_{V_y}\vec {j}+ F_{V_z}\vec { k} \) дене күшінің векторы (\(\text {N/m}^{3}\)) әрбір деформацияланатын көлемнің, ал \(e^{j\phi }\) - фазасы. дене күші, фазалық бұрышы бар \(\ phi\) (рад).Біздің жағдайда дененің көлемдік күші нөлге тең, ал біздің модель геометриялық сызықтылықты және шағын таза серпімді деформацияларды қабылдайды, яғни \({\ астын сызу{\varepsilon}}^{el} = {\ астын сызу{\varepsilon}}\ ), мұндағы \({\ астын сызу{\varepsilon}}^{el}\) және \({\ астын сызу{ \varepsilon}}\) – сәйкесінше серпімді деформация және толық деформация (екінші ретті өлшемсіз).Гуктың конститутивтік изотропты серпімділік тензоры \(\астын сызу {\астын сызу {C))\) Янг модулі E(\(\text{N/m}^{2}\)) арқылы алынған және Пуассон v қатынасы анықталған, осылайша \ (\астын сызу{\астын сызу{C}}:=\астын сызу{\астын сызу{C}}(E,v)\) (төртінші рет).Осылайша, кернеуді есептеу \({\астын сызу{\сигма}} := \астын сызу{\астын сызу{C}}:{\астын сызу{\varepsilon}}\ болады.
Есептеулер элемент өлшемі \(\le\) 8 мкм 10 түйінді тетраэдрлік элементтермен орындалды.Ине вакуумда модельденеді және механикалық қозғалғыштықты тасымалдау мәні (ms-1 H-1) \(|\тилда{Y}_{v_yF_y}|= |\tilde{v}_y\vec { j} ретінде анықталады. |/|\ тильда{F}_y\vec {j}|\)24, мұндағы \(\тилда{v}_y\vec {j}\) - тұтқаның шығыс күрделі жылдамдығы, және \( \tilde{ F} _y\vec {j }\) - 2б-суретте көрсетілгендей түтіктің проксимальды ұшында орналасқан күрделі қозғаушы күш.Трансмиссивті механикалық ұтқырлық анықтама ретінде максималды мәнді пайдаланып децибелмен (дБ) көрсетіледі, яғни \(20\log _{10} (|\tilde{Y}|/ |\tilde{Y}_{max}| )\ ), Барлық FEM зерттеулері 29,75 кГц жиілікте жүргізілді.
Ине конструкциясы (3-сурет) 21 калибрлі кәдімгі тері астындағы инеден тұрады (каталог нөмірі: 4665643, Sterican\(^\circledR\), сыртқы диаметрі 0,8 мм, ұзындығы 120 мм, AISI материалынан жасалған. хром-никель тот баспайтын болат 304., B. Braun Melsungen AG, Melsungen, Германия) сәйкес ұшы модификациясы бар полипропилен проксимальді пластиктен жасалған Luer Lock жеңін орналастырды.Ине түтігі 3b-суретте көрсетілгендей толқын өткізгішке дәнекерленген.Толқын бағыттағыш тот баспайтын болаттан жасалған 3D принтерде (EOS Stainless Steel 316L EOS M 290 3D принтерінде, 3D Formtech Oy, Jyväskylä, Финляндия) басып шығарылды, содан кейін M4 болттары арқылы Langevin сенсорына бекітілді.Лангевин түрлендіргіші екі ұшында екі салмағы бар 8 пьезоэлектрлік сақина элементтерінен тұрады.
Ұштардың төрт түрі (суретте), сатылымдағы ланцет (L) және өндірілген үш осьтік симметриялы бір сатылы қиғаштар (AX1–3) сәйкесінше 4, 1,2 және 0,5 мм қиық ұзындығымен (BL) сипатталды.(a) Дайын ине ұшының жақыннан түсірілуі.(b) 3D басып шығарылған толқын өткізгішке дәнекерленген, содан кейін M4 болттары арқылы Langevin сенсорына қосылған төрт түйреуіштің жоғарғы көрінісі.
Үш осьтік симметриялық қиғаш ұштары (Cурет 3) (TAs Machine Tools Oy) конус ұзындығымен (BL, 2a-суретте анықталған) 4,0, 1,2 және 0,5 мм, \(\шамамен\) 2\ (^\) сәйкес шығарылды. circ\), 7\(^\circ\) және 18\(^\circ\).Толқынбағдарламасы мен қаламның салмағы сәйкесінше L және AX1–3 үшін 3,4 ± 0,017 г (орташа ± SD, n = 4) (Quintix\(^\circledR\) 224 Design 2, Sartorius AG, Göttingen, Германия) .Ине ұшынан пластмасса жең ұшына дейінгі жалпы ұзындық 3b суретіндегі L және AX1-3 қиғаштары үшін сәйкесінше 13,7, 13,3, 13,3, 13,3 см.
Барлық ине конфигурациялары үшін иненің ұшынан толқын өткізгіштің ұшына дейінгі ұзындық (яғни, дәнекерлеу аймағы) 4,3 см құрайды және ине түтігі қиғаш жоғары қаратылатындай (яғни, Y осіне параллель) бағытталған. ).), (Cурет 2).
Компьютерде жұмыс істейтін MATLAB (R2019a, The MathWorks Inc., Массачусетс, АҚШ) теңшелетін сценарий (Latitude 7490, Dell Inc., Техас, АҚШ) 7 секундта 25-тен 35 кГц-ке дейінгі сызықтық синусоидальды ағынды жасау үшін пайдаланылды, сандық-аналогтық (DA) түрлендіргішімен аналогтық сигналға түрлендіріледі (Analog Discovery 2, Digilent Inc., Вашингтон, АҚШ).Аналогтық сигнал \(V_0\) (0,5 Vp-p) содан кейін арнайы радиожиілік (RF) күшейткішімен күшейтілді (Mariachi Oy, Турку, Финляндия).Күшейткіш кернеу \({V_I}\) шығыс кедергісі 50 \(\Омега\) РЖ күшейткішінен кіріс кедергісі 50 \(\Омега)\) ине құрылымына орнатылған трансформаторға шығады. Лангевин түрлендіргіші (алдыңғы және артқы көп қабатты пьезоэлектрлік түрлендіргіштер, массасы бар) механикалық толқындарды генерациялау үшін қолданылады.Арнайы РЖ күшейткіші 300 кГц аналогты-цифрлық (AD) арқылы оқиға \({V_I}\) және шағылысқан күшейтілген кернеу \(V_R\) анықтай алатын қос арналы тұрақты толқын қуат коэффициентімен (SWR) жабдықталған. ) түрлендіргіш (Analog Discovery 2).Күшейткіш кірісінің өтпелі процестермен шамадан тыс жүктелуін болдырмау үшін қозу сигналы басында және соңында амплитудалық модуляцияланады.
MATLAB жүйесінде іске асырылған теңшелетін сценарийді пайдалана отырып, жиілікке жауап беру функциясы (AFC), яғни сызықты стационарлық жүйені болжайды.Сондай-ақ, сигналдан қажетсіз жиіліктерді жою үшін 20-40 кГц диапазонды өткізу сүзгісін қолданыңыз.Тасымалдау желісі теориясына сілтеме жасай отырып, \(\tilde{H}(f)\) бұл жағдайда кернеудің шағылысу коэффициентіне эквивалентті, яғни \(\rho _{V} \equiv {V_R}/{V_I} \)26 .Өйткені күшейткіштің шығыс кедергісі \(Z_0\) түрлендіргіштің кірістірілген трансформаторының кіріс кедергісіне сәйкес келеді, ал электр қуатының шағылысу коэффициенті \({P_R}/{P_I}\) \ дейін төмендейді. ({V_R }^ 2/{V_I}^2\ ), онда \(|\rho _{V}|^2\) болады.Электр қуатының абсолютті мәні қажет болған жағдайда, сәйкес кернеудің орташа квадраттық (орташа квадраттық) мәнін алу арқылы түскен \(P_I\) және шағылған\(P_R\) қуатты (W) есептеңіз, мысалы, синусоидалы қозуы бар электр беру желісі үшін, \(P = {V}^2/(2Z_0)\)26, мұндағы \(Z_0\) 50 \(\Омега\) тең.Жүктемеге \(P_T\) (яғни енгізілген орта) жеткізілетін электр қуатын \(|P_I – P_R |\) (W RMS) ретінде есептеуге болады және қуат беру тиімділігін (PTE) мына түрде анықтауға және көрсетуге болады. пайыз (%) осылайша 27 береді:
Содан кейін жиілік реакциясы стилус дизайнының модальды жиіліктерін \(f_{1-3}\) (кГц) және сәйкес қуат беру тиімділігін бағалау үшін пайдаланылады, \(\text {PTE}_{1{-}3} \ ).FWHM (\(\text {FWHM}_{1{-}3}\), Гц) тікелей \(\text {PTE}_{1{-}3}\) арқылы бағаланады, 1-кестеден жиіліктер \(f_{1-3}\) сипатталған.
Ацикулярлық құрылымның жиілік реакциясын (AFC) өлшеу әдісі.Қосарналы синусты өлшеу25,38 \(\tilde{H}(f)\) жиілік жауап функциясын және оның H(t) импульстік жауабын алу үшін қолданылады.\({\mathcal {F}}\) және \({\mathcal {F}}^{-1}\) сәйкесінше сандық қысқартылған Фурье түрлендіруін және кері түрлендіру операциясын белгілейді.\(\tilde{G}(f)\) екі сигнал жиілік доменінде көбейтілгенін білдіреді, мысалы, \(\tilde{G}_{XrX}\) кері сканерлеуді білдіреді\(\tilde{X} r( f) )\) және кернеудің төмендеуі сигналы \(\тильд{X}(f)\).
Суретте көрсетілгендей.5, макро линзамен жабдықталған жоғары жылдамдықты камера (Phantom V1612, Vision Research Inc., Нью-Джерси, АҚШ) (MP-E 65 мм, \(f)/2,8, 1-5 \ (\рет\), Canon Inc. .., Токио, Жапония) 27,5–30 кГц жиілікте иілу қозуына (бір жиілік, үздіксіз синусоид) ұшыраған ине ұшының ауытқуын тіркеу үшін пайдаланылды.Көлеңке картасын жасау үшін иненің қиғаш бөлігінің артына жоғары қарқынды ақ жарық диодтың салқындатылған элементі (бөлік нөмірі: 4052899910881, White Led, 3000 K, 4150 лм, Osram Opto Semiconductors GmbH, Регенсбург, Германия) орналастырылды.
Эксперименттік қондырғының алдыңғы көрінісі.Тереңдік медиа бетінен өлшенеді.Ине құрылымы қысқышпен бекітіледі және моторлы тасымалдау үстеліне орнатылады.Қиық ұшының ауытқуын өлшеу үшін жоғары үлкейтетін объективі (5\(\рет\)) бар жоғары жылдамдықты камераны пайдаланыңыз.Барлық өлшемдер миллиметрде көрсетілген.
Ине қиғашының әрбір түрі үшін біз әрқайсысының кеңістіктік ажыратымдылығы 1/180 мм (\(\шамамен) 5 мкм), уақытша ажыратымдылығы бар 128 \(\x\) 128 пиксельді 300 жоғары жылдамдықты камера кадрын жаздык. секундына 310 000 кадр.6-суретте көрсетілгендей, әрбір кадр (1) ұшы кадрдың соңғы жолында (төменгі) болатындай етіп қиылады (2), содан кейін кескіннің гистограммасы (3) есептеледі, сондықтан Canny шегі 1 және 2 анықтауға болады.Содан кейін Sobel операторы 3 \(\times\) 3 арқылы Canny28(4) жиектерін анықтауды қолданыңыз және барлық 300 еселік қадамдар үшін кавитациялық емес гипотенузаның пиксель орнын есептеңіз (\(\mathbf {\times }\) деп белгіленген) .Соңындағы ауытқу аралығын анықтау үшін туынды есептелінеді (орталық айырмашылық алгоритмі арқылы) (6) және ауытқудың (7) жергілікті экстремумы (яғни шыңы) бар рамка анықталады.Кавитацияланбайтын жиекті көзбен тексергеннен кейін жұп жақтаулар (немесе жарты уақыт кезеңімен бөлінген екі жақтау) (7) таңдалды және ұшының ауытқуы өлшенді (белгіленген \(\mathbf {\times} \ ) Жоғарыда айтылғандар орындалды. Python тілінде (v3.8, Python Software Foundation, python.org) OpenCV Canny жиегін анықтау алгоритмін (v4.5.1, ашық бастапқы компьютерлік көру кітапханасы, opencv.org) пайдалана отырып, электр қуаты \ (P_T \) (W, rms) .
Ұштың ауытқуы 310 кГц жиілікте жоғары жылдамдықты камерадан алынған 7-қадамды алгоритмді (1-7) пайдаланып, кадрды (1-2), Canny жиегін анықтауды (3-4), пиксельді орналастыру жиегін қоса алғанда, бірқатар кадрларды пайдаланып өлшенді. есептеу (5) және олардың уақыт туындылары (6) және соңында шыңнан шыңға дейін иілу визуалды тексерілген рамалардың (7) жұптарында өлшенді.
Өлшемдер ауада (22,4-22,9°C), ионсыздандырылған суда (20,8-21,5°C) және баллистикалық желатин 10% (салм/көлем) (19,7-23,0°C, \(\text {Honeywell}^{ \text) алынды. { TM}}\) \(\text {Fluka}^{\text {TM}}\) I типті баллистикалық талдауға арналған сиыр және шошқа сүйектерінің желатині, Honeywell International, Солтүстік Каролина, АҚШ).Температура K-типті терможұп күшейткішімен (AD595, Analog Devices Inc., MA, АҚШ) және K-типті термопарамен (Fluke 80PK-1 Bead Probe No. 3648 түрі-K, Fluke Corporation, Вашингтон, АҚШ) өлшенді.Ортадан Тереңдік 5 мкм ажыратымдылығы бар тік қозғалтқыштандырылған z осі сатысы (8MT50-100BS1-XYZ, Standa Ltd., Вильнюс, Литва) арқылы бетінен (z осінің бастауы ретінде орнатылған) өлшенді.қадам сайын.
Таңдама өлшемі шағын болғандықтан (n = 5) және қалыптылықты қабылдау мүмкін болмағандықтан, екі үлгіден тұратын екі жақты Wilcoxon ранг сомасы сынағы (R, v4.0.3, R Foundation for Statistical Computing, r-project .org) пайдаланылды. әр түрлі қиғаштар үшін ине ұшының ауытқу мөлшерін салыстыру.Әр көлбеу үшін 3 салыстыру болды, сондықтан 0,017 түзетілген маңыздылық деңгейімен және 5% қателікпен Bonferroni түзетуі қолданылды.
Енді 7-суретке көшейік.29,75 кГц жиілікте 21 калибрлі иненің иілу жарты толқыны (\(\лямбда_y/2\)) \(\шамамен) 8 мм болады.Ұшына жақындаған сайын иілу толқын ұзындығы қиғаш бұрыш бойымен азаяды.Ұшында \(\лямбда _y/2\) \(\шамамен\) бір иненің кәдімгі ланцетті (а), асимметриялық (b) және осьтік симметриялы (c) еңісі үшін 3, 1 және 7 мм қадамдар бар. , тиісінше.Сонымен, бұл ланцет диапазоны \(\шамамен) 5 мм (ланцеттің екі жазықтығы бір нүктені құрайтындықтан29,30), асимметриялық қиғаш 7 мм, асимметриялық қиғаш 1. мм.Осьтік симметриялы беткейлер (ауырлық центрі тұрақты болып қалады, сондықтан тек құбыр қабырғасының қалыңдығы шын мәнінде көлбеу бойымен өзгереді).
FEM зерттеулері және 29,75 кГц жиіліктегі теңдеулерді қолдану.(1) Иілу жарты толқынының вариациясын есептеу кезінде (\(\лямбда_y/2\)) ланцет (a), асимметриялық (b) және осьтік симметриялы (c) қиғаш геометриялар (1a,b,c-суреттегідей) ).Ланцет, асимметриялық және осьтік симметриялық қиғаштардың орташа мәні \(\lambda_y/2\) сәйкесінше 5,65, 5,17 және 7,52 мм болды.Асимметриялық және осьтік симметриялы қиғаштар үшін ұш қалыңдығы \(\шамамен) 50 мкм-мен шектелетінін ескеріңіз.
Ең жоғары ұтқырлық \(|\tilde{Y}_{v_yF_y}|\) - түтік ұзындығы (TL) мен қиғаш ұзындығының (BL) оңтайлы үйлесімі (Cурет 8, 9).Кәдімгі ланцет үшін оның өлшемі бекітілгендіктен, оңтайлы TL \(\шамамен) 29,1 мм (Cурет 8).Асимметриялық және осьтік қиғаштар үшін (сәйкесінше 9a, b-сурет) FEM зерттеулері BL 1-ден 7 мм-ге дейін болды, сондықтан оңтайлы TL 26,9-дан 28,7 мм-ге дейін (диапазон 1,8 мм) және 27,9-дан 29 ,2 мм-ге дейін (диапазон) болды. 1,3 мм), тиісінше.Асимметриялық көлбеу үшін (9а-сурет) оңтайлы TL сызықтық өсті, BL 4 мм-дегі платоға жетті, содан кейін BL 5-тен 7 мм-ге дейін күрт төмендеді.Осьтік симметриялық қиғаш (9б-сурет) үшін оңтайлы TL BL ұлғаюымен сызықты түрде өсті және соңында BL-де 6-дан 7 мм-ге дейін тұрақтанды.Осьтік симметриялы көлбеуді кеңейтілген зерттеу (9c-сурет) \(\шамамен) 35,1–37,1 мм аралығындағы оңтайлы TLs әртүрлі жиынтығын көрсетті.Барлық BL үшін екі ең жақсы TL арасындағы қашықтық \(\шамамен\) 8мм (\(\lambda_y/2\) тең).
29,75 кГц жиілікте Lancet тарату ұтқырлығы.Ине 29,75 кГц жиілікте икемді қоздырылды және діріл иненің ұшында өлшенді және 26,5-29,5 мм (0,1 мм қадамдармен) ТЛ үшін берілетін механикалық қозғалғыштық мөлшері (максималды мәнге қатысты дБ) ретінде көрсетілді. .
29,75 кГц жиіліктегі FEM параметрлік зерттеулері оның асимметриялық аналогына қарағанда осьтік симметриялық ұштың беріліс қозғалғыштығына түтік ұзындығының өзгеруінен аз әсер ететінін көрсетеді.FEM көмегімен жиілік доменін зерттеуде асимметриялық (а) және осьтік симметриялы (b, c) қиғаш геометриялардың қиық ұзындығы (BL) және құбыр ұзындығы (TL) зерттеулері (шекаралық шарттар 2-суретте көрсетілген).(a, b) TL 26,5 пен 29,5 мм (0,1 мм қадам) және BL 1–7 мм (0,5 мм қадам) аралығында болды.(c) 25–40 мм TL (0,05 мм қадаммен) және BL 0,1–7 мм (0,1 мм қадаммен) қоса алғанда, кеңейтілген осьтік симметриялы көлбеу зерттеулері \(\lambda_y/2\ ) ұшының талаптарына сай болуы керек екенін көрсетеді.жылжымалы шекаралық шарттар.
Ине конфигурациясында 1-кестеде көрсетілгендей төмен, орташа және жоғары режим аймақтарына бөлінген үш меншікті жиілік \(f_{1-3}\) бар. PTE өлшемі күріште көрсетілгендей жазылды.10, содан кейін 11-суретте талданады. Төменде әрбір модальды аймақ үшін қорытындылар берілген:
20 мм тереңдікте ауадағы, судағы және желатиндегі ланцет (L) және осьтік симметриялық қиғаш AX1-3 үшін сыпырылған жиілікті синусоидалы қозу арқылы алынған әдеттегі тіркелген лездік қуат беру тиімділігінің (PTE) амплитудалары.Бір жақты спектрлер көрсетілген.Өлшенген жиілік реакциясы (300 кГц жиілікте таңдалған) төмен жиілікте сүзгіден өтті, содан кейін модальды талдау үшін 200 есе кішірейтілді.Сигнал-шу қатынасы \(\le\) 45 дБ.PTE фазалары (күлгін нүктелі сызықтар) градуспен көрсетілген (\(^{\circ}\)).
Модальды жауап талдауы (орташа ± стандартты ауытқу, n = 5) 10-суретте көрсетілген, L және AX1-3 беткейлері үшін, ауада, суда және 10% желатинде (тереңдігі 20 мм), (жоғарғы) үш модальды аймақпен ( төмен, орташа және жоғары) және олардың сәйкес модальды жиіліктері\(f_{1-3 }\) (кГц), (орташа) энергия тиімділігі \(\text {PTE}_{1{-}3}\) Эквиваленттер арқылы есептелген .(4) және (төменгі) толық ен жартылай максималды өлшемдерде сәйкесінше \(\text {FWHM}_{1{-}3}\) (Гц).Төмен PTE тіркелген кезде өткізу қабілеттілігін өлшеу өткізіп жіберілгенін ескеріңіз, яғни AX2 көлбеу жағдайында \(\text {FWHM}_{1}\).\(f_2\) режимі көлбеу ауытқуларды салыстыру үшін ең қолайлы болып табылды, өйткені ол қуатты беру тиімділігінің ең жоғары деңгейін көрсетті (\(\text {PTE}_{2}\)), 99%-ға дейін.
Бірінші модальды аймақ: \(f_1\) енгізілген орта түріне көп тәуелді емес, бірақ көлбеу геометриясына байланысты.\(f_1\) қиғаш ұзындығының азаюымен азаяды (AX1-3 үшін ауада тиісінше 27,1, 26,2 және 25,9 кГц).Аймақтық орташа мәндер \(\text {PTE}_{1}\) және \(\text {FWHM}_{1}\) сәйкесінше \(\шамамен\) 81% және 230 Гц.\(\text {FWHM}_{1}\) Lancet жүйесіндегі ең жоғары желатинге ие (L, 473 Гц).Төмен жазылған FRF амплитудасына байланысты желатиндегі \(\text {FWHM}_{1}\) AX2 бағаланбағанын ескеріңіз.
Екінші модальды аймақ: \(f_2\) енгізілген баспа құралының түріне және қиғашқа байланысты.\(f_2\) орташа мәндері ауадағы, судағы және желатиндегі сәйкесінше 29,1, 27,9 және 28,5 кГц.Бұл модальды аймақ сонымен қатар 99% жоғары PTE көрсетті, бұл өлшенген топтардың ең жоғарысы, аймақтық орташа көрсеткіш 84%.\(\text {FWHM}_{2}\) аймақтық орташа мәнге ие \(\шамамен\) 910 Гц.
Үшінші режим аймағы: жиілік \(f_3\) баспа құралының түріне және қиғаштығына байланысты.Орташа \(f_3\) мәндері ауадағы, судағы және желатиндегі сәйкесінше 32,0, 31,0 және 31,3 кГц.\(\text {PTE}_{3}\) аймақтық орташа мән \(\шамамен\) 74% құрады, бұл кез келген аймақтың ең төменгісі.Аймақтық орташа мән \(\text {FWHM}_{3}\) \(\шамамен\) 1085 Гц, бұл бірінші және екінші аймақтардан жоғары.
Келесі суретке сілтеме жасайды.12 және 2-кесте. Ланцет (L) ауада да, суда да (барлық ұштар үшін жоғары маңыздылықпен, \(p<\) 0,017) ең жоғары DPR-ға (220 мкм/ дейін) қол жеткізген (12а-сурет) W ауада). 12 және 2-кесте. Ланцет (L) ауада да, суда да (барлық ұштар үшін жоғары маңыздылықпен, \(p<\) 0,017) ең жоғары DPR-ға (220 мкм/ дейін) қол жеткізген (12а-сурет) W ауада). Следующее относится к рисунку 12 және таблице 2. Ланцет (L) отклонялся больше всего (с высокой значимостью для всех наконечников, \(p<\) 0,017) как в воздухе, так и в воде (дісі 12), досы. . Төмендегілер 12-суретке және 2-кестеге қатысты. Лансет (L) ауада да, суда да ең көп ауытқыған (барлық кеңестер үшін жоғары маңызды, \(p<\) 0,017) (12а-сурет), ең жоғары DPR-ға қол жеткізеді.(ауада 220 мкм/Вт дейін).Смт.Төмендегі 12-сурет және 2-кесте.柳叶刀(L) 在空气和水中偏转最多（对所有尖端具有高显着性，\(p<\) 0,017（2（开开开高DPR （在空气中高达220 мкм/Вт）。柳叶刀(L) ауа мен судағы ең жоғары ауытқуға ие (对所记尖端可以高电影性,\(p<\) 0,017) (图12a) және ең жоғары DPR (220 мкм/Вт дейін) қол жеткізді. ауа). Ланцет (L) отклонялся больше всего (высокая значимость для всех наконечников, \(p<\) 0,017) в воздухе және воде (рис. 12а), достигая наибольшего DPR (до 220 мкм/Вт в воздухе). Lancet (L) ауада және суда ең көп (барлық ұштар үшін жоғары маңыздылық, \(p<\) 0,017) ауытқыды (12а-сурет), ең жоғары DPR (ауада 220 мкм/Вт дейін) жетті. Ауада BL жоғарырақ AX1 AX2–3 (маңыздылығы, \(p<\) 0,017) шамасынан жоғары ауытқыды, ал AX3 (ең төмен BL) DPR 190 мкм/Вт болатын AX2-ден көбірек ауытқыды. Ауада BL жоғарырақ AX1 AX2–3 (маңыздылығы, \(p<\) 0,017) шамасынан жоғары ауытқыды, ал AX3 (ең төмен BL) DPR 190 мкм/Вт болатын AX2-ден көбірек ауытқыды. AX1 с более высоким BL отклонялся выше, AX2–3 (сондай белгі \(p<\) 0,017), AX3 (с ең аз BL) отклонялся үлкен, AX2 с DPR 190 мкм/Вт. Ауада BL жоғарырақ AX1 AX2–3 (маңыздылығы \(p<\) 0,017), ал AX3 (ең төменгі BL) DPR 190 мкм/Вт бар AX2-ден көбірек ауытқып кетті.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）淉AX（BL，伀在偏转大于AX2，DPR 为190 мкм/Вт . Ауада BL жоғарырақ AX1 ауытқуы AX2-3-тен жоғары (айтарлықтай, \(p<\) 0,017), ал AX3 ауытқуы (ең төменгі BL) AX2-ден үлкен, DPR 190. мкм/Вт. В воздухе AX1 с более высоким BL отклоняется үлкен, чем AX2-3 (значимо, \(p<\) 0,017), ол кезде как как AX3 (с ең аз BL) отклоняется сияқты, AX2 с DPR 190 мкм/Вт. Ауада BL жоғарырақ AX1 AX2-3 (маңызды, \(p<\) 0,017), ал AX3 (ең төмен BL) DPR 190 мкм/Вт бар AX2-ден көбірек бұрады.20 мм суда ауытқу және PTE AX1–3 айтарлықтай айырмашылығы жоқ (\(p>\) 0,017).Судағы PTE деңгейі (90,2–98,4%) әдетте ауадағыға қарағанда (56–77,5%) жоғары болды (12c-сурет) және судағы тәжірибе кезінде кавитация құбылысы байқалды (13-сурет, сонымен қатар қосымша қараңыз). ақпарат).
Ауадағы және судағы (тереңдігі 20 мм) L және AX1-3 қиғаштары үшін өлшенген ұшының ауытқу шамасы (орташа ± SD, n = 5) қиғаш геометриясының өзгеруінің әсерін көрсетеді.Өлшемдер үздіксіз бір жиілікті синусоидалы қозуды қолдану арқылы алынды.(a) (b) сәйкес модальды жиіліктер \(f_2\) бойынша өлшенген ұшында шыңнан шыңға дейінгі ауытқу (\(u_y\vec {j}\)).(c) Теңдеудің қуат беру тиімділігі (PTE, RMS, %).(4) және (d) Ауысу қуат коэффициенті (DPR, мкм/Вт) ауытқу шыңынан шыңға дейін және берілетін электр қуаты \(P_T\) (Wrms) ретінде есептелген.
Жарты цикл ішінде ланцеттің (L) және осьтік симметриялық ұшының (AX1–3) судағы (20 мм тереңдік) шыңнан шыңға ауытқуын (жасыл және қызыл нүктелі сызықтар) көрсететін әдеттегі жоғары жылдамдықты камера көлеңкесі.цикл, қозу жиілігінде \(f_2\) (іріктеу жиілігі 310 кГц).Түсірілген сұр реңкті кескіннің өлшемі 128×128 пиксель және пиксель өлшемі \(\шамамен\) 5 мкм.Бейнені қосымша ақпараттан табуға болады.
Осылайша, иілу толқын ұзындығының өзгеруін модельдедік (7-сурет) және геометриялық пішіндердің әдеттегі ланцеттік, асимметриялық және осьтік симметриялы фаскалары үшін құбыр ұзындығы мен фасканың комбинациясы үшін ауыстырылатын механикалық қозғалғыштығын есептедік (8, 9-сурет).Соңғысына сүйене отырып, біз 5-суретте көрсетілгендей ұшынан дәнекерлеуге дейінгі 43 мм (немесе \(\шамамен) 2,75\(\лямбда _y\) 29,75 кГц) оңтайлы қашықтықты бағалап, үш осьтік симметрияны жасадық. әртүрлі қиғаш ұзындықтары бар қиғаштар.Содан кейін біз олардың ауадағы, судағы және 10% (салм/көлем) баллистикалық желатиндегі жиілігінің мінез-құлқын әдеттегі ланцеттермен салыстырғанда сипаттадық (10, 11-суреттер) және қиғаш ауытқуларды салыстыру үшін ең қолайлы режимді анықтадық.Соңында, біз 20 мм тереңдікте ауа мен судағы толқынды иілу арқылы ұшының ауытқуын өлшедік және әрбір қиғаш үшін кірістіру ортасының қуат беру тиімділігін (PTE, %) және ауытқу қуат коэффициентін (DPR, мкм/Вт) сандық түрде анықтадық.бұрыштық түрі (Cурет 12).
Иненің қиғаш геометриясы ине ұшының ауытқу мөлшеріне әсер ететіні көрсетілген.Ланцет орташа ауытқуы төмен осьтік симметриялық қиғашпен салыстырғанда ең жоғары ауытқуға және ең жоғары DPR-ға қол жеткізді (Cурет 12).Ең ұзын қиғаштығы бар 4 мм осьтік симметриялық қиғаш (AX1) басқа осьтік симметриялы инелермен (AX2–3) салыстырғанда ауадағы статистикалық маңызды максималды ауытқуға қол жеткізді (\(p <0,017\), 2-кесте), бірақ айтарлықтай айырмашылық болмады. .инені суға салғанда байқалады.Осылайша, ұшында ең жоғары ауытқу тұрғысынан ұзағырақ қиғаш ұзындығының айқын артықшылығы жоқ.Осыны ескере отырып, бұл зерттеуде зерттелген қиғаш геометрия қиғаштың ұзындығына қарағанда ауытқуға көбірек әсер ететін сияқты.Бұл иілу қаттылығына байланысты болуы мүмкін, мысалы, майысқан материалдың жалпы қалыңдығына және иненің конструкциясына байланысты.
Эксперименттік зерттеулерде шағылған иілу толқынының шамасына ұштың шекаралық шарттары әсер етеді.Иненің ұшы су мен желатинге енгізілгенде, \(\text {PTE}_{2}\) \(\шамамен\) 95%, ал \(\text {PTE}_{ 2}\) \ (\text {PTE}_{ 2}\) мәндері (\text {PTE}_{1}\) және \(\text {PTE}_{3}\) үшін 73% және 77%, тиісінше (Cурет 11).Бұл акустикалық энергияның құю ортасына, яғни суға немесе желатинге максималды берілуі \(f_2\) кезінде болатынын көрсетеді.Ұқсас мінез-құлық 41-43 кГц жиілік диапазонында қарапайым құрылғы конфигурациясын қолданатын алдыңғы зерттеуде31 байқалды, онда авторлар кернеуді көрсету коэффициентінің кірістірілген ортаның механикалық модуліне тәуелділігін көрсетті.Ену тереңдігі32 және тіннің механикалық қасиеттері инеге механикалық жүктемені қамтамасыз етеді және сондықтан UZEFNAB резонанстық әрекетіне әсер етеді деп күтілуде.Осылайша, резонансты бақылау алгоритмдерін (мысалы, 17, 18, 33) ине арқылы жеткізілетін акустикалық қуатты оңтайландыру үшін пайдалануға болады.
Иілу толқын ұзындығындағы модельдеу (7-сурет) осьтік симметриялық ұшы ланцет пен асимметриялық қиғашқа қарағанда құрылымдық жағынан қаттырақ (яғни, иілу кезінде қаттырақ) екенін көрсетеді.(1) негізінде және белгілі жылдамдық-жиілік қатынасын пайдалана отырып, ланцетті, асимметриялық және осьтік көлбеу жазықтықтар үшін сәйкесінше ине ұшында иілу қаттылығын \(\шамамен\) 200, 20 және 1500 МПа ретінде бағалаймыз.Бұл 29,75 кГц жиілікте тиісінше 5,3, 1,7 және 14,2 мм-нің \(\лямбда_y\) мәндеріне сәйкес келеді (7a–c-сурет).USeFNAB кезінде клиникалық қауіпсіздікті ескере отырып, геометрияның көлбеу жазықтықтың құрылымдық қаттылығына әсерін бағалау керек34.
Түтік ұзындығына қатысты конустық параметрлерді зерттеу (9-сурет) оңтайлы беру диапазоны осьтік симметриялық қиғашқа (1,3 мм) қарағанда асимметриялық қиғаш (1,8 мм) үшін жоғары екенін көрсетті.Сонымен қатар, ұтқырлық \(\шамамен) сәйкесінше 4-тен 4,5 мм-ге дейін және асимметриялық және осьтік симметриялы қисайтулар үшін 6-дан 7 мм-ге дейін тұрақты (9а, б-сурет).Бұл ашылудың практикалық маңыздылығы өндірістік төзімділікте көрінеді, мысалы, оңтайлы TL диапазоны неғұрлым төменірек ұзындық дәлдігі қажет екенін білдіруі мүмкін.Бұл ретте ұтқырлық үстірті ұтқырлыққа айтарлықтай әсер етпей, берілген жиіліктегі шөгу ұзындығын таңдауға үлкен төзімділікті қамтамасыз етеді.
Зерттеу келесі шектеулерді қамтиды.Жиектерді анықтау және жоғары жылдамдықты бейнелеу арқылы иненің ауытқуын тікелей өлшеу (12-сурет) ауа мен су сияқты оптикалық мөлдір ортамен шектелетінімізді білдіреді.Сондай-ақ, біз имитацияланған трансферттік ұтқырлықты сынау үшін эксперименттерді пайдаланбағанымызды және керісінше инелерді жасау үшін оңтайлы ұзындықты анықтау үшін FEM зерттеулерін пайдаланғанымызды атап өткіміз келеді.Практикалық шектеулерге келетін болсақ, ланцеттің ұшынан жеңге дейінгі ұзындығы басқа инелермен салыстырғанда \(\шамамен) 0,4 см ұзын (AX1-3), суретті қараңыз.3б.Бұл ине дизайнының модальды реакциясына әсер етуі мүмкін.Сонымен қатар, толқын өткізгіш түйреуіштің соңындағы дәнекерлеудің пішіні мен көлемі (3-суретті қараңыз) түйреуіш конструкциясының механикалық кедергісіне әсер етуі мүмкін, бұл механикалық кедергі мен иілу мінез-құлқында қателіктер жібереді.
Соңында біз тәжірибелік қиғаш геометрия USeFNAB-дегі ауытқу мөлшеріне әсер ететінін көрсеттік.Егер үлкенірек ауытқу иненің тінге әсеріне оң әсер ететін болса, мысалы, пирсингтен кейінгі кесу тиімділігі, USeFNAB жүйесінде кәдімгі ланцетті ұсынуға болады, өйткені ол құрылымдық ұшының жеткілікті қаттылығын сақтай отырып, максималды ауытқуды қамтамасыз етеді..Сонымен қатар, жақында жүргізілген зерттеу35 ұштың көбірек ауытқуы аз инвазивті хирургиялық қолданбалардың дамуын жеңілдететін кавитация сияқты биологиялық әсерлерді күшейтетінін көрсетті.Жалпы акустикалық қуатты арттыру USeFNAB13 биопсияларының санын көбейтетінін ескере отырып, зерттелетін ине геометриясының егжей-тегжейлі клиникалық артықшылықтарын бағалау үшін үлгі саны мен сапасын одан әрі сандық зерттеулер қажет.
Жіберу уақыты: 06 қаңтар 2023 ж