Eskerrik asko Nature.com bisitatzeagatik.CSS laguntza mugatua duen arakatzailearen bertsioa erabiltzen ari zara.Esperientzia onena lortzeko, eguneratutako arakatzailea erabiltzea gomendatzen dugu (edo Internet Explorer-en bateragarritasun modua desgaitzea).Horrez gain, etengabeko laguntza bermatzeko, gunea estilorik eta JavaScript gabe erakusten dugu.
Hiru diapositibako karrusel bat bistaratzen du aldi berean.Erabili Aurrekoa eta Hurrengoa botoiak aldi berean hiru diapositibatik mugitzeko, edo erabili amaierako graduatzaile-botoiak hiru diapositibatik aldi berean mugitzeko.
Duela gutxi frogatu da ultrasoinuen erabilerak ehunen errendimendua hobetu dezakeela ultrasoinuekin hobetutako orratz finko aspirazioko biopsian (USeFNAB) ohiko orratz finko aspirazioko biopsiarekin (FNAB) alderatuta.Alakaren geometriaren eta orratz-puntaren ekintzaren arteko erlazioa oraindik ez da ikertu.Azterketa honetan, orratzaren erresonantziaren eta deflexioaren anplitudearen propietateak ikertu ditugu orratz-alakaren geometria ezberdinetarako.3,9 mm-ko ebakidura duen lantza konbentzionala erabiliz, punta desbideratzeko potentzia-faktorea (DPR) 220 eta 105 µm/W-koa izan zen airean eta uretan, hurrenez hurren.Hau 4 mm-ko alaka punta axisimetrikoa baino altuagoa da, 180 eta 80 µm/W-ko DPR-a lortu baitzuen airean eta uretan, hurrenez hurren.Azterketa honek alakaren geometriaren tolestearen zurruntasunaren arteko erlazioaren garrantzia azpimarratzen du txertatzeko laguntza desberdinen testuinguruan, eta, beraz, zulatu ostean ebaketa-ekintza kontrolatzeko metodoen berri eman dezake orratzaren alakaren geometria aldatuz, hori garrantzitsua da USeFNABentzat.Aplikazioak garrantzia du.
Orratz finko aspirazioko biopsia (FNAB) anormaltasun bat susmatzen denean ehun-lagin bat lortzeko orratz bat erabiltzen den teknika da1,2,3.Franseen motako aholkuek Lancet4 eta Menghini5 aholku tradizionalek baino diagnostiko errendimendu handiagoa ematen dutela frogatu da.Alaka axisimetrikoak (hau da, zirkunferentzialak) ere proposatu dira histopatologiarako lagin egoki bat izateko probabilitatea handitzeko6.
Biopsia batean, orratz bat larruazaleko eta ehuneko geruzetan zehar pasatzen da patologia susmagarria agerian uzteko.Azken ikerketek erakutsi dute ultrasoinuen aktibazioa ehun bigunetara sartzeko behar den zulatze-indarra murrizten duela7,8,9,10.Orratz-alakaren geometriak orratzaren interakzio-indarren eragina duela frogatu da, adibidez, alak luzeagoek ehunen sartze-indar txikiagoak dituztela 11 .Iradoki da orratza ehunen gainazalean sartu ondoren, hau da, zulatu ondoren, orratzaren ebaketa-indarra orratz-ehun-interakzio indar osoaren %75 izan daitekeela12.Ekografiak (AEB) ehun bigunen biopsiaren kalitatea hobetzen duela frogatu da zulatu osteko fasean13.Hezur-biopsia hobetzeko beste metodo batzuk garatu dira ehun gogorren laginketa egiteko14,15 baina ez da biopsiaren kalitatea hobetzen duen emaitzarik jakinarazi.Hainbat ikerketek ere aurkitu dute desplazamendu mekanikoa handitzen dela ultrasoinuen unitatearen tentsioa handitzean16,17,18.Orratz-ehun elkarreraginetan indar estatiko axialen (longitudinalak) ikerketa asko dauden arren19,20, ultrasoinu hobetutako FNAB (USeFNAB) denborazko dinamikari eta orratz alakaren geometriari buruzko azterketak mugatuak dira.
Azterketa honen helburua alaka geometria ezberdinek orratzaren flexioak ultrasoinu-maiztasunetan bultzatutako orratz-puntaren ekintzan duten eragina ikertzea izan da.Bereziki, injekzio-euskarriaren eragina ikertu dugu orratz-puntaren desbideratzean zulatu ondoren orratz-alaketan ohikoak (adibidez, lantzek), alaka bakarreko geometria axisimetrikoak eta asimetrikoak (Irudia USeFNAB orratzak garatzea errazteko hainbat helburutarako, hala nola xurgatze selektiborako. sarbide edo ehun bigunen nukleoak.
Azterketa honetan alaka geometria desberdinak sartu ziren.(a) ISO 7864:201636 arauarekin bat datozen lantzetak non \(\alpha\) alaka angelu primarioa den, \(\theta\) alaka bigarren mailako biraketa angelua den eta \(\phi\) alaka bigarren mailako biraketa angelua den. graduetan , gradutan (\(^\circ\)).(b) urrats bakarreko txanfla asimetriko linealak (DIN 13097:201937 "estandarra" izenekoak) eta (c) pauso bakarreko txanfla asimetriko linealak (zirkunferentzialak).
Gure ikuspegia lehenik eta behin makurdura-uhin-luzeraren aldaketa maldan zeharreko lanceta, ardatz-simetriko eta etapa bakarreko malda-geometria asimetrikoen aldaketa modelatzea da.Ondoren, azterketa parametriko bat kalkulatu dugu alakaren angeluak eta hodiaren luzerak garraio-mekanismoaren mugikortasunean duten eragina aztertzeko.Orratz prototipo bat egiteko luzera optimoa zehazteko egiten da.Simulazioan oinarrituta, orratz-prototipoak egin ziren eta airean, uretan eta %10eko (w/v) gelatina balistikoan zuten portaera erresonatzailea esperimentalki ezaugarritu zen, tentsioaren islapen koefizientea neurtuz eta potentzia transferentziaren eraginkortasuna kalkulatuz, non funtzionamendu-maiztasuna zen. zehaztuta..Azkenik, abiadura handiko irudiak orratzaren puntan dagoen tolestura-uhinaren desbideratzea zuzenean neurtzeko erabiltzen da airean eta uretan, eta okertu bakoitzak transmititzen duen potentzia elektrikoa eta injektatutakoaren desbideratze potentzia-faktorea (DPR) geometria kalkulatzeko. ertaina.
2a irudian ageri den bezala, erabili 21. zenbakia (0,80 mm OD, 0,49 mm ID, 0,155 mm hodiaren horma-lodiera, horma estandarra ISO 9626:201621) 316 altzairu herdoilgaitzez egina (Young-en modulua 205).\(\text {GN/m}^{2}\), dentsitatea 8070 kg/m\(^{3}\), Poisson-en ratioa 0,275).
Makurdura-uhin-luzera eta orratzaren eta muga-baldintzen elementu finituen ereduaren (FEM) sintonizazioa.(a) Alakaren luzera (BL) eta hodiaren luzera (TL) zehaztea.(b) Hiru dimentsioko (3D) elementu finituen eredua (FEM) \(\tilde{F}_y\vec{j}\) puntu-indar harmonikoa erabiliz orratza hurbileko muturrean kitzikatzeko, puntua desbideratzeko eta abiadura neurtzeko. punta bakoitzeko (\( \tilde{u}_y\vec {j}\), \(\tilde{v}_y\vec {j}\)) garraio-mugikortasun mekanikoa kalkulatzeko.\(\lambda _y\) \(\tilde{F}_y\vec {j}\) indar bertikalarekin lotutako uhin-luzera gisa definitzen da.(c) Zehaztu grabitate-zentroa, A sekzio-eremua eta \(I_{xx}\) eta \(I_{yy}\) inertzi momentuak x ardatzaren eta y ardatzaren inguruan hurrenez hurren.
irudian ikusten den bezala.2b,c, A sekzio-eremua duen eta uhin-luzera handia duen habe infinitua (infinitua) habearen sekzioaren tamainarekin alderatuta, tolestura (edo tolestura) fase-abiadura \(c_{EI}\ ) honela definitzen da 22:
non E Young-en modulua den (\(\text {N/m}^{2}\)), \(\omega _0 = 2\pi f_0\) kitzikapen-maiztasun angeluarra den (rad/s), non \( f_0 \ ) maiztasun lineala (1/s edo Hz), I interes ardatzaren inguruko eremuaren inertzi momentua da \((\text {m}^{4})\) eta \(m'=\ rho _0 A \) luzera unitateko masa da (kg/m), non \(\rho _0\) dentsitatea \((\text {kg/m}^{3})\) eta A gurutzea den -Habearen sekzio-eremua (xy planoa) (\ (\text {m}^{2}\)).Gure kasuan aplikatutako indarra y-ardatz bertikalarekiko paraleloa denez, hau da, \(\tilde{F}_y\vec {j}\), x- horizontalaren inguruko eremuaren inertzi momentua baino ez zaigu interesatzen. ardatza, hau da, \(I_{xx} \), beraz:
Elementu finituen eredurako (FEM), desplazamendu harmoniko hutsa (m) suposatzen da, beraz, azelerazioa (\(\text {m/s}^{2}\)) \(\partcial ^2 \vec) gisa adierazten da. {u}/ \ partziala t^2 = -\omega ^2\vec {u}\), adibidez, \(\vec {u}(x, y, z, t) := u_x\vec {i} + u_y \vec {j }+ u_z\vec {k}\) koordenatu espazialetan definitutako hiru dimentsioko desplazamendu-bektore bat da.Azken hau momentuaren oreka-legearen lagrangiar forma finituki deformagarriarekin ordezkatuz23, COMSOL Multiphysics software paketean (5.4-5.5 bertsioak, COMSOL Inc., Massachusetts, AEB) ezartzearen arabera, honako hau ematen du:
Non \(\vec {\nabla}:= \frac{\partziala}}{\partziala x}\vec {i} + \frac{\partziala}}{\partziala y}\vec {j} + \frac{ \partial }{\partial z}\vec {k}\) tentsore-dibergentzia-eragilea da, eta \({\underline{\sigma}}\) bigarren Piola-Kirchhoff tentsorea (bigarren ordena, \(\ testua). { N /m}^{2}\)), eta \(\vec {F_V}:= F_{V_x}\vec {i}+ F_{V_y}\vec {j}+ F_{V_z}\vec { k} \) bolumen deformagarri bakoitzaren gorputz-indarraren (\(\text {N/m}^{3}\)) bektorea da, eta \(e^{j\phi }\) fasea da. gorputz-indarra, \(\phi\) (rad) fase-angelua du.Gure kasuan, gorputzaren bolumen-indarra nulua da, eta gure ereduak linealtasun geometrikoa eta deformazio elastiko huts txikiak hartzen ditu, hau da, \({\underline{\varepsilon}}^{el} = {\underline{\varepsilon}}\ ), non \({\underline{\varepsilon}}^{el}\) eta \({\underline{ \varepsilon}}\) – deformazio elastikoa eta deformazio osoa (bigarren ordenako dimentsiorik gabekoa), hurrenez hurren.Hooke-ren elastikotasun isotropo tentsore eratzailea \(\underline {\underline {C))\) Young-en E(\(\text{N/m}^{2}\)) eta Poisson-en ratioa definitzen da, horrela \ (\azpimarra{\underline{C}}:=\azpimarra{\underline{C}}(E,v)\) (laugarren ordena).Beraz, tentsioaren kalkulua \({\underline{\sigma}} := \underline{\underline{C}}:{\underline{\varepsilon}}\ bihurtzen da.
Kalkuluak \(\le\) 8 μm-ko elementuen tamaina duten 10 nodoko elementu tetraedrikoekin egin dira.Orratza hutsean modelatzen da, eta mugikortasun mekanikoaren transferentzia-balioa (ms-1 H-1) \(|\tilde{Y}_{v_yF_y}|= |\tilde{v}_y\vec {j}) honela definitzen da. |/|\ tilde{F}_y\vec {j}|\)24, non \(\tilde{v}_y\vec {j}\) esku-piezaren irteerako abiadura konplexua den, eta \( \tilde{ F} _y\vec {j }\) hodiaren hurbileko muturrean kokatutako indar eragile konplexu bat da, 2b irudian ikusten den bezala.Mugikortasun mekaniko transmisiboa dezibeliotan (dB) adierazten da erreferentzia gisa balio maximoa erabiliz, hau da, \(20\log _{10} (|\tilde{Y}|/ |\tilde{Y}_{max}| )\ ) , FEM azterketa guztiak 29,75 kHz-ko maiztasunean egin ziren.
Orratzaren diseinua (3. irudia) ohiko 21 galgako orratz hipodermiko batek osatzen du (katalogo-zenbakia: 4665643, Sterican\(^\circledR\), 0,8 mm-ko kanpoko diametroa, 120 mm-ko luzera, AISIz egina. kromo-nikel altzairu herdoilgaitza 304., B. Braun Melsungen AG, Melsungen, Alemania) polipropilenoz egindako plastikozko Luer Lock mahuka bat jarri zuen proximal, dagokion punta aldaketarekin.Orratzaren hodia uhin-gidara soldatzen da 3b irudian ikusten den moduan.Uhin-gida altzairu herdoilgaitzezko 3D inprimagailu batean inprimatu zen (EOS Stainless Steel 316L EOS M 290 3D inprimagailu batean, 3D Formtech Oy, Jyväskylä, Finlandia) eta, ondoren, Langevin sentsorera lotu zen M4 torlojuen bidez.Langevin-eko transduktorea 8 eraztun piezoelektrikoz osatuta dago, mutur bakoitzean bi pisu dituztenak.
Lau punta motak (argazkian), komertzialki eskuragarri dagoen lanceta bat (L) eta fase bakarreko alaka axisimetriko fabrikatutako hiru (AX1-3) alaka-luzerak (BL) 4, 1,2 eta 0,5 mm-ko luzera izan ziren, hurrenez hurren.(a) Amaitutako orratzaren puntaren lehen planoa.(b) 3D inprimatutako uhin-gida batera soldatutako lau pinen goiko ikuspegia eta, ondoren, Langevin sentsorera M4 torlojuekin konektatuta.
Hiru alaka-punta axisimetriko (3. irud.) (TAs Machine Tools Oy) 4,0, 1,2 eta 0,5 mm-ko alakaren luzerekin (BL, 2a. irudian zehaztua) 4,0, 1,2 eta 0,5 mm-ko \(\approx\) 2\ (^\) ekoiztu ziren. circ\), 7\(^\circ\) eta 18\(^\circ\).Uhin-gidaren eta arkatzaren pisuak 3,4 ± 0,017 g (batez bestekoa ± SD, n = 4) alaka L eta AX1–3 dira, hurrenez hurren (Quintix\(^\circledR\) 224 Design 2, Sartorius AG, Göttingen, Alemania) .Orratzaren puntatik plastikozko mahukaren amaierarainoko luzera osoa 13,7, 13,3, 13,3, 13,3 cm-koa da 3b irudiko L eta AX1-3 alaketarako, hurrenez hurren.
Orratzaren konfigurazio guztietan, orratzaren muturretik uhin-gidaren puntarainoko luzera (hau da, soldadura-eremua) 4,3 cm-koa da, eta orratzaren hodia orientatuta dago, alaka gora begira egon dadin (hau da, Y ardatzarekiko paraleloa). ).), (2. irud.).
Ordenagailu batean exekutatzen den MATLAB-en (R2019a, The MathWorks Inc., Massachusetts, AEB) (Latitude 7490, Dell Inc., Texas, AEB) script pertsonalizatu bat erabili zen 25 eta 35 kHz arteko ekorketa sinusoidala lineal bat sortzeko 7 segundotan. digital-analogiko (DA) bihurgailu baten bidez seinale analogikoa bihurtu da (Analog Discovery 2, Digilent Inc., Washington, AEB).Seinale analogikoa \(V_0\) (0,5 Vp-p) irrati-maiztasun (RF) anplifikatzaile dedikatu batekin anplifikatu zen gero (Mariachi Oy, Turku, Finlandia).Erortzen ari den anplifikazio-tentsioa \({V_I}\) RF anplifikadoretik 50 \(\Omega\) irteerako inpedantzia duen orratz egituran 50 \(\Omega)\) sarrerako inpedantzia duen transformadore batera ateratzen da. Langevin transduktorea (aurreko eta atzeko geruza anitzeko transduktore piezoelektrikoak, masaz kargatuta) uhin mekanikoak sortzeko erabiltzen dira.RF anplifikadore pertsonalizatuak kanal bikoitzeko uhin geldikorreko potentzia-faktorea (SWR) neurgailu batekin hornituta dago, \({V_I}\) eta islatutako tentsio anplifikatu \(V_R\) antzeman ditzakeena 300 kHz analogikotik digital (AD) bidez. ) bihurgailua (Analog Discovery 2).Kitzikapen-seinalea hasieran eta amaieran anplitudea modulatzen da, anplifikadorearen sarrera iragankorrekin gainkarga ez dadin.
MATLABen inplementatutako script pertsonalizatu bat erabiliz, maiztasun-erantzunaren funtzioak (AFC), hau da, sistema lineal geldoa hartzen du.Gainera, aplikatu 20 eta 40 kHz arteko banda-iragazkia seinaletik nahi ez diren maiztasunak kentzeko.Transmisio-lerroen teoriari erreferentzia eginez, \(\tilde{H}(f)\) kasu honetan tentsioaren islapen koefizientearen baliokidea da, hau da, \(\rho _{V} \equiv {V_R}/{V_I} \)26 .Anplifikadorearen \(Z_0\) irteerako inpedantzia bihurgailuaren barneko transformadorearen sarrerako inpedantziari dagokionez eta potentzia elektrikoaren islapen koefizientea \({P_R}/{P_I}\)-ra murrizten denez. ({V_R }^ 2/{V_I}^2\ ), orduan \(|\rho _{V}|^2\) da.Potentzia elektrikoaren balio absolutua behar den kasuetan, kalkulatu \(P_I\) eta islatutako\(P_R\) potentzia (W) dagokion tentsioaren erroko batez besteko karratua (rms) balioa hartuz, adibidez, kitzikapen sinusoidala duen transmisio-lerro baterako, \(P = {V}^2/(2Z_0)\)26, non \(Z_0\) 50 \(\Omega\) berdina den.\(P_T\) kargari (hots, txertatutako euskarria) emandako potentzia elektrikoa \(|P_I – P_R |\) (W RMS) gisa kalkula daiteke eta potentzia transferentziaren eraginkortasuna (PTE) gisa definitu eta adieraz daiteke. ehunekoa (%) 27 ematen du:
Ondoren, maiztasun-erantzuna arkatzaren diseinuaren \(f_{1-3}\) (kHz) maiztasun modalak eta dagokion potentzia transferentziaren eraginkortasuna estimatzeko erabiltzen da, \(\text {PTE}_{1{-}3} \ ).FWHM (\(\text {FWHM}_{1{-}3}\), Hz) zuzenean kalkulatzen da \(\text {PTE}_{1{-}3}\), 1. taulatik. -n deskribatutako \(f_{1-3}\) maiztasunak.
Egitura azikular baten maiztasun erantzuna (AFC) neurtzeko metodoa.Kanal bikoitzeko swept-sine neurketa25,38 erabiltzen da maiztasun-erantzunaren \(\tilde{H}(f)\) eta bere bulkada-erantzuna H(t) lortzeko.\({\mathcal {F}}\) eta \({\mathcal {F}}^{-1}\) zenbakizko Fourier transformatu moztua eta alderantzizko transformazio eragiketa adierazten dute, hurrenez hurren.\(\tilde{G}(f)\) esan nahi du bi seinaleak maiztasun-domeinuan biderkatu egiten direla, adibidez, \(\tilde{G}_{XrX}\) alderantzizko miaketa esan nahi du\(\tilde{X} r( f) )\) eta tentsio-jaitsiera seinalea \(\tilde{X}(f)\).
irudian ikusten den bezala.5, abiadura handiko kamera (Phantom V1612, Vision Research Inc., New Jersey, AEB) lente makro batekin hornitua (MP-E 65 mm, \(f)/2.8, 1-5 \ (\times\), Canon Inc. . . ., Tokio, Japonia) malgutasun kitzikapena jasandako orratz-puntaren desbideratzea (maiztasun bakarra, sinusoide jarraitua) 27,5-30 kHz-ko maiztasunean grabatzeko erabili ziren.Itzal-mapa bat sortzeko, intentsitate handiko LED zuri baten elementu hoztu bat jarri zen (pieza zenbakia: 4052899910881, White Led, 3000 K, 4150 lm, Osram Opto Semiconductors GmbH, Regensburg, Alemania) orratzaren alakaren atzean.
Konfigurazio esperimentalaren aurrealdeko ikuspegia.Sakonera komunikabideen gainazaletik neurtzen da.Orratz-egitura motordun transferentzia-mahai batean finkatu eta muntatzen da.Erabili abiadura handiko kamera bat handitze handiko lente batekin (5\(\ aldiz\)) alakatutako puntaren desbideratzea neurtzeko.Dimentsio guztiak milimetrotan daude.
Orratz alaka mota bakoitzeko, 128 \(\x\) 128 pixeleko abiadura handiko 300 fotograma grabatu genituen, bakoitza 1/180 mm-ko bereizmen espaziala (\(\gutxi gorabehera) 5 µm), denborazko bereizmenarekin. segundoko 310.000 fotograma.6. Irudian ikusten den bezala, fotograma (1) bakoitza (2) mozten da, punta markoaren azken lerroan (behean) egon dadin, eta ondoren (3) irudiaren histograma kalkulatzen da, beraz, Canny-ren atalaseak 1 eta 2 zehaztu daiteke.Ondoren, aplikatu Canny28(4) ertzaren detekzioa Sobel operadorea 3 \(\times\) 3 erabiliz eta kalkulatu hipotenusa ez kavitazionalen pixel posizioa (\(\mathbf {\times }\)) 300 bidertako urrats guztietan. .Bukaeran deflexioaren tartea zehazteko, deribatua kalkulatzen da (diferentzia zentralaren algoritmoa erabiliz) (6) eta deformazioaren (7) muturreko lokalak (hau da, gailurra) dituen fotograma identifikatzen da.Kabitatzen ez den ertza bisualki ikuskatu ondoren, fotograma pare bat (edo bi fotograma denbora-tarte erdi batez bereizita) (7) hautatu eta puntako desbideratzea neurtu zen (\(\mathbf {\times} \ etiketatuta) Goiko hau inplementatu zen. Python-en (v3.8, Python Software Foundation, python.org) OpenCV Canny ertzak detektatzeko algoritmoa erabiliz (v4.5.1, kode irekiko ordenagailu bidezko ikusmenaren liburutegia, opencv.org). potentzia elektrikoa \ (P_T \) (W, rms) .
Puntaren desbideratzea neurtu zen 310 kHz-ko abiadura handiko kamera batetik hartutako fotograma batzuen bidez 7 urratseko algoritmo bat erabiliz (1-7), enkoadraketa (1-2), Canny ertza detektatzea (3-4), pixelen kokapenaren ertza barne. kalkulua (5) eta haien denbora-deribatuak (6), eta, azkenik, gailurtik puntako desbideratzeak neurtu ziren bisualki ikuskaturiko fotograma-pareetan (7).
Neurketak airean (22,4-22,9 °C), ur deionizatuan (20,8-21,5 °C) eta gelatina balistikoa % 10 (w/v) (19,7-23,0 °C), \(\text {Honeywell}^{ \text) egin dira. { TM}}\) \(\text {Fluka}^{\text {TM}}\) Behi- eta txerri-hezur-gelatina I. motako analisi balistikoetarako, Honeywell International, Ipar Carolina, AEB).Tenperatura K motako termopare anplifikadore batekin (AD595, Analog Devices Inc., MA, AEB) eta K motako termopare batekin (Fluke 80PK-1 Bead Probe No. 3648 mota-K, Fluke Corporation, Washington, AEB) neurtu da.Ertainetik Sakonera gainazaletik neurtu zen (z ardatzaren jatorri gisa ezarria) z ardatz motorizatu bertikal bat erabiliz (8MT50-100BS1-XYZ, Standa Ltd., Vilnius, Lituania) 5 µm-ko bereizmenarekin.urrats bakoitzeko.
Laginaren tamaina txikia zenez (n = 5) eta normaltasuna ezin zenez onartu, bi lagin bi isats biko Wilcoxon rank batura proba (R, v4.0.3, R Foundation for Statistical Computing, r-project .org) erabili zen. alaka ezberdinetarako orratz-puntaren bariantza-kopurua alderatzeko.Malda bakoitzeko 3 konparaketa egin ziren, beraz, Bonferroni zuzenketa aplikatu zen 0,017ko esangura-maila egokituarekin eta %5eko errore-tasa batekin.
Goazen orain 7. irudira.29,75 kHz-ko maiztasunarekin, 21 galgako orratz baten uhin erdi okertzailea (\(\lambda_y/2\)) \(\gutxi gorabehera) 8 mm-koa da.Puntara hurbiltzen den heinean, okertze-uhin-luzera txikiagotzen da angelu zeiharra zehar.Puntan \(\lambda _y/2\) \(\gutxi gorabehera\) 3, 1 eta 7 mm-ko urratsak daude orratz bakar baten ohiko lantzeolatua (a), asimetrikoa (b) eta axisimetrikoa (c) inklinaziorako. , hurrenez hurren.Hortaz, horrek esan nahi du lantzaren barrutia \(\gutxi gorabehera) 5 mm-koa dela (lantzaren bi planoek puntu bakarra osatzen dutelako29,30), alaka asimetrikoa 7 mm-koa da, alaka asimetrikoa 1. mm.Malda aximetrikoak (grabitate-zentroa konstante mantentzen da, beraz, hodiaren hormaren lodiera soilik aldatzen da maldan zehar).
FEM azterketak eta ekuazioak aplikatzea 29,75 kHz-ko maiztasunean.(1) Tolestura-uhin-erdiaren aldakuntza (\(\lambda_y/2\)) lanceta (a), asimetrikoa (b) eta ardatz-simetrikoa (c) alaka geometriarako (1a,b,c irudietan bezala). ) .Lancet, asimetriko eta alaka axisimetrikoen batez besteko balioa \(\lambda_y/2\) 5,65, 5,17 eta 7,52 mm-koa izan zen, hurrenez hurren.Kontuan izan alaka asimetriko eta axisimetrikoetarako punta-lodiera \(\gutxi gorabehera) 50 µm-ra mugatuta dagoela.
Mugikortasun gailurra \(|\tilde{Y}_{v_yF_y}|\) hodiaren luzeraren (TL) eta alakaren luzeraren (BL) konbinazio optimoa da (8, 9. irudiak).Lanceta konbentzional baterako, bere tamaina finkoa denez, TL optimoa \(\gutxi gorabehera) 29,1 mm-koa da (8. irud.).Alaka asimetriko eta axisimetrikoetarako (9a, b. irudiak, hurrenez hurren), FEM ikerketek BL 1 eta 7 mm bitartekoak izan dituzte, beraz, TL optimoak 26,9 eta 28,7 mm (tartea 1,8 mm) eta 27,9 eta 29,2 mm (tartea) izan dira. 1,3 mm), hurrenez hurren.Malda asimetrikorako (9a. irudia), TL optimoa linealki handitu zen, BL 4 mm-ko lautada batera iritsi zen eta, ondoren, nabarmen jaitsi zen BL 5-tik 7 mm-ra.Alaka axisimetriko baterako (9b. irudia), TL optimoa linealki handitu zen BL handitzean eta azkenean BLn egonkortu zen 6 eta 7 mm-ra.Inklinazio axisimetrikoaren azterketa hedatu batek (9c. irudia) TL optimoen multzo ezberdin bat agerian utzi zuen \(\gutxi gorabehera) 35,1-37,1 mm-tan.BL guztientzat, bi TL onenen arteko distantzia \(\gutxi gorabehera\) 8mm da (\(\lambda_y/2\)-ren baliokidea).
Lancet transmisioaren mugikortasuna 29,75 kHz-tan.Orratza malgutasunez kitzikatu zen 29,75 kHz-ko maiztasunean eta bibrazioa orratzaren puntan neurtu eta transmititutako mugikortasun mekanikoaren (dB balio maximoarekiko) TL 26,5-29,5 mm-rako (0,1 mm-ko gehikuntzatan) adierazi zen. .
29,75 kHz-ko maiztasuneko FEM-aren azterketa parametrikoek erakusten dute punta axisimetriko baten transferentzia-mugikortasunari eragin txikiagoa duela hodiaren luzera-aldaketak bere pareko asimetrikoak baino.Alaka-luzera (BL) eta hodi-luzera (TL) azterketak alaka geometria asimetrikoen (a) eta ardatz-simetrikoen (b, c) maiztasun-domeinuaren azterketan FEM erabiliz (muga-baldintzak 2. irudian ageri dira).(a, b) TL 26,5 eta 29,5 mm-tik (0,1 mm-ko urratsa) eta BL 1-7 mm-ko (0,5 mm-ko urratsa) bitartekoa zen.(c) Inklinazio-azterketa simetriko hedatuak, TL 25-40 mm (0,05 mm-ko gehikuntzan) eta BL 0,1-7 mm (0,1 mm-ko gehikuntzatan) barne, \(\lambda_y/2\ ) puntako baldintzak bete behar dituela erakutsiz.mugitzen diren muga-baldintzak.
Orratzaren konfigurazioak hiru frekuentzia propio ditu \(f_{1-3}\) modu baxuko, ertaineko eta handiko eskualdeetan banatuta 1. taulan erakusten den moduan. PTE tamaina irudian erakusten den moduan erregistratu zen.10 eta, ondoren, 11. irudian aztertu. Jarraian, eremu modale bakoitzeko aurkikuntzak daude:
Erregistratutako berehalako potentzia-transferentzia-eraginkortasuna (PTE) anplitude tipikoak, swept-frekuentzia sinusoidal kitzikapenarekin lortutako lantza (L) eta alaka axisimetrikorako AX1-3 airean, uretan eta gelatinan 20 mm-ko sakoneran.Alde bakarreko espektroak erakusten dira.Neurtutako maiztasun-erantzuna (300 kHz-tan laginduta) behe-pasa iragazi zen eta, ondoren, 200 faktore batean eskalatu zen analisi modala egiteko.Seinale-zarata erlazioa \(\le\) 45 dB da.PTE faseak (puntu-lerro moreak) gradutan (\(^{\circ}\)) erakusten dira.
10. Irudian agertzen den erantzun modalaren analisia (batez bestekoa ± desbideratze estandarra, n = 5), L eta AX1-3 maldetarako, airean, uretan eta % 10eko gelatinan (20 mm-ko sakonera), (goian) hiru eskualde modalekin ( baxua, ertaina eta altua) eta haiei dagozkien maiztasun modalak\(f_{1-3 }\) (kHz), (batez besteko) energia-eraginkortasuna \(\text {PTE}_{1{-}3}\) baliokideak erabiliz kalkulatuta .(4) eta (behean) zabalera osoa gehienezko neurrien erdietan \(\text {FWHM}_{1{-}3}\) (Hz), hurrenez hurren.Kontuan izan banda zabaleraren neurketa saltatu zela PTE baxua erregistratu zenean, hau da, \(\text {FWHM}_{1}\) AX2 maldaren kasuan.\(f_2\) modua malda desbideratzeak alderatzeko egokiena zela ikusi zen, potentzia transferentziaren eraginkortasun maila altuena (\(\text {PTE}_{2}\)) erakusten baitzuen, %99raino.
Lehenengo eskualde modala: \(f_1\) ez dago txertatutako euskarri motaren menpe handirik, maldaren geometriaren araberakoa baizik.\(f_1\) txikiagotzen da alakaren luzera txikitzean (27,1, 26,2 eta 25,9 kHz airean AX1-3rako, hurrenez hurren).Eskualdeko batez bestekoak \(\text {PTE}_{1}\) eta \(\text {FWHM}_{1}\) % 81 eta 230 Hz dira hurrenez hurren.\(\text {FWHM}_{1}\) Lancet-en gelatina-edukirik handiena du (L, 473 Hz).Kontuan izan \(\text {FWHM}_{1}\) AX2 gelatinan ezin izan dela ebaluatu FRF anplitude baxua dela eta.
Bigarren eskualde modala: \(f_2\) txertatutako euskarri motaren eta alakaren araberakoa da.\(f_2\) batez besteko balioak 29,1, 27,9 eta 28,5 kHz dira airean, uretan eta gelatinan, hurrenez hurren.Eskualde modal honek ere %99ko PTE altua erakutsi zuen, neurtutako edozein taldetan altuena, eskualdeko batez bestekoa %84koa izanik.\(\text {FWHM}_{2}\) eskualdeko batez bestekoa \(\gutxi gorabehera\) 910 Hz-koa du.
Hirugarren moduko eskualdea: maiztasuna \(f_3\) euskarri motaren eta alakaren araberakoa da.Batez besteko \(f_3\) balioak 32,0, 31,0 eta 31,3 kHz dira airean, uretan eta gelatinan, hurrenez hurren.\(\text {PTE}_{3}\) eskualdeko batez bestekoa \(\gutxi gorabehera\) %74koa izan zen, edozein eskualdetan baxuena.Eskualdeko batez bestekoa \(\text {FWHM}_{3}\) \(\gutxi gorabehera\) 1085 Hz-koa da, hau da, lehenengo eta bigarren eskualdea baino handiagoa.
Ondorengoak irudiari egiten dio erreferentzia.12 eta 2. taula. Lancetak (L) desbideratu zuen gehien (puntu guztietarako esangura handiarekin, \(p<\) 0,017) bai airean bai uretan (12a. irudia), DPR altuena lortuz (220 µm/ arte). W airean). 12 eta 2. taula. Lancetak (L) desbideratu zuen gehien (puntu guztietarako esangura handiarekin, \(p<\) 0,017) bai airean bai uretan (12a. irudia), DPR altuena lortuz (220 µm/ arte). W airean). Следующее относится к рисунку 12 и таблице 2. Ланцет (L) отклонялся больше всего и таблице 2. Ланцет (L) отклонялся больше всего и таблице (с выблице) сех наконечников, \(p<\) 0,017) как в воздухе, так и в воде (рис. 12а), достигая самого высокого высоког . 12. Irudiari eta 2. Taulari honako hau aplikatzen zaio. Lanceta (L) desbideratu zen gehien (puntu guztietarako esangura handia duena, \(p<\) 0,017) bai airean bai uretan (12a. irudia), DPR handiena lortuz.(220 μm/W egin airean).Smt.12. irudia eta beheko 2. taula.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，\(p<\) 0,012（a（12（具有高显着性，高DPR （在空气中高达220 µm/W）。柳叶刀(L) du airean eta uretan desbideratze handiena (对所记尖端可以高电影性,\(p<\) 0,017) (图12a), eta DPR handiena lortu du (220 µm/W-tan). airea). Ланцет (L) отклонялся больше всего (высокая значимость для всех наконечников, \(p<\) в хо17) вхо17) . 12а), достигая наибольшего DPR (220 мкм/Вт в воздухе). Lancetak (L) desbideratu zuen gehien (puntu guztietarako esangura handia, \(p<\) 0,017) airean eta uretan (12a. irudia), DPR altuena lortuz (220 µm/W airean). Airean, AX1 BL handiagoa zuen AX2–3 baino altuago desbideratu zen (esanguratsu, \(p<\) 0,017), AX3 (BL txikiena zuena) AX2 baino gehiago desbideratu zuen 190 µm/W-ko DPR batekin. Airean, AX1 BL handiagoa zuen AX2–3 baino altuago desbideratu zen (esanguratsu, \(p<\) 0,017), AX3 (BL txikiena zuena) AX2 baino gehiago desbideratu zuen 190 µm/W-ko DPR batekin. В воздухе AX1 с более высоким BL отклонялся выше, чем AX2–3 (со значимостью \(p<\) 0,017), (со мостью \(p<\) 0,017 сомд AX), сом 3 им BL) отклонялся больше, чем AX2 с DPR 190 мкм/Вт. Airean, BL handiagoa zuen AX1 AX2–3 baino altuago desbideratu zen (\(p<\) 0,017ko esangurarekin), AX3 (BL baxuena duena) AX2 baino gehiago desbideratu zuen DPR 190 µm/W-rekin.在空气中，具有更高BL 的AX1 比AX2-3 偏转更高（具有显着性，\(p<\) 0,017，AX2-3 偏转更高（具有显着性，\(p<\) 0,017，AX2，，，）有显着性，偏转大于AX2，DPR 为190 µm/W 。 Airean, BL altuagoa duen AX1-en desbideratzea AX2-3rena baino handiagoa da (nabarmen, \(p<\) 0,017), eta AX3-ren desbideratzea (BL txikiena duena) AX2rena baino handiagoa da, DPR 190 da. µm/W. В воздухе AX1 с более высоким BL отклоняется больше, чем AX2-3 (значимо, \(p<\) 0,017), тогсы зм к. BL) отклоняется больше, чем AX2 с DPR 190 мкм/Вт. Airean, BL handiagoa duen AX1 AX2-3 baino gehiago desbideratzen da (esanguratsua, \(p<\) 0,017), eta AX3 (BL baxuena duena) AX2 baino gehiago desbideratzen du DPR 190 µm/Wrekin.20 mm-ko urarekin, desbideratzea eta PTE AX1-3 ez ziren nabarmen desberdinak (\(p>\) 0,017).PTE-mailak uretan (% 90,2-98,4) airean (% 56-77,5) baino handiagoak izan ziren (12c. irudia), eta kabitazio-fenomenoa uretan egindako esperimentuan nabaritu zen (13. irudia, ikus gehigarria ere). informazioa).
Alaka L eta AX1-3 airean eta uretan (20 mm-ko sakonera) alakaren geometria aldatzearen eragina erakusten du puntako desbideratzeak (batez bestekoa ± SD, n = 5).Neurketak maiztasun bakarreko kitzikapen sinusoidala jarraitua erabiliz lortu dira.(a) Pikotik gailurrerako desbideratzea (\(u_y\vec {j}\)) muturrean, (b) dagozkien maiztasun modalean neurtuta, \(f_2\).(c) Ekuazioaren potentzia transferitzearen eraginkortasuna (PTE, RMS, %).(4) eta (d) Desbideratze-potentzia-faktorea (DPR, µm/W) desbideratze gailurtik gailurrera eta transmititutako potentzia elektriko \(P_T\) (Wrms) gisa kalkulatua.
Abiadura handiko kameraren itzalen grafiko tipikoa, ziklo erdi batean uretan (20 mm-ko sakonera) lanceta baten (L) eta punta axisimetrikoa (AX1-3) gailurren arteko desbideratzea (lerro berdeak eta gorriak) erakusten duena.zikloa, \(f_2\) kitzikapen maiztasunean (laginketa maiztasuna 310 kHz).Hartutako gris-eskalako irudiak 128×128 pixeleko tamaina du eta \(\gutxi gorabehera\) 5 µm-ko pixeleko tamaina.Bideoa informazio gehigarrian aurki daiteke.
Horrela, makurtze-uhin-luzeraren aldaketa modelatu dugu (7. irud.) eta mugikortasun mekaniko transferigarria kalkulatu dugu hodiaren luzera eta txanflaren konbinazioetarako (8, 9. irudia) forma geometrikoen txanfla konbentzionalen, asimetriko eta axisimetrikoetarako.Azken honetan oinarrituta, 43 mm-ko (edo \(\gutxi gorabehera) 2,75\(\lambda _y\) 29,75 kHz-tan) distantzia optimoa kalkulatu dugu puntatik soldadurara, 5. irudian ikusten den moduan, eta Hiru ardatz simetrikoak egin ditugu. alaka luzera ezberdineko alakak.Ondoren, airean, uretan eta % 10eko (w/v) gelatina balistikoan duten maiztasun-portaera ezaugarritu genuen ohiko lantzenekin alderatuta (10., 11. irudiak) eta alaka desbideratzeko modu egokiena zehaztu genuen.Azkenik, puntako desbideratzea neurtu dugu 20 mm-ko sakoneran airean eta uretan olatu tolestuz eta txertatze-euskarriaren potentzia-transferentzia-eraginkortasuna (PTE, %) eta desbideratze-potentzia-faktorea (DPR, µm/W) kuantifikatu genituen alaka bakoitzeko.angelu mota (12. irud.).
Orratz-alakaren geometriak orratz-puntaren desbideratze-kopuruari eragiten diola frogatu da.Lantzek desbideratze handiena eta DPR altuena lortu zituen batez besteko desbideratze txikiagoa duen alaka axisimetrikoarekin alderatuta (12. irudia).Alaka luzeena duen 4 mm-ko alaka axisimetrikoak (AX1) estatistikoki esanguratsua den desbideratze maximoa lortu zuen airean beste orratz axisimetrikoekin alderatuta (AX2-3) (\(p < 0,017\), 2. taula), baina ez zen alde nabarmenik egon. .orratza uretan sartzen denean ikusi da.Beraz, ez dago abantaila nabarmenik puntan alaka luzeagoa izateak desbideratze gailurrari dagokionez.Hori kontuan izanda, badirudi ikerketa honetan aztertutako alakaren geometriak desbideratzean eragin handiagoa duela alakaren luzerak baino.Tolestura-zurruntasunaren ondorioz izan daiteke hori, tolestuta dagoen materialaren lodiera orokorraren eta orratzaren diseinuaren arabera, adibidez.
Azterketa esperimentaletan, islatutako uhin flexuralaren magnitudeak muturraren muga-baldintzek eragiten dute.Orratzaren punta uretan eta gelatinan sartzen denean, \(\text {PTE}_{2}\) \(\gutxi gorabehera\) %95 da, eta \(\text {PTE}_{2}\) \ (\text {PTE}_{ 2}\) balioak % 73 eta % 77 dira (\text {PTE}_{1}\) eta \(\text {PTE}_{3}\), hurrenez hurren (11. irud.).Horrek adierazten du energia akustikoaren gehienezko transferentzia galdaketa bitartekora, hau da, ura edo gelatinara, \(f_2\\) gertatzen dela.Antzeko jokaera ikusi zen aurreko ikerketa batean31 41-43 kHz-ko maiztasun-tartean gailu konfigurazio sinpleago bat erabiliz, non egileek tentsioaren islapen koefizientearen menpekotasuna txertatzeko bitartekoaren modulu mekanikoarekiko.Sartze-sakonerak32 eta ehunaren propietate mekanikoek karga mekanikoa ematen diote orratzari eta, beraz, UZEFNAB-en oihartzun-jokabidean eragina izatea espero da.Horrela, erresonantzia jarraitzeko algoritmoak (adibidez, 17, 18, 33) erabil daitezke orratzaren bidez emandako potentzia akustikoa optimizatzeko.
Makurtze-uhin-luzeretan egindako simulazioak (7. irudia) erakusten du punta aximetrikoa estrukturalki zurrunagoa dela (hau da, tolesturan zurrunagoa) lanceta eta alaka asimetrikoa baino.(1)-n oinarrituta eta abiadura-maiztasun erlazio ezaguna erabiliz, orratzaren puntako tolestura-zurruntasuna \(\inguru\) 200, 20 eta 1500 MPa-koa dela kalkulatzen dugu lantza, plano asimetriko eta axial inklinatuetarako, hurrenez hurren.Hau \(\lambda_y\) \(\ gutxi gorabehera\) 5,3, 1,7 eta 14,2 mm-ri dagokio, hurrenez hurren, 29,75 kHz-tan (7a-c. irudia).USeFNAB-en segurtasun klinikoa kontuan hartuta, geometriak plano inklinatuaren egitura-zurruntasunean duen eragina ebaluatu behar da34.
Hodiaren luzerarekiko alakaren parametroen azterketak (9. irudia) erakutsi zuen transmisio-tarte optimoa handiagoa zela alaka asimetrikorako (1,8 mm) alaka axisimetrikorako (1,3 mm) baino.Gainera, mugikortasuna egonkorra da \(\gutxi gorabehera) 4tik 4,5 mm-ra eta 6-tik 7 mm-ra inklinazio asimetriko eta axisimetrikoetarako, hurrenez hurren (9a, b irudiak).Aurkikuntza honen esangura praktikoa fabrikazio-perdoietan adierazten da, adibidez, TL optimoaren tarte txikiagoak luzera zehaztasun handiagoa behar dela esan dezake.Aldi berean, mugikortasun-lautadak tolerantzia handiagoa ematen du maiztasun jakin batean jauziaren luzera aukeratzeko mugikortasunean eragin nabarmenik gabe.
Azterketak honako muga hauek ditu.Orratzaren desbideratzea zuzenean neurtzeak ertzak detektatzeko eta abiadura handiko irudiak erabiliz (12. irudia) esan nahi du optikoki gardenak diren euskarrietara mugatzen garela, hala nola airea eta ura.Era berean, adierazi nahi dugu ez dugula esperimenturik erabili transferentzia simulatutako mugikortasuna probatzeko eta alderantziz, baizik eta FEM azterketak erabili ditugula orratz fabrikatzeko luzera optimoa zehazteko.Muga praktikoei dagokienez, lancetaren luzera puntatik mahukaraino \(\gutxi gorabehera) 0,4 cm luzeagoa da beste orratz (AX1-3) baino, ikus irud.3b.Horrek orratzaren diseinuaren erantzun modalean eragin dezake.Horrez gain, uhin-gidaren pin baten amaierako soldaduraren forma eta bolumenak (ikus 3. irudia) pin diseinuaren inpedantzia mekanikoan eragina izan dezake, inpedantzia mekanikoan eta tolestean jokabidean akatsak sartuz.
Azkenik, alakaren geometria esperimentalak USeFNAB-en deflexio-kopuruari eragiten diola frogatu dugu.Desbideratze handiagoak orratzaren eragina ehunean eragin positiboa izango balu, hala nola zulaketaren ondoren mozteko eraginkortasuna, orduan ohiko lanceta bat gomenda daiteke USeFNAB-en, desbideratze maximoa ematen baitu egitura-puntaren zurruntasun egokia mantenduz..Gainera, azken ikerketa batek35 frogatu du punta desbideratze handiagoak efektu biologikoak areagotu ditzakeela, hala nola kavitazioa, eta horrek aplikazio kirurgiko gutxien inbaditzaileak garatzea erraztu dezake.Potentzia akustiko osoa handitzeak USeFNAB13-n biopsien kopurua handitzen duela frogatu denez, laginaren kantitatearen eta kalitatearen azterketa kuantitatibo gehiago behar dira aztertutako orratz geometriaren onura kliniko zehatzak ebaluatzeko.
Argitalpenaren ordua: 2023-06-06