גיאומטריית שיפוע מחט משפיעה על משרעת עיקול בביופסיית מחט עדינה מוגברת באולטרסאונד

תודה שביקרת ב-Nature.com.אתה משתמש בגרסת דפדפן עם תמיכת CSS מוגבלת.לקבלת החוויה הטובה ביותר, אנו ממליצים להשתמש בדפדפן מעודכן (או להשבית את מצב תאימות ב-Internet Explorer).בנוסף, כדי להבטיח תמיכה שוטפת, אנו מציגים את האתר ללא סגנונות ו-JavaScript.
מציג קרוסלה של שלוש שקופיות בבת אחת.השתמש בלחצנים 'הקודם' וה'הבא' כדי לעבור בין שלוש שקופיות בכל פעם, או השתמש בלחצני המחוון שבקצה כדי לעבור בין שלוש שקופיות בכל פעם.
לאחרונה הוכח כי השימוש באולטרסאונד יכול לשפר את תפוקת הרקמות בביופסיית שאיבת מחט עדינה (USeFNAB) מוגברת באולטרסאונד בהשוואה לביופסיית שאיבת מחט עדינה (FNAB) קונבנציונלית.הקשר בין גיאומטריית שיפוע ופעולת קצה המחט טרם נחקר.במחקר זה, חקרנו את המאפיינים של תהודה של מחט ואמפליטודת הסטייה עבור גיאומטריות שונות של שיפוע מחט עם אורכי שיפוע שונים.באמצעות lancet קונבנציונלי עם חיתוך של 3.9 מ"מ, גורם ההספק של הטיית הקצה (DPR) היה 220 ו-105 מיקרומטר/W באוויר ובמים, בהתאמה.זה גבוה יותר מהקצה האקסי-סימטרי של 4 מ"מ, שהשיג DPR של 180 ו-80 מיקרומטר/W באוויר ובמים, בהתאמה.מחקר זה מדגיש את החשיבות של הקשר בין קשיחות הכיפוף של גיאומטריית השיפוע בהקשר של עזרי החדרה שונים, ובכך עשוי לספק תובנה לגבי שיטות לשליטה בפעולת החיתוך לאחר ניקור על ידי שינוי גיאומטריית השיפוע של המחט, שחשובה עבור USeFNAB.יש חשיבות ליישום.
ביופסיה של שאיבת מחט עדינה (FNAB) היא טכניקה שבה משתמשים במחט כדי לקבל דגימת רקמה כאשר יש חשד לאנורמליות1,2,3.טיפים מסוג Franseen הוכחו כמספקים ביצועי אבחון גבוהים יותר מהטיפים המסורתיים של Lancet4 ו-Menghini5.הוצעו גם שיפועים אקסיסימטריים (כלומר היקפיים) כדי להגביר את הסבירות לדגימה נאותה להיסטופתולוגיה6.
במהלך ביופסיה, מחט מועברת דרך שכבות עור ורקמות כדי לחשוף פתולוגיה חשודה.מחקרים אחרונים הראו שהפעלה קולית יכולה להפחית את כוח הניקוב הנדרש לגישה לרקמות רכות7,8,9,10.גיאומטריה שפוע מחט הוכח להשפיע על כוחות אינטראקציה מחט, למשל משופעים ארוכים יותר הוכחו שיש להם כוחות חדירת רקמות נמוכים יותר 11.הוצע כי לאחר שהמחט חדרה למשטח הרקמה, כלומר לאחר ניקוב, כוח החיתוך של המחט עשוי להיות 75% מכוח האינטראקציה הכולל של מחט-רקמה12.הוכח כי אולטרסאונד (ארה"ב) משפר את איכות הביופסיה האבחנתית של רקמות רכות בשלב שלאחר הדקירה13.שיטות אחרות לשיפור ביופסיית עצם פותחו לדגימת רקמות קשות14,15 אך לא דווחו תוצאות המשפרות את איכות הביופסיה.מספר מחקרים מצאו גם שתזוזה מכנית גדלה עם עלייה במתח כונן האולטרסאונד16,17,18.למרות שישנם מחקרים רבים של כוחות סטטיים ציריים (אורכיים) באינטראקציות מחט-רקמות19,20, מחקרים על הדינמיקה הטמפורלית וגיאומטריית המחט ב-FNAB משופרת על-קולית (USeFNAB) מוגבלים.
מטרת מחקר זה הייתה לחקור את ההשפעה של גיאומטריות שיפוע שונות על פעולת קצה המחט המונעת על ידי כיפוף מחט בתדרים קוליים.בפרט, חקרנו את ההשפעה של מדיום ההזרקה על סטיית קצה המחט לאחר ניקוב עבור שיפועים קונבנציונליים של מחט (למשל, lancets), גיאומטריות ציר סימטריות ואסימטריות של שיפוע בודד (איור כדי להקל על הפיתוח של מחטי USeFNAB למטרות שונות כגון יניקה סלקטיבית גרעיני גישה או רקמות רכות.
גיאומטריות שפוע שונות נכללו במחקר זה.(א) רצועות התואמות ל-ISO 7864:201636 כאשר \(\alpha\) היא זווית השיפוע הראשונית, \(\theta\) היא זווית סיבוב השיפוע המשנית, ו-\(\phi\) היא זווית סיבוב השיפוע המשנית ב מעלות , במעלות (\(^\circ\)).(ב) שיפועים ליניאריים א-סימטריים שלבים בודדים (הנקראים "סטנדרטיים" ב-DIN 13097:201937) ו-(ג) שיפועים ציר-סימטריים ליניאריים (היקפיים) חד-שלביים.
הגישה שלנו היא לדגמן תחילה את השינוי באורך הגל הכיפוף לאורך המדרון עבור גיאומטריות שיפועים חד-שלביות קונבנציונליות, ציר סימטרי ואסימטרי.לאחר מכן חישבנו מחקר פרמטרי לבחינת ההשפעה של זווית שיפוע ואורך הצינור על ניידות מנגנון ההובלה.זה נעשה כדי לקבוע את האורך האופטימלי להכנת מחט אב טיפוס.בהתבסס על הסימולציה, נוצרו אבות טיפוס של מחטים והתנהגות התהודה שלהם באוויר, מים ו-10% (w/v) ג'לטין בליסטי אופיינה בניסוי על ידי מדידת מקדם השתקפות המתח וחישוב יעילות העברת הכוח, שממנה הייתה תדר הפעולה. נחוש בדעתו..לבסוף, נעשה שימוש בהדמיה במהירות גבוהה למדידה ישירה של הסטייה של גל הכיפוף בקצה המחט באוויר ובמים, ולהערכת ההספק החשמלי המועבר על ידי כל הטיה וגיאומטריית מקדם ההסטה (DPR) של המוזרק. בינוני.
כפי שמוצג באיור 2a, השתמש בצינור מס' 21 (0.80 מ"מ OD, 0.49 מ"מ מזהה, 0.155 מ"מ עובי דופן צינור, דופן סטנדרטית כמפורט בתקן ISO 9626:201621) עשוי מפלדת אל חלד 316 (מודול יאנג 205).\(\text {GN/m}^{2}\), צפיפות 8070 kg/m\(^{3}\), יחס פואסון 0.275).
קביעת אורך הגל הכיפוף וכוונון של מודל האלמנטים הסופיים (FEM) של המחט ותנאי הגבול.(א) קביעת אורך שפוע (BL) ואורך צינור (TL).(ב) מודל תלת מימדי (3D) אלמנט סופי (FEM) באמצעות כוח נקודה הרמוני \(\tilde{F}_y\vec{j}\) כדי לעורר את המחט בקצה הפרוקסימלי, להסיט את הנקודה ולמדוד מהירות לכל טיפ (\( \tilde{u}_y\vec {j}\), \(\tilde{v}_y\vec {j}\)) כדי לחשב את ניידות התחבורה המכניסטית.\(\lambda _y\) מוגדר כאורך הגל הכיפוף הקשור לכוח האנכי \(\tilde{F}_y\vec {j}\).(ג) קבע את מרכז הכובד, שטח חתך A ומומנטי האינרציה \(I_{xx}\) ו-\(I_{yy}\) סביב ציר ה-x וציר ה-y בהתאמה.
כפי שמוצג באיור.2b,c, עבור אלומה אינסופית (אינסופית) בעלת שטח חתך A ובאורך גל גדול בהשוואה לגודל חתך הקורה, מהירות שלב הכיפוף (או הכיפוף) \(c_{EI}\ ) מוגדר כ-22:
כאשר E הוא המודולוס של יאנג (\(\text {N/m}^{2}\)), \(\omega _0 = 2\pi f_0\) הוא תדר זווית העירור (rad/s), כאשר \( f_0 \ ) הוא התדר הליניארי (1/s או הרץ), I הוא מומנט האינרציה של האזור סביב ציר העניין \((\text {m}^{4})\) ו-\(m'=\ rho _0 A \) היא המסה על יחידת אורך (ק"ג/מ"ר), כאשר \(\rho _0\) היא הצפיפות \((\text {kg/m}^{3})\) ו-A הוא הצלב -שטח חתך של הקורה (מישור xy) (\ (\text {m}^{2}\)).מכיוון שבמקרה שלנו הכוח המופעל מקביל לציר ה-y האנכי, כלומר \(\tilde{F}_y\vec {j}\), אנחנו מתעניינים רק במומנט האינרציה של השטח סביב ה- x- האופקי. ציר, כלומר \(I_{xx} \), אז:
עבור מודל האלמנטים הסופיים (FEM), מניחים תזוזה הרמונית טהורה (m), ולכן התאוצה (\(\text {m/s}^{2}\)) מבוטאת כ-\(\partial ^2 \vec { u}/ \ partial t^2 = -\omega ^2\vec {u}\), למשל \(\vec {u}(x, y, z, t) := u_x\vec {i} + u_y \vec {j }+ u_z\vec {k}\) הוא וקטור תזוזה תלת מימדי המוגדר בקואורדינטות מרחביות.החלפת האחרון בצורת הלגראנגאנית הניתנת לעיוות סופית של חוק איזון המומנטום23, בהתאם ליישום שלו בחבילת התוכנה COMSOL Multiphysics (גרסאות 5.4-5.5, COMSOL Inc., מסצ'וסטס, ארה"ב), נותן:
כאשר \(\vec {\nabla}:= \frac{\partial}}{\partial x}\vec {i} + \frac{\partial}}{\partial y}\vec {j} + \frac{ \partial }{\partial z}\vec {k}\) הוא אופרטור סטיית הטנזור, ו-\({\underline{\sigma}}\) הוא טנסור המתח השני של Piola-Kirchhoff (סדר שני, \(\ text { N /m}^{2}\)), ו-\(\vec {F_V}:= F_{V_x}\vec {i}+ F_{V_y}\vec {j}+ F_{V_z}\vec { k} \) הוא הווקטור של כוח הגוף (\(\text {N/m}^{3}\)) של כל נפח שניתן לעיוות, ו-\(e^{j\phi }\) הוא השלב של ה- כוח גוף, בעל זווית פאזה \(\ phi\) (רד).במקרה שלנו, כוח הנפח של הגוף הוא אפס, והמודל שלנו מניח לינאריות גיאומטרית ועיוותים אלסטיים קטנים גרידא, כלומר \({\underline{\varepsilon}}^{el} = {\underline{\varepsilon}}\ ), כאשר \({\underline{\varepsilon}}^{el}\) ו-\({\underline{ \varepsilon}}\) - דפורמציה אלסטית ועיוות מוחלט (ללא מימד מהסדר השני), בהתאמה.טנסור האלסטיות האיזוטרופי המכונן של הוק \(\underline {\underline {C))\) מתקבל באמצעות מודול E(\(\text{N/m}^{2}\)) של יאנג והיחס v של פואסון מוגדר, כך ש \ (\underline{\underline{C}}:=\underline{\underline{C}}(E,v)\) (סדר רביעי).אז חישוב המתח הופך ל\({\underline{\sigma}} := \underline{\underline{C}}:{\underline{\varepsilon}}\).
החישובים בוצעו עם אלמנטים טטרהדרלים בעלי 10 צמתים בגודל אלמנט \(\le\) 8 מיקרומטר.המחט מעוצבת בוואקום, וערך העברת הניידות המכנית (ms-1 H-1) מוגדר כ-\(|\tilde{Y}_{v_yF_y}|= |\tilde{v}_y\vec { j} |/|\ tilde{F}_y\vec {j}|\)24, כאשר \(\tilde{v}_y\vec {j}\) היא מהירות היציאה המורכבת של מכשיר היד, ו-\( \tilde{ F} _y\vec {j }\) הוא כוח מניע מורכב הממוקם בקצה הפרוקסימלי של הצינור, כפי שמוצג באיור 2b.ניידות מכאנית העברה מתבטאת בדציבלים (dB) תוך שימוש בערך המקסימלי כהתייחסות, כלומר \(20\log _{10} (|\tilde{Y}|/ |\tilde{Y}_{max}| )\ ), כל מחקרי ה-FEM בוצעו בתדר של 29.75 קילו-הרץ.
עיצוב המחט (איור 3) מורכב ממחט היפודרמית קונבנציונלית בקוטר 21 מ"מ (מספר קטלוגי: 4665643, Sterican\(^\circledR\), בקוטר חיצוני של 0.8 מ"מ, אורך 120 מ"מ, עשויה AISI כרום-ניקל נירוסטה 304., B. Braun Melsungen AG, Melsungen, גרמניה) הניח שרוול Luer Lock פלסטיק עשוי מפוליפרופילן פרוקסימלי עם שינוי קצה תואם.צינור המחט מולחם למוביל הגל כפי שמוצג באיור 3b.מוליך הגל הודפס במדפסת תלת מימד מפלדת אל חלד (EOS Stainless Steel 316L במדפסת תלת מימד EOS M 290, 3D Formtech Oy, Jyväskylä, פינלנד) ולאחר מכן הוצמד לחיישן Langevin באמצעות ברגים M4.מתמר Langevin מורכב מ-8 רכיבי טבעת פיזואלקטריים עם שני משקלים בכל קצה.
ארבעת סוגי העצות (בתמונה), lancet זמין מסחרית (L), ושלושה שיפועים חד-שלביים אקסיסימטריים (AX1-3) אופיינו באורכי שיפוע (BL) של 4, 1.2 ו-0.5 מ"מ, בהתאמה.(א) תקריב של קצה המחט המוגמר.(ב) מבט מלמעלה של ארבעה פינים מולחמים למוביל גל מודפס בתלת מימד ולאחר מכן מחובר לחיישן Langevin עם ברגים M4.
שלושה קצוות שיפוע ציסימטריים (איור 3) (TAs Machine Tools Oy) יוצרו עם אורכי שיפוע (BL, שנקבע באיור 2a) של 4.0, 1.2 ו-0.5 מ"מ, המתאימים ל-\(\בערך\) 2\ (^\ circ\), 7\(^\circ\) ו-18\(^\circ\).משקל מוליך הגל והעט הם 3.4 ± 0.017 גרם (ממוצע ± SD, n = 4) עבור שפוע L ו-AX1–3, בהתאמה (Quintix\(^\circledR\) 224 Design 2, Sartorius AG, גטינגן, גרמניה).האורך הכולל מקצה המחט ועד לקצה שרוול הפלסטיק הוא 13.7, 13.3, 13.3, 13.3 ס"מ עבור השיפוע L ו-AX1-3 באיור 3b, בהתאמה.
עבור כל תצורות המחט, האורך מקצה המחט לקצה מוליך הגל (כלומר אזור הלחמה) הוא 4.3 ס"מ, וצינור המחט מכוון כך שהשיפוע פונה כלפי מעלה (כלומר, מקביל לציר Y ).), כמו ב (איור 2).
סקריפט מותאם אישית ב- MATLAB (R2019a, The MathWorks Inc., מסצ'וסטס, ארה"ב) הפועל במחשב (Latitude 7490, Dell Inc., טקסס, ארה"ב) שימש ליצירת סוויפ סינוסואיד ליניארי מ-25 ל-35 קילו-הרץ תוך 7 שניות, הומר לאות אנלוגי על ידי ממיר דיגיטלי לאנלוגי (DA) (Analog Discovery 2, Digilent Inc., וושינגטון, ארה"ב).האות האנלוגי \(V_0\) (0.5 Vp-p) הוגבר לאחר מכן עם מגבר ייעודי של תדר רדיו (RF) (Mariachi Oy, Turku, פינלנד).מתח ההגברה היורד \({V_I}\) יוצא ממגבר ה-RF עם עכבת יציאה של 50 \(\Omega\) לשנאי המובנה במבנה המחט עם עכבת כניסה של 50 \(\Omega)\) מתמר Langevin (מתמרים פיזואלקטריים רב-שכבתיים קדמיים ואחוריים, עמוסים במסה) משמשים ליצירת גלים מכניים.מגבר ה-RF המותאם אישית מצויד במד דו-ערוץ הספק גל עומד (SWR) שיכול לזהות תקריות \({V_I}\) ומתח מוגבר \(V_R\) מוחזר דרך 300 קילו-הרץ אנלוגי לדיגיטלי (AD ) ממיר (אנלוגי דיסקברי 2).אות העירור מאופנן משרעת בהתחלה ובסוף כדי למנוע עומס יתר על כניסת המגבר בטרנזינטים.
שימוש בסקריפט מותאם אישית המיושם ב-MATLAB, פונקציית תגובת התדרים (AFC), כלומר מניחה מערכת ניירית לינארית.כמו כן, החל מסנן פס פס של 20 עד 40 קילוהרץ כדי להסיר כל תדר לא רצוי מהאות.בהתייחס לתיאוריית קו התמסורת, \(\tilde{H}(f)\) במקרה זה שווה ערך למקדם השתקפות המתח, כלומר \(\rho _{V} \equiv {V_R}/{V_I} \)26 .מאחר ועכבת המוצא של המגבר \(Z_0\) תואמת את עכבת הכניסה של השנאי המובנה של הממיר, ומקדם ההשתקפות של הספק חשמלי \({P_R}/{P_I}\) מופחת ל-\ ({V_R }^ 2/{V_I}^2\ ), אז הוא \(|\rho _{V}|^2\).במקרה בו נדרש הערך המוחלט של ההספק החשמלי, חשב את ההספק \(P_I\) והמשתקף\(P_R\) הספק (W) על ידי לקיחת הערך הממוצע הריבועי (rms) של המתח המתאים, למשל, עבור קו תמסורת עם עירור סינוסואידאלי, \(P = {V}^2/(2Z_0)\)26, כאשר \(Z_0\) שווה ל-50 \(\Omega\).ניתן לחשב את ההספק החשמלי הנמסר לעומס \(P_T\) (כלומר המדיום המוכנס) כ-\(|P_I – P_R |\) (W RMS) וניתן להגדיר את יעילות העברת הכוח (PTE) ולבטא כ- אחוז (%) נותן לכן 27:
תגובת התדר משמשת לאחר מכן להערכת התדרים המודאליים \(f_{1-3}\) (kHz) של עיצוב החרט ואת יעילות העברת הכוח המתאימה, \(\text {PTE}_{1{-}3} \ ).FWHM (\(\text {FWHM}_{1{-}3}\), Hz) מוערך ישירות מ-\(\text {PTE}_{1{-}3}\), מתוך טבלה 1 תדרים \(f_{1-3}\) המתוארים ב.
שיטה למדידת תגובת התדרים (AFC) של מבנה אצילי.מדידת סינוס סחוף דו-ערוצית25,38 משמשת להשגת פונקציית תגובת התדר \(\tilde{H}(f)\) ותגובת הדחף שלה H(t).\({\mathcal {F}}\) ו-\({\mathcal {F}}}^{-1}\) מציינים את התמרת פורייה הקטועה המספרית ואת פעולת ההמרה ההפוכה, בהתאמה.\(\tilde{G}(f)\) פירושו ששני האותות מוכפלים בתחום התדר, למשל \(\tilde{G}_{XrX}\) פירושו סריקה הפוכה\(\tilde{X} r( f )\) ואות נפילת מתח \(\tilde{X}(f)\).
כפי שמוצג באיור.מצלמה 5, במהירות גבוהה (Phantom V1612, Vision Research Inc., ניו ג'רזי, ארה"ב) מצוידת בעדשת מאקרו (MP-E 65mm, \(f)/2.8, 1-5 \ (\times\), Canon Inc. ..., טוקיו, יפן) שימשו לתיעוד הסטייה של קצה מחט הנתון לעירור כיפוף (תדר בודד, סינוס רציף) בתדר של 27.5-30 קילו-הרץ.כדי ליצור מפת צללים, אלמנט מקורר של LED לבן בעוצמה גבוהה (מספר חלק: 4052899910881, White Led, 3000 K, 4150 lm, Osram Opto Semiconductors GmbH, Regensburg, גרמניה) הוצב מאחורי השיפוע של המחט.
מבט קדמי של מערך הניסוי.עומק נמדד ממשטח המדיה.מבנה המחט מהודק ומותקן על שולחן העברה ממונע.השתמש במצלמה במהירות גבוהה עם עדשה בהגדלה גבוהה (5\(\פעמים\)) כדי למדוד את הסטייה של הקצה המשופע.כל המידות הן במילימטרים.
עבור כל סוג של שיפוע מחט, הקלטנו 300 פריימים של מצלמה במהירות גבוהה של 128 \(\x\) 128 פיקסלים, כל אחד ברזולוציה מרחבית של 1/180 מ"מ (\(\בערך) 5 מיקרומטר), ברזולוציה זמנית של 310,000 פריימים לשנייה.כפי שמוצג באיור 6, כל מסגרת (1) נחתכת (2) כך שהקצה נמצא בשורה האחרונה (התחתית) של המסגרת, ולאחר מכן מחושבת ההיסטוגרמה של התמונה (3), כך שספי Canny 1 ו ניתן לקבוע 2.לאחר מכן החל את זיהוי הקצוות Canny28(4) באמצעות האופרטור Sobel 3 \(\times\) 3 וחשב את מיקום הפיקסלים של hypotenuse הלא-cavitational (המסומן \(\mathbf {\times }\)) עבור כל השלבים פי 300 .כדי לקבוע את תוחלת הסטייה בסוף, מחשבים את הנגזרת (באמצעות אלגוריתם ההפרש המרכזי) (6) ומזהים את המסגרת המכילה את הקיצוניות המקומית (כלומר שיא) של הסטייה (7).לאחר בדיקה ויזואלית של הקצה שאינו מחליש, נבחר זוג מסגרות (או שתי מסגרות מופרדות בחצי פרק זמן) (7) ונמדדה סטיית הקצה (מסומן \(\mathbf {\times} \ ) האמור לעיל יושם ב-Python (v3.8, Python Software Foundation, python.org) באמצעות אלגוריתם זיהוי Canny edge של OpenCV (v4.5.1, ספריית ראיית מחשב בקוד פתוח, opencv.org). הספק חשמלי \ (P_T \) (W, rms) .
סטיית הקצה נמדדה באמצעות סדרה של פריימים שנלקחו ממצלמה במהירות גבוהה ב-310 קילו-הרץ באמצעות אלגוריתם בן 7 שלבים (1-7) כולל מסגור (1-2), זיהוי קצוות Canny (3-4), קצה מיקום פיקסל חישוב (5) ונגזרות הזמן שלהם (6), ולבסוף סטיית קצה שיא לשיא נמדדו על זוגות של מסגרות שנבדקו ויזואלית (7).
המדידות בוצעו באוויר (22.4-22.9 מעלות צלזיוס), מים מופחתים (20.8-21.5 מעלות צלזיוס) וג'לטין בליסטי 10% (w/v) (19.7-23.0 מעלות צלזיוס, \(\text {Honeywell}^{ \text { TM}}\) \(\text {Fluka}^{\text {TM}}\) ג'לטין מעצם בקר וחזיר לניתוח בליסטי מסוג I, Honeywell International, צפון קרוליינה, ארה"ב).הטמפרטורה נמדדה עם מגבר תרמי מסוג K (AD595, Analog Devices Inc., MA, ארה"ב) וצמד תרמי מסוג K (Fluke 80PK-1 Bead Probe מס' 3648 type-K, Fluke Corporation, וושינגטון, ארה"ב).מהבינוני נמדד עומק מהמשטח (שנקבע כמקור של ציר z) באמצעות שלב ציר z ממונע אנכי (8MT50-100BS1-XYZ, Standa Ltd., וילנה, ליטא) ברזולוציה של 5 מיקרומטר.לכל צעד.
מכיוון שגודל המדגם היה קטן (n=5) ולא ניתן היה להניח נורמליות, נעשה שימוש במבחן סכום דירוג של Wilcoxon בעל שני מדגם (R, v4.0.3, R Foundation for Statistical Computing, r-project .org) כדי להשוות את כמות קצה המחט השונות עבור שיפועים שונים.היו 3 השוואות לכל שיפוע, ולכן הוחל תיקון בונפרוני עם רמת מובהקות מותאמת של 0.017 ושיעור שגיאות של 5%.
הבה נפנה כעת לתמונה 7.בתדר של 29.75 קילו-הרץ, חצי-גל ​​הכיפוף (\(\lambda_y/2\)) של מחט בגודל 21 הוא \(\בערך) 8 מ"מ.ככל שמתקרבים לקצה, אורך הגל הכיפוף פוחת לאורך הזווית האלכסונית.בקצה \(\lambda _y/2\) \(\בערך\) יש שלבים של 3, 1 ו-7 מ"מ עבור הנטייה הרגילה אזמלית (א), אסימטרית (ב) וציר סימטרית (ג) של מחט בודדת , בהתאמה.לפיכך, זה אומר שטווח ה-lancet הוא \(\בערך) 5 מ"מ (בשל העובדה ששני המישורים של ה-lancet יוצרים נקודה אחת29,30), השיפוע הא-סימטרי הוא 7 מ"מ, השיפוע הא-סימטרי הוא 1 מ"מ.שיפועים ציסימטריים (מרכז הכובד נשאר קבוע, כך שרק עובי דופן הצינור משתנה בפועל לאורך המדרון).
לימודי FEM ויישום משוואות בתדר של 29.75 קילו-הרץ.(1) בעת חישוב הווריאציה של חצי הגל הכיפוף (\(\lambda_y/2\)) עבור גיאומטריות שיפוע (א), אסימטריות (ב) וציר סימטריות (ג) (כמו באיור. 1a,b,c ).הערך הממוצע \(\lambda_y/2\) של השיפוע, האסימטרי והאקסיסימטרי היה 5.65, 5.17 ו-7.52 מ"מ, בהתאמה.שים לב שעובי הקצה עבור שיפועים א-סימטריים ואקסימטריים מוגבל ל-\(\בערך) 50 מיקרומטר.
ניידות שיא \(|\tilde{Y}_{v_yF_y}|\) היא השילוב האופטימלי של אורך הצינור (TL) ואורך שפוע (BL) (איור 8, 9).עבור lancet קונבנציונלי, מכיוון שגודלו קבוע, ה-TL האופטימלי הוא \(\בערך) 29.1 מ"מ (איור 8).עבור שיפועים א-סימטריים ואקסימטריים (איור 9a, b, בהתאמה), מחקרי FEM כללו BL מ-1 עד 7 מ"מ, כך שה-TL האופטימלי היו מ-26.9 עד 28.7 מ"מ (טווח 1.8 מ"מ) ומ-27.9 עד 29.2 מ"מ (טווח 1.3 מ"מ), בהתאמה.עבור השיפוע הא-סימטרי (איור 9a), ה-TL האופטימלי גדל באופן ליניארי, הגיע למישור ב-BL 4 מ"מ, ולאחר מכן ירד בחדות מ-BL 5 ל-7 מ"מ.עבור שפוע ציסימטרי (איור 9b), ה-TL האופטימלי גדל באופן ליניארי עם הגדלת ה-BL ולבסוף התייצב ב-BL מ-6 ל-7 מ"מ.מחקר מורחב של הטיה אקסיסימטרית (איור 9c) גילה קבוצה שונה של TLs אופטימליים ב-\(\בערך) 35.1-37.1 מ"מ.עבור כל ה-BL, המרחק בין שני ה-TLs הטובים ביותר הוא \(\בערך\) 8 מ"מ (שווה ערך ל-\(\lambda_y/2\)).
ניידות שידור לאנסט ב-29.75 קילו-הרץ.המחט נרגשה בגמישות בתדר של 29.75 קילו-הרץ ורטט נמדד בקצה המחט והתבטא ככמות הניידות המכנית המשודרת (dB ביחס לערך המרבי) עבור TL 26.5-29.5 מ"מ (במרווחים של 0.1 מ"מ) .
מחקרים פרמטריים של ה-FEM בתדר של 29.75 קילו-הרץ מראים כי ניידות ההעברה של קצה אקסי-סימטרי מושפעת פחות משינוי באורך הצינור מאשר מקבילו הא-סימטרי.מחקרים באורך שיפוע (BL) ואורך צינור (TL) של גיאומטריות שיפוע אסימטריות (א) וציריות (ב, ג) במחקר תחום התדר באמצעות FEM (תנאי גבול מוצגים באיור 2).(א, ב) TL נע בין 26.5 ל-29.5 מ"מ (צעד 0.1 מ"מ) ו-BL 1-7 מ"מ (צעד 0.5 מ"מ).(ג) מחקרי הטיה ציר-סימטריים מורחבים הכוללים TL 25-40 מ"מ (במרווחים של 0.05 מ"מ) ו-BL 0.1-7 מ"מ (במרווחים של 0.1 מ"מ) המראים כי \(\lambda_y/2\ ) חייב לעמוד בדרישות החוד.תנאי גבול נעים.
לתצורת המחט שלושה תדרים עצמיים \(f_{1-3}\) המחולקים לאזורי מצב נמוך, בינוני וגבוה כפי שמוצג בטבלה 1. גודל ה-PTE נרשם כפי שמוצג באיור.10 ולאחר מכן נותחו באיור 11. להלן הממצאים עבור כל אזור מודאלי:
משרעות טיפוסיות מתועדות של יעילות העברת כוח מיידית (PTE) המתקבלות עם עירור סינוסואידי בתדר סחוף עבור lancet (L) ושיפוע אקסיסימטרי AX1-3 באוויר, מים וג'לטין בעומק של 20 מ"מ.מוצגות ספקטרום חד צדדי.תגובת התדר שנמדדה (נדגמה ב-300 קילו-הרץ) עברה סינון במעבר נמוך ולאחר מכן הוקטנה בפקטור של 200 לניתוח מודאלי.יחס האות לרעש הוא \(\le\) 45 dB.שלבי PTE (קווים סגולים מנוקדים) מוצגים במעלות (\(^{\circ}\)).
ניתוח התגובה המודאלית (ממוצע ± סטיית תקן, n = 5) המוצג באיור 10, עבור שיפועים L ו-AX1-3, באוויר, מים ו-10% ג'לטין (עומק 20 מ"מ), עם (למעלה) שלושה אזורים מודאליים ( נמוך, בינוני וגבוה) והתדרים המודאליים התואמים שלהם\(f_{1-3 }\) (kHz), (ממוצע) יעילות אנרגטית \(\text {PTE}_{1{-}3}\) מחושב באמצעות מקבילות .(4) ו-(למטה) רוחב מלא בחצי מידות מקסימליות \(\text {FWHM}_{1{-}3}\) (Hz), בהתאמה.שימו לב שמדידת רוחב הפס נדחתה כאשר נרשם PTE נמוך, כלומר \(\text {FWHM}_{1}\) במקרה של שיפוע AX2.מצב \(f_2\) נמצא כמתאים ביותר להשוואת סטיות שיפוע, שכן הוא הראה את הרמה הגבוהה ביותר של יעילות העברת כוח (\(\text {PTE}_{2}\)), עד 99%.
אזור מודאלי ראשון: \(f_1\) אינו תלוי הרבה בסוג המדיום המוכנס, אלא תלוי בגיאומטריה של המדרון.\(f_1\) פוחת עם ירידה באורך השיפוע (27.1, 26.2 ו-25.9 קילו-הרץ באוויר עבור AX1-3, בהתאמה).הממוצעים האזוריים \(\text {PTE}_{1}\) ו-\(\text {FWHM}_{1}\) הם \(\approx\) 81% ו-230 הרץ בהתאמה.ל-\(\text {FWHM}_{1}\) יש את תכולת הג'לטין הגבוהה ביותר ב-Lancet (L, 473 הרץ).שים לב שלא ניתן היה להעריך את \(\text {FWHM}_{1}\) AX2 בג'לטין עקב משרעת ה-FRF הנמוכה שנרשמה.
האזור המודאלי השני: \(f_2\) תלוי בסוג המדיה שהוכנסה ובשיפוע.ערכים ממוצעים \(f_2\) הם 29.1, 27.9 ו-28.5 קילו-הרץ באוויר, מים וג'לטין, בהתאמה.אזור מודאלי זה הראה גם PTE גבוה של 99%, הגבוה מכל קבוצה שנמדדה, עם ממוצע אזורי של 84%.ל-\(\text {FWHM}_{2}\) יש ממוצע אזורי של \(\בערך\) 910 הרץ.
אזור מצב שלישי: תדר \(f_3\) תלוי בסוג המדיה ובשיפוע.ערכי \(f_3\) הממוצעים הם 32.0, 31.0 ו-31.3 קילו-הרץ באוויר, מים וג'לטין, בהתאמה.הממוצע האזורי \(\text {PTE}_{3}\) היה \(\בערך\) 74%, הנמוך ביותר בכל אזור.הממוצע האזורי \(\text {FWHM}_{3}\) הוא \(\בערך\) 1085 הרץ, שהוא גבוה מהאזור הראשון והשני.
להלן מתייחס איור.12 וטבלה 2. הרציף (L) הוסט הכי הרבה (עם מובהקות גבוהה לכל העצות, \(p<\) 0.017) הן באוויר והן במים (איור 12a), והשיג את ה-DPR הגבוה ביותר (עד 220 מיקרומטר/) W באוויר). 12 וטבלה 2. הרציף (L) הוסט הכי הרבה (עם מובהקות גבוהה לכל העצות, \(p<\) 0.017) הן באוויר והן במים (איור 12a), והשיג את ה-DPR הגבוה ביותר (עד 220 מיקרומטר/) W באוויר). Следующее относится к рисунку 12 и таблице. ков, \(p<\) 0,017) как в воздухе, так и в воде (рис. 12а), достигая самого высокого DPR . הדברים הבאים חלים על איור 12 וטבלה 2. Lancet (L) הסטה הכי הרבה (עם מובהקות גבוהה עבור כל העצות, \(p<\) 0.017) הן באוויר והן במים (איור 12a), והשיגה את ה-DPR הגבוה ביותר.(עשה 220 מיקרומטר/W באוויר).Smt.איור 12 וטבלה 2 להלן.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，徉．Ｐ，，高DPR （在空气中高达220 µm/W）.ל-柳叶刀(L) יש את הסטייה הגבוהה ביותר באוויר ובמים (对所记尖端可以高电影性,\(p<\) 0.017) (图12a), והשיגה את ה-DPR הגבוה ביותר (עד 220 מיקרומטר ב-µm) אוויר). Ланцет (L) отклонялся больше всего (высокая значимость для всех наконечников, \(p<\) 0,017) в воздивосд, возидух. наибольшего DPR (עד 220 мкм/Вт в воздухе). Lancet (L) הסטה הכי הרבה (משמעות גבוהה עבור כל העצות, \(p<\) 0.017) באוויר ובמים (איור 12a), והגיעה ל-DPR הגבוה ביותר (עד 220 מיקרומטר/W באוויר). באוויר, AX1 שהיה בעל BL גבוה יותר, סטה גבוה מ-AX2–3 (עם מובהקות, \(p<\) 0.017), בעוד AX3 (שהיה בעל BL הנמוך ביותר) סטה יותר מ-AX2 עם DPR של 190 מיקרומטר/W. באוויר, AX1 שהיה בעל BL גבוה יותר, סטה גבוה מ-AX2–3 (עם מובהקות, \(p<\) 0.017), בעוד AX3 (שהיה בעל BL הנמוך ביותר) סטה יותר מ-AX2 עם DPR של 190 מיקרומטר/W. В воздухе AX1 с более высоким BL отклонялся выше, чем AX2–3 (со значимостью \(p<\) 0,017), тогдухе (сканялся) лонялся больше, чем AX2 с DPR 190 мкм/Вт. באוויר, AX1 עם BL גבוה יותר הוסט גבוה מ-AX2–3 (עם מובהקות \(p<\) 0.017), בעוד AX3 (עם BL הנמוך ביותר) הוסט יותר מ-AX2 עם 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．AX，转具），转具，，转偏转大于AX2，DPR 为190 µm/W . באוויר, הסטייה של AX1 עם BL גבוה יותר מזו של AX2-3 (באופן מובהק, \(p<\) 0.017), והסטייה של AX3 (עם BL הנמוכה ביותר) גדולה מזו של AX2, DPR היא 190 מיקרומטר/W . В воздухе AX1 с более высоким BL отклоняется больше, чем AX2-3 (значимо, \(p<\) 0,017), тогда как AXы (тиксамы) ется больше, чем AX2 с DPR 190 мкм/Вт. באוויר, AX1 עם BL גבוה יותר מסיט יותר מ-AX2-3 (משמעותי, \(p<\) 0.017), בעוד AX3 (עם BL הנמוך ביותר) מסיט יותר מ-AX2 עם DPR 190 µm/W.במים של 20 מ"מ, הסטייה וה-PTE AX1–3 לא היו שונים באופן משמעותי (\(p>\) 0.017).רמות ה-PTE במים (90.2-98.4%) היו בדרך כלל גבוהות יותר מאשר באוויר (56-77.5%) (איור 12c), ותופעת הקוויטציה צוינה במהלך הניסוי במים (איור 13, ראה גם נוסף מֵידָע).
כמות סטיית הקצה (ממוצע ± SD, n = 5) שנמדדה עבור שיפוע L ו-AX1-3 באוויר ובמים (עומק 20 מ"מ) מראה את ההשפעה של שינוי גיאומטריית שיפוע.המדידות התקבלו באמצעות עירור סינוסואידאלי מתמשך בתדר בודד.(א) סטיית שיא לשיא (\(u_y\vec {j}\)) בקצה, נמדדת ב-(ב) התדרים המודאליים שלהם \(f_2\).(ג) יעילות העברת הספק (PTE, RMS,%) של המשוואה.(4) ו-(ד) מקדם הספק סטיה (DPR, µm/W) מחושב כסטייה שיא לשיא והספק חשמלי משודר \(P_T\) (Wrms).
עלילת צל של מצלמה במהירות גבוהה המראה את סטיית השיא לשיא (קווים מנוקדים ירוקים ואדומים) של lancet (L) וקצה ציר סימטרי (AX1-3) במים (20 מ"מ עומק) במשך חצי מחזור.מחזור, בתדר עירור \(f_2\) (תדירות דגימה 310 קילו-הרץ).התמונה בגווני אפור שנלכדה היא בגודל של 128×128 פיקסלים וגודל פיקסלים של \(\בערך\) 5 מיקרומטר.ניתן למצוא סרטון במידע נוסף.
לפיכך, דגמנו את השינוי באורך הגל הכיפוף (איור 7) וחישבנו את הניידות המכנית הניתנת להעברה עבור שילובים של אורך צינור ושיפוע (איור 8, 9) עבור שיפועים קונבנציונליים, א-סימטריים וצירי-סימטריים של צורות גיאומטריות.בהתבסס על האחרון, הערכנו את המרחק האופטימלי של 43 מ"מ (או \(\בערך) 2.75\(\lambda _y\) ב-29.75 קילו-הרץ) מהקצה לריתוך, כפי שמוצג באיור 5, ועשינו את Three axisymmetric. שיפועים עם אורכי שיפוע שונים.לאחר מכן אפיינו את התנהגות התדירות שלהם באוויר, מים ו-10% (w/v) ג'לטין בליסטי בהשוואה ל-lancets קונבנציונליים (איורים 10, 11) וקבענו את המצב המתאים ביותר להשוואת סטיית שפוע.לבסוף, מדדנו את סטיית הקצה על ידי כיפוף גל באוויר ובמים בעומק של 20 מ"מ וכימתנו את יעילות העברת הכוח (PTE,%) ומקדם ההספק (DPR, µm/W) של מדיום ההחדרה עבור כל שיפוע.סוג זוויתי (איור 12).
הוכח שגיאומטריית שיפוע המחט משפיעה על מידת הסטייה של קצה המחט.ה-lancet השיג את הסטייה הגבוהה ביותר ואת ה-DPR הגבוה ביותר בהשוואה לשיפוע האקסיסימטרי עם סטייה ממוצעת נמוכה יותר (איור 12).השיפוע הציסימטרי של 4 מ"מ (AX1) עם השיפוע הארוך ביותר השיג סטייה מרבית מובהקת סטטיסטית באוויר בהשוואה לשאר המחטים הציסימטריות (AX2-3) (\(p < 0.017\), טבלה 2), אך לא היה הבדל משמעותי .נצפה כאשר המחט מונחת במים.לפיכך, אין יתרון ברור באורך שיפוע ארוך יותר מבחינת הסטייה שיא בקצה.עם זאת בחשבון, נראה שלגיאומטריית השיפוע שנחקרה במחקר זה יש השפעה גדולה יותר על הסטייה מאשר אורך השיפוע.ייתכן שהדבר נובע מקשיחות כיפוף, למשל בהתאם לעובי הכללי של החומר המכופף ולעיצוב המחט.
במחקרים ניסיוניים, עוצמת הגל המוחזר מושפע מתנאי הגבול של הקצה.כאשר קצה המחט מוכנס למים ולג'לטין, \(\text {PTE}_{2}\) הוא \(\בערך\) 95%, ו-\(\text {PTE}_{ 2}\) הוא \ (\text {PTE}_{ 2}\) הערכים הם 73% ו-77% עבור (\text {PTE}_{1}\) ו-\(\text {PTE}_{3}\), בהתאמה (איור 11).זה מצביע על כך שההעברה המקסימלית של אנרגיה אקוסטית למדיום היציקה, כלומר מים או ג'לטין, מתרחשת ב-\(f_2\).התנהגות דומה נצפתה במחקר קודם31 באמצעות תצורת מכשיר פשוטה יותר בטווח התדרים 41-43 קילו-הרץ, שבו הראו המחברים את התלות של מקדם השתקפות המתח במודול המכני של המדיום המוטבע.עומק החדירה32 והמאפיינים המכניים של הרקמה מספקים עומס מכני על המחט ולכן צפויים להשפיע על התנהגות התהודה של UZEFNAB.לפיכך, ניתן להשתמש באלגוריתמים של מעקב תהודה (למשל 17, 18, 33) כדי לייעל את הכוח האקוסטי המועבר דרך המחט.
סימולציה באורכי גל כיפוף (איור 7) מראה שהקצה האקסיסימטרי קשיח יותר מבחינה מבנית (כלומר, קשיח יותר בכיפוף) מהשפיץ והשיפוע האסימטרי.בהתבסס על (1) ובאמצעות היחס הידוע של מהירות-תדר, אנו מעריכים את קשיחות הכיפוף בקצה המחט כ-\(\about\) 200, 20 ו-1500 MPa עבור מישורים משופעים לא-סימטריים וציריים, בהתאמה.זה מתאים ל-\(\lambda_y\) של \(\בערך\) 5.3, 1.7 ו-14.2 מ"מ, בהתאמה, ב-29.75 קילו-הרץ (איור 7a–c).בהתחשב בבטיחות הקלינית במהלך USeFNAB, יש להעריך את השפעת הגיאומטריה על הקשיחות המבנית של המישור המשופע34.
מחקר של פרמטרי השיפוע ביחס לאורך הצינור (איור 9) הראה שטווח ההעברה האופטימלי היה גבוה יותר עבור השיפוע הא-סימטרי (1.8 מ"מ) מאשר עבור השיפוע האקסיסימטרי (1.3 מ"מ).בנוסף, הניידות יציבה ב-\(\בערך) מ-4 עד 4.5 מ"מ ומ-6 עד 7 מ"מ עבור הטיות א-סימטריות ואקסי-סימטריות, בהתאמה (איור 9a, ב).המשמעות המעשית של תגלית זו מתבטאת בסובלנות ייצור, למשל, טווח נמוך יותר של TL אופטימלי עשוי לגרום לכך שנדרש דיוק אורך גדול יותר.יחד עם זאת, רמת הניידות מספקת סובלנות רבה יותר לבחירת אורך הטבילה בתדירות נתונה ללא השפעה משמעותית על הניידות.
המחקר כולל את המגבלות הבאות.מדידה ישירה של סטיית מחט באמצעות זיהוי קצה והדמיה במהירות גבוהה (איור 12) פירושה שאנו מוגבלים למדיה שקופה אופטית כגון אוויר ומים.ברצוננו גם לציין שלא השתמשנו בניסויים כדי לבדוק את ניידות ההעברה המדומה ולהיפך, אלא השתמשנו במחקרי FEM כדי לקבוע את האורך האופטימלי לייצור מחט.בהתייחס למגבלות מעשיות, אורך הרציף מהקצה לשרוול הוא \(\בערך) 0.4 ס"מ ארוך יותר משאר המחטים (AX1-3), ראה איור.3ב.זה יכול להשפיע על התגובה המודאלית של עיצוב המחט.בנוסף, הצורה והנפח של הלחמה בקצה פין מוליך גל (ראה איור 3) יכולים להשפיע על העכבה המכנית של עיצוב הפין, ולהציג שגיאות בעכבה המכנית ובהתנהגות הכיפוף.
לבסוף, הוכחנו שגיאומטריית השיפוע הניסויית משפיעה על כמות הסטייה ב-USeFNAB.אם לסטייה גדולה יותר תהיה השפעה חיובית על השפעת המחט על הרקמה, כגון יעילות חיתוך לאחר פירסינג, אז ניתן להמליץ ​​על lancet קונבנציונלי ב-USeFNAB מכיוון שהוא מספק סטיה מרבית תוך שמירה על קשיחות נאותה של הקצה המבני..יתרה מכך, מחקר עדכני35 הראה שהסטת קצה גדולה יותר יכולה לשפר השפעות ביולוגיות כגון קוויטציה, מה שעשוי להקל על הפיתוח של יישומים כירורגיים זעיר פולשניים.בהתחשב בכך שהגדלת העוצמה האקוסטית הכוללת הוכחה כמגדילה את מספר הביופסיות ב-USeFNAB13, יש צורך במחקרים כמותיים נוספים של כמות ואיכות המדגם כדי להעריך את היתרונות הקליניים המפורטים של גיאומטריית המחט שנחקרה.