Mèsi paske w vizite Nature.com.W ap itilize yon vèsyon navigatè ak sipò CSS limite.Pou pi bon eksperyans, nou rekòmande pou w sèvi ak yon navigatè ki ajou (oswa enfim mòd konpatibilite nan Internet Explorer).Anplis de sa, asire sipò kontinyèl, nou montre sit la san estil ak JavaScript.
Koulis ki montre twa atik pou chak glisad.Sèvi ak bouton dèyè yo ak bouton kap vini yo pou w deplase nan glisad yo, oswa bouton kontwolè glisad yo nan fen pou deplase nan chak glisad.
Dènyèman, li te demontre ke itilizasyon ultrason ka amelyore pwodiksyon tisi nan byopsi aspirasyon zegwi amann ultrason (USeFNAB) konpare ak byopsi aspirasyon zegwi konvansyonèl (FNAB).Relasyon ki genyen ant jeyometri bizote ak aksyon pwent zegwi poko envestige.Nan etid sa a, nou te envestige pwopriyete sonorite zegwi ak anplitid devyasyon pou divès jeyometri bizo zegwi ak longè bizo diferan.Sèvi ak yon lancet konvansyonèl ak yon koupe 3.9 mm, faktè a pouvwa defleksyon pwent (DPR) te 220 ak 105 µm / W nan lè ak dlo, respektivman.Sa a pi wo pase pwent bizote axisymmetric 4mm, ki te reyalize yon DPR 180 ak 80 µm/W nan lè ak dlo, respektivman.Etid sa a mete aksan sou enpòtans ki genyen nan relasyon ki genyen ant rèd koube nan jeyometri bizote a nan yon kontèks èd ensèsyon diferan, e konsa ka bay insight sou metòd pou kontwole aksyon koupe apre twou pa chanje jeyometri a bizo zegwi, ki enpòtan pou USeFNAB.Aplikasyon zafè.
Fine zegwi aspirasyon byopsi (FNAB) se yon teknik kote yo itilize yon zegwi pou jwenn yon echantiyon tisi lè yo sispèk yon anòmal1,2,3.Konsèy Franseen-kalite yo te montre yo bay pi wo pèfòmans dyagnostik pase konsèy tradisyonèl Lancet4 ak Menghini5.Axisymmetric (sa vle di sikonferansyal) yo te pwopoze tou pou ogmante chans pou yon echantiyon adekwat pou istopatoloji6.
Pandan yon byopsi, yo pase yon zegwi nan kouch po ak tisi pou revele patoloji sispèk.Dènye etid yo te montre ke deklanchman ultrasons ka diminye fòs ponksyon ki nesesè pou jwenn aksè nan tisi mou7,8,9,10.Yo te montre jeyometri bizo zegwi afekte fòs entèraksyon zegwi yo, pa egzanp bizote ki pi long yo te montre yo gen pi ba fòs pénétration tisi 11 .Li te sigjere ke apre zegwi a te rantre sifas tisi a, sa vle di apre twou, fòs koupe zegwi a ka 75% fòs total entèraksyon zegwi-tisi a.Ultrasound (US) yo te montre amelyore kalite byopsi dyagnostik tisi mou nan faz la apre pike13.Lòt metòd pou amelyore kalite byopsi zo yo te devlope pou echantiyon tisi difisil14,15 men pa gen okenn rezilta yo te rapòte ki amelyore kalite byopsi.Plizyè etid yo te jwenn tou ke deplasman mekanik ogmante ak ogmante vòltaj kondwi ultrason16,17,18.Malgre ke gen anpil etid fòs estatik axial (longitudinal) nan entèraksyon zegwi-tisi19,20, etid sou dinamik tanporèl ak jeyometri bizo zegwi nan ultrasons améliorée FNAB (USeFNAB) yo limite.
Objektif etid sa a se te mennen ankèt sou efè diferan jeyometri bizote sou aksyon pwent zegwi kondwi pa flexion zegwi nan frekans ultrasons.An patikilye, nou te envestige efè mwayen piki a sou devyasyon pwent zegwi apre pike pou bizote zegwi konvansyonèl yo (egzanp, lans), aksimetrik ak asimetri jeyometri sèl bizote (figi. Pou fasilite devlopman zegwi USeFNAB pou divès rezon tankou aspirasyon selektif). aksè oswa nwayo tisi mou.
Yo te enkli plizyè jeyometri bizo nan etid sa a.(a) Lans ki konfòm ak ISO 7864:201636 kote \(\alpha\) se ang bizote prensipal la, \(\theta\) se ang wotasyon bizo segondè, epi \(\phi\) se ang wotasyon bizo segondè nan degre , an degre (\(^\circ\)).(b) lineyè asimetri yon sèl etap chanfrein (ki rele "estanda" nan DIN 13097:201937) ak (c) lineyè aksymetrik (sikonferansyal) chanfren yon sèl etap.
Apwòch nou an se premye modèl chanjman nan longèdonn koube sou pant lan pou jeyometri pant konvansyonèl lanse, aksymetrik, ak asimetri yon sèl etap.Lè sa a, nou kalkile yon etid parametrik egzamine efè ang bizote ak longè tib sou mobilite mekanis transpò.Sa a se fè pou detèmine longè pi bon pou fè yon zegwi pwototip.Ki baze sou simulation, pwototip zegwi yo te fè ak konpòtman sonans yo nan lè, dlo, ak 10% (w/v) jelatin balistik te karakterize eksperimantal pa mezire koyefisyan refleksyon vòltaj la ak kalkile efikasite transfè pouvwa a, ki soti nan ki frekans fonksyònman an te. detèmine..Finalman, D 'wo vitès yo itilize dirèkteman mezire defleksyon nan vag la koube nan pwent zegwi a nan lè ak dlo, ak estime pouvwa elektrik la transmèt pa chak enklinezon ak jeyometri a defleksyon pouvwa faktè (DPR) nan piki a. mwayen.
Jan yo montre nan Figi 2a, sèvi ak nimewo 21 tiyo (0.80 mm OD, 0.49 mm ID, 0.155 mm tiyo epesè miray, estanda miray jan yo espesifye nan ISO 9626:201621) te fè nan 316 Nerjaveèi (modil Young 205).\(\text {GN/m}^{2}\), dansite 8070 kg/m\(^{3}\), rapò Poisson a 0.275).
Detèminasyon longèdonn koube ak akor modèl eleman fini (FEM) nan kondisyon zegwi ak fwontyè.(a) Detèminasyon longè biseau (BL) ak longè tiyo (TL).(b) Modèl eleman fini (FEM) ki genyen twa dimansyon (3D) lè l sèvi avèk fòs pwen amonik \(\tilde{F}_y\vec{j}\) pou eksite zegwi a nan pwent proximal la, devye pwen an, epi mezire vitès. pou chak tip (\( \tilde{u}_y\vec {j}\), \(\tilde{v}_y\vec {j}\)) pou kalkile mobilite transpò mekanistik la.\(\lambda _y\) defini kòm longèdonn koube ki asosye ak fòs vètikal \(\tilde{F}_y\vec {j}\).(c) Detèmine sant gravite, zòn koup transvèsal A, ak moman inèsi \(I_{xx}\) ak \(I_{yy}\) alantou aks x ak aks y respektivman.
Jan yo montre nan fig.2b,c, pou yon gwo bout bwa enfini (enfini) ak zòn kwa-seksyon A ak nan yon longèdonn gwo konpare ak gwosè a nan koup transvèsal gwo bout bwa a, koube (oswa koube) faz vitès \(c_{EI}\ ) defini kòm 22:
kote E se modil Young (\(\text {N/m}^{2}\)), \(\omega _0 = 2\pi f_0\) se frekans angilè eksitasyon (rad/s), kote \( f_0 \ ) se frekans lineyè (1/s oswa Hz), I se moman inèsi zòn nan alantou aks enterè \((\text {m}^{4})\) ak \(m'=\ rho _0 A \) se mas nan longè inite (kg/m), kote \(\rho _0\) se dansite \((\text {kg/m}^{3})\) ak A se kwa a. - zòn seksyon gwo bout bwa a (plan xy) (\(\text {m}^{2}\)).Piske nan ka nou an fòs aplike a paralèl ak aks y vètikal la, sa vle di \(\tilde{F}_y\vec {j}\), nou sèlman enterese nan moman inèsi zòn nan alantou orizontal x-. aks, sa vle di \(I_{xx} \), Se poutèt sa:
Pou modèl eleman fini (FEM), yo sipoze yon deplasman amonik pi (m), kidonk akselerasyon an (\(\text {m/s}^{2}\)) eksprime kòm \(\partial ^2 \vec {u}/ \ pasyèl t^2 = -\omega ^2\vec {u}\), egzanp \(\vec {u}(x, y, z, t) := u_x\vec {i} + u_y \vec {j }+ u_z\vec {k}\) se yon vektè deplasman ki genyen twa dimansyon defini nan kowòdone espasyal.Ranplase lèt la ak fòm Lagranjyen ki fini deformabl nan lwa balans momantòm lan23, dapre aplikasyon li nan pake lojisyèl COMSOL Multiphysics (vèsyon 5.4-5.5, COMSOL Inc., Massachusetts, USA), bay:
Ki kote \(\vec {\nabla}:= \frac{\partial}}{\partial x}\vec {i} + \frac{\partial}}{\partial y}\vec {j} + \frac{ \partial }{\partial z}\vec {k}\) se operatè divèjans tansè a, epi \({\underline{\sigma}}\) se dezyèm tansè estrès Piola-Kirchhoff (dezyèm lòd, \(\ tèks). {N /m}^{2}\)), ak \(\vec {F_V}:= F_{V_x}\vec {i}+ F_{V_y}\vec {j}+ F_{V_z}\vec { k} \) se vektè fòs kò a (\(\text {N/m}^{3}\)) chak volim deformab, ak \(e^{j\phi }\) se faz nan fòs kò, gen yon ang faz \(\ phi\) (rad).Nan ka nou an, fòs volim kò a se zewo, ak modèl nou an sipoze linearite jewometrik ak ti deformasyon piman elastik, sa vle di \({\underline{\varepsilon}}^{el} = {\underline{\varepsilon}}\ ), kote \({\underline{\varepsilon}}^{el}\) ak \({\underline{ \varepsilon}}\) - deformation elastik ak deformation total (sans dimansyon nan dezyèm lòd la), respektivman.Yo jwenn tansè elastisite izotwòp konstititif Hooke \(\underline {\underline {C))\) lè l sèvi avèk modil Young E(\(\text{N/m}^{2}\)) epi yo defini rapò Poisson v, konsa ke \ (\underline{\underline{C}}:=\underline{\underline{C}}(E,v)\) (katriyèm lòd).Kidonk, kalkil estrès la vin \({\underline{\sigma}} := \underline{\underline{C}}:{\underline{\varepsilon}}\).
Kalkil yo te fèt ak eleman tetraedral 10-nœud ak gwosè eleman \(\le\) 8 µm.Se zegwi a modle nan vakyòm, epi valè transfè mobilite mekanik la (ms-1 H-1) defini kòm \(|\tilde{Y}_{v_yF_y}|= |\tilde{v}_y\vec {j} |/|\ tilde{F}_y\vec {j}|\)24, kote \(\tilde{v}_y\vec {j}\) se vitès pwodiksyon konplèks pyès ki nan men an, epi \( \tilde{ F} _y\vec {j }\) se yon fòs kondwi konplèks ki sitiye nan fen proximal tib la, jan yo montre nan Fig. 2b.Mobilite transmisyon mekanik eksprime an desibèl (dB) lè l sèvi avèk valè maksimòm lan kòm referans, sa vle di \(20\log _{10} (|\tilde{Y}|/ |\tilde{Y}_{max}| )\ ), Tout etid FEM yo te pote soti nan yon frekans nan 29.75 kHz.
Konsepsyon zegwi a (figi 3) konsiste de yon zegwi ipodèmik konvansyonèl 21 kalib (nimewo katalòg: 4665643, Sterican\(^\circledR\), ak yon dyamèt ekstèn 0.8 mm, yon longè 120 mm, ki fèt ak AISI. Kwòm-nikèl Nerjaveèi asye 304., B. Braun Melsungen AG, Melsungen, Almay) mete yon manch plastik Luer Lock ki fèt ak polypropylène proximal ak yon modifikasyon pwent korespondan.Tib zegwi a soude sou gid ond la jan yo montre nan Fig. 3b.Waveguide la te enprime sou yon enprimant 3D asye pur (EOS Nerjaveèi 316L sou yon enprimant 3D EOS M 290, 3D Formtech Oy, Jyväskylä, Fenlann) ak Lè sa a, tache ak Capteur Langevin lè l sèvi avèk boulon M4.Transducer Langevin a konsiste de 8 eleman bag piezoelectric ak de pwa nan chak bout.
Kat kalite konsèy yo (foto), yon lancet ki disponib nan komèsyal (L), ak twa bizote axisimetrik yon sèl etap (AX1–3) te karakterize pa longè bizo (BL) nan 4, 1.2, ak 0.5 mm, respektivman.(a) Premye plan pwent zegwi a fini.(b) View anlè kat broch soude nan yon gid ond enprime 3D epi konekte ak Capteur Langevin ak boulon M4.
Twa pwent bizote aksimetrik (Fig. 3) (TAs Machine Tools Oy) yo te fabrike ak longè bizo (BL, detèmine nan Fig. 2a) nan 4.0, 1.2 ak 0.5 mm, ki koresponn ak \(\approx\) 2\ (^\ circ\), 7\(^\circ\) ak 18\(^\circ\).Waveguide ak pwa dyaman yo se 3.4 ± 0.017 g (vle di ± SD, n = 4) pou biseau L ak AX1–3, respektivman (Quintix\(^\circledR\) 224 Design 2, Sartorius AG, Göttingen, Almay).Longè total soti nan pwent zegwi a nan fen manch rad plastik la se 13.7, 13.3, 13.3, 13.3 cm pou bizo L ak AX1-3 nan Figi 3b, respektivman.
Pou tout konfigirasyon zegwi, longè soti nan pwent zegwi a rive nan pwent ond lan (sa vle di, zòn soude) se 4.3 cm, epi tib zegwi a oryante pou bizote a ap fè fas a (sa vle di, paralèl ak aks Y la). ).), tankou nan (figi 2).
Yo te itilize yon script koutim nan MATLAB (R2019a, The MathWorks Inc., Massachusetts, USA) kap kouri sou yon òdinatè (Latitude 7490, Dell Inc., Texas, USA) pou jenere yon bale sinusoidal lineyè soti nan 25 a 35 kHz nan 7 segonn, konvèti nan yon siyal analòg pa yon konvètisè dijital-a-analòg (DA) (Analog Discovery 2, Digilent Inc., Washington, USA).Lè sa a, siyal analòg \(V_0\) (0.5 Vp-p) te anplifye ak yon anplifikatè frekans radyo (RF) dedye (Mariachi Oy, Turku, Fenlann).Voltaj anplifikasyon k ap tonbe \({V_I}\) se pwodiksyon soti nan anplifikatè RF a ak yon enpedans pwodiksyon 50 \(\Omega\) nan yon transfòmatè ki bati nan estrikti zegwi a ak yon enpedans antre 50 \(\Omega)\) Langevin transducer (devan ak dèyè multikouch transducteur piezoelectric, chaje ak mas) yo itilize pou jenere onn mekanik.Anplifikatè RF koutim lan ekipe ak yon mèt pouvwa a vag kanpe doub chanèl (SWR) ki ka detekte ensidan \({V_I}\) ak reflete vòltaj anplifye \(V_R\) atravè yon 300 kHz analòg-a-dijital (AD). ) konvètisè (Analog Discovery 2).Siyal eksitasyon an anplitid modulation nan kòmansman ak nan fen pou anpeche surcharge D' anplifikatè ak transitoires.
Sèvi ak yon script koutim aplike nan MATLAB, fonksyon repons frekans (AFC), sa vle di sipoze yon sistèm estasyonè lineyè.Epitou, aplike yon filtè pase 20 a 40 kHz pou retire nenpòt frekans vle nan siyal la.An referans a teyori liy transmisyon, \(\tilde{H}(f)\) nan ka sa a ekivalan a koyefisyan refleksyon vòltaj la, sa vle di \(\rho _{V} \equiv {V_R}/{V_I} \)26 .Depi enpedans pwodiksyon anplifikatè \(Z_0\) koresponn ak enpedans antre transfòmatè entegre konvètisè a, epi koyefisyan refleksyon pouvwa elektrik \({P_R}/{P_I}\) redwi a \ ({V_R }^ 2/{V_I}^2\ ), lè sa a se \(|\rho _{V}|^2\).Nan ka kote valè absoli pouvwa elektrik obligatwa, kalkile ensidan \(P_I\) ak reflete\(P_R\) pouvwa (W) lè w pran valè rasin mwayen kare (rms) vòltaj korespondan an, pou egzanp, pou yon liy transmisyon ak eksitasyon sinusoidal, \(P = {V}^2/(2Z_0)\)26, kote \(Z_0\) egal 50 \(\Omega\).Pouvwa elektrik ki delivre nan chaj la \(P_T\) (sa vle di mwayen ki mete a) ka kalkile kòm \(|P_I – P_R |\) (W RMS) ak efikasite transfè pouvwa a (PTE) ka defini ak eksprime kòm yon pousantaj (%) konsa bay 27:
Lè sa a, repons frekans lan itilize pou estime frekans modal \(f_{1-3}\) (kHz) nan konsepsyon dyaman an ak efikasite transfè pouvwa ki koresponn lan, \(\text {PTE}_{1{-}3} \ ).FWHM (\(\text {FWHM}_{1{-}3}\), Hz) yo estime dirèkteman nan \(\text {PTE}_{1{-}3}\), ki soti nan Tablo 1. frekans \(f_{1-3}\) ki dekri nan .
Yon metòd pou mezire repons frekans (AFC) nan yon estrikti acicular.Doub-chanèl bale-sinis mezi25,38 yo itilize pou jwenn fonksyon repons frekans \(\tilde{H}(f)\) ak repons enpilsyon li H(t).\({\mathcal {F}}\) ak \({\mathcal {F}}^{-1}\) vle di transfòmasyon Fourier nimerik twonke ak operasyon transfòmasyon envès la, respektivman.\(\tilde{G}(f)\) vle di de siyal yo miltipliye nan domèn frekans, pa egzanp \(\tilde{G}_{XrX}\) vle di eskanè envès\(\tilde{X} r( f )\) ak siyal gout vòltaj \(\tilde{X}(f)\).
Jan yo montre nan fig.5, kamera gwo vitès (Phantom V1612, Vision Research Inc., New Jersey, USA) ekipe ak yon lantiy macro (MP-E 65mm, \(f)/2.8, 1-5 \ (\times\), Canon Inc. ., Tokyo, Japon) yo te itilize pou anrejistre defleksyon yon pwent zegwi ki sibi eksitasyon flexural (sèl frekans, sinusoid kontinyèl) nan yon frekans 27.5-30 kHz.Pou kreye yon kat jeyografik lonbraj, yon eleman refwadi nan yon gwo entansite ki ap dirije blan (nimewo pati: 4052899910881, White Led, 3000 K, 4150 lm, Osram Opto Semiconductors GmbH, Regensburg, Almay) yo te mete dèyè biseau zegwi a.
View devan nan konfigirasyon an eksperimantal.Pwofondè mezire soti nan sifas medya yo.Se estrikti zegwi a sere ak monte sou yon tab transfè motorize.Sèvi ak yon kamera gwo vitès ak yon lantiy gwo agrandisman (5\(\fwa\)) pou mezire defleksyon pwent bizote a.Tout dimansyon yo an milimèt.
Pou chak kalite bizo zegwi, nou anrejistre 300 ankadreman kamera gwo vitès 128 \(\x\) 128 piksèl, yo chak ak yon rezolisyon espasyal 1/180 mm (\(\approx) 5 µm), ak yon rezolisyon tanporèl. nan 310,000 ankadreman pou chak segonn.Jan yo montre nan Figi 6, chak ankadreman (1) koupe (2) pou pwent la nan dènye liy (anba) nan ankadreman an, epi answit yo kalkile istogram imaj la (3), kidonk papòt Canny 1 ak 2 ka detèmine.Apre sa, aplike deteksyon kwen Canny28(4) lè l sèvi avèk operatè Sobel 3 \(\times\) 3 epi kalkile pozisyon pixel ipotenuz ki pa cavitasyonèl la (ki gen etikèt \(\mathbf {\times }\)) pou tout etap 300 fwa. .Pou detèmine span defleksyon an nan fen a, yo kalkile derivasyon an (sèvi ak algorithm diferans santral la) (6) epi yo idantifye ankadreman an ki genyen ekstrèm lokal yo (sa vle di pik) defleksyon an (7).Apre yo fin enspekte vizyèlman kwen ki pa kavitasyon an, yo te chwazi yon pè ankadreman (oswa de ankadreman ki separe pa mwatye yon peryòd tan) (7) epi yo te mezire defleksyon pwent lan (ki make \(\mathbf {\times} \ ) Sa ki anwo a te aplike. nan Python (v3.8, Python Software Foundation, python.org) lè l sèvi avèk algorithm deteksyon kwen OpenCV Canny (v4.5.1, bibliyotèk vizyon òdinatè sous louvri, opencv.org pouvwa elektrik \ (P_T \) (W, rms). .
Devyasyon pwent yo te mezire lè l sèvi avèk yon seri ankadreman yo te pran nan yon kamera gwo vitès nan 310 kHz lè l sèvi avèk yon algorithm 7-etap (1-7) ki gen ladan ankadre (1-2), deteksyon kwen Canny (3-4), kwen kote pixel. kalkil (5) ak dérivés tan yo (6), epi finalman defleksyon pwent pik-a-pik yo te mezire sou pè ankadreman vizyèlman enspekte (7).
Mezi yo te pran nan lè (22.4-22.9 ° C), dlo deyonize (20.8-21.5 ° C) ak jelatin balistik 10% (w / v) (19.7-23.0 ° C, \(\text {Honeywell}^{ \text) { TM}}\) \(\text {Fluka}^{\text {TM}}\) Jelatin zo bovine ak kochon pou analiz balistik Kalite I, Honeywell International, North Carolina, USA).Tanperati yo te mezire ak yon anplifikatè tèrmokapteur K-tip (AD595, Analog Devices Inc., MA, USA) ak yon tèrmokapteur K-tip (Fluke 80PK-1 Bead Probe No 3648 tip-K, Fluke Corporation, Washington, USA).Soti nan mwayen an Pwofondè yo te mezire soti nan sifas la (mete kòm orijin nan aks z la) lè l sèvi avèk yon etap vètikal motè z-aks (8MT50-100BS1-XYZ, Standa Ltd., Vilnis, Lityani) ak yon rezolisyon 5 µm.pou chak etap.
Piske gwosè echantiyon an te piti (n = 5) epi yo pa t ka sipoze nòmal, yo te itilize yon tès sòm ran Wilcoxon de echantiyon ak de ke (R, v4.0.3, R Foundation for Statistical Computing, r-project .org). pou konpare kantite pwent zegwi divèjans pou diferan bizote.Te gen 3 konparezon pou chak pant, kidonk yo te aplike yon koreksyon Bonferroni ak yon nivo siyifikasyon ajiste nan 0.017 ak yon pousantaj erè nan 5%.
Se pou nou ale kounye a nan Fig.7.Nan yon frekans 29.75 kHz, koube mwatye onn (\(\lambda_y/2\)) nan yon zegwi kalib 21 se \(\apeprè) 8 mm.Kòm youn apwoche pwent la, longèdonn koube a diminye ansanm ang oblik la.Nan pwent \(\lambda _y/2\) \(\apeprè\) gen etap 3, 1 ak 7 mm pou enklinasyon abityèl lanseole (a), asimetri (b) ak aksimetrik (c) yon sèl zegwi. , respektivman.Kidonk, sa vle di ke ranje lansèt la se \(\apeprè) 5 mm (akòz de plan yo nan lansèt la fòme yon sèl pwen29,30), bizote asimetri a se 7 mm, bizote asimetri a se 1. mm.Pant aksimetrik (sant gravite a rete konstan, kidonk sèlman epesè miray tiyo a aktyèlman chanje sou pant lan).
Etid FEM ak aplikasyon ekwasyon nan yon frekans 29.75 kHz.(1) Lè w ap kalkile varyasyon koube mwatye vag la (\(\lambda_y/2\)) pou jeyometri bizote asimetri (a), asimetri (b) ak aksimetrik (c) (tankou nan Figi 1a,b,c). ).Valè mwayèn \(\lambda_y/2\) lansèt, asimetri ak asimetri bizote yo te 5.65, 5.17, ak 7.52 mm, respektivman.Remake byen ke epesè pwent pou bizo asimetri ak aksymetrik limite a sa sèlman \(\approx) 50 µm.
Mobilite pik \(|\tilde{Y}_{v_yF_y}|\) se konbinezon optimal longè tib (TL) ak longè bizote (BL) (Fig. 8, 9).Pou yon lancet konvansyonèl, depi gwosè li fiks, TL pi bon an se \(\apeprè) 29.1 mm (Fig. 8).Pou bizote asimetri ak aksimetrik (figi 9a, b, respektivman), etid FEM yo enkli BL soti nan 1 a 7 mm, kidonk TL optimal yo te soti nan 26.9 a 28.7 mm (ranje 1.8 mm) ak soti nan 27.9 a 29 .2 mm (ranje). 1.3 mm), respektivman.Pou pant asimetri a (Fig. 9a), TL optimal la ogmante lineyè, rive nan yon plato nan BL 4 mm, ak Lè sa a, sevè diminye soti nan BL 5 a 7 mm.Pou yon bizote aksymetrik (Fig. 9b), TL optimal la ogmante lineyè ak ogmante BL epi finalman estabilize nan BL soti nan 6 a 7 mm.Yon etid pwolonje nan enklinezon aksymetrik (figi 9c) revele yon seri diferan nan TL optimal nan \(\approx) 35.1-37.1 mm.Pou tout BL, distans ki genyen ant de pi bon TL yo se \(\approx\) 8mm (ekivalan a \(\lambda_y/2\)).
Mobilite transmisyon Lancet nan 29.75 kHz.Zegwi a te eksite fleksib nan yon frekans 29.75 kHz ak Vibration te mezire nan pwent zegwi a ak eksprime kòm kantite transmèt mobilite mekanik (dB parapò ak valè a maksimòm) pou TL 26.5-29.5 mm (nan enkreman 0.1 mm) .
Etid parametrik nan FEM nan yon frekans 29.75 kHz montre ke mobilite transfè a nan yon pwent aksimetrik mwens afekte pa yon chanjman nan longè tib la pase kontrepati asimetri li yo.Longè bizote (BL) ak longè tiyo (TL) etid nan jeyometri asimetri (a) ak aksimetrik (b, c) nan etid domèn frekans lè l sèvi avèk FEM (kondisyon fwontyè yo montre nan Fig. 2).(a, b) TL te varye ant 26.5 a 29.5 mm (0.1 mm etap) ak BL 1-7 mm (0.5 mm etap).(c) Etid enklinezon pwolonje aksimetrik ki gen ladan TL 25–40 mm (nan ogmantasyon 0.05 mm) ak BL 0.1–7 mm (nan enkreman 0.1 mm) ki montre ke \(\lambda_y/2\ ) dwe satisfè kondisyon yo nan pwent la.kondisyon fwontyè k ap deplase.
Konfigirasyon zegwi a gen twa frekans pwòp \(f_{1-3}\) divize an rejyon ki ba, mwayen ak segondè jan yo montre nan Tablo 1. Gwosè PTE a te anrejistre jan yo montre nan fig.10 epi analize nan Fig. 11. Anba a se rezilta yo pou chak zòn modal:
Tipik anrejistreman anplitid efikasite transfè pouvwa enstantane (PTE) yo jwenn ak eksitasyon sinusoidal baleye-frekans pou yon lans (L) ak bizote axisymmetric AX1-3 nan lè, dlo ak jelatin nan yon pwofondè de 20 mm.Yo montre spectre yon sèl bò.Repons frekans yo mezire (pran echantiyon nan 300 kHz) te filtre ba-pase ak Lè sa a, diminye pa yon faktè 200 pou analiz modal.Rapò siyal-a-bri a se \(\le\) 45 dB.Faz PTE (liy pwentiye koulè wouj violèt) yo montre an degre (\(^{\circ}\)).
Analiz repons modal la (mwayèn ± devyasyon estanda, n = 5) yo montre nan Fig. 10, pou pant L ak AX1-3, nan lè, dlo ak 10% jelatin (pwofondè 20 mm), ak (anwo) twa rejyon modal ( ba, mwayen ak segondè) ak frekans modal korespondan yo\(f_{1-3}\) (kHz), (mwayèn) efikasite enèji \(\text {PTE}_{1{-}3}\) Kalkile lè l sèvi avèk ekivalan .(4) ak (anba) tout lajè nan mwatye mezi maksimòm \(\text {FWHM}_{1{-}3}\) (Hz), respektivman.Remake byen ke yo te sote mezi bandwidth la lè yo te anrejistre yon PTE ki ba, sa vle di \(\text {FWHM}_{1}\) nan ka pant AX2.Mòd \(f_2\) yo te jwenn ki pi apwopriye pou konpare defleksyon pant, kòm li te montre nivo ki pi wo nan efikasite transfè pouvwa (\(\text {PTE}_{2}\)), jiska 99%.
Premye rejyon modal: \(f_1\) pa depann anpil de kalite mwayen ki mete, men li depann de jeyometri pant lan.\(f_1\) diminye ak diminye longè biseau (27.1, 26.2 ak 25.9 kHz nan lè pou AX1-3, respektivman).Mwayèn rejyonal \(\text {PTE}_{1}\) ak \(\text {FWHM}_{1}\) se \(\approx\) 81% ak 230 Hz respektivman.\(\text {FWHM}_{1}\) gen pi gwo kontni jelatin nan Lancet la (L, 473 Hz).Remake byen ke \(\text {FWHM}_{1}\) AX2 nan jelatin pa t 'kapab evalye akòz ba anplitid FRF anrejistre.
Dezyèm rejyon modal la: \(f_2\) depann sou kalite medya yo mete ak bizote a.Valè mwayèn \(f_2\) se 29.1, 27.9 ak 28.5 kHz nan lè, dlo ak jelatin, respektivman.Rejyon modal sa a te montre tou yon PTE segondè nan 99%, pi wo a nan nenpòt gwoup mezire, ak yon mwayèn rejyonal nan 84%.\(\text {FWHM}_{2}\) gen yon mwayèn rejyonal \(\environ\) 910 Hz.
Twazyèm rejyon mòd: frekans \(f_3\) depann sou kalite medya ak biseau.Valè mwayèn \(f_3\) se 32.0, 31.0 ak 31.3 kHz nan lè, dlo ak jelatin, respektivman.Mwayèn rejyonal \(\text {PTE}_{3}\) te \(\environ\) 74%, pi ba nan nenpòt rejyon.Mwayèn rejyonal \(\text {FWHM}_{3}\) se \(\environ\) 1085 Hz, ki pi wo pase premye ak dezyèm rejyon yo.
       Sa ki anba la a refere a Fig.12 ak Tablo 2. Lansèt la (L) devye pi plis (ak gwo siyifikasyon nan tout konsèy, \(p<\) 0.017) nan tou de lè ak dlo (Fig. 12a), reyalize DPR ki pi wo a (jiska 220 µm/). W nan lè). 12 ak Tablo 2. Lansèt la (L) devye pi plis (ak gwo siyifikasyon nan tout konsèy, \(p<\) 0.017) nan tou de lè ak dlo (Fig. 12a), reyalize DPR ki pi wo a (jiska 220 µm/). W nan lè). Следующее относится к рисунку 12 и таблице 2. Ланцет (L) отклонялся больше всего соч всего ех наконечников, \(p<\) 0,017) как в воздухе, так и в воде (рис. 12а), достигая самого высокого высокого . Sa ki anba la a aplike nan Figi 12 ak Tablo 2. Lancet (L) devye pi plis (ak gwo siyifikasyon pou tout konsèy, \(p<\) 0.017) nan lè ak dlo (Fig. 12a), reyalize DPR ki pi wo a.(fè 220 μm/W nan lè).Smt.Figi 12 ak Tablo 2 anba a.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) gen defleksyon ki pi wo nan lè ak dlo (对所记尖端可以高电影性,\(p<\) 0.017) (图12a), ak reyalize DPR ki pi wo a (jiska 220 µm/W nan lè). Ланцет (L) отклонялся больше всего (высокая значимость для всех наконечников, \(p<\) всокая значимость для всех наконечников, \(p<\) вход) 0,01 весо. 12а), достигая наибольшего DPR (nan 220 мкм/Вт воздухе). Lancet (L) devye pi plis (siyifikasyon ki wo pou tout konsèy, \(p<\) 0.017) nan lè ak dlo (figi 12a), rive nan DPR ki pi wo a (jiska 220 µm/W nan lè). Nan lè a, AX1 ki te gen pi wo BL, devye pi wo pase AX2-3 (ak siyifikasyon, \(p<\) 0.017), pandan y ap AX3 (ki te gen pi ba BL) devye plis pase AX2 ak yon DPR nan 190 µm/W. Nan lè a, AX1 ki te gen pi wo BL, devye pi wo pase AX2-3 (ak siyifikasyon, \(p<\) 0.017), pandan y ap AX3 (ki te gen pi ba BL) devye plis pase AX2 ak yon DPR nan 190 µm/W. В воздухе AX1 с более высоким BL отклонялся выше, чем AX2–3 (со значимостью \(p<\) 0,017 такмд), (со значимостью \(p<\) сим 3, сог 3, сог 3 м BL) отклонялся больше, чем AX2 с DPR 190 мкм/Вт. Nan lè a, AX1 ak pi wo BL devye pi wo pase AX2–3 (ak siyifikasyon \(p<\) 0.017), tandiske AX3 (ak pi ba BL) devye plis pase AX2 ak 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，AX2-3 偏转更高（具有显着性，\(p<\) 0.017，AX2-3，有显着性，偏转大于AX2，DPR 为190 µm/W 。 Nan lè a, defleksyon an nan AX1 ak pi wo BL pi wo pase sa yo ki nan AX2-3 (siyifikativman, \(p<\) 0.017), ak defleksyon an nan AX3 (ak pi ba BL) pi gran pase sa yo ki nan AX2, DPR se 190. µm/W. В воздухе AX1 с более высоким BL отклоняется больше, чем AX2-3 (значимо, \(p<\) 0,017), тогсим больше ) отклоняется больше, чем AX2 с DPR 190 мкм/Вт. Nan lè a, AX1 ak pi wo BL devye plis pase AX2-3 (siyifikatif, \(p<\) 0.017), tandiske AX3 (ak pi ba BL) deflect plis pase AX2 ak DPR 190 μm / W.Nan dlo 20 mm, defleksyon an ak PTE AX1-3 pa t 'siyifikativman diferan (\(p>\) 0.017).Nivo PTE nan dlo (90.2-98.4%) yo te jeneralman pi wo pase nan lè (56-77.5%) (Fig. 12c), ak fenomèn nan kavitasyon te note pandan eksperyans la nan dlo (Fig. 13, gade tou adisyonèl. enfòmasyon).
Kantite defleksyon pwent (mwayèn ± SD, n = 5) mezire pou bizo L ak AX1-3 nan lè ak dlo (pwofondè 20 mm) montre efè chanje jeyometri bizote.Yo te jwenn mezi yo lè l sèvi avèk eksitasyon sinusoidal frekans kontinyèl.(a) Devyasyon pik a pik (\(u_y\vec {j}\)) nan pwent la, mezire nan (b) frekans modal respektif yo \(f_2\).(c) Efikasite transfè pouvwa (PTE, RMS, %) ekwasyon an.(4) ak (d) Devyasyon pouvwa faktè (DPR, µm/W) kalkile kòm devyasyon pik-a-pik ak transmèt pouvwa elektrik \(P_T\) (Wrms).
Yon trase tipik lonbraj kamera gwo vitès ki montre devyasyon pik-a-pik (liy pwentiye vèt ak wouj) nan yon lans (L) ak pwent aksimetrik (AX1–3) nan dlo (20 mm pwofondè) sou yon mwatye sik.sik, nan frekans eksitasyon \(f_2\) (frekans echantiyon 310 kHz).Imaj echèl gri kaptire a gen yon gwosè 128×128 piksèl ak yon gwosè piksèl \(\approx\) 5 µm.Ou ka jwenn videyo nan plis enfòmasyon.
Kidonk, nou modle chanjman nan longèdonn koube (figi 7) epi kalkile mobilite mekanik transfere a pou konbinezon longè tiyo ak chanfrein (figi 8, 9) pou chanfrein konvansyonèl, asimetri ak asimetri fòm jewometrik.Ki baze sou lèt la, nou estime distans la pi bon nan 43 mm (oswa \(\apeprè) 2.75\(\lambda _y\) nan 29.75 kHz) soti nan pwent la soude a, jan yo montre nan Fig. 5, epi fè twa aksymetrik. biseau ak diferan longè biseau.Lè sa a, nou karakterize konpòtman frekans yo nan lè, dlo, ak 10% (w / v) jelatin balistik konpare ak lans konvansyonèl (Figi 10, 11) epi detèmine mòd ki pi apwopriye pou konparezon defleksyon bizote.Finalman, nou mezire defleksyon pwent pa koube vag nan lè ak dlo nan yon pwofondè de 20 mm epi mezire efikasite transfè pouvwa (PTE, %) ak faktè pouvwa defleksyon (DPR, µm/W) nan mwayen ensèsyon an pou chak bizo.kalite angilè (figi 12).
Yo te montre jeyometri bizo zegwi afekte kantite defleksyon pwent zegwi.Lancet la reyalize pi wo devyasyon ak DPR ki pi wo a konpare ak bizo axisymmetric ak pi ba devyasyon mwayèn (figi 12).Bizote aksymetrik 4 mm (AX1) ak bizo ki pi long la te reyalize yon defleksyon maksimòm estatistik enpòtan nan lè a konpare ak lòt zegwi aksimetrik yo (AX2–3) (\(p <0.017\), Tablo 2), men pa te gen okenn diferans enpòtan. .obsève lè yo mete zegwi a nan dlo.Kidonk, pa gen okenn avantaj evidan pou gen yon longè bizo ki pi long an tèm de devyasyon pik nan pwent an.Avèk sa a nan tèt ou, li parèt ke jeyometri bizote etidye nan etid sa a gen yon pi gwo efè sou devyasyon pase longè bizo a.Sa a ka akòz rèd koube, pou egzanp depann sou epesè an jeneral nan materyèl la ke yo te bese ak desen an nan zegwi a.
Nan syans eksperimantal, grandè vag flexural reflete a afekte pa kondisyon fwontyè pwent la.Lè pwent zegwi a mete nan dlo ak jelatin, \(\text {PTE}_{2}\) se \(\environ\) 95%, ak \(\text {PTE}_{2}\) se \ (\text {PTE}_{2}\) valè yo se 73% ak 77% pou (\text {PTE}_{1}\) ak \(\text {PTE}_{3}\), respektivman (figi 11).Sa a endike ke maksimòm transfè enèji acoustic nan mwayen depoze a, sa vle di dlo oswa jelatin, rive nan \(f_2\).Konpòtman menm jan an te obsève nan yon etid anvan31 lè l sèvi avèk yon konfigirasyon aparèy ki pi senp nan ranje frekans 41-43 kHz, nan ki otè yo te montre depandans nan koyefisyan refleksyon vòltaj la sou modil la mekanik nan mwayen an entegre.Pwofondè pénétration32 ak pwopriyete mekanik tisi a bay yon chay mekanik sou zegwi a epi yo espere enfliyanse konpòtman sonan UZEFNAB la.Kidonk, algoritm pou swiv sonorite (egzanp 17, 18, 33) ka itilize pou optimize pouvwa acoustic delivre nan zegwi a.
Simulation nan longèdonn koube (figi 7) montre ke pwent aksymetrik la estriktirèl pi rijid (sa vle di, plis rijid nan koube) pase lansèt la ak bizo asimetri.Baze sou (1) ak lè l sèvi avèk relasyon vitès-frekans li te ye a, nou estime rèd koube nan pwent zegwi a kòm \(\about\) 200, 20 ak 1500 MPa pou plan lancet, asimetri ak axial enkline, respektivman.Sa a koresponn ak \(\lambda_y\) nan \(\environ\) 5.3, 1.7, ak 14.2 mm, respektivman, nan 29.75 kHz (figi 7a–c).Lè nou konsidere sekirite klinik pandan USeFNAB, yo ta dwe evalye efè jeyometri sou rèd estriktirèl plan ki enkline a34.
Yon etid nan paramèt bizote yo ki gen rapò ak longè tib la (figi 9) te montre ke ranje transmisyon optimal la te pi wo pou bizo asimetrik (1.8 mm) pase pou bizote asimetrik (1.3 mm).Anplis de sa, mobilite a estab nan \(\apeprè) soti nan 4 a 4.5 mm ak soti nan 6 a 7 mm pou enklinezon asimetri ak aksymetrik, respektivman (figi 9a, b).Siyifikasyon an pratik nan dekouvèt sa a eksprime nan tolerans fabrikasyon, pou egzanp, yon seri pi ba nan pi bon TL ka vle di ke pi gwo presizyon longè obligatwa.An menm tan an, plato mobilite a bay yon pi gwo tolerans pou chwazi longè plonje a nan yon frekans bay san yon enpak siyifikatif sou mobilite.
Etid la gen ladan limit sa yo.Mezi dirèk defleksyon zegwi lè l sèvi avèk deteksyon kwen ak imaj gwo vitès (Figi 12) vle di ke nou limite a medya optik transparan tankou lè ak dlo.Nou ta renmen tou fè remake ke nou pa t 'sèvi ak eksperyans pou teste mobilite transfè simulation ak vis vèrsa, men nou itilize etid FEM pou detèmine longè pi bon pou fabrikasyon zegwi.Konsènan limit pratik, longè lansèt la soti nan pwent rive nan manch rad la se \(\apeprè) 0.4 cm pi long pase lòt zegwi (AX1-3), gade fig.3b.Sa ka afekte repons modal konsepsyon zegwi a.Anplis de sa, fòm ak volim soude nan fen yon peny waveguide (gade figi 3) ka afekte enpedans mekanik konsepsyon peny la, entwodwi erè nan enpedans mekanik la ak konpòtman koube.
Finalman, nou te demontre ke jeyometri bizo eksperimantal la afekte kantite defleksyon nan USeFNAB.Si yon devyasyon pi gwo ta gen yon efè pozitif sou efè zegwi a sou tisi, tankou efikasite koupe apre w pèse kò w, Lè sa a, yon lancet konvansyonèl yo ka rekòmande nan USeFNAB paske li bay devyasyon maksimòm pandan w ap kenbe rèd adekwat nan pwent estriktirèl la..Anplis, yon etid resan35 te montre ke pi gwo defleksyon pwent ka amelyore efè byolojik tankou kavitasyon, ki ka kontribye nan devlopman aplikasyon chirijikal minimòm pwogrese.Etandone ke ogmante pouvwa acoustic total yo te montre ogmante sede byopsi nan USeFNAB13, plis etid quantitative nan sede echantiyon ak bon jan kalite yo bezwen evalye benefis yo klinik detaye nan jeyometri a zegwi etidye.