अल्ट्रासाऊंड-एम्प्लीफाइड फाइन नीडल बायोप्सीमध्ये नीडल बेव्हल भूमिती बेंड अॅम्प्लिट्यूडवर परिणाम करते

Nature.com ला भेट दिल्याबद्दल धन्यवाद.तुम्ही मर्यादित CSS समर्थनासह ब्राउझर आवृत्ती वापरत आहात.सर्वोत्तम अनुभवासाठी, आम्ही शिफारस करतो की तुम्ही अद्ययावत ब्राउझर वापरा (किंवा इंटरनेट एक्सप्लोररमध्ये सुसंगतता मोड अक्षम करा).याव्यतिरिक्त, सतत समर्थन सुनिश्चित करण्यासाठी, आम्ही शैली आणि JavaScript शिवाय साइट दर्शवतो.
एकाच वेळी तीन स्लाइड्सचे कॅरोसेल प्रदर्शित करते.एका वेळी तीन स्लाइड्समधून जाण्यासाठी मागील आणि पुढील बटणे वापरा किंवा एका वेळी तीन स्लाइड्समधून जाण्यासाठी शेवटी स्लाइडर बटणे वापरा.
पारंपारिक फाइन नीडल एस्पिरेशन बायोप्सी (FNAB) च्या तुलनेत अल्ट्रासाऊंडचा वापर अल्ट्रासाऊंड-वर्धित फाइन नीडल ऍस्पिरेशन बायोप्सी (USeFNAB) मध्ये टिश्यू उत्पन्न सुधारू शकतो हे अलीकडेच सिद्ध झाले आहे.बेव्हल भूमिती आणि सुई टिप क्रिया यांच्यातील संबंध अद्याप तपासले गेले नाहीत.या अभ्यासात, आम्ही वेगवेगळ्या बेव्हल लांबीसह विविध सुई बेव्हल भूमितींसाठी सुई अनुनाद आणि विक्षेपण मोठेपणाचे गुणधर्म तपासले.3.9 मिमी कटसह पारंपारिक लॅन्सेट वापरून, टिप डिफ्लेक्शन पॉवर फॅक्टर (DPR) हवा आणि पाण्यात अनुक्रमे 220 आणि 105 µm/W होते.हे अक्षीय 4mm बेव्हल टिप पेक्षा जास्त आहे, ज्याने हवा आणि पाण्यात अनुक्रमे 180 आणि 80 µm/W चा DPR प्राप्त केला आहे.हा अभ्यास वेगवेगळ्या इन्सर्शन एड्सच्या संदर्भात बेव्हल भूमितीच्या बेंडिंग स्टिफनेसमधील संबंधांचे महत्त्व अधोरेखित करतो आणि अशा प्रकारे सुई बेव्हल भूमिती बदलून पंक्चर नंतर कटिंग अॅक्शन नियंत्रित करण्याच्या पद्धतींमध्ये अंतर्दृष्टी प्रदान करू शकतो, जी USeFNAB साठी महत्त्वपूर्ण आहे.अर्ज महत्त्वाचा.
फाइन नीडल एस्पिरेशन बायोप्सी (एफएनएबी) हे एक तंत्र आहे ज्यामध्ये 1,2,3 असामान्यतेचा संशय आल्यास ऊतींचे नमुना मिळविण्यासाठी सुई वापरली जाते.पारंपारिक Lancet4 आणि Menghini5 टिपांपेक्षा फ्रॅन्सीन-प्रकारच्या टिप्स उच्च निदान कार्यप्रदर्शन प्रदान करतात.हिस्टोपॅथॉलॉजी 6 साठी पुरेशा नमुन्याची शक्यता वाढवण्यासाठी अक्षीय सममितीय (म्हणजे परिघीय) बेव्हल्स देखील प्रस्तावित केले आहेत.
बायोप्सी दरम्यान, संशयास्पद पॅथॉलॉजी प्रकट करण्यासाठी त्वचेच्या आणि ऊतकांच्या थरांमधून सुई जाते.अलीकडील अभ्यासातून असे दिसून आले आहे की अल्ट्रासोनिक सक्रियकरण मऊ ऊतक7,8,9,10 मध्ये प्रवेश करण्यासाठी आवश्यक पंचर शक्ती कमी करू शकते.नीडल बेव्हल भूमिती सुईच्या परस्परसंवाद शक्तींवर परिणाम करत असल्याचे दर्शविले गेले आहे, उदा. लांब बेव्हल्समध्ये कमी ऊतींचे प्रवेश बल 11 आहे.असे सुचवण्यात आले आहे की सुई ऊतींच्या पृष्ठभागावर घुसल्यानंतर, म्हणजे पंक्चर झाल्यानंतर, सुईची कटिंग फोर्स एकूण सुई-उती परस्परसंवाद शक्तीच्या 75% असू शकते.अल्ट्रासाऊंड (यूएस) पोस्ट-पंक्चर फेज 13 मध्ये डायग्नोस्टिक सॉफ्ट टिश्यू बायोप्सीची गुणवत्ता सुधारण्यासाठी दर्शविले गेले आहे.हार्ड टिश्यू सॅम्पलिंग 14,15 साठी हाडांची बायोप्सी सुधारण्यासाठी इतर पद्धती विकसित केल्या गेल्या आहेत परंतु बायोप्सीची गुणवत्ता सुधारणारे कोणतेही परिणाम नोंदवले गेले नाहीत.अनेक अभ्यासांमध्ये असेही आढळून आले आहे की अल्ट्रासाऊंड ड्राइव्ह व्होल्टेज 16,17,18 वाढल्याने यांत्रिक विस्थापन वाढते.जरी सुई-उती परस्परसंवादामध्ये अक्षीय (रेखांशाचा) स्थिर शक्तींचे बरेच अभ्यास आहेत 19,20, अल्ट्रासोनिक वर्धित FNAB (USeFNAB) मध्ये टेम्पोरल डायनॅमिक्स आणि सुई बेव्हल भूमितीवरील अभ्यास मर्यादित आहेत.
या अभ्यासाचे उद्दिष्ट अल्ट्रासोनिक फ्रिक्वेन्सीवर सुईच्या वळणाद्वारे चालविलेल्या सुईच्या टिप क्रियेवर वेगवेगळ्या बेव्हल भूमितींच्या प्रभावाची तपासणी करणे हे होते.विशेषतः, आम्ही पारंपारिक सुई बेव्हल्स (उदा. लॅन्सेट), अक्षसिमेट्रिक आणि असममित सिंगल बेव्हल भूमिती (अंजीर. निवडक सक्शन सारख्या विविध उद्देशांसाठी USeFNAB सुया विकसित करणे सुलभ करण्यासाठी) साठी पंचर नंतर सुईच्या टोकाच्या विक्षेपणावर इंजेक्शन माध्यमाच्या प्रभावाची तपासणी केली. प्रवेश किंवा सॉफ्ट टिश्यू न्यूक्ली.
या अभ्यासात विविध बेव्हल भूमितींचा समावेश करण्यात आला होता.(a) ISO 7864:201636 ला अनुरूप लॅन्सेट जेथे \(\alpha\) हा प्राथमिक बेव्हल कोन आहे, \(\theta\) हा दुय्यम बेव्हल रोटेशन एंगल आहे आणि \(\phi\) हा दुय्यम बेव्हल रोटेशन एंगल आहे अंश , अंशांमध्ये (\(^\circ\)).(b) रेखीय असममित सिंगल स्टेप चेम्फर्स (DIN 13097:201937 मध्ये "मानक" म्हटले जाते) आणि (c) रेखीय अक्षीय सममितीय (परिघ) सिंगल स्टेप चेम्फर.
पारंपारिक लॅन्सेट, अक्षसिमेट्रिक आणि असममित सिंगल-स्टेज स्लोप भूमितींसाठी उताराच्या बाजूने झुकणाऱ्या तरंगलांबीमधील बदलाचे मॉडेल बनवणे हा आमचा दृष्टिकोन आहे.त्यानंतर आम्ही वाहतूक यंत्रणा गतिशीलतेवर बेव्हल कोन आणि ट्यूब लांबीचा प्रभाव तपासण्यासाठी पॅरामेट्रिक अभ्यासाची गणना केली.प्रोटोटाइप सुई बनवण्यासाठी इष्टतम लांबी निश्चित करण्यासाठी हे केले जाते.सिम्युलेशनच्या आधारे, सुईचे प्रोटोटाइप बनवले गेले आणि हवा, पाणी आणि 10% (w/v) बॅलिस्टिक जिलेटिनमधील त्यांचे प्रतिध्वनी वर्तन प्रायोगिकरित्या व्होल्टेज परावर्तन गुणांक मोजून आणि पॉवर ट्रान्सफर कार्यक्षमतेची गणना करून वैशिष्ट्यीकृत केले गेले, ज्यावरून ऑपरेटिंग वारंवारता होती. निर्धारित.शेवटी, हाय-स्पीड इमेजिंगचा वापर हवा आणि पाण्यात सुईच्या टोकावर बेंडिंग वेव्हचे विक्षेपण थेट मोजण्यासाठी आणि प्रत्येक टिल्टद्वारे प्रसारित होणारी विद्युत शक्ती आणि इंजेक्शनच्या डिफ्लेक्शन पॉवर फॅक्टर (डीपीआर) भूमितीचा अंदाज घेण्यासाठी केला जातो. मध्यम
आकृती 2a मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, 316 स्टेनलेस स्टील (यंग्स मॉड्युलस 205) पासून बनविलेले क्रमांक 21 पाईप (0.80 मिमी OD, 0.49 मिमी आयडी, 0.155 मिमी पाईप भिंतीची जाडी, ISO 9626:201621 मध्ये नमूद केल्यानुसार मानक भिंत) वापरा.\(\text {GN/m}^{2}\), घनता 8070 kg/m\(^{3}\), पॉसन्सचे प्रमाण 0.275).
बेंडिंग तरंगलांबी आणि सुई आणि सीमा परिस्थितीच्या मर्यादित घटक मॉडेल (एफईएम) चे ट्यूनिंगचे निर्धारण.(a) बेव्हल लांबी (BL) आणि पाईप लांबी (TL) चे निर्धारण.(b) त्रिमितीय (3D) मर्यादित घटक मॉडेल (FEM) हार्मोनिक पॉइंट फोर्स \(\tilde{F}_y\vec{j}\) वापरून जवळच्या टोकाला सुई उत्तेजित करण्यासाठी, बिंदू विचलित करण्यासाठी आणि वेग मोजण्यासाठी प्रति टिप (\( \tilde{u}_y\vec {j}\), \(\tilde{v}_y\vec {j}\)) यांत्रिक वाहतूक गतिशीलतेची गणना करण्यासाठी.\(\lambda _y\) ची व्याख्या उभ्या बलाशी संबंधित वाकलेली तरंगलांबी म्हणून केली जाते \(\tilde{F}_y\vec {j}\).(c) अनुक्रमे x-अक्ष आणि y-अक्षभोवती गुरुत्वाकर्षणाचे केंद्र, क्रॉस-विभागीय क्षेत्र A, आणि जडत्वाचे क्षण \(I_{xx}\) आणि \(I_{yy}\) निश्चित करा.
अंजीर मध्ये दाखवल्याप्रमाणे.2b,c, क्रॉस-सेक्शनल एरिया असलेल्या अनंत (अनंत) बीमसाठी आणि बीमच्या क्रॉस-सेक्शनच्या आकाराच्या तुलनेत मोठ्या तरंगलांबीवर, वाकणे (किंवा वाकणे) फेज वेग \(c_{EI}\ ) 22 म्हणून परिभाषित केले आहे:
जेथे E हे यंगचे मापांक आहे (\(\text {N/m}^{2}\)), \(\omega _0 = 2\pi f_0\) उत्तेजित कोनीय वारंवारता (rad/s), जेथे \( f_0 \ ) ही रेखीय वारंवारता आहे (1/s किंवा Hz), I म्हणजे स्वारस्याच्या अक्षाभोवतीच्या क्षेत्राच्या जडत्वाचा क्षण \((\text {m}^{4})\) आणि \(m'=\ rho _0 A \) हे एकक लांबीवर वस्तुमान आहे (kg/m), जेथे \(\rho _0\) घनता \((\text {kg/m}^{3})\) आणि A क्रॉस आहे -बीमचे विभागीय क्षेत्र (xy विमान) (\ (\text {m}^{2}\))आमच्या बाबतीत लागू केलेले बल उभ्या y-अक्षाच्या समांतर असल्याने, म्हणजे \(\tilde{F}_y\vec {j}\), आम्हाला फक्त क्षैतिज x- भोवतीच्या क्षेत्राच्या जडत्वाच्या क्षणात रस आहे. अक्ष, म्हणजे \(I_{xx} \), त्यामुळे:
मर्यादित घटक मॉडेल (FEM) साठी, शुद्ध हार्मोनिक विस्थापन (m) गृहीत धरले जाते, म्हणून प्रवेग (\(\text {m/s}^{2}\)) \(\partial ^2 \vec) म्हणून व्यक्त केला जातो { u}/ \ आंशिक t^2 = -\omega ^2\vec {u}\), उदा \(\vec {u}(x, y, z, t) := u_x\vec {i} + u_y \vec {j }+ u_z\vec {k}\) हा त्रिमितीय विस्थापन वेक्टर आहे जो अवकाशीय निर्देशांकांमध्ये परिभाषित केला जातो.COMSOL मल्टीफिजिक्स सॉफ्टवेअर पॅकेज (आवृत्त्या 5.4-5.5, COMSOL Inc., मॅसॅच्युसेट्स, USA) मध्ये त्याच्या अंमलबजावणीनुसार, संवेग शिल्लक कायद्याच्या 23 च्या अगदी विकृत रूपाने विकृत रूपाने नंतरचे बदलणे, देते:
कुठे \(\vec {\nabla}:= \frac{\partial}}{\partial x}\vec {i} + \frac{\partial}}{\partial y}\vec {j} + \frac{ \partial }{\partial z}\vec {k}\) हा टेन्सर डायव्हर्जन ऑपरेटर आहे आणि \({\underline{\sigma}}\) दुसरा Piola-Kirchhoff स्ट्रेस टेन्सर आहे (दुसरा क्रम, \(\ मजकूर { N /m}^{2}\)), आणि \(\vec {F_V}:= F_{V_x}\vec {i}+ F_{V_y}\vec {j}+ F_{V_z}\vec { k} \) हा प्रत्येक विकृत व्हॉल्यूमच्या शरीर शक्तीचा (\(\text {N/m}^{3}\)) वेक्टर आहे आणि \(e^{j\phi }\) हा टप्पा आहे. शरीर बल, एक फेज कोन \(\ phi\) (rad) आहे.आमच्या बाबतीत, शरीराचा आवाज बल शून्य आहे आणि आमचे मॉडेल भौमितिक रेखीयता आणि लहान पूर्णपणे लवचिक विकृती गृहीत धरते, म्हणजे \({\underline{\varepsilon}}^{el} = {\underline{\varepsilon}}\ ), जेथे \({\underline{\varepsilon}}^{el}\) आणि \({\underline{ \varepsilon}}\) - अनुक्रमे लवचिक विकृती आणि एकूण विकृती (दुसऱ्या क्रमाचे परिमाणहीन)हूकचा घटक समस्थानिक लवचिकता टेन्सर \(\अंडरलाइन {\अंडरलाइन {C))\) यंगचे मॉड्यूलस E(\(\text{N/m}^{2}\)) वापरून मिळवला जातो आणि पॉसन्सचे गुणोत्तर v परिभाषित केले जाते, जेणेकरून \ (\underline{\underline{C}}:=\underline{\underline{C}}(E,v)\) (चौथा क्रम).त्यामुळे ताणाची गणना \({\underline{\sigma}} := \underline{\underline{C}}:{\underline{\varepsilon}}\) होईल.
घटक आकार \(\le\) 8 μm सह 10-नोड टेट्राहेड्रल घटकांसह गणना केली गेली.सुईचे मॉडेल व्हॅक्यूममध्ये केले जाते आणि यांत्रिक गतिशीलता हस्तांतरण मूल्य (ms-1 H-1) हे \(|\tilde{Y}_{v_yF_y}|= |\tilde{v}_y\vec { j}) म्हणून परिभाषित केले आहे. |/|\ टिल्ड{F}_y\vec {j}|\)24, जेथे \(\tilde{v}_y\vec {j}\) हँडपीसचा आउटपुट कॉम्प्लेक्स वेग आहे आणि \( \tilde{ F} _y\vec {j }\) हे अंजीर 2b मध्ये दाखवल्याप्रमाणे ट्यूबच्या समीप टोकावर स्थित एक जटिल प्रेरक शक्ती आहे.ट्रान्समिसिव्ह मेकॅनिकल मोबिलिटी डेसिबल (dB) मध्ये संदर्भ म्हणून कमाल मूल्य वापरून व्यक्त केली जाते, म्हणजे \(20\log _{10} (|\tilde{Y}|/ |\tilde{Y}_{max}| )\ ) , सर्व FEM अभ्यास 29.75 kHz च्या वारंवारतेवर केले गेले.
सुईच्या डिझाइनमध्ये (चित्र 3) पारंपारिक 21 गेज हायपोडर्मिक सुई (कॅटलॉग क्रमांक: 4665643, स्टेरिकन\(^\circledR\), बाह्य व्यास 0.8 मिमी, 120 मिमी लांबी, AISI बनलेली असते. chromium-nickel स्टेनलेस स्टील 304., B. Braun Melsungen AG, Melsungen, Germany) ने संबंधित टिप बदलासह पॉलीप्रॉपिलीन प्रॉक्सिमलपासून बनविलेले प्लास्टिक ल्युअर लॉक स्लीव्ह ठेवले.चित्र 3b मध्ये दाखवल्याप्रमाणे सुईची नळी वेव्हगाइडला सोल्डर केली जाते.वेव्हगाइड स्टेनलेस स्टीलच्या 3D प्रिंटरवर (EOS M 290 3D प्रिंटरवर EOS Stainless Steel 316L, 3D Formtech Oy, Jyväskylä, Finland) वर मुद्रित केले गेले आणि नंतर M4 बोल्ट वापरून लँगेविन सेन्सरशी संलग्न केले गेले.Langevin ट्रान्सड्यूसरमध्ये प्रत्येक टोकाला दोन वजनांसह 8 पीझोइलेक्ट्रिक रिंग घटक असतात.
चार प्रकारच्या टिप्स (चित्रात), एक व्यावसायिकरित्या उपलब्ध लॅन्सेट (L), आणि तीन उत्पादित अक्षसिमेट्रिक सिंगल-स्टेज बेव्हल्स (AX1–3) अनुक्रमे 4, 1.2 आणि 0.5 मिमीच्या बेव्हल लांबी (BL) द्वारे वैशिष्ट्यीकृत होते.(a) तयार सुईच्या टोकाचा क्लोज-अप.(b) 3D मुद्रित वेव्हगाइडवर सोल्डर केलेल्या चार पिनचे शीर्ष दृश्य आणि नंतर M4 बोल्टसह लॅन्गेव्हिन सेन्सरशी कनेक्ट केलेले.
4.0, 1.2 आणि 0.5 मिमीच्या बेव्हल लांबी (BL, अंजीर 2a मध्ये निर्धारित) \(\ अंदाजे\) 2\ (^\) च्या अनुषंगाने तीन अक्षीय सममितीय बेव्हल टिपा (Fig. 3) (TAs मशीन टूल्स Oy) तयार केल्या गेल्या. circ\), 7\(^\circ\) आणि 18\(^\circ\).बेव्हल L आणि AX1–3 साठी वेव्हगाइड आणि स्टायलसचे वजन अनुक्रमे 3.4 ± 0.017 g (म्हणजे ± SD, n = 4) आहेत (Quintix\(^\circledR\) 224 Design 2, Sartorius AG, Göttingen, Germany) .आकृती 3b मधील बेव्हल L आणि AX1-3 साठी सुईच्या टोकापासून प्लास्टिक स्लीव्हच्या शेवटपर्यंत एकूण लांबी अनुक्रमे 13.7, 13.3, 13.3, 13.3 सेमी आहे.
सर्व सुई कॉन्फिगरेशनसाठी, सुईच्या टोकापासून वेव्हगाइडच्या टोकापर्यंतची लांबी (म्हणजे, सोल्डरिंग क्षेत्र) 4.3 सेमी आहे, आणि सुईची नलिका ओरिएंटेड आहे जेणेकरून बेव्हल वरच्या बाजूस असेल (म्हणजे, Y अक्षाच्या समांतर ).), जसे की (चित्र 2).
MATLAB मधील कस्टम स्क्रिप्ट (R2019a, The MathWorks Inc., Massachusetts, USA) संगणकावर चालणारी (Lattitude 7490, Dell Inc., Texas, USA) 7 सेकंदात 25 ते 35 kHz पर्यंत रेखीय साइनसॉइडल स्वीप तयार करण्यासाठी वापरली गेली. डिजिटल-टू-एनालॉग (DA) कनवर्टर (Analog Discovery 2, Digilent Inc., Washington, USA) द्वारे अॅनालॉग सिग्नलमध्ये रूपांतरित केले.एनालॉग सिग्नल \(V_0\) (0.5 Vp-p) नंतर समर्पित रेडिओ फ्रिक्वेन्सी (RF) अॅम्प्लिफायर (मारियाची ओय, तुर्कू, फिनलंड) ने वाढवले ​​गेले.फॉलिंग अॅम्प्लिफायिंग व्होल्टेज \({V_I}\) हे आरएफ अॅम्प्लिफायरमधून 50 \(\Omega\) च्या आउटपुट प्रतिबाधासह 50 \(\Omega)\) च्या इनपुट प्रतिबाधासह सुई स्ट्रक्चरमध्ये तयार केलेल्या ट्रान्सफॉर्मरचे आउटपुट आहे. लॅन्गेविन ट्रान्सड्यूसर (पुढील आणि मागील मल्टीलेयर पीझोइलेक्ट्रिक ट्रान्सड्यूसर, वस्तुमानाने भरलेले) यांत्रिक लहरी निर्माण करण्यासाठी वापरले जातात.कस्टम RF अॅम्प्लिफायर ड्युअल-चॅनल स्टँडिंग वेव्ह पॉवर फॅक्टर (SWR) मीटरने सुसज्ज आहे जे घटना \({V_I}\) आणि 300 kHz अॅनालॉग-टू-डिजिटल (AD) द्वारे परावर्तित अॅम्प्लीफाइड व्होल्टेज \(V_R\) शोधू शकते. ) कनवर्टर (एनालॉग डिस्कवरी 2).उत्तेजित सिग्नल ट्रान्झिएंट्ससह अॅम्प्लीफायर इनपुटला ओव्हरलोडिंग टाळण्यासाठी सुरुवातीला आणि शेवटी अॅम्प्लीट्यूड मोड्यूलेटेड आहे.
MATLAB मध्ये लागू केलेल्या कस्टम स्क्रिप्टचा वापर करून, फ्रिक्वेन्सी रिस्पॉन्स फंक्शन (AFC), म्हणजे रेखीय स्थिर प्रणाली गृहीत धरते.तसेच, सिग्नलमधून कोणतीही अवांछित फ्रिक्वेन्सी काढून टाकण्यासाठी 20 ते 40 kHz बँड पास फिल्टर लागू करा.ट्रान्समिशन लाइन सिद्धांताचा संदर्भ देताना, \(\tilde{H}(f)\) या प्रकरणात व्होल्टेज परावर्तन गुणांकाच्या समतुल्य आहे, म्हणजे \(\rho _{V} \equiv {V_R}/{V_I} \)26 अॅम्प्लीफायरचा आउटपुट प्रतिबाधा \(Z_0\) कन्व्हर्टरच्या अंगभूत ट्रान्सफॉर्मरच्या इनपुट प्रतिबाधाशी संबंधित असल्याने आणि इलेक्ट्रिक पॉवरचा परावर्तन गुणांक \({P_R}/{P_I}\) कमी केला आहे. ({V_R }^ 2/{V_I}^2\ ), नंतर \(|\rho _{V}|^2\) आहे.जेथे विद्युत शक्तीचे निरपेक्ष मूल्य आवश्यक असेल त्या बाबतीत, संबंधित व्होल्टेजचे मूळ सरासरी वर्ग (rms) मूल्य घेऊन घटना \(P_I\) आणि परावर्तित\(P_R\) शक्ती (W) मोजा, ​​उदाहरणार्थ, साइनसॉइडल उत्तेजनासह ट्रान्समिशन लाइनसाठी, \(P = {V}^2/(2Z_0)\)26, जेथे \(Z_0\) 50 \(\Omega\) च्या बरोबरीचे आहे.लोडला दिलेली विद्युत शक्ती \(P_T\) (म्हणजे घातलेले माध्यम) ची गणना \(|P_I – P_R |\) (W RMS) म्हणून केली जाऊ शकते आणि पॉवर ट्रान्सफर कार्यक्षमता (PTE) परिभाषित केली जाऊ शकते आणि म्हणून व्यक्त केली जाऊ शकते टक्केवारी (%) अशा प्रकारे 27 देते:
फ्रिक्वेन्सी प्रतिसाद नंतर स्टाइलस डिझाइनच्या मॉडेल फ्रिक्वेन्सी \(f_{1-3}\) (kHz) आणि संबंधित पॉवर ट्रान्सफर कार्यक्षमता, \(\text {PTE}_{1{-}3}) चा अंदाज लावण्यासाठी वापरला जातो. \ .FWHM (\(\text {FWHM}_{1{-}3}\), Hz) अंदाजे थेट \(\text {PTE}_{1{-}3}\), तक्ता 1 वरून आहे. फ्रिक्वेन्सी \(f_{1-3}\) मध्ये वर्णन केले आहे.
एकिक्युलर स्ट्रक्चरची वारंवारता प्रतिसाद (एएफसी) मोजण्यासाठी एक पद्धत.फ्रिक्वेन्सी रिस्पॉन्स फंक्शन \(\tilde{H}(f)\) आणि त्याचा आवेग प्रतिसाद H(t) मिळविण्यासाठी ड्युअल-चॅनल स्वीप्ट-साइन मापन25,38 वापरले जाते.\({\mathcal {F}}\) आणि \({\mathcal {F}}^{-1}\) अनुक्रमे संख्यात्मक कापलेले फूरियर ट्रान्सफॉर्म आणि इनव्हर्स ट्रान्सफॉर्म ऑपरेशन दर्शवतात.\(\tilde{G}(f)\) म्हणजे फ्रिक्वेंसी डोमेनमध्ये दोन सिग्नल गुणाकार केले जातात, उदा. \(\tilde{G}_{XrX}\) म्हणजे व्यस्त स्कॅन\(\tilde{X} r( f )\) आणि व्होल्टेज ड्रॉप सिग्नल \(\tilde{X}(f)\).
अंजीर मध्ये दाखवल्याप्रमाणे.5, हाय-स्पीड कॅमेरा (Fantom V1612, Vision Research Inc., New Jersey, USA) मॅक्रो लेन्सने सुसज्ज (MP-E 65mm, \(f)/2.8, 1-5 \ (\times\), Canon Inc .., टोकियो, जपान) 27.5-30 kHz च्या वारंवारतेवर लवचिक उत्तेजना (सिंगल फ्रिक्वेंसी, सतत साइनसॉइड) च्या अधीन असलेल्या सुईच्या टोकाचे विक्षेपन रेकॉर्ड करण्यासाठी वापरले गेले.सावलीचा नकाशा तयार करण्यासाठी, उच्च तीव्रतेचा पांढरा LED (भाग क्रमांक: 4052899910881, White Led, 3000 K, 4150 lm, Osram Opto Semiconductors GmbH, Regensburg, Germany) चा थंड केलेला घटक सुईच्या बेव्हलच्या मागे ठेवला होता.
प्रायोगिक सेटअपचे समोरचे दृश्य.मीडिया पृष्ठभागावरून खोली मोजली जाते.सुईची रचना मोटार चालवलेल्या ट्रान्सफर टेबलवर क्लॅम्प केली जाते आणि माउंट केली जाते.बेव्हल्ड टीपचे विक्षेपण मोजण्यासाठी हाय मॅग्निफिकेशन लेन्स (5\(\times\)) असलेला हाय स्पीड कॅमेरा वापरा.सर्व परिमाणे मिलिमीटरमध्ये आहेत.
प्रत्येक प्रकारच्या सुई बेव्हलसाठी, आम्ही 128 \(\x\) 128 पिक्सेलच्या 300 हाय-स्पीड कॅमेरा फ्रेम्स रेकॉर्ड केल्या आहेत, प्रत्येकाचे स्पेसियल रिझोल्यूशन 1/180 मिमी (\(\ अंदाजे) 5 µm आहे), टेम्पोरल रिझोल्यूशनसह 310,000 फ्रेम प्रति सेकंद.आकृती 6 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, प्रत्येक फ्रेम (1) क्रॉप केली जाते (2) जेणेकरून टीप फ्रेमच्या शेवटच्या ओळीत (तळाशी) असेल आणि नंतर प्रतिमेचा हिस्टोग्राम (3) मोजला जाईल, म्हणून कॅनी थ्रेशोल्ड 1 आणि 2 निश्चित केले जाऊ शकते.नंतर सोबेल ऑपरेटर 3 \(\times\) 3 वापरून Canny28(4) एज डिटेक्शन लागू करा आणि सर्व 300-पट पायऱ्यांसाठी नॉन-कॅव्हिटेशनल कर्ण (लेबल केलेले \(\mathbf {\times }\)) च्या पिक्सेल स्थितीची गणना करा. .सरतेशेवटी विक्षेपणाचा कालावधी निश्चित करण्यासाठी, व्युत्पन्न मोजले जाते (मध्यवर्ती फरक अल्गोरिदम वापरून) (6) आणि विक्षेपण (7) चे स्थानिक एक्स्ट्रेमा (म्हणजे शिखर) असलेली फ्रेम ओळखली जाते.नॉन-कॅव्हिटेटिंग एजचे दृष्यदृष्ट्या निरीक्षण केल्यानंतर, फ्रेम्सची एक जोडी (किंवा अर्ध्या कालावधीने विभक्त केलेल्या दोन फ्रेम) (7) निवडण्यात आली आणि टीप विक्षेपण मोजले गेले (लेबल केलेले \(\mathbf {\times} \) वर लागू केले गेले. OpenCV Canny edge detection algorithm (v4.5.1, ओपन सोर्स कॉम्प्युटर व्हिजन लायब्ररी, opencv.org) वापरून Python (v3.8, Python Software Foundation, python.org) मध्ये. इलेक्ट्रिकल पॉवर \ (P_T \) (W, rms) .
टिप डिफ्लेक्शन हे फ्रेमिंग (1-2), कॅनी एज डिटेक्शन (3-4), पिक्सेल लोकेशन एजसह 7-स्टेप अल्गोरिदम (1-7) वापरून 310 kHz वर हाय-स्पीड कॅमेऱ्यातून घेतलेल्या फ्रेम्सच्या मालिकेद्वारे मोजले गेले. गणना (5) आणि त्यांचे टाइम डेरिव्हेटिव्ह (6), आणि शेवटी पीक-टू-पीक टीप विक्षेपण फ्रेम्सच्या दृष्यदृष्ट्या तपासलेल्या जोड्यांवर मोजले गेले (7).
हवेत (22.4-22.9°C), विआयनीकृत पाणी (20.8-21.5°C) आणि बॅलिस्टिक जिलेटिन 10% (w/v) (19.7-23.0°C, \(\text {हनीवेल}^{\text) मोजमाप घेण्यात आले. { TM}}\) \(\text {Fluka}^{\text {TM}}\) प्रकार I बॅलिस्टिक विश्लेषणासाठी बोवाइन आणि पोर्क बोन जिलेटिन, हनीवेल इंटरनॅशनल, नॉर्थ कॅरोलिना, यूएसए).तापमान K-प्रकार थर्मोकूपल अॅम्प्लिफायर (AD595, Analog Devices Inc., MA, USA) आणि K-प्रकार थर्मोकूपल (फ्लुक 80PK-1 बीड प्रोब नंबर 3648 टाइप-के, फ्लुक कॉर्पोरेशन, वॉशिंग्टन, यूएसए) ने मोजले गेले.5 µm च्या रिझोल्यूशनसह उभ्या मोटर चालित z-अक्ष स्टेज (8MT50-100BS1-XYZ, Standa Ltd., Vilnius, Lithuania) वापरून पृष्ठभागावरून मध्यम खोली (z-अक्षाचे मूळ म्हणून सेट) मोजली गेली.प्रति चरण.
नमुन्याचा आकार लहान (n = 5) असल्याने आणि सामान्यता गृहीत धरता येत नसल्यामुळे, दोन-नमुना दोन-पुच्छ विल्कॉक्सन रँक सम चाचणी (R, v4.0.3, R Foundation for Statistical Computing, r-project .org) वापरली गेली. वेगवेगळ्या बेव्हल्ससाठी व्हेरियंस सुई टीपच्या रकमेची तुलना करण्यासाठी.प्रति उतार 3 तुलना होत्या, त्यामुळे 0.017 च्या समायोजित महत्त्व पातळीसह आणि 5% च्या त्रुटी दरासह बोनफेरोनी सुधारणा लागू करण्यात आली.
आता आपण Fig.7 कडे वळूया.29.75 kHz च्या वारंवारतेवर, 21-गेज सुईची बेंडिंग हाफ-वेव्ह (\(\lambda_y/2\)) \(\ अंदाजे) 8 मिमी आहे.टोकाकडे जाताना, तिरकस कोनात वाकलेली तरंगलांबी कमी होते.टीप वर \(\lambda _y/2\) \(\अंदाजे\) नेहमीच्या लॅन्सोलेट (a), असममित (b) आणि अक्षसिमेट्रिक (c) एका सुईच्या झुकावासाठी 3, 1 आणि 7 मिमीच्या पायऱ्या आहेत. , अनुक्रमे.अशा प्रकारे, याचा अर्थ असा आहे की लॅन्सेटची श्रेणी \(\ अंदाजे) 5 मिमी आहे (लॅन्सेटची दोन विमाने एकच बिंदू29,30 बनवतात या वस्तुस्थितीमुळे), असममित बेव्हल 7 मिमी आहे, असममित बेव्हल 1 आहे मिमीअक्षीय सममितीय उतार (गुरुत्वाकर्षणाचे केंद्र स्थिर राहते, त्यामुळे केवळ पाईप भिंतीची जाडी प्रत्यक्षात उताराच्या बाजूने बदलते).
FEM अभ्यास आणि 29.75 kHz च्या वारंवारतेवर समीकरणांचा वापर.(1) लॅन्सेट (a), असममित (b) आणि अक्षीय सममितीय (c) बेव्हल भूमितीसाठी (\(\lambda_y/2\)) बेंडिंग हाफ-वेव्ह (\(\lambda_y/2\)) च्या फरकाची गणना करताना (चित्र 1a, b,c प्रमाणे ) .लॅन्सेटचे सरासरी मूल्य \(\lambda_y/2\) अनुक्रमे 5.65, 5.17 आणि 7.52 मिमी होते.लक्षात घ्या की असममित आणि अक्षीय सममितीय बेव्हल्ससाठी टीपची जाडी \(\ अंदाजे) 50 µm पर्यंत मर्यादित आहे.
पीक मोबिलिटी \(|\tilde{Y}_{v_yF_y}|\) हे ट्यूब लांबी (TL) आणि बेव्हल लांबी (BL) (चित्र 8, 9) यांचे इष्टतम संयोजन आहे.पारंपारिक लॅन्सेटसाठी, त्याचा आकार निश्चित असल्याने, इष्टतम TL \(\अंदाजे) 29.1 मिमी (चित्र 8) आहे.असममित आणि अक्षीय सममितीय बेव्हल्ससाठी (अनुक्रमे 9a, b), FEM अभ्यासामध्ये BL 1 ते 7 मिमी पर्यंत समाविष्ट होते, म्हणून इष्टतम TL 26.9 ते 28.7 मिमी (श्रेणी 1.8 मिमी) आणि 27.9 ते 29 .2 मिमी (श्रेणी) पर्यंत होते 1.3 मिमी), अनुक्रमे.असममित उतार (Fig. 9a) साठी, इष्टतम TL रेखीयरित्या वाढला, BL 4 मिमीच्या पठारावर पोहोचला आणि नंतर BL 5 ते 7 मिमी पर्यंत झपाट्याने कमी झाला.अक्षीय सममितीय बेव्हल (Fig. 9b) साठी, इष्टतम TL वाढत्या BL सह रेषीयरित्या वाढला आणि शेवटी 6 ते 7 मिमी पर्यंत BL वर स्थिर झाला.अक्षीय सममितीय झुकाव (Fig. 9c) च्या विस्तारित अभ्यासाने \(\ अंदाजे) 35.1–37.1 मिमी वर इष्टतम TL चा एक वेगळा संच उघड केला.सर्व BL साठी, दोन सर्वोत्तम TL मधील अंतर \(\अंदाजे\) 8 मिमी (\(\lambda_y/2\) च्या समतुल्य) आहे.
लॅन्सेट ट्रान्समिशन मोबिलिटी 29.75 kHz वर.29.75 kHz च्या वारंवारतेवर सुई लवचिकपणे उत्तेजित झाली आणि सुईच्या टोकावर कंपन मोजले गेले आणि TL 26.5-29.5 मिमी (0.1 मिमी वाढीमध्ये) साठी प्रसारित यांत्रिक गतिशीलता (डीबी कमाल मूल्याच्या सापेक्ष) प्रमाण म्हणून व्यक्त केले गेले. .
29.75 kHz च्या वारंवारतेवर FEM चे पॅरामेट्रिक अभ्यास दर्शविते की अक्षीय सिमेट्रिक टीपची हस्तांतरण गतिशीलता त्याच्या असममित समकक्षापेक्षा ट्यूबच्या लांबीच्या बदलामुळे कमी प्रभावित होते.FEM वापरून फ्रिक्वेंसी डोमेन अभ्यासात असममित (a) आणि axisymmetric (b, c) bevel geometries चा बेव्हल लांबी (BL) आणि पाईप लांबी (TL) अभ्यास (सीमा परिस्थिती अंजीर 2 मध्ये दर्शविली आहे).(a, b) TL 26.5 ते 29.5 mm (0.1 mm पायरी) आणि BL 1–7 mm (0.5 mm पायरी) पर्यंत आहे.(c) TL 25–40 mm (0.05 mm वाढीमध्ये) आणि BL 0.1–7 mm (0.1 mm वाढीमध्ये) सह विस्तारित अक्षीय सममितीय झुकाव अभ्यास \(\lambda_y/2\ ) ने टिपच्या आवश्यकता पूर्ण करणे आवश्यक आहे.हलत्या सीमा परिस्थिती.
सुई कॉन्फिगरेशनमध्ये टेबल 1 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे कमी, मध्यम आणि उच्च मोड क्षेत्रांमध्ये विभागलेल्या तीन इजनफ्रिक्वेन्सी \(f_{1-3}\) आहेत. अंजीर मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे PTE आकार रेकॉर्ड केला गेला आहे.10 आणि नंतर चित्र 11 मध्ये विश्लेषण केले. खाली प्रत्येक मॉडेल क्षेत्रासाठी निष्कर्ष आहेत:
20 मिमीच्या खोलीवर हवा, पाणी आणि जिलेटिनमध्ये लॅन्सेट (एल) आणि अक्षसिमेट्रिक बेव्हल AX1-3 साठी स्वीप्ट-फ्रिक्वेंसी सायनसॉइडल उत्तेजनासह प्राप्त केलेले वैशिष्ट्यपूर्ण रेकॉर्ड केलेले तात्काळ पॉवर ट्रान्सफर कार्यक्षमता (PTE) मोठेपणा.एकतर्फी स्पेक्ट्रा दर्शविले आहेत.मोजलेले वारंवारता प्रतिसाद (300 kHz वर नमुना) कमी-पास फिल्टर केले गेले आणि नंतर मोडल विश्लेषणासाठी 200 च्या घटकाने कमी केले.सिग्नल-टू-आवाज गुणोत्तर \(\le\) 45 dB आहे.PTE टप्पे (जांभळ्या ठिपके असलेल्या रेषा) अंशांमध्ये दर्शविल्या जातात (\(^{\circ}\)).
मॉडेल प्रतिसाद विश्लेषण (अर्थ ± मानक विचलन, n = 5) अंजीर 10 मध्ये दर्शविलेले आहे, उतार L आणि AX1-3 साठी, हवा, पाण्यात आणि 10% जिलेटिन (खोली 20 मिमी), (शीर्ष) तीन मॉडेल क्षेत्रांसह ( निम्न, मध्यम आणि उच्च) आणि त्यांच्याशी संबंधित मोडल फ्रिक्वेन्सी\(f_{1-3 }\) (kHz), (सरासरी) ऊर्जा कार्यक्षमता \(\text {PTE}_{1{-}3}\) समतुल्य वापरून गणना केली जाते .(4) आणि (तळाशी) पूर्ण रुंदी अर्ध्या कमाल मोजमापावर \(\text {FWHM}_{1{-}3}\) (Hz), अनुक्रमे.लक्षात घ्या की कमी PTE नोंदणीकृत असताना बँडविड्थ मापन वगळण्यात आले होते, म्हणजे \(\text {FWHM}_{1}\) AX2 उताराच्या बाबतीत.\(f_2\) मोड स्लोप डिफ्लेक्शन्सची तुलना करण्यासाठी सर्वात योग्य असल्याचे आढळले, कारण याने पॉवर ट्रान्सफर कार्यक्षमता (\(\text {PTE}_{2}\)) ची सर्वोच्च पातळी 99% पर्यंत दर्शविली.
पहिला मोडल प्रदेश: \(f_1\) घातलेल्या माध्यमाच्या प्रकारावर जास्त अवलंबून नसतो, परंतु उताराच्या भूमितीवर अवलंबून असतो.\(f_1\) कमी होत असलेल्या बेव्हल लांबीसह कमी होते (AX1-3 साठी हवेत अनुक्रमे 27.1, 26.2 आणि 25.9 kHz).प्रादेशिक सरासरी \(\text {PTE}_{1}\) आणि \(\text {FWHM}_{1}\) अनुक्रमे \(\approx\) ८१% आणि २३० Hz आहेत.\(\text {FWHM}_{1}\) लॅन्सेट (L, 473 Hz) मध्ये सर्वाधिक जिलेटिन सामग्री आहे.नोंद घ्या की \(\text {FWHM}_{1}\) जिलेटिनमधील AX2 चे कमी रेकॉर्ड केलेल्या FRF मोठेपणामुळे मूल्यांकन केले जाऊ शकत नाही.
दुसरा मोडल प्रदेश: \(f_2\) समाविष्ट केलेल्या माध्यमाच्या प्रकारावर आणि बेव्हलवर अवलंबून असतो.सरासरी मूल्ये \(f_2\) अनुक्रमे हवा, पाणी आणि जिलेटिनमध्ये 29.1, 27.9 आणि 28.5 kHz आहेत.या मॉडेल क्षेत्राने देखील 99% उच्च PTE दर्शविला, जो कोणत्याही गटात मोजल्या गेलेल्या सर्वात जास्त आहे, ज्याची प्रादेशिक सरासरी 84% आहे.\(\text {FWHM}_{2}\) ची प्रादेशिक सरासरी \(\अंदाजे\) 910 Hz आहे.
तिसरा मोड प्रदेश: वारंवारता \(f_3\) मीडिया प्रकार आणि बेव्हलवर अवलंबून असते.सरासरी \(f_3\) मूल्ये अनुक्रमे हवा, पाणी आणि जिलेटिनमध्ये 32.0, 31.0 आणि 31.3 kHz आहेत.\(\text {PTE}_{3}\) प्रादेशिक सरासरी \(\अंदाजे\) ७४% होती, कोणत्याही प्रदेशापेक्षा सर्वात कमी.प्रादेशिक सरासरी \(\text {FWHM}_{3}\) \(\अंदाजे\) 1085 Hz आहे, जी पहिल्या आणि दुसऱ्या क्षेत्रांपेक्षा जास्त आहे.
खालील आकृती संदर्भित.12 आणि तक्ता 2. लॅन्सेट (L) ने हवा आणि पाण्यात (Fig. 12a) दोन्हीमध्ये सर्वाधिक (सर्व टिपांना उच्च महत्त्व असलेले, \(p<\) 0.017) विक्षेपित केले, सर्वोच्च DPR (220 µm/ पर्यंत) गाठले. हवेत डब्ल्यू). 12 आणि तक्ता 2. लॅन्सेट (L) ने हवा आणि पाण्यात (Fig. 12a) दोन्हीमध्ये सर्वाधिक (सर्व टिपांना उच्च महत्त्व असलेले, \(p<\) 0.017) विक्षेपित केले, सर्वोच्च DPR (220 µm/ पर्यंत) गाठले. हवेत डब्ल्यू). Следующее относится к рисунку 12 и таблице 2. लॅन्सेट (L) отклонялся больше всего (с высокой значимостью ,<0p0) \\0pc ,<чимостьвю для 17) как в воздухе, так и в воде (рис. 12а), достигая самого высокого DPR . खालील आकृती 12 आणि तक्ता 2 वर लागू होते. लॅन्सेट (L) ने हवा आणि पाणी दोन्हीमध्ये (सर्व टिपांसाठी उच्च महत्त्व असलेल्या, \(p<\) 0.017) सर्वात जास्त विक्षेपित केले (Fig. 12a), सर्वोच्च DPR प्राप्त केले.(हवेत 220 μm/W करा).श्रीमती.आकृती 12 आणि टेबल 2 खाली.柳叶刀(L) 在空气和水中偏转最多（对所有尖端具漉高显着性，\(p<\) ०.०१७ (在空气中高达220 µm/W）.柳叶刀(L) मध्ये हवा आणि पाण्यात सर्वाधिक विक्षेपण आहे (对所记尖端可以高电影性,\(p<\) 0.017) (图12a), आणि सर्वोच्च DPR (220 m/W in µm पर्यंत) गाठले. हवा). लॅन्सेट (एल) отклонялся больше всего (высокая значимость для всех наконечников, \(p<\) 0,017) в воздухе и воздухе (воздухе) и. его DPR (do 220 мкм/Вт в воздухе). लॅन्सेट (L) ने हवा आणि पाण्यात (सर्व टिपांसाठी उच्च महत्त्व, \(p<\) 0.017) विक्षेपित केले (चित्र 12a), सर्वोच्च DPR (हवेत 220 µm/W पर्यंत) पोहोचले. हवेत, AX1 ज्याचा BL जास्त होता, तो AX2–3 (महत्त्वासह, \(p<\) 0.017) पेक्षा जास्त विक्षेपित झाला, तर AX3 (ज्यात सर्वात कमी BL होता) 190 µm/W च्या DPR सह AX2 पेक्षा जास्त विक्षेपित झाला. हवेत, AX1 ज्याचा BL जास्त होता, तो AX2–3 (महत्त्वासह, \(p<\) 0.017) पेक्षा जास्त विक्षेपित झाला, तर AX3 (ज्यात सर्वात कमी BL होता) 190 µm/W च्या DPR सह AX2 पेक्षा जास्त विक्षेपित झाला. В воздухе AX1 с более высоким BL отклонялся выше, чем AX2–3 (со значимостью \(p<\) 0,017), тогда как AX3 (с) BL отклонялся выше льше, чем AX2 с DPR 190 мкм/Вт. हवेत, उच्च BL सह AX1 ने AX2–3 (महत्त्वासह \(p<\) 0.017 पेक्षा जास्त विक्षेपित केले), तर AX3 (सर्वात कमी BL सह) DPR 190 µm/W सह AX2 पेक्षा जास्त विक्षेपित झाले.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），具聉更高BL大于AX2，DPR 为190 µm/W . हवेत, उच्च BL सह AX1 चे विक्षेपण AX2-3 पेक्षा जास्त आहे (लक्षणीयपणे, \(p<\) 0.017), आणि AX3 चे विक्षेपन (सर्वात कमी BL सह) AX2 पेक्षा जास्त आहे, DPR 190 आहे µm/W. В воздухе AX1 с более высоким BL отклоняется больше, чем AX2-3 (значимо, \(p<\) 0,017), тогда как AX3 (с самлоняется с самлымым) е, чем AX2 с DPR 190 мкм/Вт. हवेत, उच्च BL असलेले AX1 AX2-3 (महत्त्वपूर्ण, \(p<\) 0.017 पेक्षा जास्त विक्षेपित करते), तर AX3 (सर्वात कमी BL सह) DPR 190 µm/W सह AX2 पेक्षा जास्त विक्षेपित करते.20 मिमी पाण्यात, विक्षेपण आणि PTE AX1–3 लक्षणीय भिन्न नव्हते (\(p>\) 0.017).पाण्यातील PTE ची पातळी (90.2-98.4%) सामान्यत: हवेतील (56-77.5%) (Fig. 12c) पेक्षा जास्त होती, आणि पाण्यातील प्रयोगादरम्यान पोकळ्या निर्माण होण्याची घटना लक्षात आली (चित्र 13 , अतिरिक्त देखील पहा. माहिती).
हवा आणि पाण्यात (खोली 20 मिमी) बेव्हल L आणि AX1-3 साठी मोजलेले टीप विक्षेपणाचे प्रमाण (अर्थ ± SD, n = 5) बेव्हल भूमिती बदलण्याचा परिणाम दर्शविते.सतत सिंगल फ्रिक्वेन्सी साइनसॉइडल उत्तेजना वापरून मोजमाप प्राप्त केले गेले.(a) शिखर ते शिखर विचलन (\(u_y\vec {j}\)) टोकावर, (b) त्यांच्या संबंधित मोडल फ्रिक्वेन्सी \(f_2\) वर मोजले जाते.(c) समीकरणाची पॉवर ट्रान्सफर कार्यक्षमता (PTE, RMS, %)(4) आणि (d) डिफ्लेक्शन पॉवर फॅक्टर (DPR, µm/W) विचलन पीक-टू-पीक आणि ट्रान्समिटेड इलेक्ट्रिकल पॉवर \(P_T\) (Wrms) म्हणून मोजले जाते.
साधारण हाय-स्पीड कॅमेरा शॅडो प्लॉट अर्ध्या चक्रात पाण्यात (20 मिमी खोली) लॅन्सेट (L) आणि अक्षीय सममितीय टीप (AX1–3) चे पीक-टू-पीक विचलन (हिरव्या आणि लाल ठिपके असलेल्या रेषा) दर्शवितो.सायकल, उत्तेजित वारंवारता \(f_2\) (नमुना वारंवारता 310 kHz).कॅप्चर केलेल्या ग्रेस्केल प्रतिमेचा आकार १२८×१२८ पिक्सेल आणि पिक्सेल आकार \(\अंदाजे\) ५ µm आहे.व्हिडिओ अतिरिक्त माहितीमध्ये आढळू शकते.
अशा प्रकारे, आम्ही बेंडिंग तरंगलांबी (Fig. 7) मधील बदलाचे मॉडेल केले आणि भौमितिक आकारांच्या पारंपारिक लॅन्सेट, असममित आणि अक्षीय सममितीय चेम्फरसाठी पाईप लांबी आणि चेम्फर (आकृती 8, 9) च्या संयोजनासाठी हस्तांतरणीय यांत्रिक गतिशीलतेची गणना केली.नंतरच्या आधारावर, आकृती 5 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, आम्ही 43 मिमी (किंवा \(\अंदाजे) 2.75\(\lambda _y\) 29.75 kHz वर) टोकापासून वेल्डपर्यंतच्या इष्टतम अंतराचा अंदाज लावला आणि तीन अक्षीय सममितीय केले. वेगवेगळ्या बेव्हल लांबीसह bevels.त्यानंतर आम्ही पारंपारिक लॅन्सेट (आकडे 10, 11) च्या तुलनेत हवा, पाणी आणि 10% (w/v) बॅलिस्टिक जिलेटिनमधील त्यांचे वारंवारता वर्तन दर्शवले आणि बेव्हल विक्षेपण तुलनासाठी सर्वात योग्य मोड निर्धारित केला.शेवटी, आम्ही 20 मिमी खोलीवर हवा आणि पाण्यात वाकून लहरीद्वारे टिप विक्षेपण मोजले आणि प्रत्येक बेव्हलसाठी इन्सर्शन माध्यमाची पॉवर ट्रान्सफर कार्यक्षमता (PTE, %) आणि डिफ्लेक्शन पॉवर फॅक्टर (DPR, µm/W) मोजली.कोनीय प्रकार (चित्र 12).
नीडल बेव्हल भूमिती सुईच्या टोकाच्या विक्षेपणाच्या प्रमाणात प्रभावित करते असे दिसून आले आहे.लॅन्सेटने कमी सरासरी विक्षेपण (चित्र 12) सह अक्षीय सममितीय बेव्हलच्या तुलनेत सर्वोच्च विक्षेपण आणि सर्वोच्च डीपीआर प्राप्त केला.सर्वात लांब बेव्हल असलेल्या 4 मिमी अक्षसिमेट्रिक बेव्हल (AX1) ने इतर अक्षसिमेट्रिक सुया (AX2–3) (\(p <0.017\), तक्ता 2) च्या तुलनेत हवेतील सांख्यिकीयदृष्ट्या लक्षणीय कमाल विक्षेपण प्राप्त केले, परंतु त्यात कोणताही महत्त्वपूर्ण फरक नव्हता. .जेव्हा सुई पाण्यात ठेवली जाते तेव्हा निरीक्षण केले जाते.अशाप्रकारे, टोकावरील शिखर विक्षेपणाच्या दृष्टीने जास्त बेव्हल लांबी असण्याचा कोणताही स्पष्ट फायदा नाही.हे लक्षात घेऊन, असे दिसून येते की या अभ्यासात अभ्यासलेल्या बेव्हल भूमितीचा बेव्हलच्या लांबीपेक्षा विक्षेपणावर जास्त प्रभाव पडतो.हे वाकलेल्या कडकपणामुळे असू शकते, उदाहरणार्थ वाकलेल्या सामग्रीच्या एकूण जाडीवर आणि सुईच्या डिझाइनवर अवलंबून.
प्रायोगिक अभ्यासात, परावर्तित फ्लेक्सरल वेव्हचे परिमाण टिपच्या सीमा परिस्थितीमुळे प्रभावित होते.जेव्हा सुईची टीप पाण्यात आणि जिलेटिनमध्ये घातली जाते, तेव्हा \(\text {PTE}_{2}\) \(\अंदाजे\) 95%, आणि \(\text {PTE}_{ 2}\) \(\text {PTE}_{ 2}\)\ (\text {PTE}_{ 2}\) मूल्ये (\text {PTE}_{1}\) आणि \(\text {PTE}_{3}\) साठी ७३% आणि ७७% आहेत. अनुक्रमे (चित्र 11).हे सूचित करते की ध्वनिक ऊर्जेचे कास्टिंग माध्यमात, म्हणजे पाणी किंवा जिलेटिनचे जास्तीत जास्त हस्तांतरण \(f_2\) येथे होते.41-43 kHz फ्रिक्वेंसी रेंजमध्ये साध्या डिव्हाइस कॉन्फिगरेशनचा वापर करून मागील अभ्यास31 मध्ये तत्सम वर्तन दिसून आले, ज्यामध्ये लेखकांनी एम्बेडिंग माध्यमाच्या यांत्रिक मॉड्यूलसवर व्होल्टेज रिफ्लेक्शन गुणांकाचे अवलंबित्व दर्शविले.प्रवेशाची खोली 32 आणि ऊतींचे यांत्रिक गुणधर्म सुईवर यांत्रिक भार देतात आणि त्यामुळे UZEFNAB च्या अनुनाद वर्तनावर प्रभाव टाकण्याची अपेक्षा केली जाते.अशा प्रकारे, रेझोनान्स ट्रॅकिंग अल्गोरिदम (उदा. 17, 18, 33) सुईद्वारे वितरित ध्वनिक शक्ती अनुकूल करण्यासाठी वापरले जाऊ शकतात.
बेंडिंग तरंगलांबी (चित्र 7) वर सिम्युलेशन दर्शवते की अक्षीय सममितीय टीप लॅन्सेट आणि असममित बेव्हलपेक्षा संरचनात्मकदृष्ट्या अधिक कठोर (म्हणजे वाकताना अधिक कठोर) आहे.(1) च्या आधारे आणि ज्ञात वेग-वारंवारता संबंध वापरून, आम्‍ही सुईच्‍या टोकावरील वाकणाच्‍या ताठपणाचा अंदाज लावतो.हे 29.75 kHz (Fig. 7a–c) वर अनुक्रमे 5.3, 1.7, आणि 14.2 mm च्या \(\lambda_y\) शी संबंधित आहे.USeFNAB दरम्यान क्लिनिकल सुरक्षितता लक्षात घेता, कलते विमानाच्या संरचनात्मक कडकपणावर भूमितीच्या प्रभावाचे मूल्यांकन केले पाहिजे34.
ट्यूब लांबी (चित्र 9) च्या सापेक्ष बेव्हल पॅरामीटर्सच्या अभ्यासात असे दिसून आले की इष्टतम प्रसार श्रेणी असममित बेव्हलसाठी (1.8 मिमी) अक्षीय सममितीय बेव्हल (1.3 मिमी) पेक्षा जास्त होती.याव्यतिरिक्त, गतिशीलता 4 ते 4.5 मिमी आणि असममित आणि अक्षीय तिरकांसाठी 6 ते 7 मिमी पर्यंत \(\ अंदाजे) वर स्थिर आहे, (चित्र 9a, b).या शोधाचे व्यावहारिक महत्त्व उत्पादन सहिष्णुतेमध्ये व्यक्त केले जाते, उदाहरणार्थ, इष्टतम TL च्या कमी श्रेणीचा अर्थ असा होऊ शकतो की जास्त लांबीची अचूकता आवश्यक आहे.त्याच वेळी, गतिशीलतेवर महत्त्वपूर्ण प्रभाव न पडता दिलेल्या वारंवारतेवर डुबकीची लांबी निवडण्यासाठी गतिशीलता पठार अधिक सहनशीलता प्रदान करते.
अभ्यासात खालील मर्यादा समाविष्ट आहेत.एज डिटेक्शन आणि हाय-स्पीड इमेजिंग (आकृती 12) वापरून सुईच्या विक्षेपणाचे थेट मापन म्हणजे आम्ही हवा आणि पाणी यासारख्या ऑप्टिकली पारदर्शक माध्यमांपुरते मर्यादित आहोत.आम्ही हे देखील सूचित करू इच्छितो की आम्ही सिम्युलेटेड ट्रान्सफर मोबिलिटी तपासण्यासाठी प्रयोग वापरले नाहीत आणि त्याउलट, परंतु सुई फॅब्रिकेशनसाठी इष्टतम लांबी निर्धारित करण्यासाठी FEM अभ्यास वापरले.व्यावहारिक मर्यादांच्या संदर्भात, लॅन्सेटची लांबी टीप ते स्लीव्हपर्यंत \(\अंदाजे) इतर सुया (AX1-3) पेक्षा 0.4 सेमी जास्त आहे, अंजीर पहा.3ब.हे सुई डिझाइनच्या मॉडेल प्रतिसादावर परिणाम करू शकते.याव्यतिरिक्त, वेव्हगाइड पिनच्या शेवटी असलेल्या सोल्डरचा आकार आणि आकारमान (चित्र 3 पहा) पिन डिझाइनच्या यांत्रिक प्रतिबाधावर परिणाम करू शकतात, यांत्रिक प्रतिबाधा आणि वाकण्याच्या वर्तनातील त्रुटींचा परिचय करून देतात.
शेवटी, आम्ही प्रायोगिक बेव्हल भूमिती USeFNAB मधील विक्षेपणाच्या प्रमाणात प्रभावित करते हे दाखवून दिले आहे.जर मोठ्या विक्षेपणाचा ऊतींवरील सुईच्या परिणामावर सकारात्मक परिणाम होत असेल, जसे की छेदन केल्यानंतर कापण्याच्या कार्यक्षमतेवर, तर USeFNAB मध्ये पारंपारिक लॅन्सेटची शिफारस केली जाऊ शकते कारण ती स्ट्रक्चरल टीपची पुरेशी कडकपणा राखून जास्तीत जास्त विक्षेपण प्रदान करते..शिवाय, अलीकडील अभ्यास35 ने दर्शविले आहे की जास्त टीप विक्षेपण पोकळ्या निर्माण होणे सारखे जैविक प्रभाव वाढवू शकते, जे कमीत कमी आक्रमक शस्त्रक्रिया अनुप्रयोगांच्या विकासास सुलभ करू शकते.USeFNAB13 मधील बायोप्सींची संख्या वाढवण्यासाठी एकूण ध्वनिक शक्ती वाढल्याचे दिसून आले आहे, अभ्यास केलेल्या सुई भूमितीच्या तपशीलवार क्लिनिकल फायद्यांचे मूल्यांकन करण्यासाठी नमुना प्रमाण आणि गुणवत्तेचा पुढील परिमाणात्मक अभ्यास आवश्यक आहे.