નીડલ બેવલ ભૂમિતિ અલ્ટ્રાસાઉન્ડ-એમ્પ્લીફાઇડ ફાઇન નીડલ બાયોપ્સીમાં બેન્ડ કંપનવિસ્તારને અસર કરે છે

Nature.com ની મુલાકાત લેવા બદલ આભાર.તમે મર્યાદિત CSS સપોર્ટ સાથે બ્રાઉઝર સંસ્કરણનો ઉપયોગ કરી રહ્યાં છો.શ્રેષ્ઠ અનુભવ માટે, અમે ભલામણ કરીએ છીએ કે તમે અપડેટ કરેલ બ્રાઉઝરનો ઉપયોગ કરો (અથવા Internet Explorer માં સુસંગતતા મોડને અક્ષમ કરો).વધુમાં, ચાલુ સમર્થનની ખાતરી કરવા માટે, અમે શૈલીઓ અને JavaScript વિના સાઇટ બતાવીએ છીએ.
એક સાથે ત્રણ સ્લાઇડ્સનું કેરોયુઝલ પ્રદર્શિત કરે છે.એક સમયે ત્રણ સ્લાઇડ્સમાંથી આગળ વધવા માટે પાછલા અને આગલા બટનોનો ઉપયોગ કરો અથવા એક સમયે ત્રણ સ્લાઇડ્સમાંથી આગળ વધવા માટે અંતે સ્લાઇડર બટનનો ઉપયોગ કરો.
તાજેતરમાં એવું દર્શાવવામાં આવ્યું છે કે અલ્ટ્રાસાઉન્ડનો ઉપયોગ પરંપરાગત ફાઇન સોય એસ્પિરેશન બાયોપ્સી (FNAB) ની તુલનામાં અલ્ટ્રાસાઉન્ડ-ઉન્નત ફાઇન નીડલ એસ્પિરેશન બાયોપ્સી (USeFNAB) માં પેશીઓની ઉપજને સુધારી શકે છે.બેવલ ભૂમિતિ અને સોય ટીપ ક્રિયા વચ્ચેના સંબંધની હજુ સુધી તપાસ કરવામાં આવી નથી.આ અભ્યાસમાં, અમે વિવિધ બેવલ લંબાઈ સાથે સોયના બેવલ ભૂમિતિઓ માટે સોય રેઝોનન્સ અને ડિફ્લેક્શન કંપનવિસ્તારના ગુણધર્મોની તપાસ કરી.3.9 મીમી કટ સાથે પરંપરાગત લેન્સેટનો ઉપયોગ કરીને, ટીપ ડિફ્લેક્શન પાવર ફેક્ટર (ડીપીઆર) હવા અને પાણીમાં અનુક્રમે 220 અને 105 µm/W હતું.આ અક્ષીય સપ્રમાણ 4mm બેવલ ટિપ કરતા વધારે છે, જેણે હવા અને પાણીમાં અનુક્રમે 180 અને 80 µm/W નો DPR હાંસલ કર્યો છે.આ અભ્યાસ વિવિધ નિવેશ સહાયોના સંદર્ભમાં બેવલ ભૂમિતિની બેન્ડિંગ જડતા વચ્ચેના સંબંધના મહત્વને પ્રકાશિત કરે છે, અને આ રીતે સોય બેવલ ભૂમિતિને બદલીને પંચર પછી કટીંગ ક્રિયાને નિયંત્રિત કરવા માટેની પદ્ધતિઓની સમજ પ્રદાન કરી શકે છે, જે USeFNAB માટે મહત્વપૂર્ણ છે.એપ્લિકેશન બાબતો.
ફાઈન નીડલ એસ્પિરેશન બાયોપ્સી (FNAB) એ એક એવી ટેકનિક છે જેમાં 1,2,3 અસામાન્યતાની શંકા હોય ત્યારે પેશીઓના નમૂના મેળવવા માટે સોયનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે.ફ્રાંસીન-પ્રકારની ટીપ્સ પરંપરાગત લેન્સેટ4 અને મેંગિની5 ટીપ્સ કરતાં ઉચ્ચ નિદાન કામગીરી પ્રદાન કરવા માટે દર્શાવવામાં આવી છે.અક્ષીય સપ્રમાણ (એટલે ​​​​કે પરિઘ) બેવલ્સ પણ હિસ્ટોપેથોલોજી6 માટે પર્યાપ્ત નમૂનાની સંભાવના વધારવા માટે પ્રસ્તાવિત કરવામાં આવ્યા છે.
બાયોપ્સી દરમિયાન, શંકાસ્પદ પેથોલોજીને જાહેર કરવા માટે ત્વચા અને પેશીઓના સ્તરોમાંથી સોય પસાર કરવામાં આવે છે.તાજેતરના અભ્યાસોએ દર્શાવ્યું છે કે અલ્ટ્રાસોનિક સક્રિયકરણ સોફ્ટ પેશીઓ 7,8,9,10 સુધી પહોંચવા માટે જરૂરી પંચર બળને ઘટાડી શકે છે.નીડલ બેવલ ભૂમિતિ સોયની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા દળોને અસર કરતી દર્શાવવામાં આવી છે, દા.ત. લાંબા બેવલ્સમાં પેશીના ઘૂંસપેંઠ દળો 11 ઓછા હોવાનું દર્શાવવામાં આવ્યું છે.એવું સૂચવવામાં આવ્યું છે કે સોય પેશીની સપાટીમાં ઘૂસી જાય પછી, એટલે કે પંચર પછી, સોયનું કટીંગ બળ સોય-ટીશ્યુની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાના કુલ બળના 75% જેટલું હોઈ શકે છે.અલ્ટ્રાસાઉન્ડ (યુએસ) એ પંચર પછીના તબક્કા13 માં ડાયગ્નોસ્ટિક સોફ્ટ ટીશ્યુ બાયોપ્સીની ગુણવત્તા સુધારવા માટે દર્શાવવામાં આવ્યું છે.હાડકાની બાયોપ્સી સુધારવા માટેની અન્ય પદ્ધતિઓ હાર્ડ ટીશ્યુ સેમ્પલિંગ 14,15 માટે વિકસાવવામાં આવી છે પરંતુ બાયોપ્સીની ગુણવત્તામાં સુધારો કરતા કોઈ પરિણામોની જાણ કરવામાં આવી નથી.કેટલાક અભ્યાસોમાં એવું પણ જાણવા મળ્યું છે કે અલ્ટ્રાસાઉન્ડ ડ્રાઇવ વોલ્ટેજ 16,17,18 વધવા સાથે યાંત્રિક વિસ્થાપન વધે છે.સોય-ટીશ્યુ ક્રિયાપ્રતિક્રિયામાં અક્ષીય (રેખાંશ) સ્થિર દળોના ઘણા અભ્યાસો હોવા છતાં 19,20, અલ્ટ્રાસોનિક ઉન્નત FNAB (USeFNAB) માં ટેમ્પોરલ ડાયનેમિક્સ અને સોય બેવલ ભૂમિતિ પરના અભ્યાસો મર્યાદિત છે.
આ અભ્યાસનો ઉદ્દેશ અલ્ટ્રાસોનિક ફ્રીક્વન્સીઝ પર સોયના વળાંક દ્વારા સંચાલિત સોયની ટીપ ક્રિયા પર વિવિધ બેવલ ભૂમિતિઓની અસરની તપાસ કરવાનો હતો.ખાસ કરીને, અમે પરંપરાગત સોય બેવલ્સ (દા.ત., લેન્સેટ્સ), અક્ષીય અને અસમપ્રમાણ સિંગલ બેવલ ભૂમિતિઓ (ફિગ. પસંદગીયુક્ત સક્શન જેવા વિવિધ હેતુઓ માટે USeFNAB સોયના વિકાસને સરળ બનાવવા માટે) માટે પંચર પછી સોયની ટીપના વિચલન પર ઇન્જેક્શન માધ્યમની અસરની તપાસ કરી. ઍક્સેસ અથવા સોફ્ટ પેશી ન્યુક્લી.
આ અભ્યાસમાં વિવિધ બેવલ ભૂમિતિઓનો સમાવેશ કરવામાં આવ્યો હતો.(a) ISO 7864:201636 ને અનુરૂપ લેન્સેટ્સ જ્યાં \(\alpha\) પ્રાથમિક બેવલ એંગલ છે, \(\theta\) ગૌણ બેવલ પરિભ્રમણ કોણ છે, અને \(\phi\) એ ગૌણ બેવલ પરિભ્રમણ કોણ છે ડિગ્રી , ડિગ્રીમાં (\(^\circ\)).(b) રેખીય અસમપ્રમાણ સિંગલ સ્ટેપ ચેમ્ફર્સ (જેને DIN 13097:201937 માં "સ્ટાન્ડર્ડ" કહેવામાં આવે છે) અને (c) રેખીય અક્ષીય સિંગલ સ્ટેપ ચેમ્ફર્સ.
અમારો અભિગમ પ્રથમ પરંપરાગત લેન્સેટ, અક્ષીય સમપ્રમાણ અને અસમપ્રમાણ સિંગલ-સ્ટેજ સ્લોપ ભૂમિતિ માટે ઢોળાવ સાથે બેન્ડિંગ તરંગલંબાઇમાં ફેરફારનું મોડેલ બનાવવાનો છે.પછી અમે પરિવહન મિકેનિઝમ ગતિશીલતા પર બેવલ એંગલ અને ટ્યુબની લંબાઈની અસરની તપાસ કરવા માટે પેરામેટ્રિક અભ્યાસની ગણતરી કરી.આ પ્રોટોટાઇપ સોય બનાવવા માટે શ્રેષ્ઠ લંબાઈ નક્કી કરવા માટે કરવામાં આવે છે.સિમ્યુલેશનના આધારે, સોય પ્રોટોટાઇપ બનાવવામાં આવ્યા હતા અને હવા, પાણી અને 10% (w/v) બેલિસ્ટિક જિલેટીનમાં તેમના પ્રતિધ્વનિ વર્તનને પ્રાયોગિક રીતે વોલ્ટેજ પ્રતિબિંબ ગુણાંકને માપવા અને પાવર ટ્રાન્સફર કાર્યક્ષમતાની ગણતરી દ્વારા લાક્ષણિકતા આપવામાં આવી હતી, જેમાંથી ઓપરેટિંગ ફ્રીક્વન્સી હતી. નિર્ધારિત..છેલ્લે, હાઇ-સ્પીડ ઇમેજિંગનો ઉપયોગ હવા અને પાણીમાં સોયની ટોચ પર બેન્ડિંગ વેવના ડિફ્લેક્શનને સીધું માપવા માટે થાય છે, અને દરેક ઝુકાવ દ્વારા પ્રસારિત થતી વિદ્યુત શક્તિ અને ઇન્જેક્ટેડની ડિફ્લેક્શન પાવર ફેક્ટર (DPR) ભૂમિતિનો અંદાજ કાઢવા માટે થાય છે. મધ્યમ
આકૃતિ 2a માં બતાવ્યા પ્રમાણે, 316 સ્ટેનલેસ સ્ટીલ (યંગ્સ મોડ્યુલસ 205) ની બનેલી નં. 21 પાઇપ (0.80 mm OD, 0.49 mm ID, 0.155 mm પાઇપ દિવાલની જાડાઈ, ISO 9626:201621 માં ઉલ્લેખિત પ્રમાણભૂત દિવાલ) નો ઉપયોગ કરો.\(\text {GN/m}^{2}\), ઘનતા 8070 kg/m\(^{3}\), પોઈસનનો ગુણોત્તર 0.275).
બેન્ડિંગ તરંગલંબાઇનું નિર્ધારણ અને સોય અને સીમાની સ્થિતિના મર્યાદિત તત્વ મોડલ (FEM) નું ટ્યુનિંગ.(a) બેવલ લંબાઈ (BL) અને પાઇપ લંબાઈ (TL) નું નિર્ધારણ.(b) ત્રિ-પરિમાણીય (3D) મર્યાદિત તત્વ મોડેલ (FEM) હાર્મોનિક પોઈન્ટ ફોર્સ \(\tilde{F}_y\vec{j}\) નો ઉપયોગ કરીને પ્રોક્સિમલ છેડે સોયને ઉત્તેજિત કરવા, બિંદુને વિચલિત કરવા અને વેગ માપવા માટે યાંત્રિક પરિવહન ગતિશીલતાની ગણતરી કરવા માટે પ્રતિ ટીપ (\( \tilde{u}_y\vec {j}\), \(\tilde{v}_y\vec {j}\))\(\lambda _y\) વર્ટિકલ ફોર્સ સાથે સંકળાયેલ બેન્ડિંગ તરંગલંબાઇ તરીકે વ્યાખ્યાયિત થયેલ છે \(\tilde{F}_y\vec {j}\).(c) અનુક્રમે x-અક્ષ અને y-અક્ષની આસપાસ ગુરુત્વાકર્ષણનું કેન્દ્ર, ક્રોસ-વિભાગીય વિસ્તાર A, અને જડતાની ક્ષણો \(I_{xx}\) અને \(I_{yy}\) નક્કી કરો.
ફિગ માં બતાવ્યા પ્રમાણે.2b,c, ક્રોસ-સેક્શનલ એરિયા A સાથે અનંત (અનંત) બીમ માટે અને બીમના ક્રોસ-સેક્શનના કદની સરખામણીમાં મોટી તરંગલંબાઇ પર, બેન્ડિંગ (અથવા બેન્ડિંગ) તબક્કા વેગ \(c_{EI}\ ) 22 તરીકે વ્યાખ્યાયિત થયેલ છે:
જ્યાં E એ યંગનું મોડ્યુલસ છે (\(\text {N/m}^{2}\)), \(\omega _0 = 2\pi f_0\) એ ઉત્તેજના કોણીય આવર્તન (rad/s), જ્યાં \( f_0 \ ) એ રેખીય આવર્તન છે (1/s અથવા Hz), I એ રસના અક્ષની આસપાસના ક્ષેત્રની જડતાની ક્ષણ છે \((\text {m}^{4})\) અને \(m'=\ rho _0 A \) એકમ લંબાઈ (kg/m) પરનો સમૂહ છે, જ્યાં \(\rho _0\) ઘનતા \((\text {kg/m}^{3})\) અને A ક્રોસ છે -બીમનો વિભાગીય વિસ્તાર (xy પ્લેન) (\ (\text {m}^{2}\)).કારણ કે અમારા કિસ્સામાં લાગુ બળ વર્ટિકલ y-અક્ષની સમાંતર છે, એટલે કે \(\tilde{F}_y\vec {j}\), અમને ફક્ત આડા x- ની આસપાસના ક્ષેત્રની જડતાની ક્ષણમાં રસ છે. અક્ષ, એટલે કે \(I_{xx} \), તેથી:
મર્યાદિત તત્વ મોડલ (FEM) માટે, શુદ્ધ હાર્મોનિક ડિસ્પ્લેસમેન્ટ (m) ધારવામાં આવે છે, તેથી પ્રવેગક (\(\text {m/s}^{2}\)) ને \(\partial ^2 \vec તરીકે દર્શાવવામાં આવે છે. { u}/ \ આંશિક t^2 = -\omega ^2\vec {u}\), દા.ત. \(\vec {u}(x, y, z, t) := u_x\vec {i} + u_y \vec {j }+ u_z\vec {k}\) અવકાશી કોઓર્ડિનેટ્સમાં વ્યાખ્યાયિત ત્રિ-પરિમાણીય વિસ્થાપન વેક્ટર છે.COMSOL મલ્ટિફિઝિક્સ સોફ્ટવેર પેકેજ (સંસ્કરણ 5.4-5.5, COMSOL Inc., મેસેચ્યુસેટ્સ, યુએસએ) માં તેના અમલીકરણ અનુસાર, મોમેન્ટમ બેલેન્સ લો 23 ના મર્યાદિત રીતે વિકૃત લેગ્રેન્જિયન સ્વરૂપ સાથે બાદમાંના સ્થાને, આપે છે:
જ્યાં \(\vec {\nabla}:= \frac{\partial}}{\partial x}\vec {i} + \frac{\partial}}{\partial y}\vec {j} + \frac{ \partial }{\partial z}\vec {k}\) એ ટેન્સર ડાયવર્જન્સ ઓપરેટર છે, અને \({\underline{\sigma}}\) એ બીજું પિયોલા-કિર્ચહોફ સ્ટ્રેસ ટેન્સર છે (બીજો ક્રમ, \(\ ટેક્સ્ટ { N /m}^{2}\)), અને \(\vec {F_V}:= F_{V_x}\vec {i}+ F_{V_y}\vec {j}+ F_{V_z}\vec { k} \) એ દરેક વિકૃત વોલ્યુમના શારીરિક બળ (\(\text {N/m}^{3}\))નું વેક્ટર છે, અને \(e^{j\phi }\) એ તબક્કો છે. બોડી ફોર્સ, ફેઝ એન્ગલ \(\ phi\) (રેડ) ધરાવે છે.અમારા કિસ્સામાં, શરીરનું વોલ્યુમ બળ શૂન્ય છે, અને અમારું મોડેલ ભૌમિતિક રેખીયતા અને નાના સંપૂર્ણ સ્થિતિસ્થાપક વિકૃતિઓને ધારે છે, એટલે કે \({\underline{\varepsilon}}^{el} = {\underline{\varepsilon}}\ ), જ્યાં \({\underline{\varepsilon}}^{el}\) અને \({\underline{ \varepsilon}}\) - અનુક્રમે સ્થિતિસ્થાપક વિરૂપતા અને કુલ વિકૃતિ (બીજા ક્રમના પરિમાણહીન),હૂકનું બંધારણીય આઇસોટ્રોપિક ઇલાસ્ટીસીટી ટેન્સર \(\અંડરલાઇન {\અંડરલાઇન {C))\) યંગના મોડ્યુલસ E(\(\text{N/m}^{2}\)) નો ઉપયોગ કરીને મેળવવામાં આવે છે અને પોઈસનનો ગુણોત્તર v વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવે છે, જેથી \ (\underline{\underline{C}}:=\underline{\underline{C}}(E,v)\) (ચોથો ક્રમ).તેથી તણાવની ગણતરી \({\underline{\sigma}} := \underline{\underline{C}}:{\underline{\varepsilon}}\) બને છે.
ગણતરીઓ તત્વ કદ \(\le\) 8 μm સાથે 10-નોડ ટેટ્રાહેડ્રલ તત્વો સાથે કરવામાં આવી હતી.સોયને વેક્યૂમમાં મોડેલ કરવામાં આવે છે, અને યાંત્રિક ગતિશીલતા સ્થાનાંતરણ મૂલ્ય (ms-1 H-1) ને \(|\tilde{Y}_{v_yF_y}|= |\tilde{v}_y\vec { j}) તરીકે વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવે છે. |/|\ ટિલ્ડ{F}_y\vec {j}|\)24, જ્યાં \(\tilde{v}_y\vec {j}\) એ હેન્ડપીસનો આઉટપુટ જટિલ વેગ છે, અને \( \tilde{ F} _y\vec {j }\) એ એક જટિલ પ્રેરક બળ છે જે ટ્યુબના પ્રોક્સિમલ છેડે સ્થિત છે, જેમ કે ફિગ. 2b માં બતાવેલ છે.સંદર્ભ તરીકે મહત્તમ મૂલ્યનો ઉપયોગ કરીને ટ્રાન્સમિસિવ યાંત્રિક ગતિશીલતા ડેસિબલ્સ (dB) માં વ્યક્ત કરવામાં આવે છે, એટલે કે \(20\log _{10} (|\tilde{Y}|/ |\tilde{Y}_{max}| )\ ) , તમામ FEM અભ્યાસો 29.75 kHz ની આવર્તન પર હાથ ધરવામાં આવ્યા હતા.
સોયની ડિઝાઇન (ફિગ. 3) પરંપરાગત 21 ગેજની હાઇપોડર્મિક સોય (કેટલોગ નંબર: 4665643, સ્ટેરિકન\(^\circledR\), 0.8 મીમીના બાહ્ય વ્યાસ સાથે, 120 મીમીની લંબાઈ, AISI થી બનેલી હોય છે. ક્રોમિયમ-નિકલ સ્ટેનલેસ સ્ટીલ 304., બી. બ્રૌન મેલસુંગેન એજી, મેલસુંગેન, જર્મની) અનુરૂપ ટિપ ફેરફાર સાથે પોલીપ્રોપીલિન પ્રોક્સિમલથી બનેલી પ્લાસ્ટિક લુઅર લોક સ્લીવ મૂકે છે.ફિગ. 3b માં બતાવ્યા પ્રમાણે સોય ટ્યુબને વેવગાઇડ પર સોલ્ડર કરવામાં આવે છે.વેવગાઈડ સ્ટેઈનલેસ સ્ટીલ 3D પ્રિન્ટર (EOS M 290 3D પ્રિન્ટર, 3D Formtech Oy, Jyväskylä, Finland) પર EOS સ્ટેનલેસ સ્ટીલ 316L પર પ્રિન્ટ કરવામાં આવી હતી અને પછી M4 બોલ્ટ્સનો ઉપયોગ કરીને લેંગેવિન સેન્સર સાથે જોડાયેલ હતી.લેંગેવિન ટ્રાન્સડ્યુસરમાં દરેક છેડે બે વજન સાથે 8 પીઝોઇલેક્ટ્રિક રિંગ તત્વો હોય છે.
ચાર પ્રકારની ટીપ્સ (ચિત્રમાં), વ્યાપારી રીતે ઉપલબ્ધ લેન્સેટ (L), અને ત્રણ ઉત્પાદિત અક્ષીય સિંગલ-સ્ટેજ બેવલ્સ (AX1–3) અનુક્રમે 4, 1.2 અને 0.5 mm ની બેવલ લંબાઈ (BL) દ્વારા વર્ગીકૃત કરવામાં આવી હતી.(a) ફિનિશ્ડ સોયની ટોચનું ક્લોઝ-અપ.(b) 3D પ્રિન્ટેડ વેવગાઇડ પર સોલ્ડર કરાયેલ ચાર પિનનું ટોચનું દૃશ્ય અને પછી M4 બોલ્ટ્સ સાથે લેંગેવિન સેન્સર સાથે જોડાયેલું છે.
4.0, 1.2 અને 0.5 mm ની બેવલ લંબાઈ (BL, ફિગ. 2a માં નિર્ધારિત) સાથે ત્રણ અક્ષીય સપ્રમાણ બેવલ ટીપ્સ (ફિગ. 3) (TAs મશીન ટૂલ્સ ઓય) બનાવવામાં આવી હતી, જે \(\અંદાજે\) 2\ (^\) ને અનુરૂપ છે. circ\), 7\(^\circ\) અને 18\(^\circ\).વેવગાઇડ અને સ્ટાઈલસનું વજન અનુક્રમે બેવલ L અને AX1–3 માટે 3.4 ± 0.017 g (મીન SD, n = 4) છે (Quintix\(^\circledR\) 224 ડિઝાઇન 2, Sartorius AG, Göttingen, Germany) .સોયની ટોચથી પ્લાસ્ટિક સ્લીવના અંત સુધીની કુલ લંબાઈ આકૃતિ 3b માં અનુક્રમે બેવલ L અને AX1-3 માટે 13.7, 13.3, 13.3, 13.3 સેમી છે.
સોયની બધી ગોઠવણીઓ માટે, સોયની ટોચથી વેવગાઇડની ટોચ (એટલે ​​કે, સોલ્ડરિંગ વિસ્તાર) સુધીની લંબાઈ 4.3 સેમી છે, અને સોયની નળી લક્ષી છે જેથી બેવલ ઉપર તરફ આવે (એટલે ​​​​કે, Y અક્ષની સમાંતર. ).), જેમ કે (ફિગ. 2).
કમ્પ્યુટર (અક્ષાંશ 7490, ડેલ ઇન્ક., ટેક્સાસ, યુએસએ) પર ચાલતી MATLAB (R2019a, The MathWorks Inc., Massachusetts, USA) માં કસ્ટમ સ્ક્રિપ્ટનો ઉપયોગ 7 સેકન્ડમાં 25 થી 35 kHz સુધી રેખીય સિનુસોઇડલ સ્વીપ જનરેટ કરવા માટે કરવામાં આવ્યો હતો. ડિજિટલ-ટુ-એનાલોગ (DA) કન્વર્ટર (એનાલોગ ડિસ્કવરી 2, ડિજિલેન્ટ ઇન્ક., વોશિંગ્ટન, યુએસએ) દ્વારા એનાલોગ સિગ્નલમાં રૂપાંતરિત.એનાલોગ સિગ્નલ \(V_0\) (0.5 Vp-p) ને પછી સમર્પિત રેડિયો ફ્રીક્વન્સી (RF) એમ્પ્લીફાયર (Mariachi Oy, Turku, Finland) વડે વિસ્તૃત કરવામાં આવ્યું હતું.ફોલિંગ એમ્પ્લીફાઈંગ વોલ્ટેજ \({V_I}\) એ RF એમ્પ્લીફાયરમાંથી 50 \(\Omega\) ના આઉટપુટ ઈમ્પીડેન્સ સાથે 50 \(\Omega)\) ના ઈન્પુટ ઈમ્પીડેન્સ સાથે સોયના બંધારણમાં બનેલ ટ્રાન્સફોર્મર માટેનું આઉટપુટ છે. લેંગેવિન ટ્રાન્સડ્યુસર (આગળ અને પાછળના મલ્ટિલેયર પીઝોઇલેક્ટ્રિક ટ્રાન્સડ્યુસર, દળથી ભરેલા)નો ઉપયોગ યાંત્રિક તરંગો પેદા કરવા માટે થાય છે.કસ્ટમ RF એમ્પ્લીફાયર ડ્યુઅલ-ચેનલ સ્ટેન્ડિંગ વેવ પાવર ફેક્ટર (SWR) મીટરથી સજ્જ છે જે 300 kHz એનાલોગ-ટુ-ડિજિટલ (AD) દ્વારા ઘટના \({V_I}\) અને પ્રતિબિંબિત એમ્પ્લીફાઈડ વોલ્ટેજ \(V_R\) શોધી શકે છે. ) કન્વર્ટર (એનાલોગ ડિસ્કવરી 2).ઉત્તેજના સંકેત એ ક્ષણિક સાથે એમ્પ્લીફાયર ઇનપુટને ઓવરલોડ થવાથી રોકવા માટે શરૂઆતમાં અને અંતમાં કંપનવિસ્તાર મોડ્યુલેટ કરવામાં આવે છે.
MATLAB માં લાગુ કરાયેલ કસ્ટમ સ્ક્રિપ્ટનો ઉપયોગ કરીને, ફ્રીક્વન્સી રિસ્પોન્સ ફંક્શન (AFC), એટલે કે રેખીય સ્થિર સિસ્ટમ ધારે છે.ઉપરાંત, સિગ્નલમાંથી કોઈપણ અનિચ્છનીય ફ્રીક્વન્સીઝને દૂર કરવા માટે 20 થી 40 kHz બેન્ડ પાસ ફિલ્ટર લાગુ કરો.ટ્રાન્સમિશન લાઇન થિયરીનો ઉલ્લેખ કરતા, આ કિસ્સામાં \(\tilde{H}(f)\) વોલ્ટેજ પ્રતિબિંબ ગુણાંકની સમકક્ષ છે, એટલે કે \(\rho _{V} \equiv {V_R}/{V_I} \)26 .કારણ કે એમ્પ્લીફાયર \(Z_0\) નું આઉટપુટ અવરોધ કન્વર્ટરના બિલ્ટ-ઇન ટ્રાન્સફોર્મરના ઇનપુટ અવબાધને અનુરૂપ છે, અને ઇલેક્ટ્રિક પાવરનું પ્રતિબિંબ ગુણાંક \({P_R}/{P_I}\) ઘટાડીને \ ({P_R}/{P_I}\) છે. ({V_R }^ 2/{V_I}^2\ ), પછી \(|\rho _{V}|^2\) છે.વિદ્યુત શક્તિના સંપૂર્ણ મૂલ્યની આવશ્યકતા હોય તેવા કિસ્સામાં, અનુરૂપ વોલ્ટેજનું મૂળ સરેરાશ ચોરસ (rms) મૂલ્ય લઈને ઘટના \(P_I\) અને પ્રતિબિંબિત\(P_R\) શક્તિ (W) ની ગણતરી કરો, ઉદાહરણ તરીકે, સાઇનસૉઇડલ ઉત્તેજના સાથે ટ્રાન્સમિશન લાઇન માટે, \(P = {V}^2/(2Z_0)\)26, જ્યાં \(Z_0\) બરાબર 50 \(\Omega\).લોડને પહોંચાડવામાં આવતી વિદ્યુત શક્તિ \(P_T\) (એટલે ​​​​કે દાખલ કરેલ માધ્યમ) ની ગણતરી \(|P_I – P_R |\) (W RMS) તરીકે કરી શકાય છે અને પાવર ટ્રાન્સફર કાર્યક્ષમતા (PTE) ને વ્યાખ્યાયિત કરી શકાય છે અને તેને એક તરીકે વ્યક્ત કરી શકાય છે. ટકાવારી (%) આમ 27 આપે છે:
પછી ફ્રીક્વન્સી રિસ્પોન્સનો ઉપયોગ સ્ટાઈલસ ડિઝાઇનની મોડલ ફ્રીક્વન્સીઝ \(f_{1-3}\) (kHz) અને અનુરૂપ પાવર ટ્રાન્સફર કાર્યક્ષમતાનો અંદાજ કાઢવા માટે થાય છે, \(\text {PTE}_{1{-}3} \ .FWHM (\(\text {FWHM}_{1{-}3}\), Hz)નો અંદાજ સીધો \(\text {PTE}_{1{-}3}\), કોષ્ટક 1 પરથી છે. આવર્તન \(f_{1-3}\) માં વર્ણવેલ છે.
એકિક્યુલર સ્ટ્રક્ચરની ફ્રીક્વન્સી રિસ્પોન્સ (AFC) ને માપવા માટેની પદ્ધતિ.ડ્યુઅલ-ચેનલ સ્વીપ્ટ-સાઇન માપન 25,38 નો ઉપયોગ આવર્તન પ્રતિભાવ કાર્ય \(\tilde{H}(f)\) અને તેના આવેગ પ્રતિભાવ H(t) મેળવવા માટે થાય છે.\({\mathcal {F}}\) અને \({\mathcal {F}}^{-1}\) અનુક્રમે સંખ્યાત્મક કાપેલા ફૌરિયર ટ્રાન્સફોર્મ અને ઇન્વર્સ ટ્રાન્સફોર્મ ઑપરેશન દર્શાવે છે.\(\tilde{G}(f)\) એટલે કે બે સિગ્નલોનો ફ્રિક્વન્સી ડોમેનમાં ગુણાકાર થાય છે, દા.ત. \(\tilde{G}_{XrX}\) એટલે કે વ્યસ્ત સ્કેન\(\tilde{X} r( f )\) અને વોલ્ટેજ ડ્રોપ સિગ્નલ \(\tilde{X}(f)\).
ફિગ માં બતાવ્યા પ્રમાણે.5, હાઇ-સ્પીડ કેમેરા (ફેન્ટમ V1612, વિઝન રિસર્ચ ઇન્ક., ન્યુ જર્સી, યુએસએ) મેક્રો લેન્સથી સજ્જ (MP-E 65mm, \(f)/2.8, 1-5 \ (\times\), Canon Inc .., ટોક્યો, જાપાન) નો ઉપયોગ 27.5–30 kHz ની આવર્તન પર ફ્લેક્સરલ ઉત્તેજના (સિંગલ ફ્રીક્વન્સી, સતત સાઇનસૉઇડ) ને આધિન સોયની ટીપના વિચલનને રેકોર્ડ કરવા માટે કરવામાં આવ્યો હતો.પડછાયાનો નકશો બનાવવા માટે, ઉચ્ચ તીવ્રતાવાળા સફેદ LED (ભાગ નંબર: 4052899910881, White Led, 3000 K, 4150 lm, Osram Opto Semiconductors GmbH, Regensburg, Germany) નું ઠંડું તત્વ સોયના બેવલની પાછળ મૂકવામાં આવ્યું હતું.
પ્રાયોગિક સેટઅપનું આગળનું દૃશ્ય.ઊંડાઈ મીડિયા સપાટી પરથી માપવામાં આવે છે.સોયનું માળખું ક્લેમ્પ્ડ અને મોટર ટ્રાન્સફર ટેબલ પર માઉન્ટ થયેલ છે.બેવલ્ડ ટિપના ડિફ્લેક્શનને માપવા માટે હાઇ મેગ્નિફિકેશન લેન્સ (5\(\times\)) સાથે હાઇ સ્પીડ કેમેરાનો ઉપયોગ કરો.બધા પરિમાણો મિલીમીટરમાં છે.
દરેક પ્રકારની સોય બેવલ માટે, અમે 128 \(\x\) 128 પિક્સેલની 300 હાઇ-સ્પીડ કેમેરા ફ્રેમ્સ રેકોર્ડ કરી છે, દરેકનું અવકાશી રીઝોલ્યુશન 1/180 mm (\(\અંદાજે) 5 µm), ટેમ્પોરલ રિઝોલ્યુશન સાથે છે. 310,000 ફ્રેમ પ્રતિ સેકન્ડ.આકૃતિ 6 માં બતાવ્યા પ્રમાણે, દરેક ફ્રેમ (1) કાપવામાં આવે છે (2) જેથી ટીપ ફ્રેમની છેલ્લી લીટીમાં (નીચે) હોય, અને પછી છબી (3) ના હિસ્ટોગ્રામની ગણતરી કરવામાં આવે, તેથી કેની થ્રેશોલ્ડ 1 અને 2 નક્કી કરી શકાય છે.પછી સોબેલ ઓપરેટર 3 \(\times\) 3 નો ઉપયોગ કરીને Canny28(4) એજ ડિટેક્શન લાગુ કરો અને તમામ 300-ગણા પગલાઓ માટે બિન-કેવિટેશનલ કર્ણ (લેબલ \(\mathbf {\times }\)) ની પિક્સેલ સ્થિતિની ગણતરી કરો. .અંતે ડિફ્લેક્શનનો ગાળો નક્કી કરવા માટે, વ્યુત્પન્નની ગણતરી કરવામાં આવે છે (કેન્દ્રીય તફાવત અલ્ગોરિધમનો ઉપયોગ કરીને) (6) અને વિચલન (7) ની સ્થાનિક સીમા (એટલે ​​​​કે ટોચ) ધરાવતી ફ્રેમ ઓળખવામાં આવે છે.નોન-કેવિટીટીંગ એજનું વિઝ્યુઅલી ઈન્સ્પેક્શન કર્યા પછી, ફ્રેમની જોડી (અથવા અડધા સમયના સમયગાળાથી અલગ કરેલ બે ફ્રેમ) (7) પસંદ કરવામાં આવી હતી અને ટીપ ડિફ્લેક્શન માપવામાં આવ્યું હતું (લેબલ થયેલ \(\mathbf {\times} \) ઉપરનો અમલ કરવામાં આવ્યો હતો. ઓપનસીવી કેની એજ ડિટેક્શન એલ્ગોરિધમ (v4.5.1, ઓપન સોર્સ કમ્પ્યુટર વિઝન લાઇબ્રેરી, opencv.org) નો ઉપયોગ કરીને Python (v3.8, Python Software Foundation, python.org) માં ઇલેક્ટ્રિકલ પાવર \ (P_T \) (W, rms) .
310 kHz પર હાઇ-સ્પીડ કેમેરામાંથી લેવામાં આવેલી શ્રેણીબદ્ધ ફ્રેમનો ઉપયોગ કરીને 7-સ્ટેપ અલ્ગોરિધમ (1-7) નો ઉપયોગ કરીને ટીપ ડિફ્લેક્શન માપવામાં આવ્યું હતું જેમાં ફ્રેમિંગ (1-2), કેની એજ ડિટેક્શન (3-4), પિક્સેલ લોકેશન એજનો સમાવેશ થાય છે. ગણતરી (5) અને તેમના સમયના ડેરિવેટિવ્ઝ (6), અને છેલ્લે પીક-ટુ-પીક ટિપ ડિફ્લેક્શનને દૃષ્ટિની તપાસ કરાયેલી ફ્રેમની જોડી (7) પર માપવામાં આવ્યા હતા.
માપ હવામાં લેવામાં આવ્યા હતા (22.4-22.9°C), ડીયોનાઇઝ્ડ પાણી (20.8-21.5°C) અને બેલિસ્ટિક જિલેટીન 10% (w/v) (19.7-23.0°C, \(\text {હનીવેલ}^{ \text { TM}}\) \(\text {Fluka}^{\text {TM}}\) પ્રકાર I બેલિસ્ટિક વિશ્લેષણ માટે બોવાઇન અને પોર્ક બોન જિલેટીન, હનીવેલ ઇન્ટરનેશનલ, નોર્થ કેરોલિના, યુએસએ).તાપમાન K-ટાઈપ થર્મોકોપલ એમ્પ્લીફાયર (AD595, એનાલોગ ડિવાઈસીસ Inc., MA, USA) અને K-ટાઈપ થર્મોકોપલ (Fluke 80PK-1 Bead Probe No. 3648 type-K, Fluke Corporation, Washington, USA) વડે માપવામાં આવ્યું હતું.5 µm ના રિઝોલ્યુશન સાથે વર્ટિકલ મોટરાઇઝ્ડ z-અક્ષ સ્ટેજ (8MT50-100BS1-XYZ, Standa Ltd., Vilnius, Lithuania) નો ઉપયોગ કરીને સપાટી પરથી મધ્યમ ઊંડાઈ માપવામાં આવી હતી (z-axisના મૂળ તરીકે સેટ).પગલું દીઠ.
નમૂનાનું કદ નાનું હોવાથી (n = 5) અને સામાન્યતા ધારણ કરી શકાતી ન હોવાથી, બે-નમૂનાની દ્વિ-પૂંછડીવાળી વિલ્કોક્સન રેન્ક સમ ટેસ્ટ (R, v4.0.3, R ફાઉન્ડેશન ફોર સ્ટેટિસ્ટિકલ કમ્પ્યુટિંગ, r-project .org) નો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો. વિવિધ બેવલ્સ માટે વેરિઅન્સ સોય ટીપના જથ્થાની સરખામણી કરવા માટે.ઢોળાવ દીઠ 3 સરખામણીઓ હતી, તેથી 0.017 ના સમાયોજિત મહત્વ સ્તર અને 5% ના ભૂલ દર સાથે બોનફેરોની સુધારણા લાગુ કરવામાં આવી હતી.
ચાલો હવે Fig.7 તરફ વળીએ.29.75 kHz ની આવર્તન પર, 21-ગેજ સોયની બેન્ડિંગ હાફ-વેવ (\(\lambda_y/2\)) \(\અંદાજે) 8 mm છે.જેમ જેમ કોઈ ટોચની નજીક આવે છે તેમ, ત્રાંસી કોણ સાથે બેન્ડિંગ વેવલેન્થ ઘટે છે.ટોચ પર \(\lambda _y/2\) \(\અંદાજે\) સામાન્ય લેન્સોલેટ (a), અસમપ્રમાણ (b) અને અક્ષીય (c) એક સોયના ઝોક માટે 3, 1 અને 7 મીમીના પગલાં છે. , અનુક્રમે.આમ, આનો અર્થ એ છે કે લેન્સેટની શ્રેણી \(\ અંદાજે) 5 મીમી છે (લેન્સેટના બે વિમાનો એક બિંદુ29,30 બનાવે છે તે હકીકતને કારણે), અસમપ્રમાણ બેવલ 7 મીમી છે, અસમપ્રમાણ બેવલ 1 છે મીમીઅક્ષીય સપ્રમાણ ઢોળાવ (ગુરુત્વાકર્ષણનું કેન્દ્ર સ્થિર રહે છે, તેથી માત્ર પાઇપ દિવાલની જાડાઈ ખરેખર ઢાળ સાથે બદલાય છે).
29.75 kHz ની આવર્તન પર FEM અભ્યાસ અને સમીકરણોનો ઉપયોગ.(1) લેન્સેટ (a), અસમપ્રમાણ (b) અને અક્ષીય (c) બેવલ ભૂમિતિઓ માટે બેન્ડિંગ હાફ-વેવ (\(\lambda_y/2\)) ની વિવિધતાની ગણતરી કરતી વખતે (ફિગ. 1a,b,c માં) ).લેન્સેટ, અસમપ્રમાણ અને અક્ષીય બેવલ્સનું સરેરાશ મૂલ્ય \(\lambda_y/2\) અનુક્રમે 5.65, 5.17 અને 7.52 mm હતું.નોંધ કરો કે અસમપ્રમાણ અને અક્ષીય બેવલ્સ માટે ટીપની જાડાઈ \(\અંદાજે) 50 µm સુધી મર્યાદિત છે.
પીક મોબિલિટી \(|\tilde{Y}_{v_yF_y}|\) એ ટ્યુબ લંબાઈ (TL) અને બેવલ લંબાઈ (BL) (ફિગ. 8, 9) નું શ્રેષ્ઠ સંયોજન છે.પરંપરાગત લેન્સેટ માટે, તેનું કદ નિશ્ચિત હોવાથી, શ્રેષ્ઠ TL \(\અંદાજે) 29.1 mm (ફિગ. 8) છે.અસમપ્રમાણ અને અક્ષીય બેવલ્સ માટે (આકૃતિ 9a, b, અનુક્રમે), FEM અભ્યાસમાં BL 1 થી 7 mm સુધીનો સમાવેશ થાય છે, તેથી શ્રેષ્ઠ TL 26.9 થી 28.7 mm (રેન્જ 1.8 mm) અને 27.9 થી 29 .2 mm (શ્રેણી) હતા. 1.3 મીમી), અનુક્રમે.અસમપ્રમાણ ઢોળાવ (ફિગ. 9a) માટે, શ્રેષ્ઠ TL રેખીય રીતે વધ્યો, BL 4 mm પર એક ઉચ્ચપ્રદેશ પર પહોંચ્યો, અને પછી BL 5 થી 7 mm સુધી તીવ્ર ઘટાડો થયો.અક્ષીય સપ્રમાણ બેવલ (ફિગ. 9b) માટે, શ્રેષ્ઠ TL વધતા BL સાથે રેખીય રીતે વધે છે અને અંતે 6 થી 7 mm સુધી BL પર સ્થિર થાય છે.અક્ષીય સપ્રમાણ ટિલ્ટ (ફિગ. 9c) ના વિસ્તૃત અભ્યાસે \(\અંદાજે) 35.1–37.1 mm પર શ્રેષ્ઠ TLsનો એક અલગ સમૂહ જાહેર કર્યો.બધા BL માટે, બે શ્રેષ્ઠ TL વચ્ચેનું અંતર \(\અંદાજે\) 8mm (\(\lambda_y/2\) ની સમકક્ષ) છે.
29.75 kHz પર લેન્સેટ ટ્રાન્સમિશન ગતિશીલતા.સોય 29.75 kHz ની આવર્તન પર લવચીક રીતે ઉત્સાહિત હતી અને સોયની ટોચ પર કંપન માપવામાં આવ્યું હતું અને TL 26.5-29.5 mm (0.1 mm વૃદ્ધિમાં) માટે પ્રસારિત યાંત્રિક ગતિશીલતા (મહત્તમ મૂલ્યની તુલનામાં dB) ની માત્રા તરીકે વ્યક્ત કરવામાં આવી હતી. .
29.75 kHz ની આવર્તન પર FEM ના પેરામેટ્રિક અભ્યાસો દર્શાવે છે કે અક્ષીય ટિપની ટ્રાન્સફર ગતિશીલતા તેના અસમપ્રમાણ સમકક્ષ કરતાં ટ્યુબની લંબાઈમાં ફેરફારથી ઓછી અસર કરે છે.FEM નો ઉપયોગ કરીને આવર્તન ડોમેન અભ્યાસમાં અસમપ્રમાણ (a) અને અક્ષીય (b, c) બેવલ ભૂમિતિના બેવલ લંબાઈ (BL) અને પાઇપ લંબાઈ (TL) અભ્યાસ (સીમાની સ્થિતિ ફિગ. 2 માં બતાવવામાં આવી છે).(a, b) TL 26.5 થી 29.5 mm (0.1 mm સ્ટેપ) અને BL 1–7 mm (0.5 mm સ્ટેપ) સુધીનો છે.(c) TL 25–40 mm (0.05 mm ઇન્ક્રીમેન્ટમાં) અને BL 0.1–7 mm (0.1 mm ઇન્ક્રીમેન્ટમાં) સહિત વિસ્તૃત અક્ષીય ટિલ્ટ અભ્યાસો દર્શાવે છે કે \(\lambda_y/2\ ) એ ટીપની જરૂરિયાતોને પૂર્ણ કરવી આવશ્યક છે.ફરતી સીમાની સ્થિતિ.
કોષ્ટક 1 માં બતાવ્યા પ્રમાણે સોયના રૂપરેખાંકનમાં ત્રણ eigenfrequencies \(f_{1-3}\) નીચા, મધ્યમ અને ઉચ્ચ મોડ પ્રદેશોમાં વિભાજિત છે. PTE કદ ફિગમાં બતાવ્યા પ્રમાણે રેકોર્ડ કરવામાં આવ્યું હતું.10 અને પછી આકૃતિ 11 માં વિશ્લેષણ કર્યું. નીચે દરેક મોડલ વિસ્તાર માટેના તારણો છે:
20 મીમીની ઊંડાઈએ હવા, પાણી અને જિલેટીનમાં લેન્સેટ (L) અને અક્ષીય સમપ્રમાણતાવાળા બેવલ AX1-3 માટે સ્વેપ્ટ-ફ્રિકવન્સી સિનુસોઇડલ ઉત્તેજના સાથે પ્રાપ્ત લાક્ષણિક રેકોર્ડ કરેલ ઇન્સ્ટન્ટેનિયસ પાવર ટ્રાન્સફર કાર્યક્ષમતા (PTE) કંપનવિસ્તાર.એકતરફી સ્પેક્ટ્રા બતાવવામાં આવે છે.માપેલ ફ્રિક્વન્સી રિસ્પોન્સ (300 kHz પર સેમ્પલ) લો-પાસ ફિલ્ટર કરવામાં આવ્યું હતું અને પછી મોડલ વિશ્લેષણ માટે 200 ના પરિબળ દ્વારા માપવામાં આવ્યું હતું.સિગ્નલ-ટુ-નોઈઝ રેશિયો \(\le\) 45 dB છે.PTE તબક્કાઓ (જાંબલી ડોટેડ રેખાઓ) ડિગ્રી (\(^{\circ}\)) માં બતાવવામાં આવે છે.
ઢોળાવ L અને AX1-3 માટે, હવામાં, પાણીમાં અને 10% જિલેટીન (ઊંડાઈ 20 મીમી), (ટોચ) ત્રણ મોડલ પ્રદેશો સાથે (ઉંડાઈ 20 મીમી) માટે, આકૃતિ 10 માં દર્શાવવામાં આવેલ મોડલ પ્રતિભાવ વિશ્લેષણ (મીન ± પ્રમાણભૂત વિચલન, n = 5) નિમ્ન, મધ્યમ અને ઉચ્ચ) અને તેમની અનુરૂપ મોડલ ફ્રીક્વન્સી\(f_{1-3 }\) (kHz), (સરેરાશ) ઊર્જા કાર્યક્ષમતા \(\text {PTE}_{1{-}3}\) સમકક્ષનો ઉપયોગ કરીને ગણતરી .(4) અને (નીચે) પૂર્ણ પહોળાઈ અડધા મહત્તમ માપ પર અનુક્રમે \(\text {FWHM}_{1{-}3}\) (Hz).નોંધ કરો કે જ્યારે ઓછી PTE નોંધાયેલ હતી ત્યારે બેન્ડવિડ્થ માપન છોડવામાં આવ્યું હતું, એટલે કે AX2 સ્લોપના કિસ્સામાં \(\text {FWHM}_{1}\).ઢોળાવના વિચલનની સરખામણી કરવા માટે \(f_2\) મોડ સૌથી યોગ્ય હોવાનું જણાયું હતું, કારણ કે તે પાવર ટ્રાન્સફર કાર્યક્ષમતા (\(\text {PTE}_{2}\)) નું ઉચ્ચતમ સ્તર દર્શાવે છે, 99% સુધી.
પ્રથમ મોડલ પ્રદેશ: \(f_1\) દાખલ કરેલ માધ્યમના પ્રકાર પર વધુ આધાર રાખતો નથી, પરંતુ ઢાળની ભૂમિતિ પર આધાર રાખે છે.\(f_1\) ઘટતી બેવલ લંબાઈ સાથે ઘટે છે (AX1-3 માટે હવામાં અનુક્રમે 27.1, 26.2 અને 25.9 kHz).પ્રાદેશિક સરેરાશ \(\text {PTE}_{1}\) અને \(\text {FWHM}_{1}\) અનુક્રમે \(\approx\) 81% અને 230 Hz છે.\(\text {FWHM}_{1}\) લેન્સેટ (L, 473 Hz) માં સૌથી વધુ જિલેટીન સામગ્રી ધરાવે છે.નોંધ કરો કે \(\text {FWHM}_{1}\) જિલેટીનમાં AX2 નું મૂલ્યાંકન નીચા રેકોર્ડ કરેલ FRF કંપનવિસ્તારને કારણે થઈ શક્યું નથી.
બીજો મોડલ પ્રદેશ: \(f_2\) દાખલ કરેલ મીડિયાના પ્રકાર અને બેવલ પર આધાર રાખે છે.સરેરાશ મૂલ્યો \(f_2\) અનુક્રમે હવા, પાણી અને જિલેટીનમાં 29.1, 27.9 અને 28.5 kHz છે.આ મોડલ પ્રદેશે પણ 99% નું ઉચ્ચ PTE દર્શાવ્યું હતું, જે માપવામાં આવેલા કોઈપણ જૂથમાં સૌથી વધુ છે, જેની પ્રાદેશિક સરેરાશ 84% છે.\(\text {FWHM}_{2}\) ની પ્રાદેશિક સરેરાશ \(\અંદાજે\) 910 Hz છે.
ત્રીજો મોડ પ્રદેશ: આવર્તન \(f_3\) મીડિયા પ્રકાર અને બેવલ પર આધાર રાખે છે.હવા, પાણી અને જિલેટીનમાં સરેરાશ \(f_3\) મૂલ્યો અનુક્રમે 32.0, 31.0 અને 31.3 kHz છે.\(\text {PTE}_{3}\) પ્રાદેશિક સરેરાશ \(\અંદાજે\) 74% હતી, જે કોઈપણ પ્રદેશ કરતાં સૌથી ઓછી છે.પ્રાદેશિક સરેરાશ \(\text {FWHM}_{3}\) \(\અંદાજે\) 1085 Hz છે, જે પ્રથમ અને બીજા પ્રદેશો કરતાં વધારે છે.
નીચેના ફિગ ઉલ્લેખ કરે છે.12 અને કોષ્ટક 2. લેન્સેટ (L) એ હવા અને પાણી બંનેમાં સૌથી વધુ (બધી ટિપ્સ માટે ઉચ્ચ મહત્વ સાથે, \(p<\) 0.017) ને વિચલિત કર્યું (ફિગ. 12a), ઉચ્ચતમ DPR (220 µm/ સુધી) હાંસલ કર્યું હવામાં ડબલ્યુ). 12 અને કોષ્ટક 2. લેન્સેટ (L) એ હવા અને પાણી બંનેમાં સૌથી વધુ (બધી ટિપ્સ માટે ઉચ્ચ મહત્વ સાથે, \(p<\) 0.017) ને વિચલિત કર્યું (ફિગ. 12a), ઉચ્ચતમ DPR (220 µm/ સુધી) હાંસલ કર્યું હવામાં ડબલ્યુ). Следующее относится к рисунку 12 и таблице 2. LANцет (L) отклонялся больше всего (с высокой значимостью,<0p0p) 17) как в воздухе, так и в воде (рис. 12а), достигая самого высокого DPR . નીચે આપેલ આકૃતિ 12 અને કોષ્ટક 2 પર લાગુ પડે છે. લેન્સેટ (L) એ હવા અને પાણી બંનેમાં સૌથી વધુ (તમામ ટીપ્સ માટે ઉચ્ચ મહત્વ સાથે, \(p<\) 0.017) ને ડિફ્લેક્ટ કર્યું (ફિગ. 12a), ઉચ્ચતમ DPR હાંસલ કર્યું.(હવામાં 220 μm/W કરો).શ્રીમતી.આકૃતિ 12 અને કોષ્ટક 2 નીચે.柳叶刀(L) 在空气和水中偏转最多(在空气中高达220 µm/W）).柳叶刀(L) હવા અને પાણીમાં સૌથી વધુ વિચલન ધરાવે છે (对所记尖端可以高电影性,\(p<\) 0.017) (图12a), અને સૌથી વધુ DPR (220m/W inµm સુધી) હાંસલ કરે છે. હવા). Ланцет (L) отклонялся больше всего (высокая значимость для всех наконечников, \(p<\) 0,017) માં его DPR (220 мкм/Вт в воздухе). લેન્સેટ (L) એ હવા અને પાણીમાં સૌથી વધુ (બધી ટીપ્સ માટે ઉચ્ચ મહત્વ, \(p<\) 0.017) વિચલિત કર્યું (ફિગ. 12a), ઉચ્ચતમ DPR (હવામાં 220 µm/W સુધી) સુધી પહોંચ્યું. હવામાં, AX1 જેનું BL ઊંચું હતું, એ AX2–3 (મહત્વ સાથે, \(p<\) 0.017 કરતાં ઊંચું વળ્યું હતું), જ્યારે AX3 (જેમાં સૌથી ઓછું BL હતું) એ 190 µm/W ના DPR સાથે AX2 કરતાં વધુ વિચલિત થયું હતું. હવામાં, AX1 જેનું BL ઊંચું હતું, એ AX2–3 (મહત્વ સાથે, \(p<\) 0.017 કરતાં ઊંચું વળ્યું હતું), જ્યારે AX3 (જેમાં સૌથી ઓછું BL હતું) એ 190 µm/W ના DPR સાથે AX2 કરતાં વધુ વિચલિત થયું હતું. 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. હવામાં, ઉચ્ચ BL સાથે AX1 એ AX2–3 (મહત્વ સાથે \(p<\) 0.017 કરતાં વધુ ઊંચું વળેલું છે, જ્યારે AX3 (સૌથી ઓછા BL સાથે) DPR 190 µm/W સાથે AX2 કરતાં વધુ વિચલિત થયું છે.在空气中，具有更高BL 的 AX1 比AX2-3大于AX2，DPR 为190 µm/W . હવામાં, ઉચ્ચ BL સાથે AX1 નું વિચલન AX2-3 કરતા વધારે છે (નોંધપાત્ર રીતે, \(p<\) 0.017), અને AX3 (સૌથી ઓછા BL સાથે) નું વિચલન AX2 કરતા વધારે છે, DPR 190 છે. µm/W. В воздухе AX1 с более высоким BL отклоняется больше, чем AX2-3 (значимо, \(p<\) 0,017), тогда как AX3 (с самлоняется с самлымолься) е, чем AX2 с DPR 190 мкм/Вт. હવામાં, ઉચ્ચ BL સાથે AX1 AX2-3 (નોંધપાત્ર, \(p<\) 0.017 કરતાં વધુ વિચલિત કરે છે, જ્યારે AX3 (સૌથી ઓછા BL સાથે) DPR 190 µm/W સાથે AX2 કરતાં વધુ વિચલિત કરે છે.20 મીમી પાણી પર, ડિફ્લેક્શન અને PTE AX1–3 નોંધપાત્ર રીતે અલગ ન હતા (\(p>\) 0.017).પાણીમાં PTE નું સ્તર (90.2–98.4%) સામાન્ય રીતે હવા (56–77.5%) (ફિગ. 12c) કરતા વધારે હતું અને પાણીમાં પ્રયોગ દરમિયાન પોલાણની ઘટના નોંધવામાં આવી હતી (ફિગ. 13, વધારાના પણ જુઓ માહિતી).
હવા અને પાણીમાં બેવલ L અને AX1-3 (ઊંડાઈ 20 mm) માટે માપવામાં આવેલ ટીપ ડિફ્લેક્શનની માત્રા (મીન ± SD, n = 5) બેવલ ભૂમિતિ બદલવાની અસર દર્શાવે છે.માપ સતત સિંગલ ફ્રીક્વન્સી સિનુસોઇડલ ઉત્તેજનાનો ઉપયોગ કરીને મેળવવામાં આવ્યા હતા.(a) ટોચથી પીક વિચલન (\(u_y\vec {j}\)), ટોચ પર, (b) તેમની સંબંધિત મોડલ ફ્રીક્વન્સી \(f_2\) પર માપવામાં આવે છે.(c) સમીકરણની પાવર ટ્રાન્સફર કાર્યક્ષમતા (PTE, RMS, %)(4) અને (d) ડિફ્લેક્શન પાવર ફેક્ટર (DPR, µm/W) ની ગણતરી પીક-ટુ-પીક અને ટ્રાન્સમિટેડ વિદ્યુત શક્તિ \(P_T\) (Wrms) તરીકે કરવામાં આવે છે.
એક સામાન્ય હાઇ-સ્પીડ કેમેરા શેડો પ્લોટ જે અડધા ચક્રમાં પાણીમાં (20 મીમી ઊંડાઈ) લેન્સેટ (L) અને અક્ષીય સપ્રમાણ ટિપ (AX1–3) નું પીક-ટુ-પીક વિચલન (લીલી અને લાલ ડોટેડ રેખાઓ) દર્શાવે છે.ચક્ર, ઉત્તેજના આવર્તન \(f_2\) પર (સેમ્પલિંગ આવર્તન 310 kHz).કેપ્ચર કરેલ ગ્રેસ્કેલ ઇમેજ 128×128 પિક્સેલનું કદ અને \(\અંદાજે\) 5 µm નું પિક્સેલ કદ ધરાવે છે.વિડિઓ વધારાની માહિતીમાં મળી શકે છે.
આમ, અમે બેન્ડિંગ તરંગલંબાઇ (ફિગ. 7) માં ફેરફારનું મોડેલિંગ કર્યું અને ભૌમિતિક આકારોના પરંપરાગત લેન્સેટ, અસમપ્રમાણ અને અક્ષીય ચેમ્ફર માટે પાઇપ લંબાઈ અને ચેમ્ફર (ફિગ. 8, 9) ના સંયોજનો માટે સ્થાનાંતરિત યાંત્રિક ગતિશીલતાની ગણતરી કરી.બાદમાંના આધારે, અમે ફિગ. 5 માં બતાવ્યા પ્રમાણે, 43 mm (અથવા \(\અંદાજે) 2.75\(\lambda _y\) 29.75 kHz પર) ની ટોચથી વેલ્ડ સુધીના શ્રેષ્ઠ અંતરનો અંદાજ લગાવ્યો, અને ત્રણ અક્ષીય સપ્રમાણ બનાવ્યા. વિવિધ બેવલ લંબાઈ સાથે બેવલ્સ.ત્યારબાદ અમે પરંપરાગત લેન્સેટ (આંકડા 10, 11) ની તુલનામાં હવા, પાણી અને 10% (w/v) બેલિસ્ટિક જિલેટીનમાં તેમની આવર્તન વર્તણૂક દર્શાવી અને બેવલ ડિફ્લેક્શન સરખામણી માટે સૌથી યોગ્ય મોડ નક્કી કર્યો.અંતે, અમે 20 mm ની ઊંડાઈએ હવા અને પાણીમાં તરંગને વળાંક આપીને ટીપ ડિફ્લેક્શનને માપ્યું અને દરેક બેવલ માટે નિવેશ માધ્યમના પાવર ટ્રાન્સફર કાર્યક્ષમતા (PTE, %) અને ડિફ્લેક્શન પાવર ફેક્ટર (DPR, µm/W) નું પ્રમાણ નક્કી કર્યું.કોણીય પ્રકાર (ફિગ. 12).
નીડલ બેવલ ભૂમિતિ સોયની ટોચની વિચલનની માત્રાને અસર કરતી દર્શાવવામાં આવી છે.લેન્સેટે નીચા એવરેજ ડિફ્લેક્શન (ફિગ. 12) સાથે અક્ષીય સપ્રમાણ બેવલની તુલનામાં સૌથી વધુ ડિફ્લેક્શન અને સૌથી વધુ DPR હાંસલ કર્યું છે.સૌથી લાંબી બેવલ સાથેના 4 મીમી અક્ષીય બેવલ (AX1) એ અન્ય અક્ષીય સપ્રમાણ સોય (AX2–3) (\(p <0.017\), કોષ્ટક 2) ની તુલનામાં હવામાં આંકડાકીય રીતે નોંધપાત્ર મહત્તમ વિક્ષેપ હાંસલ કર્યો, પરંતુ તેમાં કોઈ નોંધપાત્ર તફાવત નહોતો. .જ્યારે સોય પાણીમાં મૂકવામાં આવે છે ત્યારે અવલોકન કરવામાં આવે છે.આમ, ટોચ પર પીક ડિફ્લેક્શનના સંદર્ભમાં લાંબી બેવલ લંબાઈ હોવાનો કોઈ સ્પષ્ટ ફાયદો નથી.આને ધ્યાનમાં રાખીને, એવું જણાય છે કે આ અભ્યાસમાં અભ્યાસ કરાયેલ બેવલ ભૂમિતિ બેવલની લંબાઈ કરતાં વિચલન પર વધુ અસર કરે છે.આ વળાંકની જડતાને કારણે હોઈ શકે છે, ઉદાહરણ તરીકે, વાંકાવાળી સામગ્રીની એકંદર જાડાઈ અને સોયની ડિઝાઇન પર આધારિત છે.
પ્રાયોગિક અભ્યાસોમાં, પ્રતિબિંબિત ફ્લેક્સરલ તરંગની તીવ્રતા ટોચની સીમાની સ્થિતિથી પ્રભાવિત થાય છે.જ્યારે સોયની ટોચને પાણી અને જિલેટીનમાં દાખલ કરવામાં આવે છે, ત્યારે \(\text {PTE}_{2}\) \(\અંદાજે\) 95% હોય છે, અને \(\text {PTE}_{ 2}\) \(\text {PTE}_{ 2}\) હોય છે. (\text {PTE}_{ 2}\) મૂલ્યો (\text {PTE}_{1}\) અને \(\text {PTE}_{3}\), માટે 73% અને 77% છે. અનુક્રમે (ફિગ. 11).આ સૂચવે છે કે કાસ્ટિંગ માધ્યમમાં એકોસ્ટિક ઊર્જાનું મહત્તમ ટ્રાન્સફર, એટલે કે પાણી અથવા જિલેટીન, \(f_2\) પર થાય છે.41-43 kHz આવર્તન શ્રેણીમાં સરળ ઉપકરણ ગોઠવણીનો ઉપયોગ કરીને અગાઉના અભ્યાસ31માં સમાન વર્તન જોવા મળ્યું હતું, જેમાં લેખકોએ એમ્બેડિંગ માધ્યમના યાંત્રિક મોડ્યુલસ પર વોલ્ટેજ પ્રતિબિંબ ગુણાંકની અવલંબન દર્શાવી હતી.ઘૂંસપેંઠની ઊંડાઈ32 અને પેશીઓના યાંત્રિક ગુણધર્મો સોય પર યાંત્રિક ભાર પૂરો પાડે છે અને તેથી UZEFNAB ના પ્રતિધ્વનિ વર્તનને પ્રભાવિત કરે તેવી અપેક્ષા છે.આમ, રેઝોનન્સ ટ્રેકિંગ એલ્ગોરિધમ્સ (દા.ત. 17, 18, 33) નો ઉપયોગ સોય દ્વારા વિતરિત એકોસ્ટિક પાવરને ઑપ્ટિમાઇઝ કરવા માટે કરી શકાય છે.
બેન્ડિંગ તરંગલંબાઇ પર સિમ્યુલેશન (ફિગ. 7) બતાવે છે કે લેન્સેટ અને અસમપ્રમાણ બેવલ કરતાં અક્ષીય સપ્રમાણ ટિપ માળખાકીય રીતે વધુ સખત (એટલે ​​​​કે, બેન્ડિંગમાં વધુ કઠોર) છે.(1)ના આધારે અને જાણીતા વેગ-આવર્તન સંબંધનો ઉપયોગ કરીને, અમે લેન્સેટ, અસમપ્રમાણ અને અક્ષીય વલણવાળા વિમાનો માટે અનુક્રમે \(\ લગભગ\) 200, 20 અને 1500 MPa તરીકે સોયની ટોચ પર બેન્ડિંગ જડતાનો અંદાજ લગાવીએ છીએ.આ અનુક્રમે 29.75 kHz (ફિગ. 7a–c) પર અનુક્રમે 5.3, 1.7 અને 14.2 mm ના \(\lambda_y\) ને અનુરૂપ છે.USeFNAB દરમિયાન ક્લિનિકલ સલામતીને ધ્યાનમાં લેતા, વલણવાળા પ્લેનની માળખાકીય જડતા પર ભૂમિતિની અસરનું મૂલ્યાંકન કરવું જોઈએ34.
ટ્યુબની લંબાઈ (ફિગ. 9) સંબંધિત બેવલ પરિમાણોનો અભ્યાસ દર્શાવે છે કે અક્ષીય બેવલ (1.3 મીમી) કરતા અસમપ્રમાણ બેવલ (1.8 મીમી) માટે શ્રેષ્ઠ ટ્રાન્સમિશન રેન્જ વધારે હતી.વધુમાં, ગતિશીલતા અનુક્રમે 4 થી 4.5 મીમી અને અસમપ્રમાણ અને અક્ષીય ટિલ્ટ માટે 6 થી 7 મીમી સુધી \(\ અંદાજે) પર સ્થિર છે (ફિગ. 9a, b).આ શોધનું પ્રાયોગિક મહત્વ ઉત્પાદન સહિષ્ણુતામાં દર્શાવવામાં આવ્યું છે, ઉદાહરણ તરીકે, શ્રેષ્ઠ TL ની નીચી શ્રેણીનો અર્થ એ થઈ શકે છે કે વધુ લંબાઈની ચોકસાઈ જરૂરી છે.તે જ સમયે, ગતિશીલતા પર નોંધપાત્ર અસર કર્યા વિના, આપેલ આવર્તન પર ડૂબકીની લંબાઈ પસંદ કરવા માટે ગતિશીલ ઉચ્ચપ્રદેશ વધુ સહનશીલતા પ્રદાન કરે છે.
અભ્યાસમાં નીચેની મર્યાદાઓનો સમાવેશ થાય છે.એજ ડિટેક્શન અને હાઇ-સ્પીડ ઇમેજિંગ (આકૃતિ 12) નો ઉપયોગ કરીને સોયના વિચલનનું સીધું માપન એટલે કે આપણે હવા અને પાણી જેવા ઓપ્ટિકલી પારદર્શક માધ્યમો સુધી મર્યાદિત છીએ.અમે એ પણ નિર્દેશ કરવા માંગીએ છીએ કે અમે સિમ્યુલેટેડ ટ્રાન્સફર મોબિલિટી અને તેનાથી વિપરિત ચકાસવા માટે પ્રયોગોનો ઉપયોગ કર્યો નથી, પરંતુ સોય ફેબ્રિકેશન માટે શ્રેષ્ઠ લંબાઈ નક્કી કરવા માટે FEM અભ્યાસોનો ઉપયોગ કર્યો છે.વ્યવહારુ મર્યાદાઓના સંદર્ભમાં, લેન્સેટની છેડાથી સ્લીવ સુધીની લંબાઈ \(\અંદાજે) અન્ય સોય (AX1-3) કરતાં 0.4 સેમી લાંબી છે, ફિગ જુઓ.3 બી.આ સોય ડિઝાઇનના મોડલ પ્રતિભાવને અસર કરી શકે છે.વધુમાં, વેવગાઈડ પિનના અંતે સોલ્ડરનો આકાર અને વોલ્યુમ (આકૃતિ 3 જુઓ) પિન ડિઝાઇનના યાંત્રિક અવબાધને અસર કરી શકે છે, યાંત્રિક અવબાધ અને બેન્ડિંગ વર્તનમાં ભૂલો રજૂ કરે છે.
છેલ્લે, અમે દર્શાવ્યું છે કે પ્રાયોગિક બેવલ ભૂમિતિ USeFNAB માં વિચલનની માત્રાને અસર કરે છે.જો મોટા વિચલનથી પેશી પરની સોયની અસર પર સકારાત્મક અસર થાય છે, જેમ કે વેધન પછી કાપવાની કાર્યક્ષમતા, તો પછી USeFNAB માં પરંપરાગત લેન્સેટની ભલામણ કરી શકાય છે કારણ કે તે માળખાકીય ટોચની પર્યાપ્ત જડતા જાળવી રાખીને મહત્તમ વિચલન પ્રદાન કરે છે..તદુપરાંત, તાજેતરના અભ્યાસ35એ દર્શાવ્યું છે કે વધુ ટીપ ડિફ્લેક્શન જૈવિક અસરોને વધારી શકે છે જેમ કે પોલાણ, જે ન્યૂનતમ આક્રમક સર્જિકલ એપ્લિકેશનના વિકાસને સરળ બનાવી શકે છે.USeFNAB13 માં બાયોપ્સીની સંખ્યામાં વધારો કરવા માટે કુલ એકોસ્ટિક પાવરમાં વધારો દર્શાવવામાં આવ્યો છે તે જોતાં, અભ્યાસ કરેલ સોય ભૂમિતિના વિગતવાર ક્લિનિકલ લાભોનું મૂલ્યાંકન કરવા માટે નમૂનાના જથ્થા અને ગુણવત્તાના વધુ માત્રાત્મક અભ્યાસની જરૂર છે.