Finite-Element Analysis of the Acoustic Design Parameters for Medical Ultrasonic Probes
No Thumbnail Available
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Helsinki University of Technology |
Diplomityö
Ask about the availability of the thesis by sending email to the Aalto University Learning Centre oppimiskeskus@aalto.fi
Authors
Date
2001
Major/Subject
Materiaalifysiikka
Mcode
Tfy-44
Degree programme
Language
en
Pages
84
Series
Abstract
Lääketieteellinen ultraäänikuvantaminen perustuu kudosrajapinnoilta heijastuneiden ääniaaltojen vastaanottamiseen. Sitä käytetään erityisesti pehmeiden kudosten visualisointiin, sillä tutkittavan kohteen akustinen impedanssi ei saa olla liian pieni, kuten ilman, eikä liian suuri, kuten luun. Esimerkiksi ilman täyttämien keuhkojen tai luun ympäröimien aivojen kuvantaminen ultraäänellä on mahdotonta. Kohtuullisten kustannustensa, vaivattomuutensa ja turvallisuutensa ansiosta ultraäänikuvantaminen on vakiinnuttanut asemansa useilla lääketieteen aloilla, tunnetuimpana sovelluskenttänä sikiötutkimukset. Samaa ultraäänianturia käytetään sekä ääniaaltojen lähettämiseen että vastaanottamiseen. Anturin aktiivinen elementti on pietsosähköinen kide tai keraami, joka saadaan värähtelemään ja synnyttämään ääniaaltoja kytkemällä sen yli oskilloiva jännite. Aaltojen vastaanotossa ääniaallot rasittavat anturia mekaanisesti, mikä saa aikaan sähkökentän pietsosähköisessä elementissä. Anturin tehtävänä on muuntaa sähköistä energiaa mekaaniseksi energiaksi ja päinvastoin. Tämä diplomityö tehtiin Thomson Microsonicsilla Sophia Antipoliksessa Ranskassa. Työn tavoitteena oli parantaa anturien valmistusmenetelmien ja materiaalien tuntemusta. Eri suunnitteluparametrien vaikutuksia tutkittiin tekemällä systemaattisia FEM-simulaatioita ja vertailemalla simulaatiotuloksia vastaaviin mittaustuloksiin. FEM-menetelmä osoittautui verrattomaksi ultraäänianturien simulointityökaluksi. Sen avulla anturien rakenne voidaan optimoida ja materiaalit evaluoida ilman aikaa vieviä mittauksia. Simulaatioiden avulla saatiin käyttökelpoista tietoa suunnitteluparametrien vaikutuksista. Tutkimuksen pohjalta anturien valmistustekniikkaa ja mallinnusvälineitä voidaan parantaa.Description
Supervisor
Salomaa, Martti M.Keywords
ultrasonic probes, ultraäänianturit, medical imaging, lääketieteellinen kuvantaminen, piezoelectricity, pietsosähköisyys, the Mason model, Masonin malli, FEM, FEM