Loading...

An Investigation of Nonlinear Ultrasound Propagation in Soft-tissues and Transferred Energy

Omidvar Pashesar, Amir Hossein | 2018

2585 Viewed
  1. Type of Document: M.Sc. Thesis
  2. Language: Farsi
  3. Document No: 50996 (08)
  4. University: Sharif University of Technology
  5. Department: Mechanical Engineering
  6. Advisor(s): Ahmadian, Mohammad Taghi
  7. Abstract:
  8. In clinical applications of high intensity focused ultrasound, high amplitude acoustic waves are used to heat and ablate tumors and kidney stones. The high amplitude of ultrasonic waves leads to nonlinear effects within the acoustic filed. Heating stems from the acoustic power absorbed by tissues. The more the acoustic power is absorbed, the more the tissue temperature increases. On the other hand, more absorption means less penetration. Since the wave frequency is one of the important factors in power absorption, a compromise should be reached between the transferred energy and desired penetration depth. In this thesis, first, a problem with common HIFU-therapy conditions is simulated; then, using its outputs, the effects of frequency—at different geometrical focal distances between 8 to 16 cm—on different parameters like the actual focal spot, the maximum peak pressure, the acoustic intensity, the absorbed power, and temperature distribution are investigated. By defining nine optimization functions, the most appropriate frequency value or range is reached to satisfy therapy conditions. For example, at the geometrical focus distance of 8 cm, the mentioned frequency related to the functions of peak pressure, total acoustic power, and thermal dose is derived 3.5, 0.5, and 2.25 MHz. By normalizing these frequency-dependent functions and transferring the curves into one single figure an optimized range can be reached. Using this method, by applying three assumed therapy conditions related to peak pressure, accuracy, and non-target damage the range of 2-2.5 MHz is reached for lithotripsy frequency
  9. Keywords:
  10. Optimization ; Acoustics ; High Intensity Focused Ultrasound (HIFU)Method ; High Amplitude Ultrasound ; Nonlinear Acoustic Waves ; Frequency Effect

 Digital Object List

 Bookmark

  • تقدیم به:
  • تشكر و قدرداني
  • چکیده
  • فهرست مطالب
  • فهرست جدول‌ها
  • فهرست شکل‌ها
  • فهرست علائم
  • فصل 1 معرفی پژوهش
    • 1-1 مقدمه
    • 2-1 هایفو چیست؟
  • فصل1
    • 1-1
    • 1-2
      • 1-2-1 مکانیزم‌های دخیل در هایفو
  • فصل2
  • فصل3
    • 3-1 تعریف و اهداف پژوهش
  • فصل4
    • 4-1 ساختار پژوهش
  • فصل 2 مبانی نظری و پیشینه پژوهش
    • 1-2 مقدمه
    • 2-2 مفاهیم پایه
      • 2-2-1 تاریخچه اولتراسوند
      • 2-2-2 چگونگی تشکیل امواج صوتی
      • 2-2-3 حرکت موج
      • 2-2-4 مشخصات امواج
      • 2-2-5 برهم‌کنش امواج آکوستیکی با ماده
      • 2-2-5-1 بازتاب و انکسار
      • 2-2-5-3 پراکندگی
      • 2-2-5-4 پاشش (پاشندگی)
      • 2-2-6 بافت نرم
      • 2-2-7 معادله خطی موج
      • 2-2-8 انرژی (توان) و شدت صوت
      • 2-2-9 میرایی
      • 2-2-9-1 جذب ویسکوز
      • 2-2-9-2 جذب تخفیف31F مولکولی
      • 2-2-10 معادله غیرخطی موج
      • 2-2-10-1 معادله برگرز35F
      • 2-2-10-2 معادله KZK
      • 2-2-10-3 معادله وسترولت40F
      • 2-2-11 معادلات گرمایی
      • 2-2-12 مواجهه بافت نرم با گرما
    • 3-2 پیشینه پژوهش
      • 2-3-1 تاریخچه هایفو
      • 2-3-2 اثر غیرخطی
      • 2-3-3 محدودیت‌های هایفو
      • 2-3-3-1 پنجر‌ه‌های آکوستیکی
      • 2-3-3-2 عکس‌برداری همزمان
      • 2-3-3-3 برنامه‌ریزی درمان
      • 2-3-3-4 کالیبراسیون50F و بهینه‌سازی
      • 2-3-4 اثر فرکانس بر پارامتر‌های میدان
    • 4-2 نتیجه‌گیری و نوآوری‌های پژوهش پیش‌رو
  • فصل 3 روش پژوهش
    • 1-3 مقدمه
    • 2-3 حل معادلات آکوستیکی و حرارتی
      • 3-2-1 میدان اولتراسوند
      • 3-2-2 میدان دمایی
    • 3-3 شبیه‌سازی مسئله
      • 3-3-1 هندسه
      • 3-3-2 شرایط مرزی
      • 3-3-3 مشخصات آکوستیکی و حرارتی
    • 4-3 خروجی‌های حل میدان
  • فصل 4 تجزیه و تحلیل یافته‏ها
    • 1-4 مقدمه
    • 2-4 تحلیل نتایج مرتبط با فشار آکوستیکی
      • 4-2-1 فشار بیشینه
      • 4-2-2 اختلاف نقطه کانونی هندسی و واقعی
      • 4-2-3 پیش‌بینی فشار
      • 4-2-4 ناحیه 6- دسی‌بل
    • 3-4 تحلیل نتایج مرتبط با شدت آکوستیکی
      • 4-3-1 شدت بیشینه
      • 4-3-2 اختلاف نقطه کانونی هندسی و واقعی
      • 4-3-3 توان کل در سطح مقطع پرتو
    • 4-4 تحلیل نتایج مرتبط با گرمادهی آکوستیکی
      • 4-4-1 چگالی توان بیشینه
      • 4-4-2 اختلاف نقطه کانونی هندسی و واقعی
      • 4-4-3 توان کل در سطح مقطع پرتو در واحد عمق نفوذ
      • 4-4-4 دوز گرمایی
      • 4-4-5 دمای بیشینه
  • فصل 5 نتیجه‌گیری و پیشنهاد‌ها
    • 1-5 نتیجه‌گیری
    • 2-5 پیشنهاد پژوهشی برای تحقیقات آینده
  • منابع و ماخذ
  • پیوست‌ها
...see more