22904

شبيه سازي حركت ميكروذرات در نتيجه نيروي تابش آكوستيك در ميدان آكوستيكي متغير

كارشناسي ارشد

مهندسي پزشكي - بيومكانيك

1399/6/30

دكتر سياوش كاظمي راد

مكانيك

كنترل جبهه موج آكوستيك كابردهاي صنعتي و پزشكي فراواني از قبيل شناسايي غير مخرب، درمان غدد، تصويربرداري و دارورساني دارد. روشهاي متعددي نيز براي كنترل هرچه بهتر امواج آكوستيك از قبيل استفاده از هايفو، فراماده صوتي، لنزهاي آكوستيك و آرايه هاي پيزوالكتريك پيشنهاد گرديده است. در اين بين، يكي از بهترين روشها كه قابليت انعطاف در كنترل جبهه موج را به موازات كارايي بالا دارد آرايه هاي پيزوالكتريك است كه قادر به توليد و كنترل انواع جبهه هاي موج صوتي ميباشد. در اين تصقيق نخست به طراحي و شبيه سازي آرايه فازي اولتراسونيك با مولدهاي صوتي پيزوالكتريك در سيال آبي با هدف متمركز كردن جبهه موج صوتي پرداخته شده است. از ماده زيركونات تيتانات سرب براي آرايه پيزواكتريك و ماده آكريليك به عنوان بافر موج استفاده شده است بطوريكه باعث افزايش كارايي افزاره طراحي شده گرديده است. سپس عوامل موثر در كيفيت جبهه متمركز شده را مورد بررسي قرار داده بطوريكه در تحليل هاي زماني به اين نتيجه رسيده ايم كه هرچه تعداد آرايه ها بيشتر و انصراف عرض پالس گوسي از مقدار بهينه كمتر باشد شاهد موثرترين تمركز موج صوتي خواهيم بود. در مرحله بعد به بررسي فركانسي مسئله تمركز جبهه موج صوتي پرداخته و با بررسي پارامترهاي موثر در طراحي افزاره با فركانس 5/2 مگاهرتز همت گماشته ايم. در آخر با استفاده از نيروي صوتي تابشي ايجاد شده توسط جبهه متمركز اقدام به كنترل ميكروذره پلي استرين شده است. اين نيرو در اثر گراديان فشار صوتي بين نقطه تمركز و ساير نقاط سيال حاصل ميشود. بيشينه جابجايي ذره با قطر 5 مايكرون برابر با 46/0 ميليمتر ميباشد كه با 4 مرحله جابجايي اين مقدار به 84/1 ميليمتر به سمت راست يا چپ ميتواند افزايش يابد. لازم به ذكر است كه جبهه موج تخت (غيرمتمركز) قادر به جابجايي ذرات با قطر بزرگ حدود 50 ميكرون خواهد بود درحالي كه افزاره طراحي شده ميتواند اين قطر را تا 5 ميكرون كاهش دهد كه نويدبخش استفاده از اين تكنيك در داروساني ميباشد.

1399/10/13

Simulation of microparticle motion as a result of acoustic radiation force in a variable acoustic field

9/21/2021 12:00:00 AM

Acoustic wave front control has many industrial and medical applications such as nondestructive, endocrine therapy, imaging and drug delivery. Several methods have been proposed to effective control acoustic waves, such as the use of Hifu, acoustic metamaterials, acoustic lenses and piezoelectric arrays. One of the best methods that have the ability to control the wave front is piezoelectric arrays, they are able to generate and manipulate various types of sound wave fronts. In this research, we first design and simulate an ultrasonic phased array by piezoelectric generators in a water medium for concentrating the sound wave front. At the beginning, the phased array is carefully designed in the time and frequency domain to have the highest accuracy in concentrating the sound wave. Lead titanate zirconate is used for piezoelectric array and acrylic is used as a buffer to increase the efficiency of the designed model. The effect of number of arrays and Gaussian pulse width on focus quality was investigated. The performance of the array is evaluated at different angles such as 15 and 30 degrees (positive and negative). In the next step, we examined the frequency domain and the effective parameters in the design at the frequency of 2.5 MHz. Finally, by using of the radiative acoustic force created by the focused wave, the polystyrene microparticle is manipulated. This force is obtained by the gradient of sound pressure between the focus point and surroundings. It should be noted that the planar wave will be able to move particles with a large diameter of about 50 microns, while the designed model can reduce this diameter to 5 microns, which can be used in drug delivery. The maximum displacement of a particle with a diameter of 5 microns is equal to 0.46 mm, which can be increased to 1.84 mm toward the right or left with 4 displacement steps