Localizing the focus of a converging ultrasonic beam using finite amplitude effects

Abstract

ÖZET YAKINSAYAN BÎR SESÖTESİ DEMET ODA?ININ SONLU GENLİK ETKİLERİ KULLANILARAK BELİRLENMESİ ÖZYAR, M. Serhat Yüksek Lisans Tezi, Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü Tez Yöneticisi: Doç. Dr. Hayrettin KÖYMEN Eylül 1988, 124 + xiv Sayfa Enerjinin yoğunlaştırıldığı bölgelerdeki sıcaklık dağılımının belirlenmesi, hala tüm hipertermi (aşırı ısıtma) sistemlerindeki temel problemdir. Bu çalışmada, sesötesi hipertermi tedavisindeki termometri sorununun çözümü için yeni bir yaklaşım geliştirilmiştir. Metod, `sonlu genlik` olgusunu kullanarak odaktaki basınç şiddeti için kabul edilebilir bir tahmin sunmaktadır. Parametrik odaklayıcı bir kaynağın yarattığı fark-frekans sinyali odak ötesi bölgede ölçülmüştür. Daha önceden geliştirilmiş bir analitik formulasyon, fark-frekans yayılımının belirlenerek, odak oylumundaki birincil dalga şiddetinin tahmin edilmesini sağlamak için uyarlanmıştır. Odak oylumu geometrisinin tahmini için gerekli uçuş-zamam ölçümleri kaydedilmiştir. -iv-Uygulanan güce karşılık kaba, tek değişkenli bir tahmin odak alanı şiddet değişimi için elde edilmiştir. Sonuçlar analitik olarak öngörülen değerlerle karşılaştırmalı olarak tartışı Imıştır. Homojen olmayan bir ortam için deneyler yumuşak insan dokusuna benzer agar hücreleri kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Homojen olmayan ortam için `in vitro` sıcaklık ölçümleri yapılmış ve uygulanan güce karşılık göreli sıcaklık yükselmesi kaydedilmiştir. Anahtar Sözcükler: Sesötesi Hipertermi, Odaklayıcı Kaynaklar, Sonlu Genlik Akustiği. -v-

ABSTRACT LOCALIZING THE FOCUS OF A CONVERGING ULTRASONIC BEAM USING FINITE AMPLITUDE EFFECTS ÖZYAR, M. Serhat M.Sc. in Electrical and Electronics Engineering Supervisor: Assoc. Prof. Dr. Hayrettin KÖYMEN September 1988, 124 + xiv Pages Determination of the temperature distribution in the region where the energy is localized is still the fundamental problem in all types of hyperthermia systems. In this thesis, an alternative approach for treatment of thermometry problem in ultrasound hyperthermia is presented. The method offers a reliable estimate for focal pressure field intensity by making use of the `finite amplitude` phenomena. Difference- frequency wavefield created by a parametric focussing source is measured noninvasively in the postfocal region. A previously developed analytical formulation is adopted in order to provide an estimate on primary field strength in the focal volume, knowing the difference-frequency radiation. Necessary time-of-f 1 ight measurements are recorded to present a geometry estimate of the focal volume. -i i-A crude, s ingle- parameter estimate on focal field strength variation with respect to applied power is obtained. These results are discussed in comparison with analytical predictions. Experiments for an inhomogeneous medium are performed on human soft tissue-like agar gel. In vitro temperature measurements are provided for the inhomogeneous medium, and relative temperature rise is recorded against applied power. Key Words: Ultrasound Hyperthermia, Focussing Radiators, Finite Amplitude Acoustics. -m-