بررسی اثر عرض کرف روی شدت تمرکز و هدایت امواج آکوستیک در مبدل¬های آرایه‏ای اولتراسوند فرکانس بالا

Abstract

مبدل¬های اولتراسوند فرکانس بالا برای تصویربرداری پزشکی با وضوح بالا، تجزیه و تحلیل بالینی و ارزیابی¬های غیرمخرب به کار می‏روند. بخلاف مبدل¬های هندسی، این مبدل¬ها آرایه‏ای از چندین عنصر پیزوالکتریک هستند که به صورت خطی یا صفحه‏ای چیده می‏شوند تا بتوانند با دریافت سیگنال‏های تحریک با فازهای مختلف، امواج متمرکز با شدت بالا را ایجاد نمایند. چیدمان عناصر پیزوالکتریک در کنار هم، الزاما نیازمند یک فاصله آزاد بنام کرف می¬باشد. عدم اعمال این فاصله، می¬تواند منجر به تداخل نامطلوب امواج و افزایش اثرات جانبی شود که کاهش عملکرد مبدل را به دنبال دارد. لذا طراحی و ساخت مبدل‏هایی با عرض کرف مناسب، در فرکانس‏های بالاتر از 100 مگاهرتز چالش برانگیز می‏باشد. در این پژوهش، امواج حاصل از یک مبدل اولتراسوند با آرایه‏ای خطی از پیزوالکتریک‏ها شبیه‏سازی و اثرات عرض کرف بر عملکرد آن‏ها بررسی شده است. برای این منظور، از نرم‏افزار شبیه‏ساز چند فیزیکی کامسول بهره گرفته شده است. نتایج نشان می‏دهد عرض کرف، اثر مهمی بر شدت امواج حاصل از مبدل آرایه‏ای اولتراسوند دارد، به طوری‏که برای یک مبدل با 32 عنصر پیزوالکتریک و گام چینش 5/7 میکرومتر که در ولتاژ پایه 1 ولت و فرکانس 100 مگاهرتز عمل می‏کند، به ازای هر کاهش نیم میکرومتری در عرض کرف، حدود 6 کیلوپاسکال به فشار آکوستیک مطلق در نقاط کانونی افزوده می‏شود. این در حالی است که محل نقاط کانونی امواج همواره در فاصله 450 میکرومتری است و تغییر قابل ملاحظه¬ای را نشان نمی¬دهند