[논문]10 MHz용 압전 HIFU 트랜스듀서의 음향 및 온도 특성에 대한 유한요소해석

김종호; 홍일곡; 신호용; 안효준; 임종인

doi:10.6111/jkcgct.2023.33.3.116

10 MHz용 압전 HIFU 트랜스듀서의 음향 및 온도 특성에 대한 유한요소해석
Finite element analysis for acoustic and temperature characteristics of a piezoelectric HIFU transducer at 10 MHz 원문보기

한국결정성장학회지 = Journal of the Korean crystal growth and crystal technology, v.33 no.3, 2023년, pp.116 - 123

김종호 (한국세라믹기술원 디지털소재혁신센터) , 홍일곡 (한양대학교 에너지공학과) , 신호용 (한국세라믹기술원 디지털소재혁신센터) , 안효준 (경상대학교 나노신소재공학과) , 임종인 (한국세라믹기술원 디지털소재혁신센터)

초록
AI-Helper

압전 HIFU 트랜스듀서는 바이오 의료분야에 적용되고 있는 새로운 기술로 발생한 초음파 에너지를 열로 변환하여 사용하는 디바이스이다. 최근 HIFU 디바이스는 7 MHz 이상의 고 작동 주파수를 갖는 디바이스를 개발하는 추세이다. 본 논문에서는 유한요소법을 이용해 10MHz 작동주파수를 갖는 HIFU 트랜스듀서에 의해 발생된 tissue에서의 음압 및 온도분포를 계산하고, 압력의 focusing 특성 등을 분석하였다. HIFU의 형상변수로는 압전소재 두께, 렌즈 형상, 물 높이, 필름의 두께 등을 고려하였다. 그 결과, 디바이스의 발생 음압은 렌즈의 H_L/R_L 비가 증가함에 따라 증가하다 일정한 값에 도달하는 경향을 보이고 있다. 그러나 디바이스의 focusing 면적은 렌즈의 H_L/R_L 비가 증가함에 급격하게 감소하는 특성을 보이고 있다. 최적 형상을 갖는 HIFU 디바이스의 경우, 최대 음압 및 온도는 각각 19 MPa 및 65도 정도로 분석되었다. 또한 축방향 및 이와 수직한 방향에서 -3 d B 초점 거리는 각각 2.3 mm 및 0.23 mm 정도인 것으로 나타났다

Abstract ▼ AI-Helper

A high intensity focuses ultrasound (HIFU) is one of the emerging technologies in the biomedical field. The piezoelectric HIFU transducer is a device that utilizes the thermal energy generated by high ultrasound energy. Recently an operating frequency of the HIFU transducer is to expand above a 7 MHz. In this study, the acoustic pressures and temperature distributions in the tissue that generated by the HIFU transducer at 10 MHz were calculated with the finite element method. In addition, the pressure focusing characteristics of the device were analyzed. The geometrical variables are the piezomaterial thickness, lens shape, water height, and film thickness. The results shown that the acoustic pressure increased and saturated gradually when the height/radius (HL/RL) ratio of the lens increased. Moreover, the focal area was gradually decreases with HL/RL ratio of the lens. In case of the optimized HIFU transducer, the maximum pressure and temperature were analyzed about 19 MPa and 65℃ respectively. And the -3 dB focused distances in the axial and lateral direction are around 2.3 mm and 0.23 mm respectively.

주제어

표/그림 (13)

그림 Fig. 1. (a) Cross-section and (b) FEM model of the HIFU transducer.
그림 Fig. 2. Simulation flow chart for the HIFU transducer.
표 Table 1 Geometrical parameters of the HIFU transducer
표 Table 2 Physical properties of the constitutional materials for the HIFU transducer
그림 Fig. 3. Focusing image of the HIFU transducer in the tissue area.
그림 Fig. 4. Simulated results of the acoustic pressure with the H_L/ R_L ratio of the HIFU transducer.
그림 Fig. 5. Simulated results of the focal area with the H_L/R_L ratio of the HIFU transducer: (a) -3 dB area, (b) -6 dB area.
표 Table 3 Simulated results of the acoustic pressure and temperature according to film thickness of the HIFU transducer
그림 Fig. 6. Simulated results of temperature distribution in the tis-sue with the HIFU transducer film thickness of 0.2 mm.
그림 Fig. 7. Simulated results of the acoustic pressure in the axial direction for the optimized HIFU transducer.
그림 Fig. 8. Simulated results of the sound pressure level in the axial direction for the optimized HIFU transducer.
그림 Fig. 9. Simulated results of the sound pressure level in the lat-eral direction for the optimized HIFU transducer.
그림 Fig. 10. Temperature variation according to time at focal point and 0.5 mm offset.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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