00 CAMPUS ARISTÓTELES CALAZANS SIMÕES (CAMPUS A. C. SIMÕES) IF - INSTITUTO DE FÍSICA Dissertações e Teses defendidas na UFAL - IF
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Tipo: Dissertação
Título: Estudo paramétrico das propriedades mecânicas de lentes acústicas do tipo core-shell para geração de feixes superfocalizados
Título(s) alternativo(s): Parametric study of the mechanical properties of core-shell type acoustic lenses for superfocused beams generation
Autor(es): Cardoso, Gutemberg da Silva
Primeiro Orientador: Andrade, José Henrique Araújo Lopes de
metadata.dc.contributor.advisor-co1: Leão Neto, José Pereira
metadata.dc.contributor.referee1: Silva, Glauber José Ferreira Tomaz da
metadata.dc.contributor.referee2: Pavan, Theo Zeferino
Resumo: O ultrassom é uma modalidade de imagem clínica segura, não invasiva e econômica amplamente utilizada em diagnóstico médico e ensaios não-destrutivos. Porém, apesar de todos os avanços atuais, devido a sua natureza clássica, a resolução lateral de sistemas de imagem por ultrassom é limitada a um comprimento de onda do feixe incidente. Essa limitação é conhecida como limite de difração. Feixes superfocalizados gerados por lentes em forma de esfera têm chamado a atenção devido à sua simplicidade e eficácia na produção de imagens de alta resolução e na tarefa de vencer o limite de difração. Esses feixes são gerados no lado de sombra da lente após o espalhamento de um campo de ultrassom incidente. Devido à dependência desses feixes com os parâmetros mecãnicos das lentes, um estudo detalhado das propriedades da lente é necessário para otimizar os sistemas e aplicações em imageamento de alta resolução. Assim, a presente dissertação visa o estudo paramétrico das propriedades mecânicas de lentes acústicas do tipo core-shell por meio de simulações numéricas. Para a realização de tal estudo, utilizamos o Método de Elementos Finitos (MEF) por meio do software comercial COMSOL Multiphysics. Todas as simulações foram realizadas com a lente submersa em um fluido ideal e irradiada por uma onda plana com frequência de 1MHz e comprimento de onda λ = 1,49 mm, onde variamos as propriedades mecânicas e as dimensões da lente core-shell. Nossas simulações utilizaram os módulos Pressure Acoustics, Frequency Domain e Solid Mechanics, onde em seguida foram calculados os parâmetros característicos dos feixes superfocalizados gerados. Nossos resultados mostraram que os parâmetros de feixes gerados com uma casca de Rexolite e núcleos de fluidos são mais sensíveis em comparação com núcleos metálicos, de forma que os primeiros possuem maior versatilidade em termos de aplicações em sistemas de alta resolução. Variando o raio do núcleo e a espessura da casca obtivemos variações expressivas dos parâmetros dos feixes. Este estudo pode ser uma ferramenta útil para projetar novos transdutores de elemento único para aplicações em sistemas de imagem de alta resolução.
Abstract: Ultrasound is a safe, non-invasive, and cost-effective clinical imaging modality widely used in medical diagnostics and non-destructive testing. However, despite all current advances, due to its classical nature, the lateral resolution of ultrasound imaging systems is limited to one wavelength of the incident beam. This limitation is known as the diffraction limit. Superfocused beams generated by sphere-shaped lenses have attracted attention due to their simplicity and effectiveness in producing high resolution images and in the task of overcoming the diffraction limit. These beams are generated on the shadow side of the lens after scattering an incidente ultrasound field. Due to the dependence of these beams on the mechanical parameters of the lens, a detailed study of the lens properties is necessary to optimize high resolution imaging systems and applications. Thus, the present dissertation aims at the parametric study of the mechanical properties of core-shell acoustic lenses through numerical simulations. To carry out this study, we used the Finite Element Method (FEM) through the commercial software COMSOL Multiphysics. All simulations were performed with the lens submerged in an ideal fluid and irradiated by a plane wave with a frequency of 1MHz and wavelength λ = 1.49 mm, where we varied the mechanical properties and dimensions of the lens core-shell. Our simulations used the modules Pressure Acoustics, Frequency Domain and Solid Mechanics, where the characteristic parameters of the generated superfocused beams were then calculated. Our results showed that the parameters of beams generated with a Rexolite shell and fluid cores are more sensitive compared to metallic cores, so that the former have greater versatility in terms of applications in high resolution systems. By varying the core radius and the shell thickness, we obtained expressive variations in the parameters of the beams. This study can be a useful tool for designing new single-element transducers for applications in high-resolution imaging systems.
Palavras-chave: Feixes superfocalizados
COMSOL Multiphysics (Software)
Lentes acústicas
Método dos elementos finitos
Superfocused beams
COMSOL Multiphysics
Acoustic lenses
Finite elemento method
Parametric study
CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::FISICA
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Alagoas
Sigla da Instituição: UFAL
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Física
Citação: CARDOSO, Gutemberg da Silva. Estudo paramétrico das propriedades mecânicas de lentes acústicas do tipo core-shell para geração de feixes superfocalizados. 2022. 91f. Dissertação (Mestrado em Física) – Instituto de Física, Programa de Pós-Graduação Física, Universidade Federal de Alagoas, 2022.
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: http://www.repositorio.ufal.br/jspui/handle/123456789/9638
Data do documento: 25-fev-2022
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