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: Transdutores ultrassônicos de Langevin para aplicações médicas
Autor(es): Costa, Mateus Silva
Primeiro Orientador: Andrade, José Henrique Araújo Lopes de
metadata.dc.contributor.referee1: Reyna, Carlos Arturo Burbano
Resumo: Os transdutores de Langevin representam dispositivos de alta eficiência capazes de converter energia elétrica em energia mecânica, especificamente convertendo pulsos elétricos em ondas sonoras de ultrassom de alta intensidade no meio circundante. Sua eficácia comprovada, baixo consumo energético e operação ambientalmente amigável têm impulsionado uma variedade de aplicações em diversas áreas nos últimos anos. Essas aplicações abrangem uma ampla gama de atividades, incluindo estampagem e soldagem de tecidos, processos de corte e perfuração, separação de emulsões água em óleo, limpeza ultrassônica e até mesmo em equipamentos hospitalares. Particularmente, em contextos cirúrgicos, é crucial ressaltar que uma série de equipamentos no mercado busca alcançar a excelência na remoção de tumores e procedimentos relacionados à coluna e crânio. Estes dispositivos são desenvolvidos globalmente por empresas líderes como Misonix, Sonopet, CUSA e ARTIS, que se dedicam à criação de sistemas ultrassônicos altamente eficazes para aplicação comercial. O fenômeno central subjacente a esses dispositivos é a geração, crescimento e implosão controlada de microbolhas de gás imersas em líquidos, comumente referido como cavitação acústica. Além disso, as vibrações resultantes dos transdutores desempenham um papel essencial na realização bem-sucedida de procedimentos cirúrgicos. Apesar da complexidade tecnológica envolvida nesses sistemas, o transdutor permanece como o elemento central responsável pela eficiência desses equipamentos. Neste estudo, conduzimos o design e o desenvolvimento de transdutores e seus componentes por meio de simulações numéricas utilizando o software comercial COMSOL Multiphysics®. Em colaboração com a empresa ARTIS Tecnologia, estamos atualmente engajados na criação de novas ferramentas que otimizam o uso do dispositivo ultrassônico em diversas modalidades de tratamento cirúrgico. Em particular, projetamos duas ponteiras que se integram ao transdutor para aplicação em cirurgias envolvendo a remoção de tumores por meio de corte e raspagem óssea. A caracterização e validação dos transdutores foram realizadas por meio da comparação experimental da curva de impedância elétrica e do deslocamento e tensão mecânica gerada pelo dispositivo. A condução deste estudo é de suma importância para o avanço das tecnologias ultrassônicas destinadas a aplicações na área médica.
Abstract: Langevin transducers represent high-efficiency devices capable of converting electrical energy into mechanical energy, specifically converting electrical pulses into high-intensity ultrasound sound waves in the surrounding medium. Its proven effectiveness, low energy consumption and environmentally friendly operation have driven a variety of applications in diverse areas in recent years. These applications cover a wide range of activities, inclu ding fabric printing and welding, cutting and drilling processes, separation of water-in-oiln emulsions, ultrasonic cleaning and even in hospital equipment. Particularly, in surgical contexts, it is crucial to highlight that a series of equipment on the market seeks to achieve excellence in the removal of tumors and procedures related to the spine and skull. These devices are developed globally by leading companies such as Misonix, Sonopet, CUSA and ARTIS, who are dedicated to creating highly effective ultrasonic systems for commercial application. The central phenomenon underlying these devices is the generation, growth and controlled implosion of gas microbubbles immersed in liquids, commonly referred to as acoustic cavitation. Furthermore, vibrations resulting from transducers play an essential role in the successful performance of surgical procedures. Despite the technolo gical complexity involved in these systems, the transducer remains the central element responsible for the efficiency of this equipment. In this study, we conduct the design and development of transducers and their components through numerical simulations using the commercial software COMSOL Multiphysics®. In collaboration with the company ARTIS Tecnologia, we are currently engaged in the creation of new tools that optimize the use of the ultrasonic device in various surgical treatment modalities. In particular, we designed two tips that integrate with the transducer for application in surgeries involving the removal of tumors through bone cutting and scraping. The characterization and validation of the transducers were carried out through experimental comparison of the electrical impedance curve and the displacement and mechanical tension generated by the device. Conducting this study is extremely important for the advancement of ultrasonic technologies intended for applications in the medical field.
Palavras-chave: Transdutores de Langevin
COMSOL Multiphysics®
Simulações numéricas
Aplicações médicas
Langevin Transducers
Numerical simulations
Medical applications
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: COSTA, Mateus Silva. Transdutores ultrassônicos de Langevin para aplicações médicas. 2025. 74 f. Dissertação (Mestrado em Física) – Programa de Pós-Graduação em Física, Instituto de Física, Universidade Federal de Alagoas, Maceió, 2024.
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
URI: http://www.repositorio.ufal.br/jspui/handle/123456789/15885
Data do documento: 26-jul-2024
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