NGHIÊN cứu, THIẾT kế và mô PHỎNG đầu dò SIÊU âm DÙNG TRONG y học

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ - ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG ĐỒ ÁN CHUYÊN ĐỀ: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ MƠ PHỎNG ĐẦU DỊ SIÊU ÂM DÙNG TRONG Y HỌC Giảng viên hướng dẫn: ThS Phạm Thị Thảo Khương Sinh viên thực hiện: Hồ Văn Dưỡng – K17- 171250523101 Võ Thành Hưng – K17 - 171250523103 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HỘ CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT – ĐHĐN Độc lập – Tự – Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ Và Tên : Hồ Văn Dưỡng MSV: 171520523101 Võ Thành Hưng MSV: 171250523103 Khóa: 2017 Khoa: Điện – Điện Tử Ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Điện - Điện Tử Truyền Thông NHIỆM VỤ ĐỀ TÀI: Nội dụng yêu cầu cần giải nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp: 2 Các vấn đề thiết yếu thời giang khảo sát nghiên cứu đề tài: DANH SÁCH NHỮNG THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CỨ ĐỀ TÀI VÀ ĐƠN VỊ PHỐI HỢP CHÍNH: CÁN BỘ HƯỚNG DẪN ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP Họ Và Tên : ThS Phạm Thị Thảo Khương Học Hàm, Học Vị: Thạc Sỹ Cơ Quan công tác : Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật – Đại Học Đà Nẵng Nội dung Giáo Viên hướng dẫn: Nhóm Sinh Viên Thực Hiện Đề Tài Họ Và Tên : Hồ Văn Dưỡng Võ Thành Hưng Ứng dụng thiết kế mô dựa tảng lập trình mơ XTRANS, Phần Mềm quyền MATLAB SIMULINK (University College of Southeast Norway) PHẦN NHẬN XÉT TÓM TẮT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: Tình thần thái đợ sinh viên q trình làm đề tài tốt nghiêp Đánh giá chất lượng đồ án ( so với nội dung yêu cầu đề nhiệm vụ mặt lý luận, thực tiển tính tốn số liệu… ) Nhận xét, đánh giá chấm điểm cán bộ hướng dẫn Đà Nẵng, Ngày … Tháng … Năm 2020 Giáo Viên Hướng Dẫn (ký ghi rõ họ tên) PHẦN NHẬN XÉT TÓM TẮT CỦA NGƯỜI CHẤM PHẨN BIỆN (HỘI ĐỒNG COI THI): Đánh giá chất lượng đề tài tốt nghiệp mặt thu nhập phân tích số liệu ban đầu, sở lý luận, cách thuyết trình sản phẩm mơ thực tế giá trị đề tài Cho điểm phản biện Đà Nẵng, Ngày … Tháng … Năm 2020 Hội Đồng Thi (ký ghi rõ họ tên) Loading Water - 1.5 1500[14] 1000 Matching Eccosorb 0.003 2500 50 Matching Eccosorb 0.168 4.94 2389 26.45 MF112 Electrodes Sliver(Ag) 27 38 3650 1000 Piezoelectric PZ27 [11] 438 33.35 4324 80 Baking Air - 0.000413 343 1000 Bảng 4.1.1: Thông số, vật liệu môi trường hoạt động đầu dị siêu âm Hình 4.1.2: Điện trở kháng đầu dị siêu âm hoạt động khơng có lớp Backing (Air) Ở hình 4.1.2, thấy mức 4MHz tần số cộng hưởng đầu dò siêu âm, tức mức này, trở kháng mức khoảng từ 18 đến 20 lức đầu dị siêu âm hoạt đợng tốt Ngược lại, anti cộng hưởng tần số mức dao đợng khoảng 4,4MHz trở kháng đầu dị siêu âm mức cao dao đợng khoảng 55 lúc đầu dị siêu âm hoạt đợng Hình 4.1.3: So sánh trở kháng đầu dị siêu âm có khơng có lớp backing So sánh kết mơ hình hai môi trường Esolder Air, thông số cho ta thấy khác biệt rỏ ràng, băng thông hoạt động môi trường Air hạn chế nhỏ, hẹp so với mơi trường hoạt đợng đầu dị Esolder Đợ cợng hưởng có tần số (khoảng 3,9 MHz) Anti cộng hưởng (từ khoảng 4,4Mhz Đến 4,6MHz) thể hình Đối với chế đợ ,độ dày này, rung động định hướng theo hướng phân cực Tần số cộng hưởng phụ thuộc vào đợ dày lớp Backing, đó, có lớp Backing hoạt đợng đầu dị ởn định đưa kết xác mợt mơi trường khơng có lớp Backing 4.1.3 Ảnh hưởng lớp Matching tới đầu dị siêu âm Hình 4.1.4: Thông số, vật liệu mô điện trở kháng đầu dị Xtrans Hình 4.1.5: Sóng mơ đầu dị siêu âm khơng có lớp matching layer Hình 4.1.5 cho thấy ảnh hưởng lớp matching đến điện trở kháng hoạt đợng đầu dị không lớn, ý đến tần số đường điện trở khơng có Matching chênh lệch rõ ràng so với ban đầu có lớp matching ảnh hưởng lớn đến điện trở 4.2 Băng thông hoạt động đầu dị siêu âm 4.2.1 Băng thơng hoạt động đầu dị siêu âm có lớp Matching Layer Hình 4.2.1: Băng thơng hoạt động có lớp matching layer Khi có lớp matching, băng thơng hoạt đợng đầu dị rợng, tính từ -3dB đế -20dB ta thấy tần số hoạt động thông rộng ( từ khoảng 2,9MHz đến khoảng 4,6MHz) 4.2.2 Ảnh hưởng đến băng thơng khơng có lớp matching layer: Layer Materials Thickness Impedance Wave Q [MRayls] velocity factor [ ] [m/s] Loading Water - 1.5 1500[14] 1000 Maching Water - 1.5 1500 1000 Electrodes Sliver(Ag) 27 38 3650 1000 Piezoelectric PZ27 [11] 438 33.35 4324 80 Baking Esolder 3022 - 5.92 1850 Bảng 4.1.2: Thông số, vật liệu mơi trường hoạt động đầu dị siêu âm khơng có lớp Matching Hình 4.2.2: Băng thơng hoạt động khơng có lớp matching layer Khi khơng có lớp Matching, băng thơng hoạt đợng đầu dị nhỏ, tính từ -3dB đế 20dB ta thấy tần số hoạt động thông nhỏ ( từ khoảng 3.5MHz đến khoảng 4.1MHz) tức nằm khoảng 0,6Mhz 4.2.3 So sánh khác biệt băng thông có khơng có lớp Matching Hình 4.2.3: Sự khác biệt băng thơng có khơng có lớp matching layer Qua hình 4.2.3,chúng ta thấy dải băng thơng hoạt đợng đầu dị có lớp Matching (1,7MHz) rợng nhiều so với dải băng thơng đầu dị siêu âm khơng có lớp Matching(0,6MHz) Rõ ràng, quy trình chế tạo một lý đáng ghi nhận ảnh hưởng đến dạng sóng băng thơng đầu dị siêu âm Đợ dày lớp matching đặt phía trước lớp áp điện (PZT) không đồng (lỗi từ 5ms đến 10 ms) Do đó, kết có mợt khác biệt đợ dày lớp thay đổi Trong trường hợp, độ dày lớp liên kết dày, hình dạng xung băng thơng khơng có mợt kết cuối tốt.Hơn nữa, chế tạo mợt q trình phức tạp, kinh nghiệm đóng vai trị quan trọng Ví dụ, bước liên kết lớp lại với nhau, thiếu kinh nghiệm, độ dày lớp liên kết khơng việc tính tốn lý thuyết Do vậy, kết cuối bị ảnh hưởng 4.3 Dạng sóng đầu dị siêu âm 4.3.1 Dạng sóng đầu dị siêu âm với lớp Backing Esolder 3022 Hình 4.3.1: Dạng sóng âm đầu dị siêu âm với lớp lớp Backing Esolder 3022 Ở lớp Backing (Esolder 3022) cho ta thấy chiều dài xung theo nhận định tương đối ngắn, lớp Backing đằng sau yếu tố áp điện nhằm để giảm rung đợng q mức Do đó, hoạt đợng cần có suy giảm hao yếu tố đảm bảo sóng phản xạ hấp thụ hoàn toàn để ngăn chặn tín hiệu phản xạ trở lại vào vật liệu áp điện gây nhiễu 4.3.2 Dạng sóng đầu dị siêu âm với lớp backing Air (khơng khí) Hình 4.3.2: Dạng sóng âm đầu dị siêu âm với lớp Backing khơng khí (Air) Khơng khí cung cấp đợ nhạy tốt xung truyền tạo có mợt vịng truyền có thời gian dài so sánh với vật liệu áp điện khác Vì kết mô cho ta thấy băng thông hoạt đợng dạng sóng mơ khơng rợng.Cho nên việc chọn Backing Air để đưa vào thực nghiệm hồn tồn khơng khả thi, tính chất kết mô cho ta thấy dải xung truyền to rộng so với bình thường Để khắc phục vấn đề này, chọn một vật liệu cấu thành nên lớp Backing khác với hệ số suy giảm cao chọn để giảm chiều dài xung Sau đó, cách thêm một lớp matching phù hợp nâng cao hiệu chuyển giao lượng theo hướng phía trước, thời gian vòng giảm xuống 4.3.3 So sánh dạng sóng hai trường hợp có Backing khơng Backing, nhận xét hướng khắc phục Hình 4.3.3: So sánh đối chiếu dạng sóng lớp Backing, Esolder 3022 Air Dựa vào thông tin nêu phần 4.2, khác biệt nhìn thấy hai lớp backing khác hiển thị mợt hình dạng sóng băng thơng có khác biệt rõ ràng Mặc dù khác biệt khơng lớn ta thấy rằng, quy trình chế tạo sử dụng vật liệu ảnh hưởng đến dạng sóng băng thơng đầu dị siêu âm Đối với mơ mô hay thực nghiệm, việc lựa chọn lớp Backing vơ quan trọng mợt q trình siêu âm xử lý tín hiệu sau siêu âm chuẩn đoán ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng tín hiệu nhận sau nhận từ đầu dị Đáp ứng hệ số suy giảm triệt tiêu nhiễu xạ quay tiêu chí hàng đầu lựa chọn vật liệu tạo nên lớp backing Kết luận hướng phát triển đồ án  Kết Luận  Việc thiết kế, mô một số dạng vật lý ứng dụng phần mềm MATLAB thu được:  dạng mơ hình đề tài : điện trở kháng , băng thơng dạng sóng đầu dị  Hiển thị hình ảnh trực quan dạng sóng, hiển thị kết tương đối xác trực quan  Phân tích đưa nhận xét chi tiết cho kết mô đồ án đề ra, so sánh kết luận khác đặc tính riêng loại  Hạn chế đề tài chưa so sánh loại đầu dò siêu âm khác  Hướng phát triển đồ án:  Giới hạn mô lần mô 2D, thông số chi tiết cịn hạn chế chưa có xác tuyệt đối đó, từ tản mơ lần phát triển mơ hình theo khuynh hướng 3D tương lai, đáp ứng nhu cầu kỹ thuật thiết đề tài thực nghiệp sản phẩm có thị trường  Trong tương lai, thiết lập so sánh loại đầu dò siêu âm khác để đưa kết xác ... theory Z/Z/ 4.22 KLM theory 2.5 Các đặc tính quan trọng đầu dị siêu âm 2.5.1 Mơ hình đầu dị siêu âm Hình 2.4 trình b? ?y mơ hình đầu dị siêu âm truyền sóng siêu âm Trong mơ hình n? ?y, mợt đầu dị siêu. .. dò siêu âm 26 2.5.2 Đầu dò siêu âm chế đợ thu phát sóng 27 2.5.3 Trở kháng điện đầu dò siêu âm 29 CHƯƠNG 30 THIẾT KẾ,MƠ PHỎNG Thiết kế đầu dị siêu âm. .. (2.15) CHƯƠNG THIẾT KẾ, MƠ PHỎNG Thiết kế đầu dị siêu âm 3.1 Cấu tạo đầu dò siêu âm Mơ hình đầu dị siêu âm thiết kế giống hình 3.1 Nó bao gồm mợt lớp PZT nằm hai lớp điện cực (electrode) dùng để áp