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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:徐嘉隆
研究生(外文):Chia Lung Hsu
論文名稱:利用擬譜時域法模擬聚焦式超音波透骨肝臟熱治療之可行性
論文名稱(外文):The Use of Pseudo-Spectral Time Domain (PSTD) Method to Simulate Transrib focused ultrasound thermal
指導教授:劉浩澧劉浩澧引用關係
指導教授(外文):H. L. Liu
學位類別:碩士
校院名稱:長庚大學
系所名稱:電機工程學研究所
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2009
畢業學年度:97
論文頁數:85
中文關鍵詞:聚焦式超音波擬譜時域分析法
外文關鍵詞:Focused UltrasoundPseudo-Spectral Time Domain
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超音波用於非侵入式熱治療越來越廣泛,由於使用非侵入式治療因此對治療的估測就非常重要,現有的方式是可以用影像超音波接收加熱的回波,利用回波可以對熱的區域做溫度的監測,而上述方式都只可以作及時的監測或事後的訊號處理,因此利用CT影像配合模擬超音波的方式可以對於熱治療可以做手術評估;在文獻上提供模擬超音波的方式有許多方式,而在本文使用的擬譜時域方式雖然可以大幅度的降低計算資料量相對於時域有限差分,但其限制為無法處理大尺寸的空間處理;本文將提供一個新的方法解決擬譜時域的空間大尺寸的問題,利用此種方式模擬400 kHz可以得到與量測近似的聲壓分佈確定成式的正確性,因此擴充至不同頻率配合CT的資料擷取體內的肋骨參數取來達到一個完善的手術前評估方法。
Ultrasound for non-invasive thermal treatment of more and more widely, as a result of the use of non-invasive treatment to treatment, therefore it is important to estimate, the existing approach is to receive heating with ultrasound imaging echo, echo can use hot region to do the monitoring of temperature, but only the above-mentioned approach can be used for timely monitoring of the signal processing, or after, so the use of CT imaging with ultrasound combined simulation approach could be for an operation for thermal treatment assessment; in the literature to provide Simulation of ultrasound in many ways the way, and in this article use the pseudo-spectral time-domain methods can substantially reduce the amount of data to calculate the finite difference time domain, but not limited to dealing with large-size space to deal with; this article will be provided solution to a new pseudo-spectral time-domain size of the space problem, the use of simulation in this way can be 400 kHz with similar measurements to determine the distribution of sound pressure into the correctness of style, it expanded to cope with different frequencies of the CT collect information on the body a few ribs taken doped to achieve a sound method of pre-operative assessment.
目 錄
指導教授推薦書 i
口試委員會審定書 ii
著作授權書 iii
電子授權書 iv
致謝 v
摘要 vi
英文摘要 vii
目 錄 viii
表目錄 xv
第一章 緒論 1
1-1. 前言 1
1-2. 超音波傳播特性 2
1-3. 文獻回顧 3
1-4. 研究動機 4
1-5. 論文架構 5
第二章 超音波波場模擬理 6
2-1. 聲波方程式 6
2-2. 擬譜時域方式 8
2-3. PML介質及邊界條件 9
第三章 模擬與實驗比較 12
3-1. 實驗架構 12
3-1-1 聚焦超音波換能器 13
3-1-2 多功能訊號產生器 14
3-1-3 寬頻放大器 14
3-1-4 功率量測儀 15
3-1-5 數位示波器 15
3-1-6 步進式三軸平台 16
3-2. 量測校正 18
3-3. 模擬架構 19
3-3-1 壓電換能器位置決定 19
3-3-2 座標軸旋轉 20
3-3-3 異質物旋轉 22
3-3-4 內插補點 23
3-4. 聲場有效值計算 26
3-5. 特定吸收率計算 27
第四章 不同頻率壓電換能器重建結果 28
4-1. 實驗量測 28
4-2. 量測與模擬比較結果 31
4-3. 聲場重組結果 31
4-5. 特定吸收率比較 41
第五章 實際人體資料重建結果 47
第六章 結論與未來展望 65
6-1. 結論 65
6-2. 未來展望 66
參考文獻 67


圖目錄

圖2.1、擬譜時域法計算流程圖 9
圖2.2、程式設定示意圖 11
圖3.1、實驗系統架構圖 12
圖3.2、實際量測圖 13
圖3.3、聚焦超音波換能器 14
圖3.4、多功能訊號產生器 14
圖3.5、寬頻放大器 15
圖3.6、功率量測儀 15
圖3.7、數位示波器 16
圖3.8、步進式三軸平台 17
圖3.9、模擬流程圖 19
圖3.10、壓電換能器切割示意圖 20
圖3.11、軸旋轉示意圖 21
圖3.12、未經內插之二維聲場圖 24
圖3.13、一維線性內插示意圖 24
圖3.15、三維線性內插示意圖 26
圖3.16、經由內插過後二維聲場圖 26
圖4.1、(a)無壓克力棒,(b)中間一根壓克力棒(c)軸心兩側壓克力棒 29
圖4.2、模擬與量測比較圖 31
圖4.3、均質場不同時間模擬 32
圖4.4、非均質場不同時間模擬 33
圖4.5、操作頻率200 kHz,不同異質物比較聚焦情形(a)均質、(b)中間一根圓柱、(c)兩側圓柱 35
圖4.6、操作頻率400 kHz,不同異質物比較聚焦情形(a)均質、(b)中間一根圓柱、(c)兩側圓柱 36
圖4.7、操作頻率800 kHz,不同異質物比較聚焦情形(a)均質、(b)中間一根圓柱、(c)兩側圓柱 37
圖4.8(a)、頻率200 kHz下對於不同異質物的能量變化圖 38
圖4.8(b)、頻率400 kHz下對於不同異質物的能量變化圖 39
圖4.8(c)、頻率800 kHz下對於不同異質物的能量變化圖 39
圖4.9、操作頻率200 kHz特定吸收率比較(a)均質、(b)中間一根圓柱、(c)兩側圓柱 42
圖4.10、操作頻率400 kHz特定吸收率比較(a)均質、(b)中間一根圓柱、(c)兩側圓柱 43
圖4.11、操作頻率400 kHz特定吸收率比較(a)均質、(b)中間一根圓柱、(c)兩側圓柱 44
圖4.12、各頻率之焦點與異質物的特定吸收率Case1為均質、Case2為中間一根圓柱、Case3為兩側圓柱 45
圖4.13、各頻率之焦點與異質物的特定吸收率Case1為200 kHz 、Case2為400 kHz、Case3為800 kHz 46
圖5.1、完整CT二維影像 47
圖5.2、篩選後CT二維影像 47
圖5.3、三維肋骨位置 48
圖5.4、選取肋骨的位置 48
圖5.5、不同肋骨切面位置 50
圖5.6(a)、操作在200 kHz下不同位置肋骨為position1 51
圖5.6(b)、操作在200 kHz下不同位置肋骨為position2 52
圖5.6(c)、操作在200 kHz下不同位置肋骨為position3 53
圖5.6(d)、操作在200 kHz下不同位置肋骨為position4 54
圖5.7(a)、操作在400 kHz下不同位置肋骨為position1 55
圖5.7(b)、操作在400 kHz下不同位置肋骨為position2 56
圖5.7(c)、操作在400 kHz下不同位置肋骨為position3 57
圖5.7(d)、操作在400 kHz下不同位置肋骨為position4 58
圖5.8 (a)、操作在800 kHz下不同位置肋骨為position1 59
圖5.8 (b)、操作在800 kHz下不同位置肋骨為position2 60
圖5.8 (c)、操作在800 kHz下不同位置肋骨為position3 61
圖5.8 (d)、操作在800 kHz下不同位置肋骨為position4 62
圖5.9、各頻率之焦點與異質物的特定吸收率position1異質物、position2異質物、position3異質物、position4異質物 64
圖5.10、各頻率之焦點與異質物的特定吸收率Case1頻率200 kHz、Case2頻率400 kHz 與 Case3頻率800 kHz 64


表目錄

表5-1、密度,聲速與各頻率的衰減系數 49
參考文獻

[1] J. Krantz and F. Beck, "Sound waves are tried as cancer treatment," Arch Phys Therapy, vol. 20, p. 370, 1939.
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QRCODE
 
 
 
 
 
                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                               
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