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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:胡峻豪
研究生(外文):Hu, Chunhao
論文名稱:超音波聚焦探頭之研發
論文名稱(外文):The Research and Development of Ultrasound Focused Transducer
指導教授:王進猷王進猷引用關係沈士育沈士育引用關係
指導教授(外文):Wang, ChinyuShen,Shihyu
口試委員:李政男
口試日期:2012-07-10
學位類別:碩士
校院名稱:正修科技大學
系所名稱:機電工程研究所
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2012
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:119
中文關鍵詞:聲透鏡壓電陶瓷水浸超音波探頭
外文關鍵詞:Acoustic lenspiezoelectric ceramicwater-logging ultrasonic probe
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隨著國人飲食改變,結石漸漸成為國人常見生理疾病之一,結石情況分成腎結石、輸尿管結石、膀胱結石及尿道結石,結石發生時的會造成間歇性或慢性腰部疼痛、腎絞痛、出血、血尿、泌尿路感染及阻塞,目前常見的治療方式是輸尿管鏡碎石術,包含氣動式碎石、超音波碎石及雷射碎石,以上述方法打碎結石的作法,對於位在腎臟內的結石,因無法提供有效的手術空間,且手術時容易對於腎臟造成一定程度的傷害,因此造成手術上的困難。
本研究在探討針對上述手術方式,為了降低手術時儀器對腎臟造成的傷害及負擔,提出了超音波聚焦探頭理念,模仿光學原理,以波的折射方式,製作一聲透鏡將壓電陶瓷片所發出的超音波,將其折射並聚焦於一個點上,再利用動能轉為熱能方式,利用熱敏電阻再搭配分壓電路,將超音波的波強分布情形作量測,再將數據輸入電腦內加以計算、分析與統計,以期找出此一超音波設備能量的增加與參數變化的規律,並透過量測設備做一個效果的檢測,最後並透過石膏材料的結石替代物,直接進行打擊的測試。由實驗成果來看,以1.65MHz頻率聚焦2分鐘可產生22.8mm3的碎石效果。相關的研究成果可以提供給泌尿科醫生如何透過調整聚焦面積及位置,使擊碎結石的工作能有更大的彈性及效率。
Due to the changes in the diet of the Taiwanese, calculus gradually became one of their common physical illnesses. Calculus or stones conditions includekidney stones, ureteral calculus, vesical calculus and urethral calculus. When calculi are formed, it will cause intermittent or chronic lumbar pain, renal colic, hemorrhage, hematuria, urinary tract infection and blockage. At present, the common treatment is ureteroscopiclithotripsy including pneumatic lithotripsy, ultrasonic lithotripsy and laser lithotripsy. These methods are used to break the stones. Because there’s no effective surgery space for stones in the kidney and the kidneys could easily have some minor injuries during surgery, therefore surgery is very difficult.
This study explored on how to lower the injuries and burden the equipments caused on kidneys during surgeries and proposed the concept of ultrasound focused transducer. Imitating the principles of optics, the refraction of waves is used to create acoustic lens to let the ultrasound sent out from the piezoelectric ceramic letting the refraction and focus point be on one point only. Moreover, it applied the characteristics of transforming kinetic energy into thermal energy and used thermal resistor sensor combining with voltage divider circuit and conduct a measurement on the wave distribution of ultrasound. Then, the data is input into the computer for computation, analysis and statistics hoping to find on how to increase in the energy of ultrasound facilities and parameter change laws and provide a test on the results through the measurement facilities. Last, this study directly undergoes hitting tests through stone alternative of the gypsum materials.

Based from the results of the experiment, it found that a frequency of 1.65MHz can produce 22.8mm3fragmentation effect in 2 minutes. The research results can provide urologists information to make a more flexible and efficient stone crushing treatment by adjusting the area and position of the transducer.
摘要 i
Abstract ii
致謝 iv
目錄 v
圖目錄 viii
表目錄 xii
符號表 xiii
第1章緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2研究動機及目的 2
1.3文獻回顧 2
1.4研究內容與架構 6
第2章波與振動概述 8
2.1 基本波傳理論 8
2.1.1波的種類 8
2.1.2波的疊加 13
2.1.3波的反射 15
2.2 振動概述 18
2.2.1自由振動 18
2.2.2強制振動 19
2.2.3週期振動 19
2.2.4非週期振動 20
2.2.5隨機振動 21
第3章基礎理論與應用 24
3.1壓電陶瓷晶片 24
3.1.1壓電材料特性 27
3.2 波的折射 30
3.2.1光波折射 31
3.2.2超音波的折射 32
3.2.3超音波的反射 34
3.3 熱敏電阻 36
3.4分壓定理 39
3.3 超音波加熱原理 42
第4章硬體系統的設計 46
4.1裝置與整體架構 46
4.2硬體裝置 47
4.2.1 壓電片振盪來源 47
4.2.2 球面聲透鏡 48
4.2.3 耦合層配置 49
4.2.4 壓電陶瓷片 50
4.3 量測裝置 52
4.3.1熱敏電阻 52
4.3.2分壓電路 53
第5章實驗結果 54
5.1 周邊硬體的連結 54
5.2 量測範圍 54
5.3實驗數據 56
5.4實際測試 95
第6章結論與展望 100
6.1 結論 100
6.2 未來展望 101
參考文獻 102


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