Orientador: Vera Lucia da Silveira Nantes Button / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-03T18:01:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Nascimento_ValeriaMonteirodo_M.pdf: 13720053 bytes, checksum: 762bfe926811a50d1ae9423a52388630 (MD5) Previous issue date: 2003 / Mestrado

Orientador: Eduardo Tavares Costa / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-07-24T17:05:14Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Button_VeraLuciadaSilveiraNantes_D.pdf: 14880717 bytes, checksum: b9ee0537fd76b53d3e7eed0054f9ee8e (MD5) Previous issue date: 1998 / Resumo: O objetivo da apodização (polarização não-uniforme) foi obter discos de cerâmicas piezoelétricas que vibrassem mais intensamente na região central do que na região periférica, para produzir transdutores de ultra-som com campos em que a contribuição das ondas de borda fosse mínima, reduzindo os efeitos da difração. Um programa para implementar o Método de Elementos Finitos (MEF) foi usado para simular o campo elétrico de polarização de um disco de cerâmica, formatado por eletrodo esférico. Procurou-se determinar o melhor valor do raio do eletrodo para o processo de apodização, a distribuição dos vetores de campo elétrico no interior da cerâmica e descrever a intensidade do campo elétrico de apodização por uma equação polinomial. O MEF também foi usado para simular o comportamento vibracional dos discos de cerâmica apodizados. Os resultados deste trabalho demonstraram que é possível modificar a polarização da cerâmica usando um eletrodo esférico encostado na face superior do disco cerâmico, cujo eletrodo depositado original foi previamente removido. Discos de PZT5A foram apodizados e usados na montagem de transdutores de ultra-som. Também foram montados transdutores com cerâmicas polarizadas uniformemente, para comparar o desempenho destes com os apodizados. O mapeamento do campo acústico dos transdutores construídos mostrou que os campos gerados pelos transdutores apodizados atingem distâncias maiores a partir da face do transdutor, em relação aos transdutores não-apodizados, devido à menor contribuição das ondas de borda, que reduz os efeitos da difração acústica / Abstract: The objective of apodization (non uniform polarization) was to obtain piezoelectric ceramic discs that would vibrate more intensively in the central region than in the edge, to produce ultrasound transducers with acoustic fields where the contributions of the edge waves were minimal, reducing diffraction effects. A program to implement the Finite Element Method (FEM) was used to simulate the electrical polarization field for a ceramic disc. A spherical electrode formatted this electrical field. We tried to determine the best radius of the electrode for the apodization process, the distribution of the electrical field vectors inside the ceramic disc, and to describe the intensity of the apodized electrical field by a polynomial equation. FEM was also used to simulate the vibrational behavior of apodized ceramic discs. The results of this work have shown that it is possible to modify the polarization using a spherical electrode touching the superior face of the ceramic disc, which previous electrode was removed. PZT5A ceramic discs were apodized and used to construct ultrasound transducers. It has also been constructed ultrasound transducers with conventional ceramic discs, in order to compare their performance to that of apodized transducers. The mapping of the acoustic fields of the constructed transducers has shown that the fields generated by the apodized transducers have extended range from the transducer face, compared to that of the non-apodized transducers, due to the lesser contributions of the edges waves reducing the acoustical diffraction effects / Doutorado / Doutor em Engenharia Elétrica

Orientador: Sergio Santos Muhlen / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica / Made available in DSpace on 2018-07-20T10:50:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Arnold_FranciscoJose_D.pdf: 4148143 bytes, checksum: bf1c3ee421ff073dbff869fa80753194 (MD5) Previous issue date: 1995 / Resumo: Os transdutores piezoelétricos empregados na geração de ultra-som de alta potência são compostos de cerâmicas piezoelétricas e peças metálicas. Eles são pré-tensionados mecanicamente a fim de que a cerâmica não frature sob forças de tração. O pré-tensionamento mecânico produz modificações nos domínios da cerâmica e, conseqüentemente, as propriedades físicas e o desempenho são afetados. Este trabalho apresenta as variações dos coeficientes das equações piezoelétricas, do fator de acoplamento piezoelétrico e das perdas relacionadas ao pré-tensionamento mecânico. Os resultados experimentais são comparados com as simulações baseadas em um modelo linear, unidimensional e isento de perdas. Através destas comparações é possível explicar alguns efeitos comportamentais da cerâmica e fornecer informações para um futuro projeto de transdutor de ultra-som / Abstract: The pieroelectric transducers employed in the generation of high power ultrasound are composed of pieroelectric ceramic and metallic parts. They are mechanically pre-stressed in order to avoid ceramic fracture on tensile forces. The mechanical pre-stressing yields changes in the domains of the ceramic and, consequently, their physical properties and performance are affected. This work shows the variations on the pieroelectric equations coefficients, pieroelectric coupling facto r and losses related to mechanical pre-stressing. The experimental results are compared with the simulations based in an uni-dimensional, linear and lossless modelo This comparisions help in explaining some effects of the ceramic behaviour and provi de information for a future design of high power ultrasound transducer / Doutorado / Doutor em Engenharia Elétrica

Orientador: Eduardo Tavares Costa / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-07-23T18:51:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Lopes_MardenLeonardi_M.pdf: 6817673 bytes, checksum: fe14ca091926940fa594ad6948efd3e6 (MD5) Previous issue date: 1998 / Resumo: Todos os dias milhares de cirurgias cardíacas envolvendo circulação extracorpórea (CEC) são realizadas ao redor do mundo, mas a técnica ainda apresenta problemas relacionados à segurança. Um dos principais tipos de acidentes que podem ocorrer em circulação extracorpórea envolve os oxigenadores e consiste no esvaziamento rápido do reservatório de sangue sem que o perfusionista (operador de CEC) perceba, que provoca a entrada maciça de ar no paciente (embolia aérea maciça), podendo resultar em seqüelas graves ou até mesmo em sua morte. Este acidente é mais comum quando utilizada a bomba de roletes, sendo raros os relatos de casos de embolia aérea maciça com bomba centrífuga. Procurando aumentar a segurança do procedimento de CEC em relação à prevenção deste tipo de acidente, foi desenvolvido o SACEC (Sistema de Apoio à Circulação Extracorpórea), que opera juntamente com uma bomba de roletes e oxigenadores de bolha ou membrana para utilização em adultos. o SACEC é um equipamento microcontrolado que, a partir da medição discreta do nível de sangue no reservatório do oxigenador (com resolução de 100 ml) utilizando um transdutor ultra-sônico de 40 KHz (também desenvolvido neste trabalho) colocado no topo do reservatório, procura manter o nível de sangue acima do nível mínimo de segurança (400 ml nos oxigenadores para adultos) por meio do controle automático da rotação da bomba sistêmica (desligando a bomba se o nível cai abaixo de 500 ml), ou apenas realiza a monitoração do nível no reservatório e da rotação da bomba... Observação: O resumo, na íntegra, poderá ser visualizado no texto completo da tese digital / Abstract:Thousands of cardiac surgeries involving extracorporeal circulation are perfonned everyday around the world, but the technique still presents safety problems. Oxygenator accidents are among the major accidents that can occur in extracorporeal circulation, being the most serious the rapid and inadvertent emptying of the blood reservoir, that causes massive infusion of air into the patient (massive air embolism) and can result in serious consequences and even patient death. This accident is most common when roller pump is used, being rare reports of massive air embolism with centrifugal pump. Aiming at increasing the safety related to the prevention of this accident, it has been developed the SACEC (Extracorporeal Circulation Support System), that works together with a roller pump and bubble or membrane oxygenators for adults. SACEC is a microcontroller based equipment that, based on the discrete blood leveI measurement in the oxygenator reservoir (with 100 ml resolution) using a 40 KHz ultrasonic transducer (also developed in this work) placed on the oxygenator top, tries to keep the blood leveI above the minimum safety leveI (400 ml in oxygenators for adults) by means of the automatic control of the systemic pump rotation (turning off the pump if the leveI falls below 500 ml), or only performs the reservoir blood leveI and pump rotation monitoring... Note: The complete abstract is available with the full electronic digital thesis or dissertations / Mestrado / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador : Saide Jorge Calil / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica / Made available in DSpace on 2018-07-14T20:51:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Gamba_HumbertoR_M.pdf: 9020235 bytes, checksum: f58f0f0b6af91cdd429e14d1ee2e9ab9 (MD5) Previous issue date: 1989 / Resumo: A utilização de sistemas ultra-sônicos, baseados no princrpio Doppler, para detecção de estenoses arteriais, constitui uma área de grande interesse no diagnóstico médico. Os equipamentos de fabricação nacional para esta finalidade trabalham com emissão e recepção de ultra-som no modo contínuo. Devido à esta característica, estes sistemas só conseguem detectar a existência de turbulências produzidas por obstruções que comprometem praticamente 50 % da luz do vaso. Os Com a finalidade de detectar a presença de turbulências produzidas por estenoses de pequeno grau (menores que 30%), projetou-se e construiu-se a primeira parte de um sistema ultra-sônico Doppler pulsátiI de múltiplos canais. O protótipo, embora ainda com apenas um canal , é capaz de analisar lâminas de fluxo com espessura de aproximadamente 2,3 mm (ângulo de incidência de 75 graus) em profundidades de até 70 mm. Seu sistema de controle permite a ampliação até o máximo de 15 canais. O transdutor utilizado neste equipamento possui um único cristal, tanto para emissão quanto para recepção, emitindo pulsos ultra-sônicos de 5 MHz em intervalos fixos de 50 µ ou 100 , sendo a duração de cada pulso ajustável entre 0,1 e 1 µ . Os resultados obtidos com este primeiro protótipo, demonstram a capacidade do sistema em detectar turbulências produzidas por obstruções de até 22 % de comprometimento da luz do vaso / Abstract: Not informed. / Mestrado / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Eduardo Tavares Costa / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-14T01:45:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 SalinetJunior_JoaoLoures_M.pdf: 5974402 bytes, checksum: d82e2a2b0c6f65d111327247ff86a1e4 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Os equipamentos de imagem por ultra-som associam diferentes técnicas e provêm informações não só das estruturas anatômicas como também do estado funcional dos diversos sistemas, em tempo real, com excelente qualidade de imagem. Isto se deve ao desenvolvimento de transdutores cada vez mais aprimorados e, ainda, da utilização de eletrônica digital, analógica e mista com microprocessadores, processadores digitais de sinais (DSPs - digital signal processors) e lógica programável (FPGAs - field programmable gate arrays) cada vez mais rápidos e potentes, aliados à utilização de novas técnicas de processamento digital de sinais e de imagens. O presente trabalho teve como objetivo o desenvolvimento de circuitos de acionamento de elementos cerâmicos de transdutores matriciais. Estes circuitos são responsáveis pela geração e recepção de ondas ultra-sônicas e foram desenvolvidos utilizando técnicas de projetos específicos de placas de circuito impresso de alta freqüência e multicamadas. Foram utilizados componentes SMD (surface-mounted devices) para redução do tamanho do hardware. O sistema é formado por um circuito de controle, uma placa de interligação, uma fonte de alimentação com 10 níveis de tensão, e duas placas de circuito impresso (PCI) contendo os circuitos de transmissão e de recepção (4 canais) para transdutores de ultra-som matriciais. No circuito de controle foi utilizada a linguagem de descrição de hardware VHDL. Este circuito de controle é capaz de executar a variação de largura de pulso, taxa de repetição e defasagem de acionamento dos elementos do transdutor matricial para focalização e deflexão do feixe acústico. Os circuitos de transmissão geram pulsos de até +65V e são disparados pelos pulsos digitais do circuito de controle (mínimo de 20ns de largura). Os circuitos de proteção são eficientes atenuando os pulsos de alta tensão na entrada do circuito de recepção e permitindo a passagem dos ecos. Os circuitos de recepção são formados por circuitos integrados de tecnologia mista (analógico e digital) com faixa de passagem de 100 MHz, baixo ruído e ganho máximo de 70dB. Este ganho pode ser configurado através dos três estágios de amplificação independentes do componente utilizado (LNA, VCA e PGA). O sistema foi testado em laboratório e apresentou desempenho adequado, mostrando-se versátil, permitindo seu uso com transdutores matriciais e mostrando-se interessante ferramenta para laboratórios de ensino e pesquisa em ultra-som. / Abstract: Ultrasound image equipments associate different techniques to provide not only anatomical but also functional information of body parts and organs in real time and with excellent image quality. This is due to great advances in transducer technology and also to digital and analog electronics with the use of microcomputers, digital signal processors (DSPs) and field programmable gate arrays (FPGAs) even faster and powerful, allied to new digital signal and image processing techniques. The objective of the present work was the development and construction of circuits to actuate on piezoelectric ceramic transducer arrays. The circuits are able to generate and receive ultrasound waves and were developed with techniques for high frequency multilayer printed circuit boards. In order to reduce hardware size it was used surface mounted devices (SMD). The system consists of a control circuit, a interconnection board, power supply (10 different voltage), two four channel printed circuit boards with the transmission and reception circuits to be used with transducer arrays. It was used VHDL for hardware description language and the control circuit defines pulse width, repetition rate and temporal phasing for activation of each element of the transducer array enabling focusing and ultrasound beam in different directions. The transmission circuits generate pulses up to +65V that are triggered by the control circuit (20 ns minimum pulse width). The protection circuit is very efficient avoiding high tension electrical surges. The reception circuits have mixed technologies (analog and digital integrated circuits) with 100 MHz bandwidth , low noise and up to 70 dB gain. This gain can be programmed through 3 independent amplification stages (LNA, VCA and PGA). The system has been tested in laboratory and presented adequate performance, being versatile and allowing its use with array transducers becoming an interesting tool for education and research purposes. / Mestrado / Engenharia Biomedica / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientador: Vera Lucia da Silveira Nantes Button / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-04T03:25:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Duarte_MauricioGomes_M.pdf: 2754469 bytes, checksum: 075905e730585b96c40637855bee28c3 (MD5) Previous issue date: 2003 / Resumo: o objetivo deste trabalho foi aprimorar o processo de apodização de discos de cerâmica piezoelétrica utilizado no LUS (Laboratório de Ultra-Som, DEB/FEEC e CEB, UNlCAMP), buscando estabelecer uma melhor relação entre tempo de aplicação do campo elétrico e a temperatura do banho de óleo isolante usado no processo. A apodização das cerâmicas piezoelétricas é utilizada para reduzir a difração no campo acústico gerado por transdutores de ultra-som, como já foi comprovado no LUS em trabalhos anteriores. Buscou-se reduzir o tempo de aplicação do campo elétrico através do ensaio de temperaturas diferentes do óleo mineral que banha o disco cerâmico e verificando em quais ensaios foi obtida uma boa apodização. Foram utilizadas cerâmicas piezoelétricas PZT-5A de 12,7mm de diâmetro, com 0,885mm (EDO Acoustics) e lmm (APCI) de espessura. O campo elétrico aplicado foi de 2kV/mm de espessura de cerâmica, e um eletrodo esférico de 5mm de raio foi usado para formatar o campo elétrico de apodização. Foram utilizados dois tipos de óleo mineral: o Nujol, que acima de 160°C evapora rapidamente e o óleo da CooperPower, que permitiu utilizar temperaturas até 250°C, com pouca evaporação. Os discos cerâmicos apodizados para os quais o coeficiente eletromecânico do modo espessura, kt, resultou em valores acima de 0,37, foram considerados bem apodizados. O óleo isolante foi aquecido a temperaturas diferentes entre 120°C e 250°C e o campo elétrico foi aplicado por períodos de 2 minutos até 4 horas e 30 minutos (tempo necessário para a temperatura do óleo resfriar até 25°C). Este estudo também incluiu a avaliação do efeito de sucessivas despolarizações e repolarlzações nos modos de vibração da cerâmica piezoelétrica. Os resultados confirmaram que, usando temperaturas mais altas (acima de 200°C), o campo elétrico precisa ser aplicado durante um período menor. Apodizações que utilizaram temperatura igual a 160°C, só mostraram acoplamentos bons quando o campo permaneceu aplicado enquanto o óleo resfriava até 25°C. Apodizações em que o óleo foi aquecido a temperaturas inferiores a 160°C não apresentaram bons resultados, independentemente do tempo de aplicação do campo elétrico. Os resultados também mostraram que o efeito de aplicar o campo elétrico ainda antes do óleo ser aquecido foi um aumento do acoplamento eletromecânico obtido, comparando com o resultado de um processo de apodização semelhante, mas em que o campo elétrico só foi aplicado depois do aquecimento do óleo. O mesmo efeito não foi observado com as apodizações em que utilizou-se a temperatura mais alta possível, 250°C, usando o óleo mineral da Copper Power. Concluiu-se que, usando a temperatura igual a 250°C, foi possível reduzir o tempo de aplicação do campo elétrico de apodização, com resultados satisfatórios, de mais de 4 horas para apenas 2 minutos. No entanto, o processo que utiliza uma dada relação tempo de aplicação do campo/temperatura do óleo, e que apodiza satisfatoriamente uma cerâmica com lmm de espessura, pode resultar na polarização convencional (linear) de uma cerâmica mais fina, como a cerâmica com espessura igual a O,885mm. Algumas das cerâmicas apodizadas foram usadas para construir transdutores de ultra-som. Os campos acústicos gerados pelos transdutores construidos foram mapeados, confirmando o aumento da profundidade do campo acústico, como conseqüência da redução da difração acústica, obtida a partir da apodização da polarização das cerâmicas piezoelétricas / Abstract: The objective of this work was to optimize the process of apodization of piezoelectric ceramics disks, looking for the better relation between the insulating oil bath temperature and the smaIlest period of time through which the poling field must be applied. The apodization of the piezoelectric ceramic is performed to reduce the diffraction in the acoustic field generated by ultrasonic transducers. We looked for the best initial temperature of the insulating mineral oil that surrounds the piezoelectric ceramic, and how long the poling electric field must be applied to the ceramic to achieve a good apodization. We used 12.7mm diameter, 0.885mm and lmm thickness PZT-5A ceramic disks. The non-uniform poling electric field (2kV/mm) has been shaped by a 5mm radius spherica1 electrode. The apodized ceramic disks which showed piezoelectric coupling coefficient values larger than 0.37, were considered well apodizated. We used oil temperatures from 120°C to above 200°C and the electric field was applied for periods of at least 2 minutes to up to 4 hours and third minutes (until the oil temperature cooled down to 25°C). This study a1so inc1uded the ceramic disk evaluation after successive depolarizations and repolarizations. The results showed that using higher temperatures (above 200°C) we needed to apply the poling field for a shorter time. Temperature equa1160°C was efficient on1y ifthe poling field was applied until the oil was cooled down to 25°C (4 hours and thirty minutes). The results also showed that if the poling electric field was applied to the piezoelectric ceramic even before the oil was heated, we obtained larger piezoelectric coupling coefficients, compared to the poling processes where the electric field was applied to the ceramic on1y afier the oil was heated. This was not necessary if we used higher temperatures (250°C). We concluded that using higher temperatures (250°C) it was possible to reduce the apodization process, with good results, from more than 4 hours to on1y 2 minutes. Ultrasound transducers were built; their acoustic fields were mapped in a water tank, and the results confirmed the increasing of the depth of the acoustic field, as consequence of the acoustic difraction reduction / Mestrado / Engenharia Biomedica / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientadores: Sandra Lucia Cruz, João Alexandre Ferreira da Rocha Pereira / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-07T19:03:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Pavan_AndreMauricio_M.pdf: 4399374 bytes, checksum: d76e0e55472d41a43569b1e700a1a749 (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: Vasos de pressão são equipamentos muito importantes numa indústria, sendo responsáveis por armazenar gases, líquidos e outros fluidos a altas pressões. Um pequeno vazamento nesses vasos pode ser muito perigoso, gerando poluição, explosão e perda financeira para a indústria. Por isso, é imprescindível uma rápida e eficaz detecção da ocorrência de qualquer vazamento. Este trabalho descreve o desenvolvimento e teste de uma técnica de detecção de vazamentos de gás em vasos de pressão, baseada na análise da pressão no interior do vaso e doruído sonoro gerado pelo vazamento. Na montagem experimental utilizou-se um vaso de pressão com capacidade 34,5 litros, operando com ar. A pressão no interior do vaso variou de 1 a 7 kgf/cm2. Vazamentos de diversas magnitudes foram simulados através de um orifício, instalado lateralmente no vaso, cujo diâmetro variou de 0,1 a 4,0 mm. Vazamentos foram detectados quando o vaso de pressão operava em batelada e também quando havia alimentação contínua de ar para o vaso. Para a detecção de vazamentos foi utilizado um microfone e um programa, em linguagem C, que faz a aquisição on-line, através de uma placa ADA, dos sinais provenientes de um transdutor de pressão conectado ao vaso e do microfone instalado no interior do vaso. O circuito elétrico que compatibiliza o sinal proveniente do microfone com aquele compreendido pela placa ADA foi desenvolvido no laboratório e apresenta duas etapas. Na primeira o sinal alternado é amplificado e na segunda o sinal passa por filtros passa banda de 1kHz, 5kHz e 9kHz gerando três sinais contínuos em diferentes faixas de freqüência. Os resultados obtidos mostraram que é possível detectar vazamentos através da detecção e análise dos ruídos sonoros gerados por vazamentos em vasos de pressão, mesmo quando a variação na pressão interna do vaso não é significativa. A resposta em freqüência do sinal do vazamento variou com a magnitude do vazamento e com as diferentes condições de pressão no interior do vaso. O sistema desenvolvido mostrou que pode ser uma ferramenta confiável para a supervisão de vasos de pressão / Abstract: Pressure vessels are very important equipment in the industry, being responsible for storing gases, liquids and other fluids at high pressures. A small leakage on them can be very dangerous, generating pollution, explosion and also financials losses to the industry. For those reasons, it is essential to have a fast and efficient leakage detection system. This work describes a leak detection technique of gas based on the analysis of the pressure in the vessel and the noise generated by the leak. An experimental apparatus was set up using a 34.5 liters pressure vessel, fitted with a system to simulate sudden leakage through small orifices. Compressed air was used in the leakage experiments and the pressure in the vessel varied between 1 and 7 kgf/cm2. Leaks of various magnitudes were simulated through orifices with sizes varying between 0.1 and 4 mm in diameter. Leaks were detected when the vessel operated with a batch of air and also when the vessel was continuously fed with air. The leak detection system used a microphone and a software, written in C language, for data acquisition through an ADA converter of the signals generated by a pressure transducer installed in the vessel and by the microphone which was placed inside the vessel. An electric circuit was developed to process the noise captured by microphone and had two different stages:- on the first, the signal was only amplified and, on the second stage, the signal was filtered through three band pass filters, centered in 1kHz, 5kHz and 9kHz each one, generating three continuous signals in different frequencies. The experimental results show that it is possible to detect leaks based on the detection and analysis of sound noises generated by leak occurrence in pressure vessels even when yht pressure in the vessel does not change significantly. The analysis of the signal amplitude for different frequencies shows that the leakage noise signal changes with the leakage size and pressure in the vessel. The developed system shows to be a very reliable tool for safety supervision of pressure vessels / Mestrado / Sistema de Processos Quimicos e Informatica / Mestre em Engenharia Química

Orientador: Vera Lúcia da Silveira Nantes Button / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-21T00:54:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Gasparini_ReynaldoTronco_M.pdf: 4522453 bytes, checksum: a5e3883976604a06aa2fd8dcffb6cd3b (MD5) Previous issue date: 2012 / Resumo: O estudo do campo acústico gerado por um transdutor ultrassônico é fundamental para sua construção e caracterização, pois permite prever qual será seu comportamento antes mesmo de ser construído e indica se ele realmente é viável para aplicação para a qual foi projetado, e se são necessárias modificações para que se comporte como o esperado. O presente estudo teve como objetivo o desenvolvimento de um software, em ambiente MATLAB®, para a simulação computacional de campos acústicos gerados por transdutores ultrassônicos de diferentes configurações, utilizando dois modelos que descrevem o campo, o de Zemanek e o de Stepanishen. Os campos de transdutores com focalização, apodização e meios com atenuação também poderão ser simulados. Para a simulação do modelo de Zemanek é utilizado o método matemático de discretização e para o de Stepanishen é empregada uma solução analítica para a resposta impulsiva de cada geometria de transdutor. As simulações foram validadas com resultados obtidos anteriormente por alunos do DEB/FEEC/UNICAMP e os programas desenvolvidos foram agregados em um pacote computacional. Estes programas têm seus códigos abertos para que futuramente sejam implementadas outras funções e configurações de transdutor. O software pode auxiliar no projeto de transdutores e também no estudo da modelagem do campo acústico pelos diferentes modelos que o descrevem / Abstract: The study of the acoustic field generated by an ultrasonic transducer is fundamental to its construction and characterization, because it allows to predict how it will behave before being built and whether it is really feasible or not for the application to which it was designed, and to suggest modifications to behave as expected. The present study describes the development of a software implemented in MATLAB®, for computational simulation of acoustic fields generated by ultrasonic transducers, of different configurations, using two models that describe the field, Zemanek and Stepanishen. Transducers with focusing, apodization and attenuation environment may also be simulated. For Zemanek's model simulation is used the mathematical method of discretization and for Stepanishen's model, an analytical solution for the impulse response of each transducer geometry is employed. The simulations were validated with results obtained previously by students from DEB/FEEC/UNICAMP and the developed programs were aggregated into a computer package. These programs have their code available so that, in a near future, other functions and transducer configurations can be implemented. The software can support the transducer design and also the study of the acoustic field modeling by different models that describe it / Mestrado / Engenharia Biomedica / Mestre em Engenharia Elétrica

Orientadores: Eduardo Tavares Costa, Rosana Almada Bassani / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-19T01:08:15Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Buiochi_ElaineBelassiano_D.pdf: 9610613 bytes, checksum: 5fefa9e6cf5eaf8478c002d7ab57dc23 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: No ultrassom diagnóstico faz-se uso de ondas acústicas de baixa intensidade para investigar os tecidos biológicos, sendo uma técnica não invasiva. Ondas ultrassônicas de maior intensidade podem alterar as características do tecido, e isto é de interesse para aplicações terapêuticas, nas quais a ocorrência de efeitos biológicos é, até certo ponto, desejável. Com relação à cardiologia, o uso do ultrassom diagnóstico é bem estabelecido, enquanto há um potencial inexplorado para aplicações terapêuticas. Soma-se a isso o fato de que os tratamentos disponíveis para as arritmias com estimulação elétrica são limitados por sérias complicações, incluindo infecção sistêmica, choques desnecessários, potencial para pró-arritmia, falha em estimular e, até mesmo, morte. O ultrassom pode se mostrar uma alternativa atraente à estimulação elétrica, porém há poucos estudos sobre a possibilidade de aplicação do ultrassom para o tratamento de arritmias. O objetivo deste estudo foi desenvolver transdutores ultrassônicos de potência e usá-los para investigar conjuntos de parâmetros acústicos capazes de interferir na atividade cardíaca, sem provocar danos teciduais, buscando possíveis aplicações terapêuticas do ultrassom em cardiologia. Os parâmetros acústicos variados foram frequência de ressonância, modo de operação, frequência de repetição de pulso, e pressão de saída. Dois dos sete transdutores construídos se mostraram mais eficientes e, portanto, foram calibrados e usados nos experimentos biológicos. Em experimentos preliminares realizados em corações isolados de ratos Wistar, foi observada geração esporádica de arritmia usando-se o transdutor de 65 kHz, e aumento da frequência espontânea, acompanhada por redução da força de contração do miocárdio, usando-se o transdutor de 1MHz em exposição contínua prolongada. Em estudos in vivo, dez ratos Sprague-Dawley foram anestesiados com isoflurano e expostos a uma seqüência terapêutica de ultrassom, e outros cinco ratos foram usados como grupo controle. A estimulação ultrassônica consistiu de bursts de 1MHz, ciclo de trabalho de 1%, pico de pressão negativa de 3MPa (ISPTA=3W/cm2), e freqüência de repetição de pulso variável e decrescente. O ultrassom transtorácico exerceu efeito cronotrópico negativo, uma vez que foi capaz de reduzir a freqüência cardíaca em 19% logo ao final do período de estimulação. Os efeitos duraram, no mínimo, 15 minutos, sem aparente prejuízo hemodinâmico, que foi monitorado principalmente por meio da medição da fração de ejeção. Trata-se de um fenômeno promissor para o tratamento de taquiarritmias. O regime de exposição utilizado excluiu efeitos térmicos, de forma que o efeito observado foi provavelmente resultante de mecanismos não-térmicos, possivelmente da força da radiação. A variação na frequência de repetição de pulso parece ter sido a chave para a indução do efeito em questão, uma vez que experimentos realizados com frequências de repetição constantes não resultaram em tal efeito / Abstract: Diagnostic ultrasound consists of application of low intensity acoustic waves to noninvasively investigate biological tissues. Higher ultrasound intensities may alter tissue characteristics, and this is of interest for therapeutic applications, when the occurrence of bioeffects is - to a certain extent - desirable. The use of diagnostic ultrasound in Cardiology is well established, although there is an unexplored potential for therapeutic applications. The currently available treatments of arrhythmias by electrical stimulation are limited by serious complications, including systemic infection, inappropriate shock delivery, proarrhythmia, failure to pace and to defibrillate, and even death. Ultrasound can be an interesting alternative for electrical stimulation, but there are only a few studies that investigate the possibility of applying ultrasound for treating arrhythmias. The objective of this study was to develop power ultrasonic transducers to be applied to the investigation of sets of acoustical parameters able to interfere with the cardiac activity without causing tissue damage, thus aiming at potential therapeutic applications of ultrasound in cardiology. The acoustical parameters investigated were resonance frequency, operation mode, pulse repetition frequency, and output pressure. The two most efficient out of the seven transducers built were calibrated and used in biological experiments. In preliminary experiments conducted on isolated hearts from Wistar rats, arrhythmia was esporadically observed at the onset of ultrasound application using the 65kHz transducer, whereas an increase in spontanous beating rate accompanied by a reduction in the force developed by the myocardium occurred during continuous, prolonged exposure using the 1MHz transducer. In in vivo studies, ten Sprague-Dawley rats were anesthetized with isoflurane and exposed to a sequence of therapeutic ultrasound, and other five rats were used as a control group. The ultrasonic stimulation consisted of 1-MHz bursts of 1% duty cycle, 3 MPa peak negative pressure (ISPTA=3W/cm2), and decreasingly variable pulse repetition frequencies. Transthoracic ultrasound application was able to promote a negative chronotropic effect, decreasing the heart rate by 19% just after stimulation ceased. The effect lasted at least 15 minutes, without apparent alteration of pumping function, which was monitored mainly by evaluation of the ejection fraction. This phenomenon is promising for treating tachyarrhythmias. The insonification scheme used in this study excluded thermal effects, so the observed effect seems to have resulted from nonthermal mechanisms, possibly from radiation force. The variation in the pulse repetition frequency seems to be the key element for induction of the described effect, because the latter was not observed for constant repetition rates / Doutorado / Engenharia Biomedica / Doutor em Engenharia Elétrica