No description available.

No description available.

No description available.

No description available.

No description available.

Innovations and process understanding is the current focus in pharmaceutical industry. The objective of this research was to explore application of high power ultrasound in the slurry crystallisation and application of low power ultrasound (3.5 MHz) as process analytical technology (PAT) tool to understand pharmaceutical processing such as hot melt extrusion. The effect of high power ultrasound (20 kHz) on slurry co-crystallisation of caffeine / maleic acid and carbamazepine / saccharin was investigated. To validate low power ultrasound monitoring technique, it was compared with the other techniques (PAT tools) such as in-line rheology and in-line NIR spectroscopy. In-line rheological measurements were used to understand melt flow behaviour of theophylline / Kollidon VA 64 system in the slit die attached to the hot melt extruder. In-line NIR spectroscopic measurements were carried out for monitoring any molecular interactions occurring during extrusion. Physical mixtures and the processed samples obtained from all experiments were characterised using powder X-ray diffraction, thermogravimetry analysis, differential scanning calorimetry, scanning Electron Microscopy, dielectric spectroscopy and high performance liquid chromatography, rotational rheology, fourier transform infrared spectroscopy and near infrared spectroscopy. The application of high power ultrasound in slurry co-crystallisation of caffeine / maleic acid helped in reducing equilibrium time required for co-crystal formation. During carbamazepine / saccharin co-crystallisation high power ultrasound induced degradation of carbamazepine was negligible. Low power ultrasound can be used as a PAT tool as it was found to be highly sensitive to the changes in processing temperatures and drug concentration.

This work describes the development of an optical probe for measuring movement of tissue particles deep inside which are loaded by an ultrasound remote palpation device. The principle of the method is that ultrasound force which can be applied inside the tissue makes the tissue particles vibrate and this vibration phase-modulates the light intercepting the insoniified region which results in a modulated speckle intensity on detection outside the object. This speckle intensity modulation detected through the measured intensity autocorrelation is a measure of the vibration amplitude. Since the vibration amplitude is related to the local elastic properties of the medium, the measured modulation depth in intensity autocorrelation can be used to map the elastic property in the insonified region. In this work, first the ultrasound induced force is calculated for both plane and focused ultrasound beams, and converted to amplitude of vibration and refractive index modulation, solving the forward elastography equation. Light propagation inside an insonified object is modelled using Monte Carlo simulation and the amplitude and intensity correlations are computed. The modulation depth on the autocorrelation is estimated and shown that it is inversely correlated to the local elastic modulus and optical absorption coefficient. It is further shown that whereas the variation in modulation depth is linear with respect to absorption coefficient, the same variation with elastic property is nonlinear. These results are verified experimentally in a tissue mimicking phantom. The phantom was constructed out of poly vinyl alcohol(PVA) whose optical, mechanical and acoustic properties are independently controlled. It is also shown that for loading with focused ultrasound beam the displacement is almost along the ultrasound transducer axis and therefore the contribution from refractive index modulation alone can be ascertained by probing the insonified perpendicular to the transducer axis. This helps one to find the contribution to the modulation depth from the ultrasound-induced vibration, which can be used to compute a quantitative estimate of the elastic modulus from the modulation depth.

Tesis por compendio / [ES] La focalización de ultrasonidos tiene muchas aplicaciones en una gran variedad de áreas tanto científicas como industriales. Los ultrasonidos focalizados son una de las herramientas principales usada por médicos en todo el mundo para obtener imágenes biomédicas de diferentes tipos de tejidos y órganos de manera no invasiva. En las últimas décadas, el uso de ultrasonidos focalizados de alta intensidad (HIFU, por sus siglas en inglés) ha surgido como una de las técnicas principales para el tratamiento de cáncer mediante la ablación térmica de tumores de manera no invasiva. Además, los ultrasonidos focalizados están emergiendo en los últimos años como uno de los métodos más prometedores para el tratamiento de las enfermedades cerebrales, con la aparición de nuevas técnicas disruptivas como la apertura reversible de la barrera hematoencefálica o la neuromodulación. En entornos industriales, los ultrasonidos son ampliamente utilizados como uno de los métodos principales para la evaluación no destructiva de materiales y estructuras, debido a que las ondas acústicas pueden penetrar en los objetos a distancias donde la luz no puede debido a la elevada absorción y dispersión. En este sentido, diseñar estructuras capaces de focalizar ultrasonidos es de una gran relevancia tanto para la comunidad científica como para los sectores médicos e industriales. Esta tesis presenta nuevos diseños de lentes acústicas capaces de controlar los parámetros principales del haz de ultrasonidos focalizados, proporcionando diferentes tipos de perfiles de focalización adecuados para una gran variedad de aplicaciones y escenarios. En particular, se han diseñado y adaptado al campo de los ultrasonidos las lentes de Fresnel (Fresnel Zone Plates, FZPs), ampliamente utilizadas en el campo de la óptica. Se ha presentado una nueva técnica de modulación espacio-temporal capaz de controlar la posición del foco de ultrasonidos tanto en espacio como en tiempo, aumentando así la versatilidad de este tipo de dispositivos. También se ha demostrado el funcionamiento en el campo de la acústica de nuevos diseños basados en aplicar secuencias binarias a una lente de Fresnel convencional, como las secuencias fractales de Cantor o las secuencias de M-bonacci generalizadas, capaces de modificar las propiedades de focalización de las lentes, incluyendo el número, posición y forma de los focos acústicos. Además, se introduce un nuevo diseño de lentes esféricas rellenas de líquido capaces de generar jets ultrasónicos, con mucho potencial en aplicaciones de imagen de alta resolución en campo cercano. Se ha demostrado que, cambiando el líquido interno de la lente o ajustando el ratio de mezcla entre dos líquidos, se pueden controlar los parámetros principales del jet. Los diseños propuestos en la tesis han sido validados tanto empleando simulaciones numéricas como realizando medidas experimentales, allanando el camino para el uso de este tipo de estructuras en aplicaciones de focalización de ultrasonidos. / [CA] La focalització d'ultrasons té moltes aplicacions en moltes àrees científiques i industrials. Els ultrasons focalitzats són una de les eines principals utilitzada per metges a tot el món per obtenir imatges biomèdiques de diferents tipus de teixits i òrgans de manera no invasiva. En les últimes dècades, els ultrasons focalitzats d'alta intensitat (HIFU, per les seues sigles en anglès) han aparegut com una de les tècniques principals per al tractament de càncer mitjançant l'ablació de tumors de manera no invasiva. A més, els ultrasons focalitzats estan emergint en els últims anys com un dels mètodes més prometedors per al tractament de les malalties cerebrals, amb l'aparició de noves tècniques disruptives com l'obertura reversible de la barrera hematoencefàlica o la neuromodulació. En entorns industrials, els ultrasons són àmpliament utilitzats com un dels mètodes principals per a l'avaluació no destructiva de materials i estructures, pel fet que les ones acústiques poden penetrar en els objectes a distàncies on la llum no pot a causa de l'elevada absorció i dispersió. En aquest sentit, dissenyar estructures capaces de focalitzar ultrasons és d'una gran rellevància tant per a la comunitat científica com per als sectors mèdics i industrials. Aquesta tesi presenta nous dissenys de lents acústiques capaços de controlar els paràmetres principals del feix d'ultrasons focalitzats, proporcionant diferents tipus de perfils de focalització adequats per a una gran varietat d'aplicacions i escenaris. En particular, s'han dissenyat i adaptat al camp dels ultrasons les lents de Fresnel (Fresnel Zone Plates, FZPs), àmpliament utilitzades en el camp de l'òptica. S'ha presentat una nova tècnica de modulació espai-temporal capaç de controlar la posició del focus d'ultrasons tant en espai com en temps, augmentant així la versatilitat d'aquest tipus de dispositius. També s'ha demostrat el funcionament en el camp de l'acústica de nous dissenys basats en aplicar seqüències binàries a una lent de Fresnel convencional, com les seqüències fractals de Cantor o les seqüències de M-bonacci generalitzades, capaces de modificar les propietats de focalització de les lents, incloent el nombre, posició i forma dels focus acústics. A més, s'introdueix un nou disseny de lents esfèriques plenes de líquid capaces de generar jets ultrasònics, amb molt potencial en aplicacions d'imatge d'alta resolució en camp proper. S'ha demostrat que, canviant el líquid intern de la lent o ajustant la ràtio de barreja entre dos líquids, es poden controlar els paràmetres principals del jet. Els dissenys proposats en la tesi han estat validats tant emprant simulacions numèriques com realitzant mesures experimentals, aplanant el camí per a l'ús d'aquest tipus d'estructures en aplicacions de focalització d'ultrasons. / [EN] Ultrasound focusing has many applications in a wide range of fields. Focused ultrasound is one of the main tools used by doctors all over the world to obtain biomedical images of different kind of tissues non-invasively. In the past decades, high intensity focused ultrasound (HIFU) appeared as one of the fundamental techniques for cancer treatment through non-invasive thermal tumor ablation. In addition, focused ultrasonic waves are recently emerging as one of the main tools to treat brain diseases, with novel disruptive techniques such as blood-brain barrier opening or neuromodulation. In industrial environments, ultrasonic waves are widely employed as one of the primary methods for the non-destructive evaluation (NDE) of materials and structures, as acoustic waves are able to penetrate deep into objects otherwise opaque using optical techniques. In this sense, designing structures capable of focusing ultrasonic waves is of great interest and relevance for the scientific, the industrial, and the biomedical sectors. This thesis devises new designs of acoustic lenses capable of controlling the main parameters of the focused ultrasound beam, achieving different kinds of focusing profiles suitable for a wide variety of scenarios. In particular, Fresnel Zone Plates (FZPs), commonly used in optics, are designed and adapted to the ultrasound domain. A novel spatio-temporal modulation technique capable of controlling the ultrasound focus location in both time and space is presented, increasing the versatility of this kind of devices. New design techniques based on applying a binary sequence to FZPs are also demonstrated, such as Cantor fractal sequences or generalized M-bonacci sequences, which modify the focusing properties of the lens, including the number, location, and shape of the different acoustic foci. In addition, acoustic jets generated by liquid-filled spherical lenses are devised for near-field high resolution imaging, demonstrating their applicability in the ultrasound domain. It is demonstrated that, by changing the inner liquid of the spherical lens or by tuning the mixing ratio between two liquids, the main focal parameters of the ultrasonic jet can be accurately controlled. The proposed designs are validated using both numerical simulations and experimental measurements, paving the way for the use of these kind of structures in focused ultrasound applications. / This work would not have been possible without the following funding sources: PAID-01-18 personal FPI grant from Universitat Politècnica de València; Spanish government MINECO TEC2015-70939-R project; Spanish government MICINN RTI2018-100792-B-I00 project; Generalitat Valenciana AICO/2020/139 project. / Pérez López, S. (2021). Design of Acoustic Lenses for Ultrasound Focusing Applications [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/179907 / TESIS / Compendio

No description available.

Current research within the field of ultrasound contrast agents (UCAs) aims at developing capsules which are not only acoustically active, but also have a chemically modifiable surface. This enables use in new areas, including targeted drug delivery and theranostics. For such purposes, air-filled microbubbles (MBs) with a polyvinyl alcohol (PVA) shell are being studied. Ultrasound imaging velocimetry (UIV) is a technique used to evaluate various types of liquid flows by tracking patterns caused by UCAs across ultrasound images, and has shown great potential for flow measurements in terms of accuracy. The aim of this thesis was to implement a basic UIV program in Matlab to investigate the flow behavior of air-filled PVA MBs being pumped through a phantom, mimicking a blood vessel. The images were acquired using the programmable Verasonics research system by plane wave imaging with coherent compounding, and UIV was implemented as a post-processing technique. Three parameters were varied to study how the UIV performance and flow behavior of the MBs were affected: the concentration of MBs, the flow velocity, and the transducer voltage. The resulting velocity vector fields showed that it is possible to track PVA MBs using the implemented UIV program, and that the concentration 5·106 MBs/ml gave the best results out of the five concentrations tested. The generated velocity vector fields indicated a turbulent and pulsatile flow behavior, which was in line with the predicted flow behavior, although there was a disparity between the measured average flow velocity of the MBs and the predicted flow velocity. It was also observed that the MBs were increasingly pushed in the axial direction with increasing voltage, as according to theory. Even though a more advanced UIV algorithm could improve the accuracy of the velocity measurements, the results show possible use of air-filled PVA MBs in combination with UIV. / Nuvarande forskning inom ultraljudskontrastmedel syftar till att utveckla kapslar som inte bara är akustiskt aktiva, utan som även har en kemiskt modifierbar yta. Detta möjliggör användning inom nya områden, så som målinriktade läkemedel och theanostics. För detta syfte studeras luftfyllda mikrobubblor med ett skal av polyvinylalkohol (PVA). Ultrasound imaging velocimetry (UIV) är en teknik som används för att analysera olika typer av vätskeflöden genom att spåra mönster orsakade av ultraljudskontrastmedel över ett antal ultraljudsbilder. Metoden har visats ha stor potential för flödesmätningar, och hög noggrannhet har uppnåtts. Detta projekt syftade till att implementera ett grundläggande UIV-program i Matlab för att undersöka flödesbeteenden hos luftfyllda PVA-mikrobubblor som pumpas genom en modell av ett blodkärl. Ultraljudsbilderna togs med hjälp av det programmerbara forskningssystemet Verasonics, genom att använda planvågsavbildning och coherent compounding, och UIV implementerades som ett efterbearbetningsprogram. Tre parametrar varierades för att studera hur prestandan av UIV-programmet och flödesbeteendet hos mikrobubblorna påverkades: koncentrationen av mikrobubblor, flödeshastigheten, och spänningsamplituden hos ultraljudsproben. De resulterande hastighetsvektorfälten visade det möjligt att evaluera flödesbeteenden hos PVA-mikrobubblor med hjälp av det implementerade UIV-programmet. Bäst resultat erhölls genom att använda koncentrationen 5·106 mikrobubblor/ml, av de fem testade koncentrationerna. De genererade hastighetsvektorfälten indikerade ett turbulent och pulserande flöde, vilket överensstämde med teorin, trots att det fanns skillnader mellan genomsnittliga uppmätta flödeshastigheter och den beräknade flödeshastigheten. Det kunde också observeras att mikrobubblorna trycktes i den axiella riktningen när spänningsamplituden ökade, vilket överensstämde med teorin. Trots att metodens noggrannhet skulle kunna ökas genom att använda ett mer avancerat UIV-program, visade resultaten på möjligheten att använda luftfyllda PVA-mikrobubblor i kombination med UIV.