CHARACTERISATION AND OPTIMIZING OF ULTRASOUND TRANSDUCERS FOR BREAST CANCER DIAGNOSIS AND THERAPY

Abstract

The characteristics of an ultrasound transducer have to be optimized in order to enhance the performance to a maximized level. In this thesis the influence of the geometrics and materials of the transducer on the behaviour of the transducer was studied. The characteristics of the ultrasound transducer were researched and the finite element analysis (FEA) simulation model of the transducer was optimized. The work was carried out within the Ultrasound Computer Tomography (USCT) project by the Institute for Data Processing and Electronics (IPE) in Karlsruhe Institute of Technology (KIT), Germany. The optimization of the model included fitting the material parameters and the damping of the model to a measured transducer by comparing the impedance absolute values. The model was also enhanced in accuracy by strategically condensing the meshing of the simulation model. Simulations with varying parts of the transducer’s dimensions were conducted and analyzed. As a result, some behaviour in the transducer was linked to the material parameters and/or to the geometry of the transducer.

Ultraäänimuuntimien ominaisuudet täytyvät olla optimoidut että ultraäänitomografian suorituskyky voidaan nostaa maksimaaliselle tasolle. Opinnäytetyössä selvitettiin ultraäänimuuntimien geometrian ja materiaalien vaikutusta ultraäänimuuntimien käyttäytymiseen. Ultraäänimuuntimen erityispiirteet selvitettiin ja muuntimen äärellisten elementtien analyysin (FEA) simulaatiomalli optimoitiin. Työ suoritettiin Karlsruhen teknillisen instituutin (KIT) Ultrasound Computer Tomography (USCT) –projektissa Saksassa. Mallin optimointi tapahtui sovittamalla mallin materiaaliparametrit ja vaimennus oikeaan ultraäänimuuntimeen ja vertaamalla mitattuja ja simuloituja impedanssin itseisarvoja. Mallia tehtiin myös tarkemmaksi strategisesti tiivistämällä simulaatiomallin elementtiverkkoa. Simulaatioita, joissa varioitiin osia muuntimesta suoritettiin ja tuloksia analysoitiin. Työn tuloksena osa muuntimen käyttäytymisestä pystyttiin yhdistämään materiaaliparametreihin ja/tai muuntimeen geometriaan.