era importante esaminare il livello della pressione nella
regione di campo lontano e i risultati di questa simula-
zione sono stati confrontati con le misurazioni effettuate
utilizzando una membrana idrofona posizionata a 30 cm
di profondità in una vasca specializzata per la misura,
contenente acqua. Il tessuto biologico ha proprietà a-
custiche molto simili a quelle dell’acqua, perciò questa
viene spesso utilizzata come elemento standard nei test.
Si è verificato discrepanze inferiori al 5% per frequenze
di ampiezza massima e differenze inferiori a 1 db per le
ampiezze corrispondenti.
Modellazione della sonda
completa
Una volta verificata l’efficacia di Comsol nel simulare le
proprietà dei materiali di cui è costituita la sonda, con il
modello successivo ci si è posti l’obiettivo più impegna-
tivo di simulare una sonda reale, con la sua complicata
geometria e la sua configurazione di utilizzo. Il modello
simulava una sonda linear array a larga banda e frequenza
centrale di 5-MHz, costituita da 144 piezoelementi, con
un passo di 245 micron. Il design del trasduttore era
costituito da uno speciale materiale piezocomposito, un
elemento smorzante (backing) di gomma caricata con
ferriti, quattro strati di accoppiamento acustico e una
lente in gomma siliconica. Si è iniziato anche a studiare
la focalizzazione e il beam steering, in modo da poter
specificare meglio le proprietà della lente in gomma
siliconica.
Con un’ulteriore ricerca è stato verificato se e come
un modello Comsol poteva essere integrato con un
equivalente modello circuitale basato sul modello KLM
(Krimholtz, Leedom, Matthaei). Applicando il metodo
KLM, insieme alla teoria dell’adattamento della linea
di trasmissione, è stato possibile individuare i valori
dell’impedenza acustica e dello spessore degli stra-
ti accoppiati che determinano una certa prestazione
richiesta alla sonda. Una volta date le specifiche di
input della sonda (sensibilità, ampiezza della banda),
è stato possibile effettuare simulazioni KLM e calco-
lare gli spessori ottimali dei quattro strati accoppiati
(facilmente impostabili nella geometria di Comsol) e
l’impedenza acustica (da convertire in valori per i para-
metri elastici da inserire nel modello Comsol). Il modello
KLM si è dimostrato uno strumento valido per progettare
in modo più semplice, rapido ed efficiente la serie di strati
accoppiati, che poteva poi essere implementata in Comsol,
e costituisce ora un metodo di riferimento per il progetto
di qualsiasi tipo di sonda a ultrasuoni.
M. Cati, L. Spicci, - Esaote Biomedica.
