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ULTRASUONIULTRASUONI
LaboratorioLaboratorio
Gianni DurandoGianni Durando
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Il laboratorio ULTRASUONI, nato nel 2003, ha tre linee di ricerca:
Misura diPotenza US
Caratterizzazione di fasci US
Misura di effetti fisici indotti da US
Laboratorio UltraSuoniLaboratorio UltraSuoni
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Misura di Potenza USMisura di Potenza US
La misura della potenza emessa da un trasduttore US, sia metrologico che commerciale, è possibile utilizzando diversi sistemi di misura “ottimizzati”per valori di potenza, nel nostro caso:
1) BILANCIA A FORZA DI RADIAZIONE (RFB)
10 mW<P<15 W
2) CELLA DI CARICO IMMERGIBILE (SLC)
2 W<P<300 W
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Misura di Potenza USMisura di Potenza USBILANCIA A FORZA DI RADIAZIONE (RFB)
E’ il metodo più “maturo” e internazionalmente utilizzato per le misure di potenza fino a 15-20W.
Nel 2006 è stata effettuata una bilateralcomparison con il PTB, elemento indispensabile per ottenere la CMC (Calibration and Measurement Capabilities) giunta a dicembre 2007.
Nel 2009 l’INRIM ha partecipato alla key comparison (che vede coinvolti 11 laboratori internazionali) riguardante la potenza emessa da trasduttori ultrasonori
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Misura di Potenza USMisura di Potenza USBILANCIA A FORZA DI RADIAZIONE (RFB)
Bilancia a forza di radiazione
Δm
( ) ( ) mgTcFTcP Δ==
Bersagli disponibili:
Assorbente (Danni ad alta potenza)
Riflettente(Difficoltà di
modellizzazionedell’interazione con
HIFU)
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Misura di Potenza USMisura di Potenza USCELLA DI CARICO IMMERGIBILE (SLC)
A partire da dicembre 2007 è stato sviluppato un sistema di misura basato su una cella di carico commerciale immergibile che consente la misura di valori di potenza ultrasonora fino a 300 W.
Il sistema di misura, completato dall’analisi in frequenza in luogo dell’analisi temporale dei cicli d’insonazione, è stato brevettato nel mese di aprile 2010.
L’INRIM grazie a questo sistema ha potuto partecipare al confronto sulla misura della potenza ultrasonora emessa da trasduttori HIFU previsto all’interno del progetto internazionale TP2-JRP7 EBCT –External Beam Cancer Therapy-
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Misura di Potenza USMisura di Potenza USCELLA DI CARICO IMMERGIBILE (SLC)
MEASURE SET-UP
Δt ≤ 1sInsonation time
SLC System
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Misura di Potenza USMisura di Potenza USCELLA DI CARICO IMMERGIBILE (SLC)
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PCUNITA’ DI CONTROLLO DEI MOTORI
LabviewSoftware
OSILLOSCOPIOLeCroy Waverunner
6030A
ATTUATORI LINEARI
Generatore di funzioni
Trigger
IDROFONO
VASCA DI MISURA
SORGENTE ULTRASONORA
RS-232
Segnale dell’idrofono Z Axis
X Axis
Y Axis
SISTEMA DI MISURA A SCANSIONECaratterizzazione di fasci USCaratterizzazione di fasci US
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Caratterizzazione di fasci USCaratterizzazione di fasci USSISTEMA DI MISURA A SCANSIONE
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• PARAMETRI ACUSTICI
• PARAMETRI DI PRESSIONE RIDOTTA a distanza z l’attenuazione media nei tessuti pari a0,3 dB/MHz/cm:
Pp,derated= p ·10 (-0,.05·0,3·f·z)
Ispta intensita’ picco spaziale mediata nel tempo
Isppa intensita’ picco spaziale mediata sull’impulso
p(t)
awf
Spderatedr
fzp
MI)(,=
f awf frequenza acustica di lavoro
pr pressione di rarefazione
pc pressione di compressione
[ ] dttpPSI2
)(∫=
)1( CTPPTI
°=Δ
=
• PARAMETRI D’INTENSITA’derivati dalla pressione in condizioni di campo lontano e sotto l’ipotesi di propagazione per onde piane
Caratterizzazione di fasci USCaratterizzazione di fasci USSISTEMA DI MISURA A SCANSIONE
• INDICI TERMICI
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dBz / mm
dB
Asse del fascio
Scansione del fascio
x / mmy / mm
Piano assiale
Caratterizzazione di fasci USCaratterizzazione di fasci USSISTEMA DI MISURA A SCANSIONE
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L’energia acustica assorbita dai tessuti è convertita in calore e porta ad un innalzamento locale della temperatura
Difficoltà nella misurazione in vivo dell’effetto
Misura di effetti fisici indotti da USMisura di effetti fisici indotti da US
Realizzazione di fantocci e simulatori tissutali (oggetti test, solitamente gel, con proprietà acustiche simili a quelle del tessuto
biologico) ⇒ 1) Produzione gels a base poliacrilamide;
Misura delle caratteristiche acustiche dei gels ⇒ 2) Sistema di misura del coefficiente d’assorbimento di materiali solidi;
Misura dell’innalzamento della temperatura sulla superficie del gel utilizzando tecniche di termometria a radiazione ⇒
3) Sistema di misura con termocamera
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1) Produzione 1) Produzione gels a base poliacrilamide
Termometro a resistenza PT 100 inserito all’interno del fantoccio
Misura di effetti fisici indotti da USMisura di effetti fisici indotti da US
Fuoco
~ 30 mm
Gel contenente albumina per evidenziare gli effetti del campo US
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2) Sistema di misura del coefficiente d’assorbimento di materiali solidi
Processo di misura(Misura per sostituzione)
Misura di effetti fisici indotti da USMisura di effetti fisici indotti da US
Acquisizione segnale trasmesso e ricevuto
Misura eseguita in acqua
Acquisizione segnale trasmesso e ricevuto
Sostituzione dell’acqua con ilmateriale da testare
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Analisi dati(Misura di cS e ZS)
Misura di effetti fisici indotti da USMisura di effetti fisici indotti da US
SOHSOH c
dc
dttt −=−=Δ2
2
Misura del “tempo di volo”
dtccd
cOH
OHS +Δ⋅
⋅=
2
2
Calcolo della velocità di propagazione
Calcolo dell’impedenza acustica
SSS cZ ρ=
Segnale trasmesso Segnale ricevuto
Correlazione
2) Sistema di misura del coefficiente d’assorbimento di materiali solidi
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Misura di effetti fisici indotti da USMisura di effetti fisici indotti da US3) Sistema di misura con termocamera
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Misura di effetti fisici indotti da USMisura di effetti fisici indotti da US3) Sistema di misura con termocamera
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ALTRE INFORMAZIONIALTRE INFORMAZIONI
Il laboratorio US dell’INRIM:- Partecipa attivamente ai lavori dell’IEC TC 87 (Ultrasonics)
- WG6: High Intensity Therapeutic Ultrasound (HITU) and Focusing transducers
- WG8: Ultrasonic Field Measurament- E’ membro del:
- CEI CT29/87 (Elettroacustica e ultrasuoni)- EURAMET TCAUV - Ultrasound subcomitee
- E’ coinvolto nel progetto europeo TP2-JRP7 ECBT(External Beam Cancer Therapy)
- Offre servizi di caratterizzazione di fasci US (a partire da 500kHz fino a 15MHz) a enti pubblici e privati;- Collabora con industrie manufatturiere di sistemi ecografici, chirurgici e apparati di bellezza;- Possiede la CMC (Capability Measurement and Calibration) per la potenza ultrasonora da 1.8MHz fino a 11MHz per potenze da 10mW fino a 15W.
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POSSIBILI SVILUPPI FUTURIPOSSIBILI SVILUPPI FUTURI
Quattro tematiche sono ritenute fondamentali nei prossimi anni:- Definizione (e realizzazione del relativo sistema di misura) del concetto di “dose” di ultrasuoni assorbita;- L’avvio di un processo di verifica delle caratteristiche degli apparati di bellezza che si basano sull’utilizzo di campi US;- Studio e realizzazione di tecniche, basate sulla sonoporazione, utili alla realizzazione del drug delivery;- Realizzazione di sistemi che utilizzano tecnologie ultrasonore riguardanti il tema food quality and safety.
Nell’immediato futuro il laboratorio presenterà delle proposte per progetti di ricerca nell’ambito della call EURAMET HEALTH II avente come oggetto gli argomenti sopracitati.
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CONTATTICONTATTI
Str. delle cacce 91Str. delle cacce 9110135 Torino10135 Torino
Gianni DurandoGianni Durando 011.3919 353011.3919 353 [email protected]@inrim.it
Claudio GuglielmoneClaudio Guglielmone 011.3919 626011.3919 626 [email protected]@inrim.it
Adriano TroiaAdriano Troia 011.3919 625011.3919 625 [email protected]@inrim.it
Chiara Chiara MusacchioMusacchio 011.3919 351011.3919 351 [email protected]@inrim.it
Renato SpagnoloRenato Spagnolo 011.3919 623011.3919 623 [email protected]@inrim.it