 |
گرمایش ناشی از اولتراسوند متمرکز در فانتوم بافتی
معرفی
هنگامی که یک پرتو اولتراسوند از یک حجم از بافت عبور می کند، مقداری از انرژی میدان صوتی اولیه به صورت موضعی توسط بافت جذب شده و به گرما تبدیل می شود. این منجر به افزایش دما می‌شود که بزرگی آن تابعی از ویژگی‌های فیزیکی محیط (ضریب جذب صوتی، چگالی و گرمای ویژه)، ویژگی‌های دستگاه اولتراسوند (هندسه پرتو) و فرکانس و شدت آکوستیک میانگین زمانی است. حوزه آکوستیک؛ رجوع کنید به رفر. 1 و رفر. 2 . افزایش دمای واقعی که می توان به دست آورد نیز به ویژگی های رسانایی و همرفت بافت درگیر بستگی دارد، به عنوان مثال، سرعت پرفیوژن خون بافت.
شکل 1: اولتراسوند متمرکز گرمایش انتخابی و هدفمند را ممکن می‌سازد: گرم کردن بافت‌هایی که در حجم کانونی قرار دارند را می‌توان با حداقل آسیب به بافت سالم مجاور و سایر ساختارهایی که در جای دیگری در مسیر پرتو قرار دارند به دست آورد.
توجه: این برنامه به ماژول آکوستیک و ماژول انتقال حرارت نیاز دارد.
کاربردهای درمانی اولتراسوند معمولاً شامل پرتوهای متمرکز است که به انرژی اولتراسوند اجازه می دهد تا به ناحیه کوچکی در ناحیه بافتی که نیاز به درمان دارد هدایت شود. علاوه بر این، همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است، می توان با حداقل آسیب به بافت های سالم مجاور و سایر ساختارهایی که در جای دیگری در مسیر پرتو قرار دارند، گرمایش بافت هایی که در حجم کانونی قرار دارند، حاصل شود .
بسته به پارامترهای دوز – یعنی شدت میدان و زمان قرار گرفتن در معرض – کاربردهای بالینی اولتراسوند متمرکز (FU) به طور کلی به دو دسته تقسیم می شوند، یعنی “هیپرترمی اولتراسوند” و “جراحی اولتراسوند متمرکز” (FUS). رجوع کنید به رفر. 3 . به طور کلی، در طول کاربرد هایپرترمی، بافت ها برای دوره های طولانی (از 10 تا 60 دقیقه) در سطوح با شدت کمتر در معرض سونوگرافی قرار می گیرند ، به طوری که دمای بافت تابش شده بالا می رود و در طول درمان در 41 درجه سانتی گراد تا 45 درجه سانتی گراد حفظ می شود. تغییر بیولوژیکی ناشی از این امر می تواند معکوس شود. در مقابل، جراحی سونوگرافی متمرکز از انفجارهای شدید و نسبتا کوتاه ( 0.1 ثانیه تا 30 ثانیه) استفاده می کند. s) ایجاد تغییرات برگشت ناپذیر در حجم بافت کانونی. در این نوع کاربردها، اثرات آکوستیک غیرخطی و کاویتاسیون آکوستیک معمولاً نقش اساسی دارند. دمای بافت در ناحیه کانونی می تواند در عرض چند ثانیه به 70 تا 90 درجه سانتی گراد برسد. این تکنیک به عنوان فرسایش اولتراسوند نیز شناخته می شود.
اثر حرارتی سونوگرافی متمرکز نیز نگرانی هایی را در مورد اثرات مضر احتمالی سونوگرافی تشخیصی به همراه دارد، به ویژه در معاینات مامایی که جنین در معرض سونوگرافی قرار می گیرد. سازمان غذا و داروی ایالات متحده مقرراتی را بر روی حداکثر شاخص حرارتی تنظیم کرده است، یک پارامتر دوز منعکس کننده اثر ترکیبی دما و زمان قرار گرفتن در معرض که تخمینی از خطر ناشی از گرما است ( مراجعه 4 ). سیستم‌های سونوگرافی تشخیصی اکنون با نمایشگرهایی با شاخص حرارتی (TI) و شاخص مکانیکی (MI) ارائه می‌شوند که تخمین دیگری از خطر ناشی از اثرات غیرحرارتی اولتراسوند به منظور مطابقت با مقررات دولت ایالات متحده است. ایمنی در استفاده از اولتراسوند نیز به طور گسترده در زمینه دانشگاهی مورد توجه قرار گرفته است. به عنوان مثال Ref. 5 ، ر. 6، و Ref. 7 .
مدل فعلی با الهام از آزمایش‌ها برای اندازه‌گیری حرارت ناشی از اولتراسوند متمرکز در یک فانتوم بافتی از Ref. 8 . این مدل از همان هندسه و خواص مواد استفاده می کند که در Ref. 8 . این مدل نحوه استفاده از COMSOL Multiphysics برای مدلسازی گرمایش بافت ناشی از اولتراسوند متمرکز را نشان می‌دهد. نتایج شبیه سازی با داده های تجربی موجود در مرجع مقایسه شده است.
تعریف مدل
شکل 2 هندسه شبیه سازی شده در این مدل را نشان می دهد. هم فانتوم بافت و هم مبدل آکوستیک در آب غوطه ور می شوند. مبدل کاسه ای شکل با فاصله کانونی 62.64 میلی متر، دیافراگم 35 میلی متر در شعاع و سوراخی به شعاع 10 میلی متر در مرکز است. فانتوم بافت به شکل استوانه ای با شعاع 53.6 میلی متر و طول 80.5 میلی متر است. فانتوم بافت و مبدل به صورت هم محور مرتب شده اند، بنابراین مدل را می توان به عنوان متقارن محوری دوبعدی تعریف کرد.
مبدل در فرکانس 1 مگاهرتز هدایت می شود. به مدت 1 ثانیه روشن می شود و سپس خاموش می شود تا فانتوم بافت کاملاً در آب خنک شود. بنابراین مدل برای گرم شدن فانتوم بافت به مدت 1 ثانیه حل می کند و سپس فرآیند خنک سازی را پس از خاموش شدن منبع صوتی شبیه سازی می کند.
شکل 2: هندسه مبدل آکوستیک و فانتوم بافت. مبدل کاسه ای شکل است که در مرکز آن سوراخی دارد. هم فانتوم بافت و هم مبدل در آب غوطه ور می شوند. هندسه متقارن محوری امکان شبیه سازی متقارن محوری دو بعدی را فراهم می کند.
این مدل از رابط آکوستیک فشار، دامنه فرکانس برای مدلسازی میدان صوتی ساکن در آب و حوزه بافت استفاده می‌کند تا توزیع شدت آکوستیک در فانتوم بافت را به دست آورد. انرژی صوتی جذب شده محاسبه شده و به عنوان منبع گرما برای مدل رابط انتقال حرارت زیستی استفاده می شود. از آنجایی که ناحیه کانونی آکوستیک (مانند ناحیه گرم شده) بسیار کوچکتر از اندازه فانتوم بافت است، شبیه سازی حرارتی فقط در حوزه بافت انجام می شود.
معادله موج حل شده معادله همگن هلمهولتز در مختصات استوانه ای متقارن محوری دوبعدی است:
(1)
در اینجا r و z مختصات شعاعی و محوری، p فشار صوتی و ω فرکانس زاویه ای است. چگالی ρc و سرعت صوت cc برای محاسبه خواص میرایی ماده دارای مقادیر پیچیده ای هستند .
استفاده از رابطه 1 شامل این فرض است که انتشار موج صوتی خطی است و همچنین دامنه امواج برشی در حوزه بافت بسیار کوچکتر از امواج فشار است. بنابراین اثرات غیر خطی و امواج برشی نادیده گرفته می شوند.
با توجه به میدان فشار آکوستیک، میدان شدت آکوستیک به راحتی استخراج می شود. منبع حرارتی Q برای شبیه‌سازی حرارتی، که در حد موج صفحه داده شده است، سپس به صورت محاسبه می‌شود
(2)
که در آن α ABS ضریب جذب صوتی، I مقدار شدت آکوستیک، p فشار آکوستیک، و v بردار سرعت ذرات صوتی است. در COMSOL، شدت یک متغیر مشتق شده است که در آن مقدار می‌توان به صورت acpr.I_mag دسترسی داشت . به همین ترتیب، چگالی توان تلف شده (برای امواج صفحه) به عنوان acpr.Q_pw تعریف می شود . بنابراین منبع حرارت Q به راحتی پس از حل میدان صوتی محاسبه می شود.
توجه: برای جزئیات بیشتر در مورد متغیرهای شدت، Help>Documentation را انتخاب کنید و سپس مدلسازی رشته با شاخه آکوستیک فشار (رابط‌های مبتنی بر FEM) را جستجو کنید . سپس بخش Postprocessing Variables را انتخاب کنید . دو بخش در اینجا وجود دارد. یکی توصیف متغیرهای شدت و یکی توصیف متغیرهای اتلاف توان.
قرار دادن منبع گرمای حجمی صوتی در معادله انتقال حرارت زیستی پنس برای مدل سازی انتقال حرارت در بافت بیولوژیکی
که در آن T دما، ρ چگالی، Cp گرمای ویژه، k هدایت حرارتی، ρb چگالی خون، Cb گرمای ویژه خون، w b سرعت پرفیوژن خون، T است . b دمای خون، Q منبع گرما (انرژی جذب شده فراصوت محاسبه شده از معادله 2 ) و Q met منبع گرمای متابولیکی است.
در این مدل فرض کنید که خواص بافت با افزایش دما تغییر نمی کند. پرفیوژن خون نیز نادیده گرفته می شود.
شکل 3 هندسه مدل و حوزه مواد تعریف شده در مدل را نشان می دهد. چهار لایه استوانه ای کاملاً منطبق (PMLs) ( r1 – r4 ) و یک PML کروی ( c1 ) برای جذب امواج خروجی استفاده می شود. شبیه‌سازی آکوستیک فشار در همه حوزه‌ها انجام می‌شود در حالی که مدل انتقال حرارت فقط در حوزه فانتوم بافت اعمال می‌شود.
شکل 3: هندسه مدل. حوزه های آب به رنگ آبی و حوزه های فانتوم بافت با رنگ بنفش نشان داده شده اند. چهار PML استوانه ای ( r1 – r4) و یک PML کروی ( c1 ) برای جذب امواج خروجی استفاده می شود.
برای حل دقیق گرادیان فشار شدید در ناحیه کانونی، مدل از یک شبکه ریز با اندازه λ/ 8 (که λ طول موج است) در آن ناحیه (هم برای گرما و هم برای مشکل آکوستیک) استفاده می‌کند. یک شبکه درشت تر با اندازه λ/ 5 در آب برای سایر حوزه های صوتی استفاده می شود. هم فشار آکوستیک و هم دما از عناصر درجه دوم درجه دوم به عنوان گسسته استفاده می کنند.
جدول 1 خواص مواد مورد استفاده در شبیه سازی مدل را نشان می دهد. خواص مورد استفاده برای فانتوم بافت، داده های اندازه گیری شده است که در Ref. 8 . برای مقایسه، جدول همچنین خواص بافت انسانی را که در Ref. 9 .
ویژگی | چگالی (KG/ m3 ) | سرعت صدا (M/S) | تضعیف (NP/M/MHZ) | گرمای ویژه (J/(KG·K)) | هدایت حرارتی (W/(M·K)) |
آب (در 293.7 K) | 1000 | 1483 | 0.025 | N/A | N/A |
فانتوم بافت | 1044 | 1568 | 8.55 | 3710 | 0.59 |
بافت انسانی | 1000–1100 | 1450-1640 | 4.03-17.27 | 3600–3890 | 0.45-0.56 |
نتایج و بحث
شکل 4 فشار آکوستیک را نشان می دهد. پرتو اولتراسونیک از طریق لایه آب و به داخل فانتوم بافت حرکت می کند. پرتو به یک ناحیه کانونی همگرا می شود که در آن دامنه فشار صوتی به 1.11 مگاپاسکال در نقطه کانونی می رسد. این نتیجه به خوبی با نتایج ارائه شده در Ref. 8 . به الگوی پراش مانند نزدیک لبه ها (به ویژه در بالای حوزه محاسباتی) توجه کنید. این یک پدیده فیزیکی نیست، بلکه اثری از لایه کاملاً منطبق است.
شکل 4: میدان فشار صوتی در حوزه آب و بافت.
تصویری از بزرگی شدت آکوستیک در شکل 5 آورده شده است . این نمودار به وضوح نشان می دهد که چگونه انرژی صوتی در ناحیه مورد نظر متمرکز و توزیع می شود. بیشتر گرما در ناحیه کانونی بیضی شکل رخ می دهد که حدود 8 میلی متر طول و 1.3 میلی متر عرض دارد. شکل 6 نمایه دامنه فشار آکوستیک را در امتداد محور z نشان می دهد ( r = 0). با بزرگنمایی حول دامنه فشار اوج در شکل 6 ، محل دقیق کانون صوتی روی محور و 35 میلی متر دورتر از فانتوم بافت و رابط آب (در z = 59.6 میلی متر) دیده می شود. شکل 7نمایه دامنه فشار آکوستیک را در امتداد جهت شعاعی در صفحه کانونی نشان می دهد ( z = 59.6 میلی متر).
شکل 8 نتیجه افزایش دما در فانتوم بافت را برای دامنه فشار کانونی 1.11 مگاپاسکال پس از 1 ثانیه تابش نشان می دهد. در t = 1 s، حداکثر افزایش دما حدود یک درجه است. نقطه گرم شده بیضی شکل تقریباً به اندازه ناحیه کانونی آکوستیک است که در نمودار کانتور دما همانطور که در شکل 9 نشان داده شده است به راحتی قابل مشاهده است .
شکل 5: نمودار سطح میدان شدت آکوستیک، انرژی صوتی را که باید در ناحیه کانونی متمرکز شود را نشان می دهد.
شکل 10 منحنی های گرمایش و سرمایش را در فوکوس آکوستیک و 0.5 میلی متر خارج از فوکوس صوتی در صفحه کانونی نشان می دهد. این دوباره برای دامنه فشار کانونی 1.11 مگاپاسکال است. در این مکان‌ها، بافت هنگام سونوگرافی گرم می‌شود و سپس از طریق هدایت طبیعی سرد می‌شود. نتیجه در فوکوس آکوستیک به خوبی با نتایج ارائه شده در Ref. 8 .
این مثال نشان می‌دهد که چگونه می‌توان حرارت بافت ناشی از اولتراسوند متمرکز را در زمانی که فشار صوتی در فوکوس بسیار کمتر از آستانه حفره آکوستیک است، مدلسازی کرد. از آنجایی که مدل غیرخطی بودن را در نظر نمی گیرد، می توان آن را در حوزه فرکانس حل کرد. آکوستیک خطی در حدی معتبر است که p << ρ c 2 . حداکثر فشار در ناحیه کانونی بسیار کوچکتر از محصول ρc2 = 2.6 109 Pa است و بنابراین فرض خطی حوزه فرکانس معتبر است . در فشارهای قابل مقایسه و بالاتر از حد، انرژی صوتی از فرکانس اصلی به هارمونیک های بالاتر پمپ می شود ( مرجع 10).). این رفتار غیرخطی را می توان در حوزه زمان با استفاده از ویژگی دامنه آکوستیک غیرخطی (Westervelt) در رابط آکوستیک فشار، رابط گذرا مدل کرد. در بافت، ضریب جذب نزدیک به f 1.1 است (برای آب، قانون توان برای جذب f 2 است ). هارمونیک های بالاتر منجر به ناحیه کانونی باریک تر و اتلاف انرژی بیشتر می شود. بنابراین در سطوح فشار صوت بالاتر، مدل فعلی تمایل به دست کم گرفتن رسوب انرژی کل مرتبط با جذب موج اولتراسونیک و در نتیجه حداکثر افزایش دما در ناحیه کانونی را دارد.
شکل 6: پروفیل دامنه فشار آکوستیک در امتداد محور تقارن (r = 0).
شکل 7: پروفیل دامنه فشار آکوستیک در امتداد جهت شعاعی در صفحه کانونی.
شکل 8: نمودار سطحی افزایش دما در فانتوم بافت پس از 1 ثانیه تابش برای دامنه فشار کانونی 1.11 مگاپاسکال.
شکل 9: نمودار کانتور افزایش دما در فانتوم بافت پس از 1 ثانیه تابش برای دامنه فشار کانونی 1.11 مگاپاسکال. نقطه داغ بیضی شکل تقریباً به اندازه ناحیه کانونی آکوستیک است.
شکل 10: منحنی های گرمایش و سرمایش در فوکوس صوتی و 0.5 میلی متر خارج از محور در صفحه کانونی برای 1 ثانیه تابش با دامنه فشار کانونی 1.11 مگاپاسکال.
اثر اتلاف انرژی برای مقابله با اثر غیرخطی و در نتیجه کاهش اعوجاج شکل موج ( مراجعه 10 ) عمل می کند. بنابراین، فرض حرکت موج پیشرونده خطی باید تا زمانی که غیرخطی بودن نسبتاً کوچک باشد، به‌ویژه برای کاربردهای هایپرترمی خوب باقی بماند. نتایج شبیه سازی نشان می دهد که این مدل تخمین خوبی از میدان صوتی و افزایش دما برای فشار کانونی تا 1.11 ارائه می دهد. MPa این نه تنها رفتار گرمایش و سرمایش را در ناحیه کانونی شبیه‌سازی می‌کند، بلکه اطلاعات مفید دیگری مانند شکل ناحیه گرم‌شده و اثر گرمایش لبه کناری در آن مکان‌های اطراف با حداکثر فشار خارج از ناحیه کانونی (که لوب اصلی است) را ارائه می‌دهد. ). نتایج همچنین نشان می‌دهد که لبه‌های جانبی در میدان شدت در پاسخ دما به دلیل اثر صاف‌کنندگی هدایت، همانطور که در شکل 11 نشان داده شده است، کاهش می‌یابد . به طور کلی، این مدل نشان می دهد که تغییر دما تقریباً متناسب با شدت آکوستیک است.
شکل 11: پروفیل‌های دما و شدت نشان می‌دهند که لوب‌های جانبی در میدان شدت در پاسخ دما به دلیل اثر هموارسازی هدایت حرارتی کاهش می‌یابند.
نکاتی درباره پیاده سازی COMSOL
این مدل از دو مطالعه استفاده می کند. مطالعه 1 آکوستیک فشار در حوزه فرکانس را حل می کند تا میدان فشار آکوستیک را به دست آورد. در مطالعه 2، منبع گرمایی محاسبه شده از محلول مطالعه 1 سپس در یک تحلیل وابسته به زمان برای مدلسازی گرمایش و سرمایش فانتوم بافت استفاده می‌شود.
منابع
1. KJ Parker، “تکنیک فروپاشی پالس حرارتی برای اندازه گیری ضرایب جذب اولتراسونیک”، J. Acoust. Soc. صبح. ، جلد 74، شماره 5، صص 1356–1361، 1983.
2. RL Clarke و G. ter Haar، “افزایش دما در طول تشکیل ضایعه ثبت شده توسط اولتراسوند متمرکز با شدت بالا”، Ultrasound Med. Biol. ، جلد 23، شماره 2، صص 299-306، 1997.
Google Scholar Crossref, CAS 3. NT Sanghvi, K. Hynynen, and FL Lizzi, “New Developments in Therapeutic Ultrasound,” IEEE Eng. پزشکی Biol. Mag. ، جلد 15، شماره 6، صص. 83-92،
4. «معیارهای مواجهه برای سونوگرافی تشخیصی پزشکی: II. معیارهای مبتنی بر همه مکانیسم های شناخته شده (گزارش شماره 140)، ” ایمنی تشخیصی اولتراسوند: خلاصه ای از گزارش فنی ، صادر شده توسط شورای ملی حفاظت در برابر تشعشع و اندازه گیری ها (NCRP)، 2002.
5. PNT Wells، “اثرات بیولوژیکی”، اولتراسونیک زیست پزشکی ، فصل. 9، انتشارات آکادمیک، نیویورک، 1977.
6. G.ter Haar، “اثرات بیولوژیکی اولتراسوند در کاربردهای بالینی”، اولتراسوند: اثرات شیمیایی، فیزیکی و بیولوژیکی آن ، KS Suslick، ویرایش، VCH Publishers، نیویورک، 1988.
7. WL Nyborg، “اثرات بیولوژیکی اولتراسوند: توسعه دستورالعمل های ایمنی”. بخش دوم: بررسی عمومی، اولتراسوند پزشکی. Biol. ، جلد 27، شماره 3، صفحات 301-333، 2001.
8. J. Huang، RG Holt، RO Cleveland، و RA Roy، “تأیید آزمایشی یک مدل عددی قابل ترمیم برای گرمایش اولتراسوند متمرکز در فانتوم‌های بافت جریانی،” J. Acoust. Soc. صبح. ، جلد 116، شماره 4، pt. 1، صفحات 2451-2458، 2004.
9. اردک FA، خواص فیزیکی بافت ، انتشارات دانشگاهی، 1990.
10. MF Hamilton and DT Blackstock eds., Nonlinear Acoustics , Academic Press, 1998.
مسیر کتابخانه برنامه: ماژول_آکوستیک/فرصوت/گرمایش_ناشی_التراسونیک
دستورالعمل مدلسازی
از منوی File ، New را انتخاب کنید .
جدید
در پنجره جدید ، روی 
Model Wizard کلیک کنید .
Model Wizard کلیک کنید .مدل جادوگر
1 | در پنجره Model Wizard ، روی  2D Axismetric کلیک کنید . |
2 | در درخت Select Physics ، Acoustics>Pressure Acoustics>Pressure Acoustics، Frequency Domain (acpr) را انتخاب کنید . |
3 | روی افزودن کلیک کنید . |
4 | در درخت Select Physics ، Heat Transfer>Bioheat Transfer (ht) را انتخاب کنید . |
5 | روی افزودن کلیک کنید . |
6 |  روی مطالعه کلیک کنید . |
7 | در درخت انتخاب مطالعه ، مطالعات پیش‌فرض برای برخی از رابط‌های فیزیکی > دامنه فرکانس را انتخاب کنید . |
8 |  روی Done کلیک کنید . |
تعاریف جهانی
پارامترهای مورد استفاده در مدل را تعریف کنید.
پارامترهای 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Global Definitions روی Parameters 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای پارامترها ، بخش پارامترها را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام | اصطلاح | ارزش | شرح |
d0 | 3.8[nm] | 3.8E-9 متر | دامنه جابجایی مبدل |
z_بافت | 24.6[mm] | 0.0246 متر | موقعیت شروع فانتوم بافت |
T0 | 293.7 [K] | 293.7 K | مقدار دمای اولیه |
آلفا_آب | 0.025 [1/m] | 0.025 1/m | ضریب جذب آب |
آلفا_بافت | 8.55 [1/m] | 8.55 1/m | ضریب جذب فانتوم بافت |
f0 | 1 [MHz] | 1E6 هرتز | فرکانس منبع |
برای خاموش کردن منبع آکوستیک پس از 1 ثانیه صدا، یک تابع پله تعریف کنید. این برای شبیه سازی حرارتی گذرا استفاده می شود. برای بهبود همگرایی، یک منطقه انتقال هموار تعریف کنید که به آرامی دامنه منبع را به صفر کاهش دهد.
مرحله 1 (مرحله 1)
1 | در نوار ابزار Home ، روی  Functions کلیک کنید و Global>Step را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مرحله ، قسمت پارامترها را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن از ، 1 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن، 0 را تایپ کنید . |
5 | برای گسترش بخش Smoothing کلیک کنید . در قسمت متن Size of transition zone ، 0.005 را تایپ کنید . |
هندسه 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Geometry 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات هندسه ، بخش Units را پیدا کنید . |
3 | از لیست واحد طول ، میلی متر را انتخاب کنید . |
اکنون به ایجاد هندسه ادامه دهید. یک طرح در شکل 2 و شکل 3 نشان داده شده است . ابتدا مبدل کاسه ای شکلی که به عنوان منبع آکوستیک استفاده می شود ایجاد کنید.
دایره 1 (c1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Circle کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات دایره ، بخش اندازه و شکل را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Radius ، 62.64 را تایپ کنید . |
4 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن z ، 62.64 را تایپ کنید . |
5 |  روی Build Selected کلیک کنید . |
مستطیل 1 (r1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Rectangle کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Rectangle ، بخش Size and Shape را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Width عدد 35 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن ارتفاع ، 10.69 را تایپ کنید . |
5 |  روی Build Selected کلیک کنید . |
تقاطع 1 (int1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Booleans and Partitions کلیک کنید و Intersection را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره Graphics کلیک کنید و سپس Ctrl+A را فشار دهید تا هر دو شی انتخاب شوند. |
3 | در پنجره تنظیمات برای تقاطع ، روی  Build Selected کلیک کنید . |
دامنه فانتوم بافت را ایجاد کنید و لایه هایی را برای لایه کاملا منطبق (PML) اضافه کنید.
مستطیل 2 (r2)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Rectangle کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Rectangle ، بخش Size and Shape را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Width ، 48.6 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن ارتفاع ، 75.5 را تایپ کنید . |
5 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن z ، z_tissue را تایپ کنید . |
6 | برای گسترش بخش لایه ها کلیک کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام لایه | ضخامت (میلی متر) |
لایه 1 | 5 |
7 | تیک Layers را در سمت راست انتخاب کنید . |
8 | تیک Layers on top را انتخاب کنید . |
9 | تیک Layers on bottom را پاک کنید . |
10 |  روی Build Selected کلیک کنید . |
دامنه های آب را ایجاد کنید و همچنین در اینجا، لایه هایی را برای PML اضافه کنید.
مستطیل 3 (r3)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Rectangle کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Rectangle ، بخش Size and Shape را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Width ، 48.6 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن ارتفاع ، z_tissue-10.69 را تایپ کنید . |
5 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن z ، 10.69 را تایپ کنید . |
6 | قسمت لایه ها را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام لایه | ضخامت (میلی متر) |
لایه 1 | 5 |
7 | تیک Layers را در سمت راست انتخاب کنید . |
8 | تیک Layers on bottom را پاک کنید . |
9 |  روی Build Selected کلیک کنید . |
دایره 2 (c2)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Circle کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات دایره ، بخش اندازه و شکل را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Radius عدد 15 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متنی Sector angle عدد 90 را تایپ کنید . |
5 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن z ، 0.80336 را تایپ کنید . |
6 | قسمت Rotation Angle را پیدا کنید . در قسمت متن چرخش ، -90 را تایپ کنید . |
7 | برای گسترش بخش لایه ها کلیک کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام لایه | ضخامت (میلی متر) |
لایه 1 | 5 |
8 |  روی Build Selected کلیک کنید . |
اتحادیه 1 (uni1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Booleans and Partitions کلیک کنید و Union را انتخاب کنید . |
2 | فقط اشیاء c2 و int1 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای Union ، روی  Build Selected کلیک کنید . |
حذف نهادهای 1 (del1)
1 | در پنجره Model Builder ، روی Geometry 1 کلیک راست کرده و Delete Entities را انتخاب کنید . |
2 | در شی uni1 ، فقط مرز 10 را انتخاب کنید.  |
3 | در پنجره تنظیمات برای حذف نهادها ، روی  ساخت انتخاب شده کلیک کنید . |
در نهایت، یک ناحیه کانونی بیضی شکل ایجاد کنید که در آن می توان یک مش ریزتر برای حل گرادیان بالا در میدان فشار اعمال کرد.
بیضی 1 (e1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Ellipse کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Ellipse ، بخش Size and Shape را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن a-semiaxis ، 7.5 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن b-semiaxis ، 1.5 را تایپ کنید . |
5 | در قسمت نوشتار زاویه بخش ، 180 را تایپ کنید . |
6 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن z ، z_tissue+35 را تایپ کنید . |
7 | قسمت Rotation Angle را پیدا کنید . در قسمت متن چرخش ، 270 را تایپ کنید . |
8 |  روی Build Selected کلیک کنید . |
فرم اتحادیه (فین)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  ساختن همه کلیک کنید . |
2 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
هندسه باید مانند شکل زیر باشد.
تعاریف
دامنه های لایه کاملاً منطبق را برای شبیه سازی فشار آکوستیک تعریف کنید. نوع کشش منطقی در این مسائل باز کارآمدتر از نوع کشش چند جمله ای است، در حالی که چند جمله ای در مسائل شبیه موجبر ترجیح داده می شود.
کاملاً منطبق بر لایه 1 (pml1)
1 | در پنجره Model Builder ، گره Component 1 (comp1)>Definitions را گسترش دهید . |
2 | روی Definitions کلیک راست کرده و Perfectly Matched Layer را انتخاب کنید . |
3 | فقط دامنه های 7، 9 و 10 را انتخاب کنید. |
ممکن است انتخاب دامنه ها با استفاده از پنجره Selection List آسانتر باشد . برای باز کردن این پنجره، در نوار ابزار Home روی Windows کلیک کرده و Selection List را انتخاب کنید . (اگر از دسکتاپ کراس پلتفرم استفاده می کنید، ویندوز را در منوی اصلی پیدا می کنید.)
4 | در پنجره تنظیمات برای لایه کاملاً منطبق ، قسمت هندسه را پیدا کنید . |
5 | از لیست نوع ، استوانه ای را انتخاب کنید . |
6 | بخش Scaling را پیدا کنید . از لیست نوع کشش مختصات ، منطقی را انتخاب کنید . |
لایه 2 کاملاً منطبق (pml2)
1 | روی Perfectly Matched Layer 1 (pml1) کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
بهتر است برای هر ماده متفاوت موجود در مدل، یک دامنه لایه کاملاً منطبق تعریف شود.
2 | در پنجره تنظیمات برای لایه کاملاً منطبق ، قسمت انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 |  روی Clear Selection کلیک کنید . |
4 | فقط دامنه 8 را انتخاب کنید. |
کاملاً منطبق بر لایه 3 (pml3)
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی لایه  کاملاً منطبق کلیک کنید . |
2 | فقط دامنه 1 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای لایه کاملاً منطبق ، قسمت هندسه را پیدا کنید . |
4 | در قسمت متن مختصات مرکز ، 0.8034[mm] را تایپ کنید . |
5 | بخش Scaling را پیدا کنید . از لیست نوع کشش مختصات ، منطقی را انتخاب کنید . |
اکنون، فیزیک را برای آکوستیک فشار، دامنه فرکانس تنظیم کنید.
آکوستیک فشار، دامنه فرکانس (ACPR)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Pressure Acoustics, Frequency Domain (acpr) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات مربوط به آکوستیک فشار ، دامنه فرکانس ، بخش تنظیمات سطح فشار صدا را پیدا کنید . |
3 | از فهرست فشار مرجع برای فهرست سطح فشار صدا ، استفاده از فشار مرجع برای آب را انتخاب کنید . |
حال، ویژگی های فیزیکی حوزه های آب را مشخص کنید.
آکوستیک فشار 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Pressure Acoustics، Frequency Domain (acpr) روی Pressure Acoustics 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای آکوستیک فشار ، بخش مدل آکوستیک فشار را پیدا کنید . |
3 | از لیست مدل سیال ، تضعیف تعریف شده توسط کاربر را انتخاب کنید . |
4 | در قسمت متن α ، alpha_water را تایپ کنید . |
یک گره مدل آکوستیک مواد فشار دوم برای حوزه های بافت اضافه کنید. مواد بافت را در زیر تعریف خواهید کرد.
آکوستیک فشار 2
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و Pressure Acoustics را انتخاب کنید . |
2 | فقط دامنه های 5-7، 9 و 10 را انتخاب کنید.  |
3 | در پنجره تنظیمات برای آکوستیک فشار ، بخش مدل آکوستیک فشار را پیدا کنید . |
4 | از لیست مدل سیال ، تضعیف تعریف شده توسط کاربر را انتخاب کنید . |
5 | در قسمت متن α ، alpha_tissue را تایپ کنید . |
دامنه جابجایی نرمال d0 را در سطح مبدل اولتراسوند تعریف کنید.
جابجایی عادی 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Normal Displacement را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرز 32 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای جابجایی عادی ، بخش جابجایی عادی را پیدا کنید . |
4 | در قسمت متنی d n ، d0 را تایپ کنید . |
حال، فیزیک رابط انتقال گرما را مشخص کنید.
انتقال حرارت زیستی (HT)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Bioheat Transfer (ht) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای انتقال گرما ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 |  روی Clear Selection کلیک کنید . |
4 | فقط دامنه های 5 و 6 را انتخاب کنید. |
مقادیر اولیه 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Bioheat Transfer (ht) روی مقادیر اولیه 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مقادیر اولیه ، قسمت مقادیر اولیه را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن T ، T0 را تایپ کنید . |
انرژی صوتی جذب شده را به عنوان منبع گرمای دامنه اضافه کنید. متغیر acpr.Q_pw نشان دهنده چگالی توان تلف شده برای امواج صفحه است.
منبع حرارت 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و منبع حرارت را انتخاب کنید . |
2 | فقط دامنه های 5 و 6 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای منبع گرما ، بخش منبع گرما را پیدا کنید . |
4 | در قسمت متنی Q 0 ، acpr.Q_pw*step1(t[1/s]-1) را تایپ کنید . |
یک شرط مرزی دمای ثابت را روی مرزهای محاسباتی شبیه‌سازی حرارتی اعمال کنید.
دما 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Temperature را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرزهای 9، 14 و 20 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات دما ، قسمت دما را بیابید . |
4 | در قسمت متنی T 0 ، T0 را تایپ کنید . |
مرحله بعدی تنظیم مواد استفاده شده در مدل است. از مواد آب پیش فرض استفاده کنید و مواد بافتی خود را تعریف کنید.
مواد را اضافه کنید
1 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Material کلیک کنید تا پنجره Add Material باز شود . |
2 | به پنجره Add Material بروید . |
3 | در درخت، Built-in>Water, liquid را انتخاب کنید . |
4 | روی Add to Component در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
5 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Material کلیک کنید تا پنجره Add Material بسته شود . |
مواد
خواص مواد فانتوم بافت را تعریف کنید و آن را در حوزه های فانتوم بافت اعمال کنید.
فانتوم بافت
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Materials راست کلیک کرده و Blank Material را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات مواد ، Tissue phantom را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | فقط دامنه های 5-7، 9 و 10 را انتخاب کنید. |
4 | قسمت محتوای مواد را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
ویژگی | متغیر | ارزش | واحد | گروه اموال |
تراکم | rho | 1044 | کیلوگرم بر متر مکعب | پایه ای |
سرعت صوت | ج | 1568 | ام‌اس | پایه ای |
رسانایی گرمایی | k_iso ; kii = k_iso، kij = 0 | 0.59 | W/(m·K) | پایه ای |
ظرفیت گرمایی در فشار ثابت | Cp | 3710 | J/(kg·K) | پایه ای |
آکوستیک فشار، دامنه فرکانس (ACPR)
آکوستیک فشار 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Pressure Acoustics، Frequency Domain (acpr) روی Pressure Acoustics 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای آکوستیک فشار ، بخش ورودی مدل را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن T ، T0 را تایپ کنید . |
آکوستیک فشار 2
1 | در پنجره Model Builder ، روی Pressure Acoustics 2 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای آکوستیک فشار ، بخش ورودی مدل را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن T ، T0 را تایپ کنید . |
مش 1 – آکوستیک
در مراحل زیر ابتدا یک مش برای شبیه سازی آکوستیک فشار ایجاد کنید و سپس یک مش برای مشکل حرارتی ایجاد کنید. از آنجایی که این دو فیزیک متفاوت هستند، مش ها باید خواص متفاوتی داشته باشند. برای شبیه سازی صوتی، مش باید طول موج مشکل را حل کند. با استفاده از المان های درجه دوم (مربع)، 5 عنصر مش در هر طول موج کافی است.
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Mesh 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات مش ، Mesh 1 – Acoustics را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
مثلثی رایگان 1
1 | در نوار ابزار Mesh ، روی  Free Triangular کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Free Triangular ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح نهاد هندسی ، دامنه را انتخاب کنید . |
4 | فقط دامنه های 2-6 را انتخاب کنید. |
از یک مش ریزتر در ناحیه کانونی استفاده کنید تا گرادیان های بزرگ در میدان فشار را حل کنید. در اینجا از 8 عنصر در هر طول موج استفاده کنید.
سایز 1
1 | روی Free Triangular 1 کلیک راست کرده و Size را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای اندازه ، قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . |
3 |  روی Clear Selection کلیک کنید . |
4 | فقط دامنه 6 را انتخاب کنید. |
5 | بخش اندازه عنصر را پیدا کنید . روی دکمه Custom کلیک کنید . |
6 | قسمت پارامترهای اندازه عنصر را پیدا کنید . |
7 | کادر انتخاب حداکثر اندازه عنصر را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، 1568[m/s]/f0/30 را تایپ کنید . |
اندازه
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Mesh 1 – Acoustics روی Size کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای اندازه ، قسمت اندازه عنصر را پیدا کنید . |
3 | روی دکمه Custom کلیک کنید . |
4 | قسمت پارامترهای اندازه عنصر را پیدا کنید . در قسمت متن حداکثر اندازه عنصر ، 1483[m/s]/f0/5 را تایپ کنید . |
یک مش نگاشت شده را در ناحیه لایه کاملاً منطبق تنظیم کنید.
نقشه برداری 1
1 | در نوار ابزار Mesh ، روی  Mapped کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Mapped ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح نهاد هندسی ، دامنه را انتخاب کنید . |
4 | فقط دامنه های 1 و 7–10 را انتخاب کنید. |
توزیع 1
1 | روی Mapped 1 کلیک راست کرده و Distribution را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرزهای 1، 22 و 23 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای توزیع ، بخش توزیع را پیدا کنید . |
4 | در فیلد متنی Number of element ، 10 را تایپ کنید . |
5 |  روی ساخت همه کلیک کنید . |
مش باید مانند شکل زیر باشد.
بعد، یک مش درشت تر برای شبیه سازی حرارتی ایجاد کنید.
مش 2 – انتقال حرارت زیستی
1 | در نوار ابزار Mesh ، روی Add Mesh کلیک کنید و Add Mesh را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات مش ، Mesh 2 – Bioheat Transfer را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
مثلثی رایگان 1
1 | در نوار ابزار Mesh ، روی  Free Triangular کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Free Triangular ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح نهاد هندسی ، دامنه را انتخاب کنید . |
4 | فقط دامنه های 5 و 6 را انتخاب کنید. |
سایز 1
1 | روی Free Triangular 1 کلیک راست کرده و Size را انتخاب کنید . |
2 | فقط دامنه 6 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای اندازه ، قسمت اندازه عنصر را پیدا کنید . |
4 | روی دکمه Custom کلیک کنید . |
5 | قسمت پارامترهای اندازه عنصر را پیدا کنید . |
6 | کادر انتخاب حداکثر اندازه عنصر را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، 0.18[mm] را تایپ کنید . |
اندازه
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Meshes>Mesh 2 – Bioheat Transfer روی Size کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای اندازه ، قسمت اندازه عنصر را پیدا کنید . |
3 | روی دکمه Custom کلیک کنید . |
4 | قسمت پارامترهای اندازه عنصر را پیدا کنید . در قسمت متن حداکثر اندازه عنصر ، 5 را تایپ کنید . |
5 | در فیلد متنی حداکثر نرخ رشد عنصر ، 1.2 را تایپ کنید . |
6 |  روی ساخت همه کلیک کنید . |
مش باید مانند شکل زیر باشد.
ابتدا مدل فیزیک آکوستیک فشار را در حوزه فرکانس با استفاده از مش ریزتر Mesh 1 – Acoustics حل کنید .
مطالعه 1
مرحله 1: دامنه فرکانس
1 | در پنجره Model Builder ، در بخش مطالعه 1 ، روی مرحله 1: دامنه فرکانس کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات دامنه فرکانس ، بخش تنظیمات مطالعه را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن فرکانس ها ، f0 را تایپ کنید . |
4 | برای باز کردن بخش Mesh Selection کلیک کنید تا بررسی کنید که Mesh 1 انتخاب شده است. |
5 | در پنجره Model Builder ، روی Study 1 کلیک کنید . |
6 | در پنجره تنظیمات برای مطالعه ، Study 1 – Acoustics را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
7 | در نوار ابزار صفحه اصلی ،  روی محاسبه کلیک کنید . |
ریشه
اکنون، یک نوع مطالعه تحلیل گذرا اضافه کنید و مدل انتقال حرارت زیستی را در حوزه زمان با استفاده از مش 2 درشت تر – انتقال حرارت زیستی حل کنید . مدل آکوستیک به عنوان ورودی برای محاسبه منبع گرما عمل می کند.
اضافه کردن مطالعه
1 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Study کلیک کنید تا پنجره Add Study باز شود . |
2 | به پنجره Add Study بروید . |
3 | رابط های فیزیک را در زیربخش مطالعه پیدا کنید . در جدول، کادر حل را برای فشار آکوستیک، دامنه فرکانس (acpr) پاک کنید . |
4 | زیربخش مطالعات را پیدا کنید . در درخت انتخاب مطالعه ، General Studies>Time Dependent را انتخاب کنید . |
5 | روی Add Study در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
6 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Study کلیک کنید تا پنجره Add Study بسته شود . |
مطالعه 2
مرحله 1: وابسته به زمان
1 | در پنجره تنظیمات مربوط به زمان وابسته ، قسمت تنظیمات مطالعه را پیدا کنید . |
2 |  روی Range کلیک کنید . |
3 | در کادر محاوره‌ای Range ، 0.2 را در قسمت متن Step تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن توقف ، 5 را تایپ کنید . |
5 | روی Replace کلیک کنید . |
این زمان هایی است که محلول در آن ذخیره می شود.
6 | در پنجره تنظیمات مربوط به زمان وابسته ، کلیک کنید تا بخش Values of Dependent Variables گسترش یابد . |
7 | مقادیر متغیرهای حل نشده را برای بخش فرعی پیدا کنید . از لیست تنظیمات ، کنترل کاربر را انتخاب کنید . |
8 | از لیست روش ، راه حل را انتخاب کنید . |
9 | از لیست مطالعه ، مطالعه 1 – آکوستیک، دامنه فرکانس را انتخاب کنید . |
10 | برای باز کردن بخش Mesh Selection کلیک کنید تا بررسی کنید که Mesh 2 انتخاب شده است. |
11 | در پنجره Model Builder ، روی Study 2 کلیک کنید . |
12 | در پنجره تنظیمات برای مطالعه ، Study 2 – Bioheat Transfer را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
روش گام به گام زمانی و تلورانس گام های زمانی داخلی که توسط حلگر وابسته به زمان برداشته می شود را مشخص کنید.
راه حل 2 (sol2)
1 | در نوار ابزار مطالعه ، روی  Show Default Solver کلیک کنید . |
2 | در پنجره Model Builder ، گره Solution 2 (sol2) را گسترش دهید ، سپس روی Time-Dependent Solver 1 کلیک کنید . |
3 | در پنجره تنظیمات برای حل وابسته به زمان ، برای گسترش بخش Time Steping کلیک کنید . |
4 | از لیست سفارش حداکثر BDF ، 5 را انتخاب کنید . |
5 | از لیست محدودیت حداکثر گام ، Constant را انتخاب کنید . |
6 | در قسمت متن حداکثر گام ، 0.02 را تایپ کنید . |
7 | در نوار ابزار مطالعه ،  روی محاسبه کلیک کنید . |
نتایج
پس از حل مدل، به تجزیه و تحلیل نتایج بروید. مراحل زیر را برای ایجاد نمودارهای فشار صوتی و میدان های دما دنبال کنید.
ابتدا یک مجموعه داده آینه ای ایجاد کنید تا نتایج را در یک صفحه برش کامل از طریق هندسه متقارن محور بهتر تجسم کنید.
آینه 2 بعدی 1
در نوار ابزار نتایج ، روی More Datasets کلیک کنید و Mirror 2D را انتخاب کنید .
More Datasets کلیک کنید و Mirror 2D را انتخاب کنید .فشار صوتی (acpr)
1 | در پنجره Model Builder ، در بخش Results روی Acoustic Pressure (acpr) کلیک کنید . |
2 | در پنجره Settings for 2D Plot Group ، بخش Data را پیدا کنید . |
3 | از لیست Dataset ، Mirror 2D 1 را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Plot Settings را پیدا کنید . |
5 | چک باکس x-axis label را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، مختصات r (mm) را تایپ کنید . |
6 | کادر بررسی برچسب محور y را انتخاب کنید . در فیلد متن مرتبط، Z-coordinate (mm) را تایپ کنید . |
7 | کادر بررسی لبه های مجموعه داده Plot را پاک کنید . |
از جدول رنگ موج استفاده کنید تا دید بهتری از میدان صوتی داشته باشید.
سطح 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Acoustic Pressure (acpr) را گسترش دهید ، سپس روی Surface 1 کلیک کنید . |
2 | در نوار ابزار فشار صوتی (acpr) ، روی  Plot کلیک کنید . |
3 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
نمودار باید شبیه به شکلی باشد که در شکل 4 نشان داده شده است .
سطح فشار صدا (ACPR)
این نمودار دوم سطح فشار صدا (در حوزه آکوستیک و همچنین در منطقه PML) را نشان می دهد. در شکل زیر باید شبیه آن باشد. توجه داشته باشید که میدان صوتی حدود 150 دسی بل در ناحیه PML میرا می شود.
برای باقیمانده تجزیه و تحلیل نتایج، نمودار را در ناحیه غیرفیزیکی PML غیرفعال کنید.
مطالعه 1 – آکوستیک/راه حل 1 (sol1)
در پنجره Model Builder ، در بخش Results>Datasets روی مطالعه 1 – Acoustics/Solution 1 (sol1) کلیک کنید .
انتخاب
1 | در نوار ابزار نتایج ، روی  ویژگی ها کلیک کنید و Selection را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای انتخاب ، قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح نهاد هندسی ، دامنه را انتخاب کنید . |
4 | در پنجره Graphics کلیک کنید و سپس Ctrl+A را فشار دهید تا همه دامنه ها انتخاب شوند. |
5 | فقط دامنه های 2-6 را انتخاب کنید. |
نمودار شدت آکوستیک (میزان بردار شدت) را همانطور که در شکل 5 نشان داده شده است، ایجاد کنید .
میدان شدت آکوستیک
1 | در نوار ابزار نتایج ، روی  2D Plot Group کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح دو بعدی ، فیلد شدت صوتی را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت Data را پیدا کنید . از لیست Dataset ، Mirror 2D 1 را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Plot Settings را پیدا کنید . |
5 | چک باکس x-axis label را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، مختصات r (mm) را تایپ کنید . |
6 | کادر بررسی برچسب محور y را انتخاب کنید . در فیلد متن مرتبط، Z-coordinate (mm) را تایپ کنید . |
7 | کادر بررسی لبه های مجموعه داده Plot را پاک کنید . |
سطح 1
1 | روی قسمت Acoustic Intensity کلیک راست کرده و Surface را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Surface ، روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش Expression کلیک کنید . از منو، Component 1 (comp1)>Pressure Acoustics، Frequency Domain>Intensity>acpr.I_mag – Intensity magnitude – W/m² را انتخاب کنید . |
3 | در نوار ابزار فیلد شدت صوتی ، روی  Plot کلیک کنید . |
در مرحله بعد، همانطور که در شکل 6 نشان داده شده است، یک نمودار خطی از دامنه فشار آکوستیک در امتداد محور تقارن ایجاد کنید .
دامنه فشار در امتداد محور z-Axial
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Add Plot Group کلیک کنید و 1D Plot Group را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح 1 بعدی ، دامنه فشار در امتداد محور z-Axis را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
3 | برای گسترش بخش عنوان کلیک کنید . از لیست نوع عنوان ، Label را انتخاب کنید . |
نمودار خطی 1
1 | روی Pressure Amplitude Along Axial z-Axis کلیک راست کرده و Line Graph را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرزهای 3، 4، 6، 8 و 10-12 را انتخاب کنید.  |
3 | در پنجره تنظیمات برای نمودار خط ، بخش x-Axis Data را پیدا کنید . |
4 | از لیست Parameter ، Expression را انتخاب کنید . |
5 | در قسمت Expression text، z را تایپ کنید . |
6 | در نوار ابزار دامنه فشار در امتداد محور z-Axis ، روی  Plot کلیک کنید . |
می توانید از ابزار Zoom Box و Zoom Extents برای بزرگنمایی در اطراف نقطه کانونی صوتی استفاده کنید. حداکثر دامنه فشار در z = 59.6 میلی متر قرار دارد.
یک مجموعه داده خطی را تعریف کنید و نموداری از دامنه فشار صوتی را در امتداد جهت شعاعی در صفحه کانونی ایجاد کنید، همانطور که در شکل 7 نشان داده شده است .
Cut Line 2D 1
1 | در نوار ابزار نتایج ، بر روی  Cut Line 2D کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Cut Line 2D ، بخش Line Data را پیدا کنید . |
3 | در ردیف 1 ، Z را روی 59.6 تنظیم کنید . |
4 | در ردیف 2 ، R را روی 5 و z را روی 59.6 تنظیم کنید . |
5 |  روی Plot کلیک کنید . |
دامنه فشار در امتداد محور شعاعی در صفحه کانونی
1 | در نوار ابزار نتایج ، روی  1D Plot Group کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح 1 بعدی ، دامنه فشار در امتداد محور شعاعی را در صفحه کانونی در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت Data را پیدا کنید . از لیست Dataset ، Cut Line 2D 1 را انتخاب کنید . |
4 | قسمت عنوان را پیدا کنید . از لیست نوع عنوان ، Label را انتخاب کنید . |
5 | قسمت Plot Settings را پیدا کنید . |
6 | چک باکس x-axis label را انتخاب کنید . در قسمت متن مربوطه، r-coordinate (mm) را تایپ کنید . |
نمودار خطی 1
1 | روی گزینه Pressure Amplitude Along Radial Axis در صفحه کانونی کلیک راست کرده و Line Graph را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای نمودار خط ، بخش x-Axis Data را پیدا کنید . |
3 | از لیست Parameter ، Expression را انتخاب کنید . |
4 | در قسمت متن Expression ، r را تایپ کنید . |
می توانید وضوح طرح را افزایش دهید. وضوح تعداد نقاط درونیابی مورد استفاده در هر عنصر محدود را تعیین می کند.
5 | برای گسترش بخش کیفیت کلیک کنید . از لیست Resolution ، Finer را انتخاب کنید . |
6 | در دامنه فشار در امتداد محور شعاعی در نوار ابزار صفحه کانونی، روی  Plot کلیک کنید . |
نمودار خط 2
1 | روی Line Graph 1 کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای نمودار خط ، بخش x-Axis Data را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Expression ، -r را تایپ کنید . |
4 | برای گسترش بخش Coloring and Style کلیک کنید . از لیست رنگ ، آبی را انتخاب کنید . |
5 | در دامنه فشار در امتداد محور شعاعی در نوار ابزار صفحه کانونی، روی  Plot کلیک کنید . |
اکنون، از مراحل زیر برای ایجاد نمودارهای میدان دما همانطور که در نتایج نشان داده شده است استفاده کنید.
ابتدا یک مجموعه داده آینه ای برای تجسم بهتر میدان دما ایجاد کنید.
آینه 2 بعدی 2
1 | در نوار ابزار نتایج ، روی  More Datasets کلیک کنید و Mirror 2D را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Mirror 2D ، بخش Data را پیدا کنید . |
3 | از لیست مجموعه داده ، مطالعه 2 – انتقال گرمای زیستی /راه حل 2 (sol2) را انتخاب کنید . |
افزایش دما در t = 1 ثانیه
1 | در نوار ابزار نتایج ، روی  2D Plot Group کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح دو بعدی ، افزایش دما در t = 1 ثانیه را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت Data را پیدا کنید . از لیست Dataset ، Mirror 2D 2 را انتخاب کنید . |
4 | از لیست زمان (ها) ، 1 را انتخاب کنید . |
5 | برای گسترش بخش عنوان کلیک کنید . از لیست نوع عنوان ، دستی را انتخاب کنید . |
6 | در قسمت متن عنوان ، Temperature rise at t = 1 s را تایپ کنید . |
7 | قسمت Plot Settings را پیدا کنید . |
8 | چک باکس x-axis label را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، مختصات r (mm) را تایپ کنید . |
9 | کادر بررسی برچسب محور y را انتخاب کنید . در فیلد متن مرتبط، Z-coordinate (mm) را تایپ کنید . |
10 | کادر بررسی لبه های مجموعه داده Plot را پاک کنید . |
سطح 1
1 | روی Temperature Rise at t = 1s کلیک راست کرده و Surface را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Surface ، بخش Expression را پیدا کنید . |
3 | در قسمت Expression text T-T0 را تایپ کنید . |
4 | قسمت Coloring and Style را پیدا کنید .  روی تغییر جدول رنگ کلیک کنید . |
5 | در کادر محاوره ای Color Table ، Thermal>Thermal را در درخت انتخاب کنید. |
6 | روی OK کلیک کنید . |
7 | در نوار ابزار Temperature Rise at t = 1 s ، روی  Plot کلیک کنید . |
8 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
نمودار باید شبیه به شکلی باشد که در شکل 8 نشان داده شده است .
در مرحله بعد، نمودار خطوط همدما را همانطور که در شکل 9 نشان داده شده است، ایجاد کنید .
خطوط همدما در t = 1 ثانیه
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Add Plot Group کلیک کنید و 2D Plot Group را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح دو بعدی ، خطوط همدما را در t = 1 ثانیه در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت Data را پیدا کنید . از لیست Dataset ، Mirror 2D 2 را انتخاب کنید . |
4 | از لیست زمان (ها) ، 1 را انتخاب کنید . |
5 | قسمت عنوان را پیدا کنید . از لیست نوع عنوان ، دستی را انتخاب کنید . |
6 | در قسمت متن عنوان ، Temperature Rise Contours را در t = 1 s تایپ کنید . |
7 | قسمت Plot Settings را پیدا کنید . |
8 | چک باکس x-axis label را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، مختصات r (mm) را تایپ کنید . |
9 | کادر بررسی برچسب محور y را انتخاب کنید . در فیلد متن مرتبط، Z-coordinate (mm) را تایپ کنید . |
10 | کادر بررسی لبه های مجموعه داده Plot را پاک کنید . |
کانتور 1
1 | روی Isothermal Contours در t = 1s کلیک راست کرده و Contour را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Contour ، بخش Expression را پیدا کنید . |
3 | در قسمت Expression text T-T0 را تایپ کنید . |
4 | قسمت Levels را پیدا کنید . در فیلد متنی مجموع سطوح ، 50 را تایپ کنید . |
5 | قسمت Coloring and Style را پیدا کنید .  روی تغییر جدول رنگ کلیک کنید . |
6 | در کادر محاوره ای Color Table ، Thermal>Thermal را در درخت انتخاب کنید. |
7 | روی OK کلیک کنید . |
8 | در نوار ابزار Isothermal Contours در t = 1 s ، روی  Plot کلیک کنید . |
9 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
دو مجموعه داده نقطه ای را تعریف کنید، یکی در فوکوس و دیگری در فاصله 0.5 میلی متری از فوکوس صوتی. سپس همانطور که در شکل 10 نشان داده شده است، دو نمودار نقطه ای (در یک گروه پلات 1 بعدی) از افزایش دما به عنوان تابعی از زمان ایجاد کنید .
برش نقطه 2 بعدی 1
1 | در نوار ابزار نتایج ، بر روی  Cut Point 2D کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Cut Point 2D ، قسمت Data را پیدا کنید . |
3 | از لیست مجموعه داده ، مطالعه 2 – انتقال گرمای زیستی /راه حل 2 (sol2) را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Point Data را پیدا کنید . در قسمت متن R عدد 0 را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن Z ، 59.6 را تایپ کنید . |
برش نقطه 2 بعدی 2
1 | بر روی Cut Point 2D 1 کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Cut Point 2D ، بخش Point Data را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن R ، 0.5 را تایپ کنید . |
افزایش دما در برابر زمان در فوکوس و 0.5 میلی متر خاموش کردن فوکوس
1 | در نوار ابزار نتایج ، روی  1D Plot Group کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح 1 بعدی ، افزایش دما در مقابل زمان در فوکوس و 0.5 میلی متر خاموش کردن فوکوس را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت Data را پیدا کنید . از لیست مجموعه داده ، مطالعه 2 – انتقال گرمای زیستی /راه حل 2 (sol2) را انتخاب کنید . |
4 | قسمت عنوان را پیدا کنید . از لیست نوع عنوان ، Label را انتخاب کنید . |
5 | قسمت Plot Settings را پیدا کنید . |
6 | کادر بررسی برچسب محور y را انتخاب کنید . در فیلد متن مرتبط، Temperature Rise (K) را تایپ کنید . |
نمودار نقطه 1
1 | بر روی Temperature Rise vs. _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ |
2 | در پنجره تنظیمات برای نمودار نقطه ، بخش داده را پیدا کنید . |
3 | از لیست Dataset ، Cut Point 2D 1 را انتخاب کنید . |
4 | از لیست پارامترهای راه حل ، از والدین را انتخاب کنید . |
5 | قسمت y-Axis Data را پیدا کنید . در قسمت Expression text T-T0 را تایپ کنید . |
6 | برای گسترش بخش Coloring and Style کلیک کنید . از لیست رنگ ، قرمز را انتخاب کنید . |
7 | برای گسترش بخش Legends کلیک کنید . تیک Show legends را انتخاب کنید . |
8 | از فهرست Legends ، Manual را انتخاب کنید . |
9 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
افسانه ها |
در فوکوس آکوستیک |
نمودار نقطه 2
1 | روی Point Graph 1 کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای نمودار نقطه ، بخش داده را پیدا کنید . |
3 | از لیست Dataset ، Cut Point 2D 2 را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Coloring and Style را پیدا کنید . از لیست رنگ ، آبی را انتخاب کنید . |
5 | قسمت Legends را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
افسانه ها |
فوکوس آکوستیک 0.5 میلی متری |
6 | در نوارابزار افزایش دما در مقابل زمان فوکوس و 0.5 میلی متر خاموشی نوار ابزار فوکوس، روی  Plot کلیک کنید . |
7 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
یک مجموعه داده خطی را تعریف کنید و یک نمودار خطی 1 بعدی از افزایش دما در امتداد جهت شعاعی در صفحه کانونی ایجاد کنید. همانطور که در شکل 11 نشان داده شده است، این را پس از 1 و 2 ثانیه از صداگذاری ترسیم کنید .
Cut Line 2D 2
1 | در پنجره Model Builder ، در Results>Datasets، بر روی Cut Line 2D 1 کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Cut Line 2D ، قسمت Data را پیدا کنید . |
3 | از لیست مجموعه داده ، مطالعه 2 – انتقال گرمای زیستی /راه حل 2 (sol2) را انتخاب کنید . |
دمای نرمال شده و مشخصات شدت آکوستیک
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Add Plot Group کلیک کنید و 1D Plot Group را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح 1 بعدی ، مشخصات دمای عادی و شدت آکوستیک را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت عنوان را پیدا کنید . از لیست نوع عنوان ، Label را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Plot Settings را پیدا کنید . |
5 | چک باکس x-axis label را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، فاصله شعاعی از فوکوس (میلی متر) را تایپ کنید . |
6 | کادر بررسی برچسب محور y را انتخاب کنید . در فیلد نوشتاری مرتبط، افزایش دمای عادی و شدت آکوستیک را تایپ کنید . |
نمودار خطی 1
1 | روی Normalized Temperature and Acoustic Intensity Profiles کلیک راست کرده و Line Graph را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای نمودار خط ، بخش داده را پیدا کنید . |
3 | از لیست Dataset ، Cut Line 2D 2 را انتخاب کنید . |
4 | از لیست انتخاب زمان ، از لیست را انتخاب کنید . |
5 | در لیست بارها ، 1 را انتخاب کنید . |
6 | قسمت y-Axis Data را پیدا کنید . در قسمت متن Expression ، (T-T0)/1.018 را تایپ کنید . |
7 | قسمت x-Axis Data را پیدا کنید . از لیست Parameter ، Expression را انتخاب کنید . |
8 | در قسمت متن Expression ، r را تایپ کنید . |
9 | قسمت Coloring and Style را پیدا کنید . از لیست رنگ ، قرمز را انتخاب کنید . |
10 | برای گسترش بخش Legends کلیک کنید . تیک Show legends را انتخاب کنید . |
11 | از فهرست Legends ، Manual را انتخاب کنید . |
12 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
افسانه ها |
مشخصات دما در t = 1 ثانیه |
نمودار خط 2
1 | روی Line Graph 1 کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای نمودار خط ، بخش x-Axis Data را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Expression ، -r را تایپ کنید . |
4 | قسمت Legends را پیدا کنید . تیک Show legends را پاک کنید . |
نمودار خط 3
1 | در پنجره Model Builder ، در بخش Results>Normalized Temperature and Acoustic Intensity Profiles، روی Line Graph 1 کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای نمودار خط ، بخش داده را پیدا کنید . |
3 | 2 را در لیست Times (s) انتخاب کنید . |
4 | قسمت y-Axis Data را پیدا کنید . در قسمت متن Expression ، (T-T0)/0.5751 را تایپ کنید . |
5 | قسمت Coloring and Style را پیدا کنید . از لیست Color ، Magenta را انتخاب کنید . |
6 | قسمت Legends را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
افسانه ها |
مشخصات دما در t = 2 s |
نمودار خط 4
1 | روی Line Graph 3 کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای نمودار خط ، بخش x-Axis Data را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Expression ، -r را تایپ کنید . |
4 | قسمت Legends را پیدا کنید . تیک Show legends را پاک کنید . |
نمودار خطی 5
1 | در پنجره Model Builder ، در بخش Results>Normalized Temperature and Acoustic Intensity Profiles، روی Line Graph 1 کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای نمودار خط ، بخش داده را پیدا کنید . |
3 | از لیست Dataset ، Cut Line 2D 1 را انتخاب کنید . |
4 | روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش y-Axis Data کلیک کنید . از منو، Component 1 (comp1)>Pressure Acoustics، Frequency Domain>Intensity>acpr.I_mag – Intensity magnitude – W/m² را انتخاب کنید . |
5 | قسمت y-Axis Data را پیدا کنید . در قسمت متن Expression ، acpr.I_mag/3.376e5 را تایپ کنید . |
6 | قسمت Coloring and Style را پیدا کنید . از لیست رنگ ، آبی را انتخاب کنید . |
7 | زیربخش Line style را پیدا کنید . از لیست خط ، نقطه نقطه را انتخاب کنید . |
8 | قسمت Legends را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
افسانه ها |
مشخصات شدت |
نمودار خط 6
1 | روی Line Graph 5 کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای نمودار خط ، بخش x-Axis Data را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Expression ، -r را تایپ کنید . |
4 | قسمت Legends را پیدا کنید . تیک Show legends را پاک کنید . |
5 | در نوار ابزار نمایه‌های دمای عادی و شدت صوتی ، روی  Plot کلیک کنید . |
