S. Hauser

Knowledge-based design environment for primary shaped micro parts

This contribution describes a prototypical knowledge-based design environment predominantly concentrating on the production-relevant design of micro parts. In this environment a computer-aided knowledge base is linked with a design system (CAD-system). In contrast to a complete knowledge-based design, i. e. modelling a part by the rule-based connection of distinct basic objects or features (which is a matter of structured combination rather than creative designing) the prototype presented promzotes conventional practical design. The designed part is subsequently checked on the basis of parameters derived from the geometry of said part.

Schallfeldformung mittels akustischer Linsen bei der Therapie mit hochenergetischen fokussierten Ultraschallwellen

High-intensity focused ultrasound (HIFU) therapy is a minimally invasive method for precise thermal tissue destruction. Most applications make use of spherical, sharply focused fixed-focus transducers. These allow only small ablation rates, thus the treatment of large tumours is a very time-consuming process. The present paper describes the design of ancillary lenses, which combined with a spherical focused ultrasound transducer can be employed to reduce treatment time. The ancillary lenses shift the phase of the focused ultrasound waves, so that instead of one ellipsoidal focus multiple foci are generated. Thus, a single sonication can achieve a larger ablated area. To estimate the therapeutic benefits of the designed lenses, the lesion development during sonication was numerically simulated. Two “optimal” lenses were made of polystyrene and acoustically analysed. Using the designed lenses the theoretical lesion rate was increased by a factor of 3.7–5. There was a good correlation between simulated and measured ultrasound pressure field. The lenses reduced the system efficiency by only 13%. Thus, ancillary lenses present a technically simple and cost-effective method to accelerate ablative ultrasound therapy.Zusammenfassung Die Therapie mit hochenergetischen fokussierten Ultraschallwellen (engl. HIFU fur High Intensity Focused Ultrasound) ist eine minimal-invasive Methode um Gewebe prazise thermisch zu zerstoren. Als Ultraschallquellen fur die HIFU-Therapie werden meist spharische, hoch fokussierende Ultraschallwandler mit festem Fokus eingesetzt. Diese lassen nur geringe Ablationsraten zu, was bei grosen Tumoren zu langen Behandlungszeiten fuhrt. Diese Arbeit beschreibt das Design von Vorsatzlinsen, die in Verbindung mit einem spharischen fokussierenden Ultraschallwandler zur Verkurzung der Behandlungszeit eingesetzt werden konnen. Mit den Vorsatzlinsen wird die Phase der fokussierten Ultraschallwellen gezielt verschoben und anstatt eines ellipsoiden Fokus werden mehrere Fokusse generiert. Dadurch kann mit einer einzigen Beschallung ein groseres Gewebeareal abladiert werden. Um den therapeutischen Nutzen der konstruierten Linsen voraussagen zu konnen, wurde die Lasionsentwicklung wahrend der Beschallung simuliert. Zwei “optimale” Linsen wurden aus Polystyrol angefertigt und akustisch vermessen. Mit Hilfe der Vorsatzlinsen ergab sich eine theoretische Erhohung der Lasionsrate um den Faktor 3,7–5. Messung und Simulation des Ultraschallfeldes stimmten gut uberein. Der Wirkungsgrad des Systems wird durch die Linsen um nur 13% verringert. Vorsatzlinsen konnten somit eine technisch einfache und kostengunstige Methode darstellen, um die ablative Ultraschalltherapie zu beschleunigen.