SVILUPPO DI UN SISTEMA DI
MISURA E ANALISI DEL
FENOMENO DELLA
CAVITAZIONE IN CAMPO
OCULISTICO
Tesi di laurea triennale
Laureando: Matteo Corona
Sommario:
 Obiettivi
 Cenni sul fenomeno della cavitazione
acustica
 Descrizione del dispositivo e del circuito
utilizzati
 Sistema ottico di analisi
 Conclusioni
Obiettivi:
 Cercare di innescare il fenomeno della
cavitazione acustica in un fluido per
indagare se questo fenomeno puo’
verificarsi nell’ operazione della
cataratta, emulando l’azione dei
facoemulsificatori.
 Sviluppare un sistema di misura per
studiare il fenomeno su determinate
condizioni di lavoro.
La cavitazione acustica:
Causa:
 Sotto l’azione di una punta vibrante il fluido e’
sottoposto a pressioni positive e negative
(viene cioe’ compresso e dilatato).
 Propagazione in un fluido di onde
ultrasoniche con elevati valori di
ampiezza e frequenza.
La cavitazione acustica:
 Si verifica quando la pressione assume un
valore negativo di sufficiente ampiezza,
quando cioe’ la distanza media tra le
molecole supera la distanza critica
necessaria per mantenere il fluido intatto.
 Generazione di bolle a partire da alcuni
nuclei, costituiti da minute impurità che
contengono dei gas intrappolati in piccole
fratture; il gas contenuto nella cavità può
aumentare notevolmente il suo volume.
La cavitazione acustica:
Effetto:
Bolle di cavitazione stazionarie.
 Oscillano intorno al loro raggio di risonanza.
Bolle di cavitazione transienti.
 La cavità è sottoposta a violente fluttuazioni del raggio che
causano l’implosione della stessa.
 Quando la pressione acustica torna positiva, collassano
violentemente emettendo delle onde d’urto.
Il dispositivo utilizzato:
E’ un risonatore meccanico.
Il dispositivo utilizzato:
Costituito da:
 Due ceramiche piezoelettriche
contrapposte (con frisonanza=3MHz).
 Riflettore in acciaio 316.
 Per disadattare l’impedenza con l’aria e
quindi massimizzare la potenza
trasmessa alle ceramiche.
Il dispositivo utilizzato:
 Adattatore di impedenza iperbolico in
alluminio:
 Per adattatre l’impedenza di uscita con quella
dell’ acqua.
 Modellizzabile come un oscillatore al
quarzo.
 Si e’ misurato:
 frisonanza=103,8 KHz
 Rrisonanza=100 Ω
 C’=6,807 nF
Il dispositivo utilizzato:
Modifica:
 E’ stato incollato un ago in acciaio 316
per emulare la punta vibrante di un
facoemulsificatore.
Problema:
 Trovare la lunghezza dell’ago tale che la
potenza trasmessa fosse massima
stimata, ipotizzando una propagazione
longitudinale, mediante:
Il circuito di alimentazione:
 Si e’ realizzato una amplificatore di
potenza a simmetria complementare
(CMOS).
Tensione di uscita
Il circuito di
alimentazione:
 Nella realizzazione fisica sono state
apportate alcune modifiche:
 Introduzione di un buffer per proteggere il
generatore di funzioni.
 Introduzione di due linee di alimentazione
con relativi condensatori di filtro:
 Per il Buffer (15 V).
 Per il Pmos (90 V).
 Introduzione di un condensatore da 600pF
per adattare la risonanza elettrica e
meccanica.
Sistemi ottici di analisi:
Metodo dei polarizzatori incrociati:
 Luce non polarizzata: tutte le direzioni di
oscillazione del campo luminoso sono
egualmente probabili e consentite.
 Luce polarizzata: viene effettuata una
operazione di filtraggio di un particolare piano di
oscillazione rispetto a tutti gli altri.
Sistemi ottici di analisi:
Funzionamento :
 Si pone pone un primo filtro
polarizzante e, dopo di esso, un altro
con direzione consentita perpendicolare
al primo.
 Si ottiene idealmente un’ oscurazione
totale della luce; ogni variazione di fase
luminosa tra i due polarizzatori fara’
passare una componente luminosa a
valle del secondo filtro.
Sistemi ottici di analisi:
Metodo dei polarizzatori incrociati:
Sistemi ottici di analisi:
Le immagini di fase:
 Un’ immagine puo’ essere descritta da
una funzione bidimensionale e puo’
essere rappresentata nel seguente
modo:
f x, y  f x, y   e j x, y 
 Se si suppone che il modulo sia
costante e pari all’ unita’:
si definisce immagine di
j x , y 


f x, y  e
fase.
Sistemi ottici di analisi:
Se si suppone di operare sotto l’ipotesi
di “fase piccola” la relazione
precedente può essere approssimata
con il suo sviluppo in serie di Taylor.
f x, y   e j x, y   1  j x, y 
f(x,y)1
1
jx,y)
Sistemi ottici di analisi:
Metodo della strioscopia:
Per visualizzare l’immagine di fase
e’ necessario effettuare il seguente
filtraggio nel dominio delle
frequenze spaziali.
0  in0,0
H u, v   
1  altrove
Sistemi ottici di analisi:
Metodo della strioscopia:
Risultati e conclusioni:
Utilizzando il metodo dei
polarizzatori incrociati si e’
concluso che il dispositivo messo a
punto non e’ in grado di produrre il
fenomeno della cavitazione in
acqua.
Risultati e conclusioni:
Si e’ cercato di visualizzare il
campo ultrasonico in:
Acqua.
Glicerolo.
Acido ialuronico (soluzione 0,4%).
Risultati e conclusioni:
Con il metodo della strioscopia:
Campo prodotto da una sonda a 10MHz.
Risultati e conclusioni:
Nel caso in esame non e’
stato possibile visualizzare
il campo ultrasonico,
probabilmente a causa di:
 Fronti d’onda sferici.
 Instaurazione di un modo di
oscillazione flessionale oltre a
quello longitudinale.
 Punta dell’ ago non
perfettamente perpendicolare
al fondo del contenitore.
Il banco ottico di misura: