Evaluation of the dual-frequency transducer for controlling thermal ablation morphology using frequency shift keying signal

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作者
Wenchang Huang,Chuanlong Ning,Rui Zhang,Jie Xu,Beiyi Chen,Zhangjian Li,Yaoyao Cui,Weiwei Shao
出处
期刊:International Journal of Hyperthermia [Taylor & Francis]
卷期号:39 (1): 1344-1357 被引量:5
标识
DOI:10.1080/02656736.2022.2130999
摘要

Purpose The catheter-based ultrasound (CBUS) can reach the target tissue directly and achieve rapid treatment. The frequency shift keying (FSK) signal is proposed to regulate and evaluate tumor ablation by a miniaturized dual-frequency transducer.Methods A dual-frequency transducer prototype (3 × 7 × 0.4 mm) was designed and fabricated for the CBUS applicator (OD: 3.8 mm) based on the fundamental frequency of 5.21 MHz and the third harmonic frequency of 16.88 MHz. Then, the acoustic fields and temperature field distributions using the FSK signals (with 0, 25, 50, 75, and 100% third harmonic frequency duty ratios) were simulated by finite element analysis. Finally, tissue ablation and temperature monitoring were performed in phantom and ex vivo tissue, respectively.Results At the same input electrical power (20 W), the output acoustic power of the fundamental frequency of the transducer was 10.03 W (electroacoustic efficiencies: 50.1%), and that of the third harmonic frequency was 6.19 W (30.6%). As the third harmonic frequency duty ratios increased, the shape of thermal lesions varied from strip to droplet in simulated and phantom experimental results. The same trend was observed in ex vivo tests.Conclusion Dual-frequency transducers excited by the FSK signal can control the morphology of lesions.Significance The acoustic power deposition of CBUS was optimized to achieve precise ablation.

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