低频超声透皮给药系统压电-声-热计算模型

作     者：彭瀚旻 陈致钧 卢鹏辉 冒林丽 

作者机构：南京航空航天大学超声电机国家地方联合工程实验室南京210016 南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室南京210016 

基　　金：国家自然科学基金青年基金资助项目(51405224) 江苏省科技计划青年基金资助项目(BK20140818) 中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(NJ20140027) 江苏省大学生创新创业训练计划资助项目(201510287010Y) 

出 版 物：《振动．测试与诊断》 (Journal of Vibration,Measurement & Diagnosis)

年 卷 期：2015年第35卷第6期

页      码：1037-1043,1197页

摘      要：为分析低频超声透皮给药过程中由超声空化引起的发热问题,基于压电方程、热平衡方程和声压平衡方程,利用COMSOL有限元软件建立了低频超声透皮给药过程中压电-声-热耦合仿真计算模型。通过理论分析和FLIR热成像仪的温度测量实验,获得了系统在超声输入功率为5.5 W、频率为21kHz下的温度场分布与外表面最大温度变化曲线。超声换能器与低频超声透皮给药系统(空气中)的温度场分布及其最大温度值的仿真分析结果都与实验值一致,即在低频超声透皮给药过程中,药液中超声空化会造成声波大幅衰减,从而把部分声能直接转化为热能,导致药液温度快速上升,15min时外表面最高温度可达40℃,内部辐射头下方最大温度的理论值可达41.3℃,达到了低频超声透皮给药的温度安全要求(≤42℃)。计算与实验结果表明,所建立的压电-声-热耦合计算模型可以预测系统温度变化,可用于超声作用时间、换能器结构尺寸和材料参数的优化设计。

主 题 词：低频超声 透皮给药 超声换能器 多场耦合 有限元 

学科分类：08[工学] 080203[080203] 0826[工学-生物医学工程类] 0802[工学-机械学] 

核心收录：

D　O　I：10.16450/j.cnki.issn.1004-6801.2015.06.006

馆 藏 号：203289927...