Статья

Название статьи ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК АКУСТИЧЕСКОЙ ВОЛНЫ ДЛЯ ЦЕЛЕЙ ВИЗУАЛИЗАЦИИ ВНУТРЕННИХ СТРУКТУР БИОТКАНЕЙ
Автор М. В. Лагута, В. В. Гривцов
Рубрика РАЗДЕЛ I. ГИДРОАКУСТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА ОКЕАНА
Месяц, год 08, 2017
Индекс УДК 534.7
DOI 10.23683/2311-3103-2017-8-70-77
Аннотация Современное состояние экологии пагубно влияет на здоровье человека, вызывая развитие заболеваний различных систем органов, а также оказывая отдаленное влияние на организм человека. Поэтому актуальной задачей является разработка методов диагностики заболеваний на начальных стадиях. Наиболее информативными и безопасными являются ультразвуковые методы визуализации внутренних структур организма человека. В таких методах анализ динамики распространения акустической волны в биологических тканях обычно проводится на основе давления и колебательной скорости. Однако, так как нелинейное взаимодействие акустической воны с биологической тканью достаточно велико, оно также вносит существенный вклад в искажение профиля волны, позволяя получить дополнительную информацию о структуре объекта. Поэтому перспективной областью на сегодняшний день является разработка акустических томографов на основе нелинейных эффектов. Основная задача заключается в исследовании взаимосвязи между нелинейным параметром и такими динамическими характеристиками акустической волны, как колебательная скорость и ускорение с целью оценки использования колебательного ускорения как характеристики акустической волны, на основе которой можно получить распределение нелинейного параметра в среде. Рассмотрение уравнения движения Эйлера в дифференциальной форме наглядно отражает связь между локальным и переносным ускорениями частиц среды, а также переход к колебательной скорости частиц после упрощения уравнения. Проведены расчеты динамики изменения колебательной скорости при прохождении акустического сигнала через биологическую среду с различными значениями нелинейного параметра при наличии вклада квадратичной и кубической нелинейностей. За основу было взято уравнение во втором приближении для гармонической волны. Все расчеты проведены в программе Matlab. Для исследования динамики изменения колебательного ускорения при изменении нелинейного параметра уравнение для колебательной скорости продифференцировано по времени. Проведена оценка характера и величины искажения профи-лей колебательных характеристик при различных значениях нелинейного параметра.

Скачать в PDF

Ключевые слова Акустическая томография; нелинейный параметр; гармоники; биологическая среда.
Библиографический список 1. Физика визуализации изображений в медицине: в 2-х т. Т. 2: пер. с англ. / под. ред.
С. Уэбба. – М.: Изд-во Мир, 1991. – 408 с.
2. Демин И.Ю., Прончатов-Рубцов Н.В. Современные акустические методы исследований в биологии и медицине // Учебно-методические материалы по программе повышения квалификации «Хранение и обработка информации в биологических системах». – Нижний Новгород: Изд-во ННГУ, 2007. – 121 с.
3. Fatemi M., Greenleaf J.F. Real-time assessment of the parameter of nonlinearity in tissue using «nonlinear shadowing» // Ultrasound in Med. & Biol. – 1996. – Т. 22, No. 9. – C. 1215-1228.
4. Kim D.Y., Lee J.S., Kwon S.J., Song T.K. Ultrasound second harmonic imaging with a weighted chirp signal // IEEE Ultrasonics symposium. – 2001. – P. 1477-1480.
5. Gemmeke H., Ruiter N.V. 3D ultrasound computer tomography for medical imaging // Science Direct. Nuclear instruments and methods in physics research. – 2007. – P. 1057-1065.
6. Zhang D., Chen X., Gong X. Acoustic nonlinearity parameter, tomography for biological tissues via parametric array from a circular piston source. Theoretical analysis and computer simulations // J. Acoust. Soc. Amer. – 2001. – Vol. 109, No. 3. – P. 1219-1225.
7. Буров В.А., Зотов Д.И., Румянцева О.Д. Восстановление пространственных распределений скорости звука и поглощения в фантомах мягких биотканей по экспериментальным данным ультразвукового томографирования // Акустический журнал. – 2015. – Т. 61,
№ 2. – C. 254-273.
8. Преображенский С.В., Преображенский В.Л., Перно Ф., Бу Матар О. Диагностика неоднородности нелинейного параметра акустической среды с помощью обращения волнового фронта ультразвука // Акустический журнал. – 2008. – Т. 54, № 1. – C. 20-25.
9. Буров В.А., Шмелев А.А., Зотов Д.И. Прототип томографической системы, использующей акустические нелинейные эффекты третьего порядка // Акустический журнал.
– 2013. – Т. 59, № 1. – C. 31-51.
10. Лагута М.В., Чернов Н.Н., Вареникова А.Ю. К вопросу о построении схем визуализации томограмм на основе нелинейной акустики // Сб. трудов XIV Всероссийской научно-технической конференции «Медицинские информационные системы МИС-2016», 19-22 декабря 2016, г. Таганрог. – C. 213-225.
11. Лагута М.В., Чернов Н.Н. К вопросу о безопасности диагностического ультразвука для интроскопии // Сб. трудов Научно-практической конференции «Нелинейная акустика-50». – Таганрог: Изд-во ЮФУ, 2015. – С. 162-166.
12. Вареникова А.Ю. Применение динамической характеристики нелинейного взаимодействия акустических волн для визуализации биотканей // Сб. материалов Двадцать второй Всероссийской научной конференции студентов физиков и молодых ученых ВНКСФ-22. – Ростов-на-Дону: Изд-во ЮФУ, 2016. – С. 330-331.
13. Заграй Н.П. Нелинейные взаимодействия в слоистых и неоднородных средах: монография. – Таганрог: Изд-во ТРТУ, 1998. – 433 с.
14. Лепендин Л.Ф. Акустика: учеб. пособие для вузов. – М.: Изд-во Высшая школа. 1978.
– 488 с.
15. Зарембо Л.К., Тимошенко В.И. Нелинейная акустика. – М.: Изд-во МГУ, 1984. – 104 с.
16. Руденко О.В., Солуян С.И. Теоретические основы нелинейной акустики. – М.: Изд-во Наука. 1975. – 288 с.
17. Чернов Н.Н, Михралиева А.И, Заграй Н.П., Аль-Саман А.Х. Определение упругих свойств биологических слоистых сред на основе нелинейного взаимодействия акустических волн // Инженерный вестник Дона. – 2016. – № 3. – URL: ivdon.ru/ru/magazine/ archive/n3y2016/3735.
18. Лагута М.В., Чернов Н.Н. Исследование влияния нелинейности биологических тканей на процесс прохождения ультразвуковой волны // Сб. трудов XIV Всероссийской научно-технической конференции «Медицинские информационные системы МИС-2016», 19-22 декабря 2016, г. Таганрог. – C. 187-196.
19. Лагута М.В. Мониторинг взвешенных и донных загрязнений прибрежных зон морей // Сб. трудов VIII Всероссийской Черноморской школы-семинара молодых ученых, аспирантов, студентов и школьников, май 2017 г., Геленджик. – C. 171-175.
20. Лагута М.В., Вареникова А.Ю., Чернов Н.Н. Измерение нелинейного параметра методом конечных амплитуд // Сб. трудов V Всероссийской молодежной школы-семинара «Инновации и перспективы медицинских информационных систем ИПМИС-2016»,
19–22 декабря 2016, г. Таганрог. – С. 80-84.

Comments are closed.