Статья

Название статьи ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ОБЪЕМНЫХ ПАРАМЕТРОВ НЕЛИНЕЙНОЙ БИОЛОГИЧЕСКОЙ СРЕДЫ НА РАСПРЕДЕЛЕНИЕ КОЛЕБАТЕЛЬНОЙ СКОРОСТИ ЧАСТИЦ СРЕДЫ
Автор А. Ю. Вареникова, Н. Н. Чернов
Рубрика РАЗДЕЛ II. МЕТОДЫ ДИАГНОСТИКИ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ
Месяц, год 08, 2017
Индекс УДК 534.7
DOI 10.23683/2311-3103-2017-8-98-106
Аннотация Повышение информативности ультразвуковых методов визуализации является актуальной задачей, решение которой позволит выявлять патологии внутренних структур на ранней стадии их образования. Возможным решением данной задачи является построение изображения исследуемого объекта путем восстановления картины распределения акустического нелинейного параметра, чувствительность которого несколько выше, к изменениям структуры биологической среды чем других акустических характеристик. Важной является задача выбора параметра акустической волны, характеризующего распределение нелинейности в исследуемом объекте. В данной работе предлагается использовать в качестве такого параметра колебательную скорость частиц среды. За счет известной связи между колебательной скоростью частиц среды υ и акустического давления p можно восстановить картину распределения значений колебательной скорости, получив на выходе распределение значений акустического давления в изучаемом объекте. Кроме обозначенной зависимости колебательной скорости от акустического давления, также предлагается использование в качестве дополнительных параметров зависимости колебательной скорости частиц среды от плотности среды ρ и скорости звука c. Учет данных показателей позволит получить дополнительную информацию о структуре исследуемого объекта. Для решения поставленных задач было проведено исследование зависимостей распределения колебательной скорости частиц среды от объемных параметров нелинейной биологической среды: акустического давления, изменения плотности, скорости звука с учетом нелинейных эффектов. В работе показаны математические выражения искомых зависимостей объемных параметров от колебательной скорости частиц среды. Приведены результаты моделирования влияния данных параметров на колебательную скорость частиц для трех нелинейных биологических сред, характеризующихся различным значением нелинейного параметра: воды, цельной крови, гомогенизированной печени. Описан характер искомых математических выражений. Полученные в ходе исследования зависимости параметров от колебательной скорости частиц среды с учетом влияния нелинейных процессов в дальнейшем позволят перейти к восстановлению картины распределения нелинейного параметра биологической среды, характеризующего структуру изучаемого объекта.

Скачать в PDF

Ключевые слова Нелинейный параметр; акустическое давление; плотность; скорость звука; нелинейная биологическая среда; колебательная скорость частиц среды.
Библиографический список 1. Вареникова А.Ю., Чернов Н.Н. Визуализация внутренних структур биообъектов на основе нелинейного взаимодействия ультразвуковых волн со средой // Научно-практическая конференция «Нелинейная акустика-50»: Сб. трудов. – Таганрог: Изд-во ЮФУ университета, 2015. – 252 p.
2. Вареникова А.Ю., Чернов Н.Н. Визуализация внутренних структур биообъектов на основе 2-й гармоники ультразвуковых волн // Научно-практическая конференция «Нелинейная акустика-50»: Сб. трудов. – Таганрог: Изд-во ЮФУ, 2015. – С. 166-170.
3. Вареникова А.Ю., Чернов Н.Н. Исследование деформации профиля акустической волны в биологических тканях методами графического анализа // XIV Всероссийская научно-техническая конференция «Медицинские информационные системы МИС-2016», 19-22 декабря 2016, г. Таганрог. – C. 174-186.
4. Вареникова А.Ю., Чернов Н.Н. Исследование прохождения акустической волны в биологических жидкостях с высокой нелинейностью // V Всероссийская молодежная школа-семинар «Инновации и перспективы медицинских информационных систем ИПМИС-2016», 19-22 декабря 2016, г. Таганрог. – C. 69-72.
5. Вареникова А.Ю., Лагута М.В. Мониторинг состояния прибрежных зон океана методом нелинейной акустической томографии // Международная научная конференция «Современные технологии и развитие политехнического образования»: Сб. трудов. 19-23 сен-тября 2016, г. Владивосток. – C. 743-746.
6. Лагута М.В.. Вареникова А.Ю., Чернов Н.Н. К вопросу о построении схем визуализации томограмм на основе нелинейной акустики // XIV Всероссийская научно-техническая конференция «Медицинские информационные системы МИС-2016», 19-22 декабря 2016, г. Таганрог. – C. 213-225.
7. Вареникова А.Ю., Лагута М.В., Чернов Н.Н. Измерение нелинейного параметра методом конечных амплитуд // V Всероссийская молодежная школа-семинар «Инновации и перспективы медицинских информационных систем ИПМИС-2016», 19-22 декабря 2016, г. Таганрог. – C. 80-84.
8. Буров В.А., Крюков Р.В., Румянцева О.Д., Шмелев А.А. Проблемы использования нелинейных коллинеарных процессов в акустической томографии третьего порядка // Акустический журнал. – 2012. – Т. 58, № 1. – С. 57-79.
9. 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. – С. 254-273.
10. Буров В.А., Шмелев А.А. Численное и физическое моделирование процесса томографирования на основе акустических нелинейных эффектов третьего порядка // Акустический журнал. – 2009. – T. 55, № 4-5. – C. 466-480.
11. Гусев В.А., Маков Ю.Н. Спектральное представление решения кубично-нелинейного уравнения простой волны Римана // Акустический журнал. – 2010. – T. 56, № 5. – C. 591-596.
12. Gong X, Liu X., Zhang D. Study of third-order nonlinear parameter C/A for biological specimens // Nonlinear Acoustics – Fundamental and Applications (Proceedings of 18th International Symposium on Nonlinear Acoustics). Ed. Enflo B.O., Hedberg C.M., and Kari L, Melville, New York: American Institute of Physics, 2008. – P. 444-447.
13. Буров В.А., Зотов Д.И., Румянцева О.Д. Восстановление пространственных распределений скорости звука и поглощения в мягких биотканях по модельным данным ультразвукового томографирования // Акустический журнал. – 2014. – T. 60, № 4. – C. 443-456.
14. Ruiter N.V., Zarf M., Hopp T., Dapp R., Gobel G. 3D ultrasound computer tography (USCT) // European Radiology. – 2009. – Vol. 19. Suppl. 4. – P. S913-S918.
15. Gong, X., Zhang, D., Liu, J., Wang, H., Yan, Y. and Xu, X. Study of acoustic nonlinearity parameter imaging methods in reflection mode for biological tissues // Acoustical Society of America. – 2004. – P. 1819-1825.
16. Буров В.А., Шмелёв А.А., Крюклв Р.В., Румянцева О.Д. Роль нелинейных взаимодействий в акустической томографии третьего порядка // Акустический журнал. – 2015. – T. 61,
№ 6. – C. 669-684.
17. Буров В.А., Евтухов С.Н., Ткачева А.М., Румянцева О.Д. Акустическая томография нелинейного параметра с помощью малого числа преобразователей // Акустический журнал. – 2006. – T. 52, № 6. – C. 760-776.
18. Руденко О.В. Нелинейные волны: некоторые биомедицинские приложения // Успехи физических наук. – 2007. – T. 177, № 4. – C. 374-383.
19. 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.
20. Duck F.A. Nonlinear acoustic in diagnostic ultrasound // Ultrasound in Med. & Biol. – 2002.
– Vol. 28, No. 1. – P. 1-18.

Comments are closed.