К ВОПРОСУ ВЫБОРА ПАРАМЕТРОВ АКУСТИЧЕСКОГО СИГНАЛА ДЛЯ ВИЗУАЛИЗАЦИИ СТРУКТУРЫ БИОЛОГИЧЕСКИХ ТКАНЕЙ НА ОСНОВЕ НЕЛИНЕЙНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛН

  • М. В. Лагута Южный федеральный университет
  • А. Ю. Вареникова Южный федеральный университет
  • Н. Н. Чернов Южный федеральный университет
Ключевые слова: Нелинейный параметр, акустическая волна, ультразвуковая визуализация, параметры излучения

Аннотация

Рассматривается выбор оптимальных параметров акустической волны для ультразвуковой визуализации на основе нелинейных эффектов ее взаимодействия с биологическими тканями. Рассчитаны изменения давления второй гармоники при раз-личных значениях частоты и давления первой гармоники. В качестве модели рассмат-ривалась среда, состоящая из следующих биотканей: жировая ткань, мышечная ткань, цельная печень, кровь, патологическая ткань (миома). Для жировой и мышечной тканей проведен расчет изменения расстояния разрыва акустической волны при различных параметрах зондирующего импульса основной частоты. Расчет значений расстояний разрыва выполнялся с целью определения наиболее оптимального соотношения начальных характеристик ультразвуковой волны и уровня второй гармоники акустического сигнала, позволяющего визуализировать распределение акустического нелинейного параметра.

Литература

1. Rudenko O.V. Nelineynye volny: nekotorye biomeditsinskie prilozheniya [Nonlinear waves: some biomedical applications], Uspekhi fizicheskikh nauk [Success of physical Sciences], 2007, Vol. 177, No. 4, pp. 374-383.
2. Fizika vizualizatsii izobrazheniy v meditsine [Physics of image visualization in medicine]: in 2 vol. Vol. 2: transl. from the engl. ed. by S. Uebba. Moscow: Mir, 1991, 408 p.
3. Zarembo L.K., Timoshenko V.I. Nelineynaya akustika [Nonlinear acoustics]. Moscow: Izd-vo MGU, 1984, 104 p.
4. Xiufen Gong, Dong Zhang, Jiehui Liu, Huanlei Wang, Yongsheng Yan, and Xiaochen Xu. Study of acoustic nonlinearity parameter imaging methods in reflection mode for biological tissues. Acoustical Society of America, 2004, pp. 1819-1825.
5. Morris C.R., Wright W.E., Schlag R.D. The risk of developing breast cancer within the next 5, 10, or 20 years of a woman’s life», American Journal of Preventive Medicine, 2001, Vol. 20, Issue 3, pp. 214-218.
6. Fatemi M., Greenleaf J.F. Real-time assessment of the parameter of nonlinearity in tissue us-ing «nonlinear shadowing, Ultrasound in Med. & Biol., 1996, Vol. 22, No. 9, pp. 1215-1228.
7. Preobrazhenskiy S.V., Preobrazhenskiy V.L., Penro F., Bu Matar O. Diagnostika neodnorodnosti nelineynogo parametra akusticheskoy sredy s pomoshch'yu obrashcheniya volnovogo fronta ul'trazvuka [Diagnostics of non-uniformity of a nonlinear parameter of an acoustic medium using the reversal of the wave front of ultrasound], Akusticheskiy zhurnal [Akusticheskij zhurnal], 2008, Vol. 54, No. 1, pp. 20-25.
8. Varenikova A.Yu. Primenenie dinamicheskoy kharakteristiki nelineynogo vzaimodeystviya akusticheskikh voln dlya vizualizatsii biotkaney [ Application of dynamic characteristics of nonlinear interaction of acoustic waves for visualization of biotissues], Sb. materialov Dvadtsat' vtoroy Vserossiyskoy nauchnoy konferentsii studentov fizikov i molodykh uchenykh VNKSF-22 [Collection of materials of the Twenty-second all-Russian scientific conference of students of physics and young scientists VNKSF-22], 2016, pp. 330-331.
9. Burov V.A., Morozov S.A., Rumyantseva O.D., Sergeev S.N. Aktivnaya i passivnaya meditsinskaya akusticheskaya tomografiya sil'no neodnorodnykh sred [Active and passive medical acoustic tomography of highly heterogeneous media], Biomeditsinskie tekhnologii i radioelektronika [Biomedical technologies and Radioelectronics], 2002, No. 3, pp. 5-13.
10. Akimenko O.B., Zhardetskaya A.S., Chernov N.N. K voprosu o vizualizatsii vnutrennikh organov cheloveka na osnove nelineynostey biotkaney [On the issue of visualization of human internal organs based on non-linearity of biotissues], V Vserossiyskaya molodezhnaya shkola-seminar «Innovatsii i perspektivy meditsinskikh informatsionnykh sistem IPMIS-2016», 19-22 dekabrya 2016, g. Taganrog [V all-Russian youth school-seminar "Innovations and prospects of medical information systems IPMIS-2016", December 19-22, 2016, Taganrog], pp. 8-12.
11. Burov V.A., Shmelev A.A. Chislennoe i fizicheskoe modelirovanie protsessa tomografi-rovaniya na osnove akusticheskikh nelineynykh effektov tret'ego poryadka [Numerical and physical modeling of the tomography process based on acoustic nonlinear effects of the third order], Akusticheskiy zhurnal [Akusticheskij zhurnal], 2009, Vol. 55, No. 4-5, pp. 466-480.
12. Burov V.A., Zotov D.I., Rumyantseva O.D. Vosstanovlenie prostranstvennykh raspredeleniy skorosti zvuka i pogloshcheniya v fantomakh myagkikh biotkaney po eksperimental'nym dannym ul'trazvukovogo tomografirovaniya [Restoration of spatial distributions of sound ve-locity and absorption in soft biotissue phantoms based on experimental data of ultrasound to-mography], Akusticheskiy zhurnal [Akusticheskij zhurnal], 2015, Vol. 61, No. 2, pp. 254-273.
13. Greenleaf J.F. Computerized transmission tomography // Methods of experimental physics, Academic press. New York, 1981, Vol. 19.
14. Burov V.A., Gurenovich I.E., Rudenko O.V., Tabunov E.Ya. Rekonstruktsiya prostranstvennogo raspredeleniya parametra nelineynosti i skorosti zvuka v akusticheskoy nelineynoy tomografii [Reconstruction of the spatial distribution of the parameter of nonlinear-ity and speed of sound in acoustic nonlinear tomography], Akusticheskiy zhurnal [Akusticheskij zhurnal], 1994, Vol. 40, No. 6, pp. 922-929.
15. Zagray N.P. Nelineynye vzaimodeystviya v sloistykh i neodnorodnykh sredakh [Nonlinear interactions in layered and inhomogeneous media], ed. by akademika AEN RF V.I. Timoshen-ko. Taganrog: Izd-vo TRTU, 1998, 433 p.
16. Rudenko O.V., Soluyan S.N. Teoreticheskie osnovy nelineynoy akustiki [Theoretical founda-tions of nonlinear acoustics]. Moscow: Izd-vo Nauka, 1975.
17. Chernov N.N., Zagray N.P., Laguta M.V., Varenikova A.Yu. Appearance and Propagation of Higher Harmonics of Acoustic Signals in the Nonlinear Media, Journal of Physics: Confer-ence Series, 2018, Vol. 1015 (3), pp. 032-081.
18. Demin I.Yu., Pronchatov-Rubtsov N.V. Sovremennye akusticheskie metody issledovaniy v biologii i meditsine: uchebno-metodicheskiy material po programme povysheniya kvalifikatsii «KHranenie i obrabotka informatsii v biologicheskikh sistemakh» [Modern acoustic research methods in biology and medicine: educational and methodological material for the advanced training program "Storage and processing of information in biological systems"]. Nizhniy Novgorod, 2007, 121 p.
19. Novikov B.K., Rudenko O.V., Timoshenko V.I. Nelineynaya gidroakustika [Nonlinear hydroacoustics]. Leningrad: Sudostroenie, 1981, 264 p.
20. Burov V.A., Kryukov R.V., Rumyantseva O.D., Shmelev A.A. Problemy ispol'zovaniya nelineynykh kollinearnykh protsessov v akusticheskoy tomografii tret'ego poryadka [Problems of using nonlinear collinear processes in third-order acoustic tomography], Akusticheskiy zhurnal [Akusticheskij zhurnal], 2012, Vol. 58, No. 1, pp. 57-79.
Опубликован
2020-06-29
Выпуск
Раздел
РАЗДЕЛ I. МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА