Восстановление параметров меняющегося во времени пространственного температурного распределения модельных биологических объектов методом акустотермографии

• Автор: Шаракшанэ, Антон Сергеевич
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 149 с. : ил.

Оглавление
ГЛАВА 1. ВВЕДЕНИЕ
Глава 2. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
Современные методы неинвазпвного термокартировапия биологических тканей

Акустотермография
Диаграмма направленности акустотермометра
Акустотермометрня модельных объектов
Обратные задачи акустотермографии
Учет теплофизических свойств среды
Корреляционный прием теплового аку стического излучения
Постановка задачи
ГЛАВА 3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ПОГЛОЩЕНИЯ
СРЕДЫ НО ИЗМЕНЕНИЮ АКУСТОЯРКОСТНОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ
Нетепловые источники акустического излучения в мегагерцовом диапазоне.. 49 ГЛАВА 4. СОВМЕСТНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ АКУСТОТЕРМОГРАФИИ И ИК-ТЕПЛОВИДЕНИЯ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ПРИ НАГРЕВЕ
МОДЕЛЬНОГО БИОЛОГИЧЕСКОГО ОБЪЕКТА
ГЛАВА 5. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ И ЭКПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ДИНАМИЧЕСКОЕ КАРТИРОВАНИЕ ВНУТРЕННЕЙ ТЕМПЕРАТУРЫ МОДЕЛЬНОГО ОБЪЕКТА

Определение параметров теплового источника: размера, температуры и
положения с помощью решетки датчиков
Математический эксперимент по динамическому картированию положения
теплового источника
Восстановление двумерного распределения внутренней температуры
модельного объекта в натурном эксперименте
Восстановление распределения температуры с помощью двумерной решетки
пьезодатчиков
Восстановление трехмерного распределения внутренней температуры
ГЛАВА 6. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ КОРЕЛЯЦИОППОГО ПРИЕМА ТЕПЛОВОГО АКУСТИЧЕСКОГО
ИЗЛУЧЕНИЯ
ГЛАВА 7. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ГЛАВА 1. ВВЕДЕНИЕ Актуальность работы
Работа посвящена определению меняющейся во времени внутренней температуры объектов методом акустотермографии. Измерение распределения температуры внутри тела человека даёт существенную информацию для диагностики и для мониторинга медицинских процедур, связанных с нагревом внутренних органов. В частности, знание этого распределения необходимо для контроля процедур гипертермии (нагрев опухоли на несколько градусов) и термоабляции (нагрев опухоли на несколько десятков градусов), особенно в случаях, когда рядом с местом воздействия проходят крупные кровеносные сосуды и нервы, которые не должны быть повреждены. Также определение внутреннего распределения температуры может быть использовано для локализации и определения размеров опухоли по изменению ее температуры после проведения глюкозного теста [1].
В настоящее время проблема безболезненных и безопасных измерений глубинной температуры тела человека (проводимых с надлежащей точностью) еще не решена: предлагаются различные неинвазивные методы, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки. Например, измерения температуры с использованием ЯМР-технологий в будущем, по-видимому, позволят получать температурное распределение во всем теле человека, однако есть определенные группы пациентов, для которых использование МР-томографии запрещено. Кроме этого, такие измерения сложно совместит], с процедурой нагрева тканей, когда, собственно, и важен температурный контроль. Таюке оборудование является достаточно дорогим и требует специально подготовленных помещений. Далее, для контроля температуры разрабатываются методы измерения скорости звука, которая меняется с изменением температуры тканей. К сложностям этих измерений относится необходимость калибровки сигнала па каждом отдельном пациенте. Пассивная ИК-термометрия имеет хорошее пространственное разрешение, но измеряет только поверхностную (а не глубинную) температуру.

Использование пассивной СВЧ-гермометрии часто требует специально экранированного помещения, а также метод имеет слабое пространственное разрешение.
Среди традиционных методов определения внутренней температуры существенную роль играет прямое измерение температуры с помощью термопар, вводимых в ткани па нужную глубину. Его недостатком является ответная реакция организма, которая искажает искомое распределение температур. Кроме того, введение тер мо метр и чес к их щупов в клинической практике используется в крайнем случае, по причине болезненности и травматичности процедуры. В этой связи важной практической задачей является разработка и экспериментальная проверка пассивных неинвазивных методов измерения распределения температуры внутри биологических объектов.
Все основные методы неинвазивного определения глубинной температуры тела человека имеют ограничения, существенно влияющие на их практическое применение. Одним из перспективных методов для практического применения является акустотермометрия. Акусто термометрия основана па измерении теплового акустического излучения. Ее преимуществом по сравнению с другими неипвазивными методами является достаточное пространственное разрешение для восстановления температурного распределения в глубине объекта. Для работы с акустотермометром не требуется специальных помещений. Л кустотермометрический контроль можно осуществлять в течение самой медицинской процедуры. Отметим, что акустотермография требует достаточного времени измерения. Однако, обычно характерное время изменения температуры организма человека значительно превышает указанный временной интервал, что позволяет измерять меняющуюся во времени глубинную температуру тела человека. Пеинвазивные измерения глубинной (на глубине 3-8 см) температуры крайне важны для медицины, если они могут обеспечить точность 0.5-1 К и пространственное разрешение около 1 см.

располагающимися на поверхности гиперболоида, от каждой точки которого разность хода до приемников, расположенных в точках г, и г равна стч, где с — скорость распространения сигнала. Наличие п приемников в различных точках
соответствующих корреляционных функций к,кСч(т ) ■ Полученная система относится к типу уравнений Фредгольма 1-го рода, трудно поддающихся решению.
Корреляционная функция ТАИ четвертого порядка
В работах [41], [111] для восстановления внутренней температуры предлагали измерять корреляционную функцию теплового акустического излучения четвертого порядка:
где тч, тй , т:1 - вводимые задержки ) -го, к -го. / -го каналов относительно / -го. Корреляционная функция четвертого порядка аналогично корреляционной функции второго порядка сводится к
где ги - область пространства, образованная пересечением трех гиперболоидов:

пространства, позволяет получить -----------------— парных сочетании сигналов и
(2.10)
|г-г, |-| л-/; |-сг,г
г~г,-г-гк_=ст,