Нелинейные и дифракционные эффекты в импульсных системах ультразвуковой диагностики

• Автор: Пономарев, Анатолий Евгеньевич
• Шифр специальности: 01.04.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 117 с. : ил.

ГЛАВА. 1 ЧИСЛЕННЫЕ МЕТОДЫ РАСЧЕТА ЛИНЕЙНЫХ

НЕСТАЦИОНАРНЫХ АКУСТИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ

1.1 Введение

1.2 Быстрый метод расчета интеграла Рэлея для плоских источников

1.3 Параболическое урав! ге1 ше теории дифракции

1.4 Исследуемый ультразвуковой излучатель

1.5 Сравнение результатов численного расчета с использованием параболического уравнения с точным решением

1.6 Результаты главы

ГЛАВА. 2 НЕЛИНЕЙНЫЕ ИМПУЛЬСНЫЕ ПОЛЯ

ПРЯМОУГОЛЬНЫХ ФОКУСИРОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ДИАГНОСТИЧЕСКОГО УЛЬТРАЗВУКА

2.1 Введение

2.2 Теоретическая модель
2.3 Численная схема
2.4 Результаты моделирования
2.5 Результаты главы
ГЛАВА. 3 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДА
НЕСТАЦИОНАРНОЙ АКУСТИЧЕСКОЙ ГОЛОГРАФИИ ДЛЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ КОЛЕБАТЕЛЬНОЙ СКОРОСТИ ИМПУЛЬСНЫХ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ ИСТОЧНИКОВ
3.1 Введение
3.2 Теория
3.3 Сравнение со спектральным подходом
3.4 Демонстрационный эксперимент
3.5 Численное моделирование
3.6 Результаты главы

ГЛАВА. 4 КОМПРЕССИЯ И УСИЛЕНИЕ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ ИМПУЛЬСОВ, ОТРАЖЕННЫХ ОТ ОДНОМЕРНЫХ СЛОИСТЫХ СТРУКТУР
4.1 Введение
4.2 Плоскослоистая среда для задач компрессии импульсов
4.3 Экспериментальная установка
4.4 Компрессия импульсов с использованием однослойного
ОТРАЖАТЕЛЯ
4.5 Теоретическая модель отражения от многослойной структуры 8
4.6 Оптимизация процесса компрессии
4.7 Результаты моделирования
4.8 Компрессия импульсов с использованием отражателя из трех пластин
4.9 Обсуждение результатов
4.10 Результаты главы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БЛАГОДАРНОСТИ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Настоящая диссертационная работа посвящена развитию методов исследования импульсных акустических полей и анализу излучения и распространения волн в системах медицинской ультразвуковой диагностики. Ключевой особенностью данной работы является рассмотрение импульсной природы акустических сигналов. Относительно часто при расчёте характеристик ультразвуковых диагностических систем используют приближение непрерывных режимов излучения. При таком подходе теряется информация о нестационарном характере волнового процесса. Большинство же реальных диагностических датчиков работают в импульсном режиме, поэтому для более точного их описания требуется решать задачи с учетом временной зависимости.
Использование акустических импульсов лежит в основе методов ультразвуковой диагностики. Распространяясь в среде, импульсы отражаются от неоднородностей и тем самым несут информацию о внутренней структуре среды. Эта информация содержится в задержке прихода отраженного сигнала, а также в амплитуде и частоте этого сигнала. Генерация и регистрация ультразвуковых импульсов в простейшем случае может быть осуществлена одноэлементным преобразователем, однако такие системы обладают ограниченным пространственным разрешением и поэтому дают лишь очень приблизительное представление о внутренней структуре среды, хотя они и используются в медицине до сих пор. В современных ультразвуковых системах используются намного более сложные датчики. В большинстве случаев это решетки, состоящие из большого количества периодически расположенных элементов, что позволяет изменять создаваемое акустическое поле путем внесения задержек для импульсов, подаваемых на различные элементы. Дифракционные эффекты, возникающие при

ГЛАВА. 3 ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДА НЕСТАЦИОНАРНОЙ АКУСТИЧЕСКОЙ ГОЛОГРАФИИ ДЛЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ КОЛЕБАТЕЛЬНОЙ СКОРОСТИ ИМПУЛЬСНЫХ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ ИСТОЧНИКОВ
3.1 Введение
Акустической голографией обычно называют метод восстановления источника звука по измерениям акустического давления вдоль некоторой поверхности, расположенной перед этим источником. Традиционно этот метод используется для анализа источников гармонических волн. При этом для плоских, цилиндрических и сферических источников гармонических волн используется подход Фурье-акустики или, иначе говоря, метод углового спектра [49,89-91]. В некотором смысле акустическая голография для гармонических сигналов тождественна соответствующему варианту оптической голографии, и эта аналогия позволила создать ряд успешных схем акустической голографии [23, 24, 92]. Однако для акустики имеется одно важное обстоятельство: в силу низкой по сравнению со световыми волнами частоты акустических сигналов фазу волны можно измерить непосредственно, т.е. нет необходимости использовать интерференцию со вспомогательным (опорным) пучком.
Имеются и другие преимущества акустического варианта голографии. Одно из них, например, связано с возможностью проводить измерения на небольших по сравнению с длиной волны расстояниях от источника. В этом случае удается зарегистрировать не только распространяющиеся от источника волны, но и неоднородные волны,