Томография термоакустических свойств среды и акустического нелинейного параметра

• Автор: Евтухов, Семен Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 200 с. : ил.

Оглавление:

Общая характеристика работы

1. Актуальность темы

2. Цели и задачи

3. Научная новизна работы

4. Научная и практическая значимость работы

5. Основные положения, выносимые на защиту

6. Апробация работы

7. Публикации

8. Структура и объем диссертации

9. Личный вклад автора

Часть I. Корреляционная томография термоакустических характеристик среды
Глава 1.1. Обзор литературы
1.1.1. Введение
1.1.2. Типы акустических систем
1.1.3. Термоакустическое излучение
1.1.4. Методы акустической термотомографии
1.1.5. Краткая аннотация 1-й части диссертационной работы
Глава 1.2. Активно-пассивная термотомография
1.2.1. Постановка задачи
1.2.2. Теоретическое рассмотрение базовой модели
1.2.3. Обобщение на случай кольцевой антенной системы
Глава 1.3. Физический эксперимент по корреляционной оценке термоакустических свойств объекта
1.3.1. Модельная установка
1.3.2. Методика и результаты эксперимента
1.3.3. Основные результаты главы 1
Глава 1.4. Термоакустические системы с предварительной фокусировкой полей
1.4.1. Оценки температурной чувствительности
1.4.2. Корреляционная схема с предварительной фокусировкой полей
1.4.3. Численное моделирование фокусирующей системы
1.4.4. Создание анизотропной подсветки
1.4.5. Основные результаты главы 1
Часть II. Акустическая томография распределения нелинейного параметра
Глава II. 1. Обзор литературы
II. 1.1. Акустический нелинейный параметр
II. 1.2. Методы измерения нелинейного параметра
II. 1.3. Диагностическое использование значения нелинейного параметра в
медицине
II. 1.4. Схемы томографического восстановления распределения нелинейного
параметра
II. 1.5. Рассеяние звука на звуке
II. 1.6. Краткая аннотация 11-й части диссертационной работы
Глава 11.2. Акустическое томографирование распределения нелинейного параметра
11.2.1. Процесс нелинейного акустического томографирования при
произвольном виде первичных полей
II. 2.2. Взаимодействие двух плоских волн со сложным спектром
II. 2.3. Ожидаемые уровни сигналов комбинационных частот. Необходимый
фактор накопления
11.2.4. Восстанавливаемая область пространственного спектра
рассеивателя
Глава II.З. Численное моделирование процесса восстановления
11.3.1. Спектральная область
11.3.2. Результаты моделирования работы нелинейного томографа
П.З.З. Основные результаты главы П.З
Глава 11.4. Физическое моделирование процесса восстановления распределения нелинейного параметра
II. 4.1. Схема эксперимента
11.4.2. Результаты экспериментов по реконструкциираспределенш
нелинейного параметра
П.4.3. Основные результаты главы 11
Глава 11.5. Спектральный метод восстановления вектора скорости
кровотока в схеме нелинейной томографии
П.5.1. Дополнительные возможности нелинейного томографирования
II. 5.2. Условия реализуемости
11.5.3. Спектральная процедура оценки скорости рассеивателей
II. 5.4. Численное моделирование спектрального метода
115.5. Физический эксперимент по восстановлению скорости движения
нелинейных рассеивателей
II. 5.6. Основные результаты главы 11
Основные результаты и выводы
Список литературы

Общая характеристика работы.
1. Актуальность темы
В настоящее время проблема ранней диагностики различных онкологических заболеваний является крайне актуальной. Проведенные в 2000 году калифорнийскими учеными исследования [1], показали, что вероятность развития у женщин рака груди, в течение всего жизненного периода (от рождения до 85 лет), составляет более 11%, т.е. у одной из девяти калифорнийских женщин обнаруживается рак груди. По данным American Cancer Society [2], в 2003 году более чем у двухсот тысяч американских женщин был обнаружен рак груди, причем смертельный исход наступил в сорока тысячах случаев. Если говорить о раке в делом, то абсолютный уровень смертности, обусловленный этим заболеванием, находится на втором месте, уступая только заболеваниям сердца [3]. По данным статистики, приведенной в [3], в 2006 году более полумиллиона американцев умерли от рака. В то же самое время, среди раковых заболеваний, уровень женской смертности, вызванный раком молочной железы, также находится на втором месте и уступает только раку легких [3]. Таким образом, необходимость проведения регулярной диагностики как молочной железы (ввиду наибольшей распространенности заболевания этого органа), так и всего организма в целом продиктована сложившейся обстановкой.
Для решения поставленных задач, в медицине успешно используются такие методы как ИК-тепловидение [4-6], СВЧ-радиометрия [5-8], ЯМР-диагностика [9], ультразвуковая интроскопия [10-14]. Среди перечисленных методов, наиболее информативным является метод ядерно-магнитного резонанса. ЯМР томография обладает высокой разрешающей способностью и позволяет производить качественную классификацию внутренней структуры объекта. Однако ЯМР томография также имеет и существенные недостатки, выражающиеся в невозможности измерения количественных характеристик

действительных сигналов, которым соответствуют, в зависимости от типа эксперимента и характера неоднородности, действительная или мнимая части функции когерентности. Комплексное представление алгоритмически более удобно в задачах термотомографии для раздельной количественной оценки поглощения и фазовой скорости звука произвольного объекта, исходя из действительной и мнимой частей сформированной функции когерентности.
Отдельным вопросом при проведении исследований был выбор материала тонкого слоя в термотомографическом эксперименте. В результате многократных экспериментов с тонкими листами из различных материалов, были выбраны следующие образцы. В качестве тонкого слоя, обладающего сильным поглощением и, одновременно, малым контрастом фазовой скорости звука, использовался лист резины толщиной 0.44 мм -медицинский резиновый бинт. Фазовая скорость звука в нем лишь на (20 -г 40) м/с превышала скорость звука в воде при -24 °С. Поглощение в рабочей полосе частот составляло около-19дБ/см, что приводило к величине поглощения в используемом слое - 0.8 дБ. Этот слой далее рассматривается как поглощающий, поскольку данная компонента в нем значительно сильнее рефракционной. Действительно, на частотах около 1МГц вклады в рассеянное поле от неоднородности по поглощению -2 дБ/см и от неоднородности по скорости звука -10 м/с приблизительно эквивалентны при одинаковой толщине этих неоднородностей.
Второй образец, моделирующий тонкий слой с большим контрастом фазовой скорости и несильным поглощением, представлял собой лавсановую пленку, толщиной -0.1 мм. Значимое поглощение в слое зарегистрировать не удалось, в то время как измеренное значение скорости равнялось с «1750 м/с. Оба образца имели площадь поверхности 60 x60 мм2. Надо отметить, что использование таких слоев, в которых наиболее ярко выражена только одна из компонент, определяющих рассеяние волнового поля, имело