Закономерности возникновения артефакта "псевдопоток" в неоднородных средах и его применение в ультразвуковой диагностике

• Автор: Богдан, Ольга Павловна
• Шифр специальности: 05.11.17
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Ижевск
• Количество страниц: 187 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

Общая характеристика работы

Глава I Ультразвуковая диагностика. Биофизика, аппаратура, артефакты

1.1 Ультразвуковая диагностика

1.1.1 Эффект Допплера

1.1.2 Устройство ультразвукового диагностического сканера с допплеровским картированием

1.1.3 Неоднородные среды

1.2 Биофизические основы взаимодействия ультразвуковых колебаний с биологической тканью

1.2.1 Тепловое действие ультразвука

1.2.2 Механическое действие ультразвука

1.3 Артефакты ультразвуковой диагностики
1.3.1 Аппаратурные артефакты
1.3.2 Физические артефакты
Выводы к главе I
Глава II Моделирование и исследование артефакта ультразвуковой допплерографии «псевдопоток»
2.1 Визуализация артефакта «псевдопоток»
2.2 Силы радиационного давления, действующие на неоднородность
2.3 Модель возникновения артефакта «псевдопоток»
2.4 Закономерности движения пузырьков газа в жидкости, находящихся в
ультразвуковом поле
2.4.1 Влияние параметров ультразвукового излучения на закономерности возникновения артефакта «псевдопоток»
2.4.2 Влияние физических свойств среды на закономерности возникновения артефакта «псевдопоток»
2.4.3 Влияние режима излучения на закономерности возникновения артефакта «псевдопоток»

2.4.3.1 Измерение интенсивности ультразвукового излучения в дуплексном режиме
2.4.3.2 Закономерности возникновения артефакта «псевдопоток» в дуплексном режиме
2.5 Моделирование и исследования движения твердых частиц в жидкости, находящихся в ультразвуковом поле
2.6 Моделирование движения сжимаемых частиц в жидкости, находящихся в ультразвуковом поле
2.7 Тепловые эффекты в неоднородных средах
2.7.1 Поглощение ультразвука в неоднородной среде
2.7.1.1 Поглощение ультразвука в жидкости с газовыми пузырьками
2.7.1.2 Поглощение ультразвука в суспензиях и эмульсиях
2.7.2 Экспериментальный способ оценки теплового действия
2.7.3 Оценка теплового действия ультразвука на ультразвуковом терапевтическом аппарате для различных сред
2.7.4 Исследования теплового индекса ультразвуковой допплерографии
Выводы к главе II
Глава III Оценка интенсивности ультразвукового излучения с использованием артефакта «псевопоток»
3.1 Методы измерения интенсивности ультразвукового излучения и ее пространственного распределения
3.1.1 Метод измерения радиационного давления
3.1.2 Калориметрический метод
3.1.3 Интерферометрический метод
3.1.4 Метод взаимности
3.2 Разработка способа и устройства измерения интенсивности
ультразвукового излучения
3.2.1 Способ измерения интенсивности ультразвукового излучения с использованием оавновесных пузырей

3.2.2 Способ измерения интенсивности ультразвукового излучения
использованием движущихся пузырей
3.2.3 Устройство измерения интенсивности ультразвукового излучения
3.3 Экспериментальное измерение интенсивности излучения терапевтического аппарата УЗТ 1.01Ф
3.3.1 Экспериментальное измерение интенсивности ультразвукового
излучения с использованием равновесных пузырей
3.3.2 Экспериментальное измерение интенсивности ультразвукового
излучения с использованием движущихся пузырей
3.4 Пространственное распределение интенсивности излучения в поле
терапевтического аппарата УЗТ 1.01Ф
3.4.1 Теоретические исследования пространственного распределения
интенсивности ультразвукового излучения
3.4.2 Экспериментальные исследования пространственного распределения
интенсивности ультразвукового излучения
Выводы к главе III
Глава IV Оценка упругих свойств тканей
4.1 Метод эластографии
4.2 Упругие свойства мягких тканей
4.3 Разработка способа визуализации упругих свойств ткани
использованием ультразвуковой допплерографии
4.3.1 Теоретическое обоснование способа эластографии
4.3.2 Установка для визуализации упругих свойств среды
4.3.3 Разработка фантома мягких тканей
4.3.3.1 Измерение плотности фантома
4.3.3.2 Измерение скорости ультразвука в фантоме
4.3.3.3 Измерение затухания УЗ волн в фантоме
4.3.4 Апробация способа оценки упругих свойств тканей
Выводы к главе IV
Общие выводы по работе

Кавитация - образование и активизация газовых или парогазовых полостей (пузырьков) в среде, подвергаемой УЗ воздействию [43]. Кавитационные пузырьки образуются в тех местах, где давление в жидкости становится ниже некоторого критического значения.
Кавитация в некоторой ограниченной форме может возникнуть при использовании диагностического ультразвука с малым числом колебаний в импульсе [67] интенсивностью />300 мВт/см2 [161].
В механическое воздействие, т.е. нетепловое, основной вклад вносит пиковое отрицательное давление р_ [179].
Паковое отрицательное давление р_ (пик разрежения) - максимальное по величине значение отрицательной полуволны акустического давления в УЗ импульсе (рис. 1, а), равное [43]:
/>_ = 0,7р0- (1.24)
Это приводит к разрушению ткани, поэтому очень важно контролировать нагрев ткани и знать причину этого нагрева. Схема возникновения акустической кавитации представлена на рисунке 1.11.
Разрыв мышечных волокон в продольном направление больше, чем в поперечном. При небольшой интенсивности ультразвука разрыв отсутствует, наблюдается лишь раздвигание волокон [110], либо колебания полостей в биологических жидкостях [11]. В мышечной кавитации образуются не сферические, а как показано на рисунке 1.9, линзообразные полости. Амплитуда акустического давления р0, требуемая для возбуждения кавитации, падает при увеличении газосодержания жидкости [130]. Смыкание полостей происходит при отрицательном значении акустического давления, и сопровождается сильным нагревом ткани. Смыкание кавитационных полостей вызывает также вторичные эффекты [110].
Ультразвук
Рисунок I 11 Схематическое изображение кавитации в ткани По общепринятой терминологии различают два типа кавитационной активности пузырьков, а именно инерционную кавитацию (коллапсирующая или неустойчивая кавитация) и неинерционную кавитацию (стабильная кавитация) [112]. Инерционная кавитация возникает, когда наполненная газом полость в жидкости расширяется во время фазы разрежения и затем очень