Повышение информационных возможностей ультразвуковых диагностических систем

• Автор: Осипов, Лев Васильевич
• Шифр специальности: 05.11.17
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 316 с. : ил.

Научная новизна

Практическая значимость

Положения, выносимые на защиту

Апробация работы

Список сокращений

Глава 1. Распространение ультразвуковых волн в биологических тканях

1.1. Введение в проблему

1.2. Волновое уравнение для неоднородной среды

1.3. Оценка полей рассеяния в задаче акустической визуализации

1.4. Визуализация—приближение к практически важным случаям

1.5. Учет затухания ультразвуковых колебаний в биологических средах

1.6. Нелинейные явления при распространении ультразвуковых волн
1.7. Модели биологических тканей и характеристики рассеяния
Слабые рассеиватели
Рассеиватели средней силы
; Сильное рассеяние
Сечение рассеяния
Рассеиватели с размером, малым по сравнению с длиной волны
Резонансные рассеиватели
Рассеяние на неоднородностях с размерами, превышающими длину
волны

Глава 2. Повышение информационных возможностей ультразвуковых диагностических систем
2.1. Направления совершенствования информационных возможностей в традиционных режимах диагностики
Повышение чувствительности
Повышение пространственной разрешающей способности
Улучшение контрастной разрешающей способности
Увеличение скорости обзора
Автоматизация управления режимами
Унификация режимов и характеристик датчиков
Использование специальных программ обработки
Оперативный контроль настройки и работоспособности
Новые режимы
2.2. Методы совершенствования УЗ диагностических систем. Ограничения и проблемы
2.3. Применение оптимальных методов
2.3.1. Оптимизация построения приемного тракта
2.3.2. Оптимальная фильтрация полезного сигнала
2.3.3 Согласованная фильтрация сигнала
2.4. Использование специальных сигналов
2.5. Метод частотно-динамической апертуры
2.6. Одновременный многолучевой прием
2.7. Повышение контрастной разрешающей способности с помощью декорреляции боковых лепестков
2.8. Псевдослучайные (неэквидистантные) методы
2.8.1. Оптимизация размещения элементов в неэквидистантной
двумерной решетке
Глава 3. Искажения акустических изображений и методы их устранения
3.1. Физические причины искажений изображений в мягких тканях, виды
искажений
Геометрические искажения
Аберрация изображений мягких тканей
Артефакты
3.2. Методы компенсации аберраций изображения мягких тканей
3.3. Артефакты акустического изображения
Аппаратурные артефакты
Артефакты, вызванные физическими причинами
3.4. Исследования расфокусирующего действия костной ткани черепа
3.5. Компенсация аберраций, вносимых черепной костью
3.5.1. Метод, использующий юстировочный пьезопреобразователь
3.5.2. Особенности применения метода с юстировочным
пьезопреобразователем
3.5.3 Результаты экспериментальных исследований
Глава 4. Методы дифференциации биологических тканей
4.1. Основные характеристики тканей, используемые для дифференциации
4.2. Амплитудные отражательные характеристики тканей
4.3. Оценка акустического затухания
4.4 Дифференциация тканей на основе анализа локальной частоты
4.5. Спектральная цветовая дифференциация тканей
4.6. Экспериментальное моделирование методов дифференциации на основе оценки спектра эхо-сигналов или его параметров
4.6.1.Разработка алгоритмов обработки эхо-сигналов с целью дифференциации тканей
4.6.2. Предварительные результаты численного моделирования.
Оценка локальной частоты
4.6.3. Результаты моделирования алгоритмов дифференциации на
основе спектра эхо-сигналов и локальной частоты
4.7. Некоторые новые направления исследований в области характеризации тканей
4.7.1. Оценка интегрального обратного рассеяния
4.7.2. Метод параметрических В-изображений
4.7.3. Получение локальной оценки температуры
4.7.4. Ультразвуковая эластометрия
4.7.5. Оценка параметров нелинейности
4.8. Контрастные вещества
4.9. Цветовое допплеровское картирование

где ат — максимальный размер рассеивателя, Л - средняя длина волны
излучаемого сигнала.
К слабым рассеивателям можно отнести неоднородности большинства мягких биологических тканей. В случае слабых рассеивателей рассеянное поле много слабее, чем поле излучения, что позволяет использовать борнов-ское приближение, а также приближение Рытова для слабых возмущений.
На основании экспериментальных исследований [49] известно, что разброс значений скорости звука в мягких тканях (за исключением лёгких) лежит в пределах, не превышающих 10%. Примерно такой же максимальный разброс имеет значение плотности для мягких тканей (опять-таки за исключением лёгких). Следовательно, почти для всех мягких тканей неравенства (83) удовлетворяются при размерах неоднородностей, не превышающих длину волны облучающего поля. В процессе В-сканирования серошкальное изображение с большим числом градаций яркости формируется в основном за счёт рассеяния на таких мелкомасштабных структурах. При этом взаимодействие ультразвука со средой определяется дифракционными эффектами, а биологическая ткань может рассматриваться как случайно-неоднородная среда, свойства которой целесообразно описывать статистически. Отражённый сигнал также может в этом случае считаться случайным и описывается статистически.
Одна из возможных моделей случайно-неоднородных структур предполагает, что среда представляет собой набор дискретных рассеивателей, случайно распределённых в однородном континууме. Размеры каждого из рассеивателей полагаются малыми по сравнению с длиной волны. Таким образом, интервал корреляции, характеризующий неоднородности среды, можно считать много меньше длины волны ультразвука.
Другая модель случайно-неоднородных структур, так называемая модель неоднородного континуума, предполагает, что в среде имеют место небольшие флюктуации плотности и скорости звука относительно средних зна-