автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.16, диссертация на тему:Разработка методов и алгоритмов измерения акустических параметров в ИПС ультразвуковой медицинской диагностики и их исследование методом имитационного моделирования

ЛЕНИНГРАДСКИЙ ОРДША ЛЕНИНА И ОРДША ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛ1ЦИИ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ИМЕШ1 В.И.УЛЬЯНОВА (ЛЕНИНА)

Нечаева Маринч Юрьевна

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ И АЛГОРИТМЕ ИЗМЕРЕНИЯ АКУСТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ В ИИ? УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ВДЩИНСКОЙ ДИАГНОСТИКИ И ИХ [{¡СЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОМ ИШАЩ®ИНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ,.

■¡сциальность: 05.11.16 - Ш1$ормчпионна-измеритольнке

Нл правах рукописи

системы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учгиюй степ<звя кандидата технически (щк

¡¡.-'/.у

) 7, //у

• Работа выполнена в Ленинградском ордена Ленина и. ордена Октябрьской Революции электротехническом институте имени Б.И.Ульяне ва (Ленина).

Научный руководитель - ' ' ч •

доктор технически^ наук доцент Недосекин Д.Д.

Официальные оппоненты: ■

доктор технических наук профессор Калявин В.П.

кандидат технических наук Сапожкова !И.Ф.

Ведущая организация - ВНИИ электроизмерительных приборов

Защита состоится "$■ *19Э1 г. ъ/%' часов на заседании специализированного совета К 033.36.04 йенинградского ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции электротехнического ин статута имени В.И.Ульянова (Ленина) по адресу: 197022, Ленинград, ул.Проф.Попова, 5.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

'Автореферат разослан " " - 1991 г;

Ученый секретарь специализированного совета

Юрков Ю.В.

ОБЩАЯ ХАРАКХЕРИЛИКА. РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В настоящее время одной из основных адач медицинской диагностика является задача -идентификации био-*кани, так как заболевания, связанные с изменением внутренней ¡труктуры мягких тканей, относятся к категории массовых.

Одним из перспективных методов диагностики мягких биологическое тканей является ультразвуковое зондирование. Данный метод поучил довольно широкое распространений благодаря своей информатив-юсти и сравнительной безвредности для живого организма по сравне-мю, например, с рентгеновской томографией. Однако до недавнего фемеш! ультразвуковая медицинская диагностика (УЗД) сводилась в юноввоы.к визуальному анализу одномерных эхограмм или двумерных хо-изотражений, что.ставичо достоверность диагноза в значительную йвисимость'от опыта и квалификации врача-специалиста. Кроме того, 'Яд заболеваний, требующих принципиально различного лечения, могут двать совершенно одинаковые эхо-изобраненйя.

Поэтому в-.последние годы начали развиваться методы, основание на определении количественных характеристик, т.е. измерении .кустических параметров, связанных с состоянием ткани. Оценка информативных акустических параметров базируется на обработке уль- . раз.вуковнх эхо-сигналов, в связи с чем становится актуальной за-яча создания соответствующих методов и-алгоритмов. Использование :о' метода имитационного коделирозашш значительно упрощает задачу сследовакия и сравнительного а нолю а существующих и вновь разра-¡атаваемых методов, а также, значительно еншает необходимое на это ремя.

■ .Метрологический 'анализ-результатов медицинских и биологически измерений часто вообще не может- быть осуществлен без использо-.ания имитационного моделирования, что -вызывает необходимость по-трооюш. имитационной шдели ОШ, .осуществляемой при этом из мери-ельйой процедуры. ■ .

Цель и задачи диссертационной работы. Целые настоящей работы зляетсл разработка и исследование,алгоритмов измерения анустичес-:их параметров мягкой" .биологической ткани, позволяющих вдентифици-озать патологические процессы, разработка имитационной модели роцедуры измерения этих параметров и.на этой основе исследование

методических погрешностей оценка указанных параметров, а также В1 работка требований к характеристикам УЗД аппаратуры.

Поставленная цель приводит к необходимости решения следующих задач:

, I. Исследование существующих и разработка новых методов изме рения акустического параметра, отличающихся от известных прежде всего по характеристикам точности, чувствительности, разрешающей способности. •

2. Анализ существующих и разработка новых подходов к создани модели биоткани и рассмотрение на ее основе процесса прохоадешдя ультразвука через элементарный участок биоткани.

3. Разработка модели отраженного ультразвукового (УЗ) сигнала, используемого при идентификации биоткани в инфорыациошо-изме иительных системах (Ж!) УЗД. .

4. Разработка алгоритмов измерения акустического параметра.

5. Разработка имитационной модели измерительно!} процедуры . оценки акустического параметра и исследование на ее основе метода чеслих погрешностей измерения этого параметра. . .

6. Выработка рекомендаций по выбору оптимальных характерном аппаратуры для ИШ УЗД.

Методы исследования.. При исследованиях использовались аналитические методи, включающие в себя математический аппарат теории вероятностей и математической статистики, отдельные разделы математического анализа, а также статистической радиотехники я теории радиолокации. Проверка некоторых теоретических положений осуществлялась с помощью имитационного моделирования. \

Научная новизна заключается в .разработке 'модели биоткани и модели отраженного УЗ сигаала, в разработке новых'методов измерения информативного акустического параметра в ИЖ УЗД. К новым .научным результатам можно отнести .следующие: . • .

1. Предложены 3 новых метода измерения акустического параметра в Щ5 УЗД, ориентированные на программно-аппаратную к программную реализацию. ■ .

2. Разработана динамическая характеристика элементарной ячейки биоткани, позволяющая синтезировать модели' структур реальных биотканей. '".'••'

Предложена слоистая динамическая модель мягкой биоткани,

позволяющая формализовать процессы,, происходящие в этой ткани при зрохозденци через нее ультразвука.

4. Разработана математическая модель отраженного УЗ сигналя, ориентированная на программную реализацию в HID УЗД.

Практическая ценность работа заключается в следующем:

1. Разработано программное обеспечение имитационной модели фоцедуры измерения акустического параметра биоткани, позволяющие юследовать существующие и вновь разработайте методы.

2. Разработан комплекс прикладных программ и методики, позво-гяющие исследовать влияние характеристик аппаратуры на точность )езультатов измерения и предъявлять технические требования к этигл :арактеристикаы.

3. Разработано программное обеспечение, позволяющее производить статистическую обработку реальных ультразвуковых эхо-сигна-tob, получаемих при клинических исследованиях.

4. Разработана методика, определения коэффициентов прибякаен-юй динамической характеристики элементарной ячейки биоткани, по-¡воляззщая синтезировать модели структур реальных биотканей.

Реализация результатов. Работа выполнена в соответствии с ¡риказом !ликэлехтротехпрома й 536 от .30,09.82, в рамках коордкиа-¡иошюго плана научно-технических работ Ш СССР'по комплексной .роблеь'о "Техническая кибернетика" на I98I-I585 гг. от 24.09.81, вздел 1.12.10 "Распознавание, -вденгификафм в'оиишыюе оцени-аиие", целевой коетлексной научно-технической программы АН СССР Примензкге макропроцессоров к'ианяЭШ", а такке хоздоговорной ра-отн, выполненной при участии автора в ЯЭТИ км.В.И.Ульянова (Леки-а) 1Ш1-Ш с 1985.но 1938 гг. (Гг ro'c.par. 01.85.003549) "Разра-отка и исследование методов и аппаратуры обработки данных для дентпфикациа биологических тканей".

Результат» внедрена в ГНПШ "РатоР!" и используются при оозда-ки программного обеспечения ¡DC УЗД, а ташхз виодреш з учебный роцесс га кафедре ШГ ЛЭТИ ик.В.Й.Ульянова (Лешка) и пспользуют-я в лабораторных работах и.Косовом проектировании по дисциплинам Измерительно-вычислительные комплекса и устройства" и "Матекати-еское и метрологическое обеспечение ИЖ и ИВК". Акта, подтверз?да-iuie внедрение, прилагаются к диссертации.

' Апробация работы. Основные результаты работа докладывались к Зсуддались ла:

■ - Всесоюзной научно-технической конференции "Методы и средства повышения эффективности микропроцессорных систем", Киев, 1986 г.!

- УШ Всесоюзной научно-технической конференции по измерительным информационным системам "ШЗ-87", Ташкент, 1987 г.;

- IX .Беесошной научно-технической конференции по измерительные информационным системам пИ1С-85", Ульяновск, 1989 г.;

- городском научно-техническом семинаре "Применение средств вычислительной техники в измерительной технике", Ленинград, 1990 г.;

. - научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ЛЭТЙ км.В.И.Ульянова (Ленина), Ленинград, 1986-89 гг

Публикации по работе. Основные положения диссертационной работы опубликованы в десяти печатных трудах. Новизна предложенных методов и устройств подтверждается двумя авторскими свидетельствами на изобретения.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав с выводами, заключения. Основной текст работы излозен на 121 странице машинописного текста. Работа содержит 46 рисунков, 18 таблиц. Список литературы взшзчает 87. наименований.

. КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАЕОТИ ,

Во введении обоснована актуальность темы, сформулирована цель исследования, дана общая характеристика работы.

В первой главе "Анализ современного состояния и перспективы развития измерения акустических параметров биоткани" выполнен обзор публикаций по данному научному направлению, дано описание объекта исследования, проанализированы существующие методы измерения и предложен .ряд новых.

Интенсивность плоской волны при распространении ее в 1.'ягкой биологической ткани изменяется по закону:

1=Тое*р(-г <£/£), ,

где оС - удельный коэффициент акустического затухания, - толщина слоя биоткани. Рядом исследователей било показано, что в диапазоне частот, применяемых при ульгразвуковом зондировании, зависимость затухания от частоты имеет линейный вид:

а коэффициент ^¡З , называемый наклоном удельного коэффициента акустического затухания (НУКЗ), несет в себе информацию о состоянии исследуемой биологической ткани.

В идеализированном случае, когда анализируемая ячейка биоткани является однородной, эхо-сигнал представляет собой 2 импульса, отраженных от ближней и дальней границ исследуемого участка. Импульсы разнесены во времени на интервал Т, равный двойной толщине ячейки с( , деленной на скорость распространения ультразвука в биологической среде, а их энергетические спектры связаны соотношением ^

Щ*1М01 &,($) , ' (I)

где передаточная характеристика образца по мощности имеет вид:

Щ)1г=ехр(-4с£й). (2)

Рассмотренная идеализированная модель биоткани как акустической среды использована для обоснования теоретического обоснования разрабатываемых катодов измерения акустического параметра.

Методы изкзрештя НУКЗ колко условно разделить на методы измерения' в частотной п во временной области.

Методы первой группы требузг вычисления энергетических спектров эхо-сигналбв, К этой группе относится спектралько-разкостный ¡.•ятод, .устанавливающий взаимосвязь НУКЗ с величиной разности лога-рл$жпескпх спектров мощности схо-сигиалов, отраженных от ближней а дальней границ анализируемого участка ткана. Если трасса прозву-чивания разбита га /£ участков, то для произвольного ¿-го участка коэффициент @ может быть взракеи з веде (3) на основании (I)

й (2>: ■ ' уз:^, (3)

где энергетические спектры сигналов, отраженных

от областей, соответствующих блженой и дальней границам аналкзиру-змого участка биоткани толщиной

Второй из известных методов измерения НУКЗ в частотной области - метод спектрального сдвига, в отличие от предыдущего, опери-эует не с самими спектральными функциями, а с их точечными характеристиками - центральными частотами ^с или же среднеквадратиче-зкими частотами • Для спектра гауссовой формы зависимость 1ТУК.З

от .этих точечных характеристик принимает соответственно вид (4) или (5):

/Ы^сф^с)/^ ; (4)

,, (5)

где - параметр ширины (удвоенная дисперсия) энергетического спектра. ' .

Выражение (5) является основополагающим для методов измерена НУКЗ ео временной области, которые отличаются друг от друга способом оценки среднеквадратической частота .

Среди методов измерения НУКЗ во временной области широко известен метод счета нулей ШСН). Выражение, связывающее измеряемый параметр с плотностью нулей (пересечений нулевого уровня) эхо-сигнала Я имеет вид: . __

- Ш+< жУуЩЛ .

В диссертационной работе предложены три новых метода измерения во временной области. Первый из них основан на анализе взаимосвязи коэффициента уЗ и суммарной плотности нулей и экстремальных значений эхо-сигнала V , которая составляет суть метода счета нулей и экстремумов (МСНЭ) и имеет вид:

^¿Жщ. - М-ы-ж;'.

Второй из предложенных методов основан на взаимосвязи НУКЗ и средней частоты адапгивно-вреыенной дискретизации эхо-сигнала при его восстановлении.полиномом нулевой степени. Соответствующее выражение имеет, вид:_■_ , _

/у,

ЖЯ^а

где £¿1 - средняя частота адаптивно-временной дискретизации,^ -относительное значение уставки погрешности аппроксимации, // -коэффициент, зависящий от формы аакона распределения эхо-сигнала.

Предложены структурные схемы устройств,.реализующих МСНЭ и метод адаптивно-временной дискретизации (МАВД). Новизна данных методов и устройств, ьх реализующих, подтверждена авторскими свиде-тйньотвами на шофетения.

Проведениия анализ чувствительности показал, что вновь разра-

Зотанкые методы МСНЭ и МЛВД позволяют повысить данную характеристику в два и более раз по отношению к известному методу счета ну-1ей.

Рассмотренные методы ориентировани на программно-аппаратную )еализад'.по. Третий из разработанных методов измерения НУКЗ - метод )т ноше кия моментов (ЮМ) ориентирован на программную реализация. )я основан на взаимосвязи среднсквадратической частоты ^ непре-»ывного стационарного процесса со среднеквэдратическиш отклонени-ш процесса 0 я его первой производной 0У . Для нормального

[роцесса с нулевым математическим ожиданием (ложно записать:

- (6)

>де}81 и) /з | - средние значения модулей елгнала и его первой про-¡зводной соответственно.

Для процесса, представленного совокупностью дискретных отсче-'ов , выра~екие (6) преобразуется к виду:

де 0? - пат Д1'с;фетнзации, /I - количество интервалов дискрети-ацик. ' .' '

Ько!гчательныП результат монет быть получен после подстановки начеиий рассчитанных по формуле (7), в выражение (5) метода центрального сдвига.

Во втозой главе "Моделировагае процесса прохождения ультра-вукового кшульса через бкоткакь" аиаяизтуится известные подход« созданию математической вдели -б"откан>: на основе приближенной одел« однородного элементарного-слоя- Разработана шподпка опре-еленак коэффициентов этой модели. Рассмотрен процесс прохождения 3 гашульса через элементарный однородней спой биоткани.

Ишульс, поснлаекнЙ в биоткан* гри ультразвуковом зондирова-ии в зхо-ретлте, формируется путем ударного гозбукценпя пьезодаг-йка, которнй в одно и то ке время является я излучателем и прием-иком. В литературе было показано, что кз-за.инерционных свойств частков акустической среды уже в самом начале распространения тот сигнал принимает неизменную форму' и. но временной области моет быть .описан как короткий радиоимпульс с синусоидальной несуэдей гауссово!*? огибающей:

где Хо - значение огибающей импульса в момент '¿-¿о , среднеквадратичсское отклонение огибающей, ¿ро - частота несущей

Энергетический спектр (спектральная плотность мощности) описанного радиоимпульса имеет гауссову форму:

где го - значение спектра на частоте несущей .

Для построения математической модели биоткани необходимо тем или иным способом формализовать ее структуру и описать основные элементы. В первом приближении мягкую биологическую ткань можно представить как акустически однородную среду со случайно распределенными по объему отражателями (кровеносными сосудами), расстояние между которыми превышает длину УЗ волны. При оптической интерпретации прохождения зондирующего пучка через биоткань такому представлению соответствует слоистая модель исследуемого участка ткани, в которой число элементарных акустически однородных слоев Щ и толщина (¿С каждого слоя являются случайными величинами. Случайный характер имеют также коэффициенты отражения ультразвука на границах соседних слоев.

Отраженный УЗ сигнал можно представить как результат,преобразования входного зондирующего импульса динамической системой, структурно состоящей из последовательно-параллельного соединения элементарных звеньев - акустически однородных элементарных слоев ткани, динамические свойства которых описываются передаточными функциями Яс(^) , а постоянные коэффициенты И^ С-1 соответствуют коэффициентам отражения ультразвука на границах смежных слоев. Выходной сигнал формируется как суша сигналов, отраженных' от границ.

Основным динамическим звеном описанной модели участка биоткани является акустически однородный элементарный слой, который характеризуется функцией потерь на затухание:

А(ш) - ~1?}5Ш!/(ш)/1х(и;)Ъ .

где - круговая частота УЗ излучения, и Уу/Цу -

интенсншюсти УЗ сигнала соответственно на входе и выходе слоя, ///¿О) - амнлитудно-частотная характеристика (АЧХ) слоя, которая

¡.<пш;цшштоя выражением:

Щий* ехр['А{ш)1 - ехр{-& и)) 3

где В - коэффициент-затухания.

Предложена неминимально-фазовая линейная динамическая модель элементарного слоя, представляющая собой последовательное соединение минимально-фазового звена и звена с чистым запаздыванием. Передаточная функция такой приближенной модели определяется выражением: Л

еде 2ГС1 - время задержки распространения ультразвука, Нт(5) - передаточная функция минимально-фазовой части модели, которая получена в виде:

Л»®*«^/^^) , (8)

да - полюса дробно-рациональной передаточ-

тай функции, Л - степень ее знаменателя. В простейшем случае (однополюсная модель) выражение (8) преобразуется я ввду (9):

" а///+сз) 'о)

АЧХ, ФЧХ и импульсная характеристика модели описываются соот-тственно выражениями:

%/ё) =(а/с) .

Способ определения коэффициентов модели & и С зависит от ¡етода оценки показателя затухания и от выбранного критерия достоверности этой оценки. В диссертационной работе получены аналитиче-:хие выражения для определения этих' коэффициентов. Дня каждого из :ритериев по разработанным методикам были рассчитаны коэффициенты юдели и оценена методическая погрешность определения затухающ, 'езультаты анализа показали хорошую степень приближения однопсшюс-юй модели элементарного слоя биоткани" при сравнительно небольших качениях коэффициента наклона акустического затухания. Для боль-гих значений последнего в диапазоне частот 1*6 1Лц приведенная по-реашость как в равномерной, так. я в среднеквадратичесной метрике .остигает 20-ЗС$, и для ее уменьиения следует увеличивать порядок инимально-фазового звена динамической модели.

На основании полученных моделей входного импульса и основного динамического звена участка биоткани была построена математическая модель отраженного УЗ сигнала в виде:

(10)

где Х/5) , - соответственно изображения по Лапласу сигна-

лов ЗС(¿) и у(£) . В простейшем случае (однородный элементарный слой) выражение (10) преобразуется к виду:

■ Модель отраженного УЗ сигнала на основе однополюсной модели элементарного однородного слоя биоткани была реализована на ЗШ при помощи построения цифрового фильтра. Был проведен вычислительный эксперимент, результаты которого показали, что. массив, отсчетов модели УЗ отраженного импульса у(¿) с погрешностью менее % может быть описан аналитическим выражением вида: ■

у*№ -- Ус - 61Л] (п)

что позволяет сделать вывод о том, что УЗ .отраженный импульс во временной области представляет собой радиоимпульс.с гауссовой огп-бащ-зй и синусоидальной несущей. Данный вывод подтверждает гипотезу о том, что' при прохождении через слой биоткани УЗ импульс не меняет свои Форму. Это позволяет впоследствии рассматривать УЗ эхо-сигнал как суперпозиция импульсов ввда (II), отраженных, от элементарных отражателей внутри биоткани, и такая модель будет принята в третьей главе данной работы.

Данные экспериментальной проверки полученной модели отраженного УЗ шшульса, приведенные в работе,"позволяют сделать вывод о . достаточно хоропей степени приближения однополюсной модели элементарного слоя при сравнительно небольших коэффициентах затухания.

■ Третья глав?, "Разработка программного обеспечения и;,штациок~ ной модели измерительной процедуры в ШЗ УЗД" -посвящена разработке имитационной модели измерительной процедуры, осуществляемой в ИЮ УЗД при идентификации биоткани, и ее программного обеспечения. Здесь разработаны имитационные модели УЗ эхо-сигнала и измерительного канала.'Исследованы погрешности, возникающие в ИЮ УЗД при проведении процесса идентификации на.всех стадиях измерительной процедуры.

Рассмотрены структура и состав ШЗ УЗД. Формализована измерительная процедура оценки акустического параметра при наличии одной трассы прозвучивания. Выделены следующие обязательные этапы изме-штелыюй процедуры: формирование и прием радиочастотного УЗ эхо-шгнала, регулирование его уровня, дискретизация и квантование, швод или дальнейшая обработка массива отсчетов эхо-сигнала по шределенному алгоритму. Исходя из этого набора этапов и строится [митационная модель обобщенной процедуры измерения НУКЗ, в основе соторой лежит уравнение Измерений:

. ■ нй.? , _ а»

>де V - оцещш измеряемой величины Тг , ^ - вектор входных ¡еличин, - оператор преобразования в аналоговой форме, йг -шератор. преобразований в цифровой форме, Л - оператор сравнения г мерой. Таким образом, имитационная модель данной измерительной [роцедуры вшшчает Ш радиочастотного эхо-сигнала, ИМ процесса ре-■улирования усиления эхо-сигнала, ИМ аналого-цифрового преобразо-¡ания и Ш алгоритмов измерения НУКЗ.

Предлагается модель УЗ эхо-сигнала.на основагош принципа су-ерпозиции импульсов, отраженных от неоднородностей внутри биотка-и. Поступая на вход пьезодатчика с различных глубин и, следова-ельно, $ случайные моменты времени, эти импульсы частично накла-ываатся друг На друга, образуя непрерывный УЗ эхо-сигнал, модель отсрого может бить представлена в виде формулы:

де А/ - случайный коэффициент, ¿у - момент времени, соответствии середине импульса, отраженного'оту'-го отражателя, $ -араметр ширины зондирующего импульса.

Разработаны также имитационные модели процедур аналого-цифро-ого преобразования и регулирования усиления. На основании рас-мотренних в первой главе методов измерения НУКЗ.разработан алго-итм измерения акустических параметров биоткани по отсчетам радио-астотного эхо-сигнала.

Анализ погрешностей, возникающих при измереаии акустических араметров биоткани* производился на основании известного уравне-ия измерений, которое применительно к рассматриваемой кзмеритель-эй процедуре оценки НУКЗ принимает вид:

где 1 - вектор входного воздействия (массив отсчетов УЗ эхо-сигнала), ё - независимый аргумент время, В - измеряемая величина НУКЗ, - параметры алгоритмов преобразования (шаг дискретиза-

ции, длина реализации и т.д.), СГп - критерий сравнения (метрика /077 - алгоритм измерения из множества £ . Тогда методическая погрешность измерения НУКЗ определяется выражением:

Если составляющие погрешности при этом упорядочить по месту возникновения, согласно (32), то (13) принимает вид:

лш/ч В=лУ+аЗу .

Составляющие А//тТРУДН0> а не-

которые из них невозможно проанализировать аналитическим путем. № влияние на погрешность результата измерения определяется методом имитационного моделирования в гл.4.

Составляющая Д^л/ ^обусловлена некачественным описанием модели объекта исследования - невдеальностью принятой модели отраженного УЗ сигнала. Наибольший вклад в эту составляющую вносят случайно распределенные отражатели. Составляющая Д%уд $ и Д^Ж обусловлена соответственно неидеальпостыэ аналогового и аналого-цифрового преобразования. Составляющая Д^Дс определяется невдеальностью реализации ачгоритмов измерения НУКЗ. Проанализированы статистические характеристики этих составляющих.

В четвертой главе "Применение имитационной модели для исследования методов измерения акустических параметров биоткани в эхо-режиме", которая носит прикладной характер, проводится исследование разработанных и существующих методов измерения акустического затухания во временной области на основании КМ измерительной процедуры, предложенной в третьей главе. Исследуется влияние-параметров модели УЗ эхо-сигнала и характеристик аппаратуры измерительного канала на погрешность измерения НУКЗ. Приводится сравнительный анализ зависимости среднеквадратического отклонения погрешности оценки НУКЗ от различных параметров модели. Выработаны рекомендации по выбору технических характеристик аппаратуры Щ). УЗД.

В приложении приведены листинги программ, иллюстрирующих этапы моделирования процесса прохождения ультразвукового импульса че-

- и -

ез элементарный слой биоткани; описание и листинги программ, еаяизующих модель 73 эхо-сигнала, используемого в ЙИЗ УЗД; про-раммныв реализации имитационных моделей регулирования усиления, налого-цифрового преобразования и методов измерения акустических араметров, а также акты о внедрении результатов диссертационной аботы.

Основные результаты работы

1. Разработаны два новых метода измерения акустических пара-этров в Ш5. УЗД, отличающихся от известных ранее повышенной точ-остыо, чувствительностью к изменению оцениваемого акустического араметра и разрешающей способностью. Предложены структурные схе-у устройств, реализущих разработанные методы, которые позволяют брабагавать ультразвуковой эхо-сигнал в реальном масштабе време-и..

2. На основания анализа статистических и спектральных харак-зрн'стик эхо-сигнала предложен метод измерения акустического па-илетра, ориентированный на программную реализаций.

3. Предложена структура слоистой динамической модели мягкой юткани, позволяющая формализовать процессы, происходящие в этой *ани при прохождении через нее ультразвука. ,

4. Получено аналитическое выражение для полных динамических 1ракт2ристик элементарной ячейки биоткани и разработана методика феделения коэффициентов этих характеристик, что дает возмож-)'сть синтезировать различные структура типовых биологических санай.

5. Разработана математическая модель отраженного УЗ сигнала, «меняемого при ультразвуковой диагностике в эхо-режиме, ориен-фованная на программную реализацию в ИЮ УЗД.

6. Разработано программное обеспечение имитационной модели >одедуры измерения акустических параметров биоткани и методики, >зволяющие исследовать существующие и вновь разработанные методы прения, определить влияние аппаратуры ИИЗ УЗД на точность ре-'льтатз измерения.

7. Разработаны методика и программное обеспечение, позволяа-ю проводить, обработку реальных УЗ эхо-сигналов, получаемых при ¡йничйскйх исследованиях," и осуществлять идентификацию биотка-'3. .

8. Проанализированы погрешности, возркащие на всех стадиях измерительной процедура» и на этой основе выработаны требования к аппаратуре для ИЖ УЗД.

Основные результаты диссертации опубликован» в следующих работах:.

1. А.с. 1458802 СССР, ЖИG01//29/04. Способ определения коэффициента затухания и устройство для его -осуществления/ Нечаева М.Ю, Родимов А.Ф., Газа '.Î.K., Г.ксэнко H.JI. (СССР). - J* 4207861; Затея. 9.07.87; Опубл. 15.02.89, Вот. JÎ 6. - 3 с.

2. А.с. I49I457 СССР, MK!I А 6Г В 0/00. Способ определения-акустического зятутакпя и „/сгрсксгво для его осуществления/ Нечаева М.Ю., Газа И.К., Родимов А.Ф. (СССР).- Я 4156550; Заявл. 8.12.86; Опубл. 7.07.89, Вол. й 25. - 4 с,

3. Нечаева M.П. 1'амеренне характеристик биотканей при ультразвуковом зондировании/ Ленингр.электротехн.ин~т. - Л., 1986. -

32 с. - Деп. в ВИШИ 27.08.8S П 6I66-B36.

. 4. Определение передаточннх функций линеико-затукающих сред по характеристикам адаптивной дискретизации/ М.Ю.Нечаева, И.К.Газа, Д.Д.Недосеют, А.Ф.Родимое// Статистический анализ.и обработка экспериментальных дашглх: Мечсвуз.сб.науч.тр./ Новосибирск.элен-тротехи.ин-т. - Новосибирск, 1988. - С.35-38.

5, Нечаева М.Ю., Газа И.К., -Долидзе- Р.В. Ультразвуковые мото-дн контроля параметров физических сред// Тез.докл. ЛИ Всссовзн. кокф. "И1-Е-87" 28-30 сект. 1987. - Ташкент, 1937, Ч.*2, С.91;

G. Нечаева. 'Л. В., Газп Й.К,, - Родимо« А.Ф. Оцекка -акустического' затухаипя по характеристикам адаптивной дискретизация эхо-сигналов //Известия ЛЗТИ: Сб.на.'ч.тр./ Лкнннгр.электротехн.ин-т рм.В.И.Ульянова (Ленина).- Л., 1987. - Вып.391. - С.27-30.

7. Нечаева М.Ю., Родимов А.Ф. Аппроксимация,передмочшах характеристик биологических сред в И*ДЗ для Медицинской диагностики// Тез .доел. IX Боесокэн.ков^.' "5№-ЗЭи 19-21 се'нт. 1939.- Ульяновск, 1989. - 4.1. - С.II.

8. Нечаева К.Ю., Родимов А.Ф. Моделирование измерительной процедуры в ИЙЗ для медицинской-диагностики// Тез.докл. IX Всесо-" юз н.ко . " ИИС-8Э" 19-21 септ. 1989. - Ульяновск, Í989. - Ч.1.- С.5]

9. Нечаева М.Ю., Родимов А.Ф. Состояние и перспективы идегшф' кадии биотканей методами и средствами ультразвукового -зонди- ' .

роБания/ Ленингр.электротехн.ин-т им.В.И.Ульянова (Ленина). - Л., 1Э87. - 34 о., ил. - Деп. в ВИШИ 8.04.87 № 2486-В87.

10. Моделирование частотно-зависимых сред в цифровых системах обработки ультразвуковых сигналов/ М.Ю.Пзчаева, И.К.Газа, Р.В.Долидзе и др.//Цифровая информационно-измерительная техника: Меявуз.сб.науч.тр./ -Пензенек.политехи.ин-т. - Пенза, 1988. - ■

Подп. к печ.28.01,91 Формат 60x84 Т/16

Офсетная печать. ' Печ.л. 1,0; , уч.-изд.л. 1,0

Тираж 100 экз. ■. . . Зак. $ 2й. . ; Бесплатно.

' Ротапринт ЛЭТИ -1973'' >,. Ленинград,. ул;Про|.Попова, 5