автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.17, диссертация на тему:Закономерности возникновения артефакта "псевдопоток" в неоднородных средах и его применение в ультразвуковой диагностике

На правах рукописи.

Богдан Ольга Павловна

ЗАКОНОМЕРНОСТИ ВОЗНИКНОВЕНИЯ АРТЕФАКТА «ПСЕВДОПОТОК» В НЕОДНОРОДНЫХ СРЕДАХ И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ В УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ДИАГНОСТИКЕ

Специальность:

05.11.17 — Приборы, системы и изделия медицинского назначения

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 2 НОЯ 2012

Томск 2012

005055588

005055588

Работа выполнена на кафедре «Приборы и методы контроля качества» ФГБОУ ВПО «Ижевский государственный технический университет имени М.Т.Калашникова» (ФГБОУ ВПО ИжГТУ имени М.Т.Калашникова, г. Ижевск)

Официальные оппоненты:

Авдеева Диана Константиновна, доктор технических наук, профессор ФГБОУ ВПО «Национальный исследовательский Томский политехнически! университет», профессор кафедры «Информационно-измерительная техника»

Герасимов Сергей Иванович, доктор технических наук, профессор, ФГБО-! ВПО «Сибирский государственный университет путей сообщения», профессо кафедры «Строительная механика»

Ведущая организация: ФГБУН Институт механики УрО РА1

Защита состоится 4 декабря 2012 г. в 17 ч.ОО мин. на заседании диссертг ционного совета Д 212.269.09 при ФГБОУ ВПО «Национальный исследовг тельский Томский политехнический университет» по адресу: 634028, Россия, ] Томск, ул. Савиных, 7, ауд. 215.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеь Национального исследовательского Томского политехнического университеп по адресу: 634034, г. Томск, ул. Белинского, 55.

Автореферат разослан^/ октября 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Научный руководитель:

Муравьева Ольга Владимирова

доктор технических наук, профессор

Д 212.269.09 к.т.н., доцент

Винокуров Б.Б

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Ультразвуковая (УЗ) диагностика широко применяется в современной медицине. В своей практической деятельности при проведении исследований врачи УЗ диагностики встречаются с различными эхографическими артефактами (ложными изображениями), при этом возникает необходимость определения соответствия реальной картине отображаемого на экране сканера сигнала. С одной стороны, неправильная интерпретация артефактов может привести к ошибочной диагностике, с другой стороны, понимание физических причин, лежащих в основе происхождения ложных изображений, дает дополнительную диагностическую информацию и способствует успешному анализу полученных данных, тем самым повышая информативность УЗ исследования.

Под артефактами в УЗ диагностике понимают появление на изображении несуществующих структур, отсутствие существующих структур, неправильное расположение, яркость, очертания и размеры структур. Артефакты можно разделить на две основные группы: аппаратурные артефакты, возникающие вследствие технических причин, в том числе, из-за несовершенства аппаратуры (например, алайсинг-артефакт, артефакт ложного отсутствия потока, артефакт растекания цвета, артефакт широкого луча), и физические артефакты, связанные с взаимодействием УЗ луча и биологической ткани (например, артефакт акустической тени, артефакт мерцания, зеркальный артефакт, артефакт вспышки, артефакт поглощения, артефакт «псевдогюток»).

К физическим артефактам относят артефакт «псевдопоток» (ложный или некровяной поток), состоящий в визуализации движения объекта в режиме цветного и энергетического допплера, возникающего в неоднородных жидких средах вследствие внешних воздействий.

Исследования артефакта «псевдопоток», проводимые Камбеллом С., Кал-линаном Дж., Рубенсом Д., Громовым А.И., Кубовой С.Ю. и др., показали возможность его использования для диагностирования различных жидкостных образований, в медицинской практике.

Артефакт «псевдопоток» имеет место при движении под действием УЗ луча взвешенных в жидкости дисперсных частиц (скопления пигментной взвеси или детрита, лизированная кровь, ранее излившаяся в просвет жидкостного образования) или газовых пузырьков (вводимые в кровоток контрастные вещества и пузырьки, возникшие при газовой эмболии). Причинами возникновения артефакта являются радиационное давление, действующее на неоднородность; тепловые эффекты, вызванные воздействием УЗ излучения; кавитация, возникающая преимущественно в газосодержащих жидкостях. Основной причиной возникновения артефакта «псевдопоток» является действие силы радиационного давления на неоднородности, находящиеся в жидкой среде в УЗ поле. Также большое значение имеют тепловые эффекты, которые существенно усиливаются при распространении УЗ волны в неоднородных средах, что может вызвать локальный перегрев тканей. Степень движения неоднородностей в жидкости под действием ультразвука, а следовательно, и выраженность артефакта на эк-

ране сканера, зависит от уровня интенсивности УЗ излучения. Снижение уровня интенсивности УЗ излучения может привести к исчезновению отображения движения на экране сканера. Увеличение интенсивности ведет к повышению риска возникновения механических повреждений и локального перегрева биологических тканей. Поэтому одной из актуальных проблем современной медицинской диагностики является оценка уровня интенсивности УЗ излучения и его распределения в пространстве. Разработанные к настоящему времени методы измерения интенсивности УЗ излучения не обладают достаточной чувствительностью к диагностическому ультразвуку.

На выраженность артефакта влияют физические свойства среды, в том числе и упругие. В настоящее время активно развивается технология улучшения визуализации неоднородностей мягких тканей по их сдвиговым характеристикам — метод эластографии. Несмотря на множество схем реализации метода эластографии, они не позволяют количественно определять модули упругости, а лишь повышают контрастность изображения, к тому же устройство эластографии является довольно дорогостоящим оборудованием. Использование артефакта «псевдопоток», вызванного действием внешнего механического давления, для реализации метода эластографии имеет большую практическую значимость для дифференцирования образований и окружающей их среды.

Из указанного следует, что изучение механизмов возникновения артефакта «псевдопоток» в зависимости от параметров УЗ волн и характеристик неоднородных сред является актуальным и позволяет оценить безопасность и повысить информативность методов за счет разработки новых методов УЗ диагностики.

Работа выполнялась в рамках федеральной ijелевой программы НК-767П «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы, тема НИР «Исследование физических механизмов образования «псевдопотоков» в ультразвуковых допплерографических системах»; студенческого гранта Американского акустического общества, работа «Закономерности возникновения артефакта ультразвуковой допплерографии «псевдопоток» (2011 г.); государственного задания Министерства образования и науки РФ ФГБОУ ВПО «ИжГТУ имени М.Т. Калашникова» на 2012 - 2014 годов в части проведения научно-исследовательских работ, проект № 7.1378.2011 «Исследование механизмов взаимодействия физических полей с биосистемами и разработка биомедицинских технологий повышения безопасности, эффективности и информативности медицинских приборов и систем»; проекта ПСР/М2/Н2.5/МВВ Программы стратегического развития ФГБОУ ВПО «ИжГТУ имени М.Т. Калашникова» на 2012-2016.

Цель работы. Исследование физических закономерностей возникновения артефакта «псевдопоток» для повышения информативности и безопасности УЗ диагностики.

Для реализации цели в работе решаются следующие задачи:

1. Моделирование артефакта «псевдопоток» на основе сил радиационного давления.

2. Теоретические и экспериментальные исследования закономерностей возникновения артефакта «псевдопоток» в зависимости от свойств неоднородных жидких сред, параметров УЗ излучения.

3. Исследование теплового действия УЗ излучения медицинского оборудования в неоднородных средах.

4. Разработка способа оценки уровня интенсивности УЗ излучения медицинского оборудования с использованием артефакта «псевдопоток» и устройства для его реализации.

5. Разработка способа оценки упругих свойств мягких тканей с использованием артефакта «псевдопоток» и устройства для его реализации.

Объект исследования: физический артефакт «псевдопоток», связанный с взаимодействием УЗ луча и биологической ткани.

Предмет исследования: физические механизмы возникновения артефакта «псевдопоток», основанные на силах радиационного давления; тепловое действие ультразвука в неоднородных средах, способы эластографии и оценки интенсивности УЗ излучения на основе использования артефакта «псевдопоток».

Методы и средства исследования

При исследованиях использованы основные положения теории гидродинамики, теории акустики и теории упругости, методы математического моделирования на ЭВМ, реализованные в программной среде МаШСАБ, экспериментальные исследования на УЗ медицинском диагностическом и терапевтическом оборудовании с использованием радиотехнической аппаратуры.

Новые научные результаты

1. Предложена физико-математическая модель возникновения артефакта УЗ допплерографии «псевдопоток», основанная на совместном действии на неоднородность силы радиационного давления, выталкивающей силы и силы тяжести, учитывающая влияние физических свойств и размеров неоднородностей и параметров УЗ излучения.

2. Теоретически и экспериментально исследованы основные механизмы возникновения артефакта «псевдопоток» и тепловые механизмы воздействия УЗ излучения на неоднородности в виде сильно- и слабосжимаемых и несжимаемых частиц.

3. Разработан способ оценки интенсивности УЗ излучения медицинского оборудования и визуализации ее распределения в пространстве, основанный на измерении скоростей движения пузырьков фиксированных размеров, или размеров пузырьков, находящихся в равновесии в жидкости в условиях УЗ воздействия, и устройство для его реализации.

4. Разработан способ оценки упругих свойств неоднородности, основанный на определении ее виброскорости, вызванной внешним механическим воздействием с оптимизированными параметрами, и устройство для его реализации.

Достоверность и обоснованность полученных в работе результатов подтверждены корректным использованием методов теории гидродинамики, теории акустики и теории упругости; согласованием теоретических и экспериментальных результатов; воспроизводимостью результатов экспериментальных исследований.

Практическая ценность работы состоит в следующем:

1. Разработанные модели и выявленные закономерности возникновения артефакта «псевдопоток» позволяют повысить информативность УЗ исследования за счет дифференциации неоднородных образований и оценки их упругих модулей.

2. Теоретические и экспериментальные исследования коэффициентов поглощения УЗ волн в неоднородных средах позволили рассчитать тепловые индексы и обосновать предельно допустимые уровни интенсивности и времени озвучивания при проведении УЗ исследований, особенно в случае использования контрастных веществ.

3. Разработанный способ оценки интенсивности УЗ излучения обладает расширенными функциональными возможностями за счет повышения чувствительности, минимизации искажений акустического поля, вызванных наличием мишени радиометра, возможности измерения интенсивности при наклонном падении УЗ волн.

4. Разработанный способ эластографии позволяет количественно оценить упругие модули неоднородности, увеличить контрастность изображения, и может быть использован в качестве дополнительного способа УЗ доплеровской диагностики неоднородных неподвижных сред.

5. Разработанный способ и устройство оценки упругих свойств ткани прошли апробацию в условиях БУЗ УР «ГКБ №2 МЗ УР» на фантомах неоднородных сред с использованием УЗ диагностического оборудования. Результаты исследований внедрены в учебный процесс подготовки бакалавров по направ-

лению 200100 «Приборостроение» в виде лабораторных работ по курсу «Акустические методы и средства медицинской диагностики и лечения».

Основные научные положения, выносимые на защиту

1. Физико-математическая модель появления артефакта УЗ допплерогра-фии «псевдопоток», основанная на воздействии сил радиационного давления, и исследованные механизмы его возникновения в неоднородных средах с учетом их физических свойств и геометрических размеров неоднородностей при различных параметрах УЗ излучения.

2. Способ расчета теплового индекса в неоднородных средах в дуплексном режиме УЗ исследования.

3. Способ оценки интенсивности УЗ излучения, основанный на определении скорости движения и размеров пузырьков в жидкости под воздействием УЗ излучения.

4. Способ оценки упругих свойств неоднородности, основанный на измерении виброскорости неоднородности, вызванной дополнительными механическими колебаниями, в режиме УЗ допплерографии.

Апробация работы. Основные результаты исследований были доложены и обсуждались на 15-й Всероссийской межвузовской научно-технической конференции «Микроэлектроника и информатика-2008» (Зеленоград, 2008г.); Всероссийской научной конференции «Наука. Технологии. Инновации» (Новосибирск, 2008г.); Конкурсе инновационных проектов программы «У.М.Н.И.К.» (Новосибирск, 2008г.); 2-ой Международной студенческой научно-технической конференции «Новые направления развития приборостроения» (Минск, 2009г.); II форуме молодых ученых, организованном в рамках 4-й Международной конференции «Технические университеты: интеграция с европейскими и мировыми системами образования» (Ижевск, 2010г.); Республиканском конкурсе «Молодой изобретатель Удмуртской Республики» (Ижевск, 2010г.); XXII и XXV Сессии Российского акустического общества (Москва, 2010г., Таганрог, 2012г.); V, VI и VII Всероссийской научно-технической конференции «Приборостроение в XXI веке. Интеграция науки, образования и производства» (Ижевск, 2008г., 2010г. и 2011г.); I и II Всероссийской научно-технической конференции «Измерение, контроль и диагностика» (Ижевск, 2010г. и 2012г.); Научно-технической конференции «Молодые ученые - ускорению научно-технического прогресса в XXI веке» (Ижевск, 2011г.); молодежном конкурсе инновационных работ «Инновационное стремление» (Ижевск, 2012г.) и др. Результаты работы отмечены 19 дипломами различного уровня.

Публикации. Основные теоретические и практические результаты диссертации опубликованы в 24 печатных работах, среди которых 3 статьи в ведущих рецензируемых изданиях, рекомендованных в действующем перечне ВАК,

11 статей в сборниках трудов и материалах конференций и 8 тезисов конференций различного уровня, 1 учебно-методическое издание, 1 заявка на полезную модель.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 192 наименования, 11 приложений. Основная часть диссертации изложена на 152 страницах машинописного текста, содержит 91 рисунок и 17 таблиц.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследования, раскрыта научная новизна и практическая значимость работы, приведены научные положения, выносимые на защиту.

В первой главе выполнен анализ существующих методов УЗ диагностики; показаны возможности и причины негативных последствий проведения УЗ диагностического исследования; приведена классификация аппаратурных и физических артефактов УЗ диагностики. Большой вклад в данную область внесли следующие ученые: группы ученых под руководством О.В.Руденко (МГУ имени М.В.Ломоносова), под руководством Л.В.Осипова (МГТУ имени Н.Э.Баумана), под руководством Л. Розенберга (Акустический институт имени академика Н. Н. Андреева), К.Т. и Ф. Дуссик (США), Д.Д.Уайлд (США), Д.Хаури (США), Я.Дональд (Великобритания), И.Эдлер и К.Х.Герц (Швеция), Ш.Сатомура, Я.Нимура и К.Като (Япония), Ф.А.Фирестоун (США), Д.Спрул (Англия), М.Айд (Япония), Бейкер (США), Л.Поурселот (Франция), К.Баба (Япония) и Д.Кинг (США), и др. Наибольшее распространение в современных УЗ медицинских сканерах, получил дуплексный режим излучения, состоящий в одновременном отображении на экране сканера изображения В-режима и изображения режима цветного допплеровского картирования (СМГ-режим), в котором наилучшим образом наблюдается артефакт «псевдопоток».

Рассмотрены варианты неоднородных жидкостей, которые имеют место в организме человека, в которых может возникнуть артефакт «псевдопоток». Установлено, что в качестве неоднородных жидкостей могут выступать суспензии (жидкость с несжимаемыми частицами), эмульсии (жидкость со слабо сжимаемыми частицами) и газовзвеси (жидкость с сильно сжимаемыми частицами -пузырьками). На основе анализа литературы сформулированы цель и задачи исследования.

Во второй главе предложена и исследована физико-математическая модель возникновения артефакта «псевдопоток» для различных неоднородностей (несжимаемых, сильно и слабо сжимаемых), находящихся в жидкости, в УЗ поле. Модель артефакта основана на результирующем действии силы радиационного давления Рк, силы тяжести /<У и выталкивающей силы /*> (рис. 1): = + Ру + ^т • Результирующая сила ^ вызывает направленное движение

неоднородности, скорость которого определяется по формуле Стокса: v = Рт/(6лг71), где щ — вязкость среды, г - радиус неоднородности.

УЗ датчик I

СМБ-рсжим !■> /

х

1| В-режнм

2х.

Неоднородность (рС)

' Н

Жидкость (р-А>

Рис. 1 Силы, действующие на неоднородность находящуюся в жидкости в УЗ поле Выталкивающая сила Ру.

(1)

где р0 — плотность среды, % — ускорение свободного падения. В дуплексном режиме на тело, помещенное в УЗ поле действует суммарная радиационная сила:

рц = рк\ + рю. со*9> (2)

где Рщ и РК2 - сила радиационного давления УЗ волны в В-режиме и в СМР-режиме, в - угол, под которым излучается УЗ волна, в СМР-режиме. Вид радиационной силы зависит от материала неоднородности. В частности, для сильно сжимаемой сферы (газового пузырька) сила радиационного давления равна:

__4 яг* (¿г)4/_

л = фМз^-^гу (3)

где д—ро/р, р — плотность сферы, к=2п/!С0 - волновое число,/- частота излучения УЗ волны, С0 - скорость звука в среде, //=С/С0, С - скорость звука в неоднородности, / - интенсивность УЗ излучения. В дуплексном режиме используют интенсивность, осредненную по времени, равную:

¡¡ятлг = ^хртатл + 'ятаи = + ^я'тл-! > (4)

где 1Х1>тл-\, Ьгтл-г - интенсивности, осредненные по времени следования импульсов в пачке, /¿тгл^ь Ьггл12 - интенсивности, осредненные по времени следования пачек импульсов, т1ь тХ2 - длительность пачек импульсов, 7^,, периоды повторения пачек импульсов В-режима и СМР-режима соответственно.

вода с пузырьками

V'. см/с! --• 10,

0,11 I I

И)-11 I I

10' I I

I

10-«1 I I

10"' 1

, см/с 10! 10"

Порош чу вспштельносги) УЗлопплерографнк |

Г

Диапазон р&лиусов част пц молочного Ж||рд

10

1(Н 11Н

г • , - 1 ■ • 1 • Г" ' 1 !ТГ.

* 1 ■■

Пороги чувсIЛ) 1Ч-.1Ы10СТИ .....

УЗ доппле1ун рафи .V,.....-...................:......•., "...

|

1............. ............1....... " ____ 1 2

: ____-Т---"" '

!.......

Г""-'.........V........... 1___ 1 ............................1.........:....... ДнапаШ част»» радиусов 1 талька

вода с тальком (1) и глицерин с тальком (2)

Рис. 2 Модель артефакта «псевдопоток» в различных средах: Ж - экспериментальные результаты

глицерин с тальком

Рис. 3 Визуализация артефакта «псевдопоток» в различных средах

Разработанная модель позволяет исследовать закономерности возникновения артефакта «псевдопоток» в зависимости от частоты и интенсивности УЗ излучения, физических свойств неоднородных сред, размеров и физических свойств неоднородностей. Результаты расчета скорости движения пузырька в воде в УЗ поле представлены на рис. 2. Сплошной линией показано движение частиц «от датчика», когда сила радиационного давления превышает выталкивающую, пунктирной - «к датчику». Проведены экспериментальные исследова-

ния артефакта на УЗ медицинском сканере My Labi 5 в дуплексном режиме на различных модельных средах (вода с газовыми пузырьками, молоко с содержанием частиц молочного жира, вода и глицерин с частицами медицинского талька). Наблюдается удовлетворительное согласование теоретических результатов с экспериментальными (рис. 3).

Исследовано тепловое действие УЗ излучения в неоднородных средах. Теоретически показано существенное преобладание коэффициента поглощения УЗ колебаний в неоднородной среде по сравнению с однородной. Для экспериментального подтверждения разработан способ измерения коэффициента поглощения в жидкостях, основаный на сравнительном анализе температурных кривых в процессе облучения ультразвуком исследуемой и опорной (вода) сред. Опорная среда, поглощение в которой пренебрежимо мало, используется для исключения влияния на результаты повышения температуры, обусловленного нагревом УЗ излучателя и возможного теплообмена с окружающей средой. Блок-схема установки представлена на рис. 4.

Рис. 4 Блок-схема экспериментальном установки для измерения коэффициента поглощения УЗ волн: 1 - УЗ терапевтический аппарат УЗТ-1.01 Ф, 2 - УЗ излучатель, 3 - исследуемая жидкость, 4 - термокамера, 5 - крышка термокамеры, 6 - датчик температуры, 7 -пирометр Optris MS Pro, 8 - компьютер с программным обеспечением Optris Connect 1.3.2

Исследуемая жидкость 2, находящаяся в термокамере 4, облучается УЗ терапевтическим аппаратом УЗТ 1.01 Ф / (частота излучения/= 880 кГц, интенсивность /=1 Вт/см2, режим излучения: непрерывный). Датчик температуры 6 (термопара), подключенный к пирометру Optris MS Pro 7 (диапазон измерения: -32 -ь + 420 °С, погрешность измерения температуры 0,1 °С), регистрирует изменение температуры А Т. Повышение температуры AT, обусловленное поглощением в процессе воздействия УЗ излучения на исследуемую жидкость, равно:

S 7 Л 4

(5)

AT

Pl)C„

где ДГ - время воздействия ультразвуком, С,, - удельная теплоемкость при постоянном давлении, - коэффициент поглощения, <5„ - коэффициент поглощения обусловленный вязкостью среды, 6, - коэффициент поглощения обусловленный теплопроводностью среды, 6Г - коэффициент релаксационного поглощения, обусловленный наличием неоднородностей:

$ = 'У"' (7 ~ Ро!РУ Ь)»(<°М>)' (6)

' 2С0тр{р01р{1 + («К)') ' 11

где те - масса частицы, со - частота, тр - масса жидкости, вытесненной частицей, со о - частота «релаксации», Vp - - объемная концентрация взвешенных частиц.

Разработанный способ дает возможность прямого измерения коэффициента поглощения с погрешностью не более 10-15% и позволяет оценить тепловые эффекты при УЗ облучении различных сред (in vitro) в условиях отсутствия тепловых потерь для оценки эффективности как при использовании терапевтического ультразвука, так и при оценке безопасности использования диагностического ультразвука.

Исследования коэффициента поглощения для неоднородных сред использованы при расчетах теплового индекса, на основе которого можно судить о безопасности диагностического ультразвука. Тепловой индекс 77 определяется по формуле:

tv 'v-taz _ isrrawp! +

и--------> (/)

'SPTAZVC Po^paI

где 1sftay.i'c - интенсивность, осредненная по времени следования пачек импульсов, необходимая для увеличения температуры среды на АТ=]°С; Ки К2 — доли интенсивностей ISptaz\ и Ьггл^г в суммарной интенсивности Isptay- Увеличение времени озвучивания, интенсивности и коэффициента поглощения ультразвука в среде может приводить к существенному превышению предельно допустимых уровней тепловых индексов особенно на высоких частотах и в случае неоднородных сред. В частности, показано, что значение теплового индекса 77 для некоторых неоднородных сред может превышать в 1,5-^2 раза установленные стандартами значения (BMUS: 77= 0,7 (сканирование плода), 77=3,0 (исследование плода), 77=1,0 (офтальмологические исследования)) и существенно отличаться от отображаемых на экране УЗ сканера значений.

В третьей главе представлены разработанные способ и устройство оценки интенсивности УЗ излучения медицинского оборудования и способ визуализации акустического поля преобразователя, основанные на использовании артефакта «псевдопоток».

На рис. 5 представлена схема экспериментальной установки, реализующей способ оценки интенсивности излучения УЗ терапевтического аппарата УЗТ-1.01 Ф (частота излучения fr 880 кГц, интенсивность /0,05; 0,2; 0,4; 0,7; 1 Вт/см2). На дне прозрачной (стеклянной) емкости (30x16x20 см3) с дегазированной водой 3, покрытой поглотителем 8, установлен формирователь пузырьков 4, который под действием компрессора (давление >0,012 МПа) создает газовые пузыри. Излучатель 2 излучает УЗ волну в направлении противоположном направлению всплытия газовых пузырьков, движение которых регистрируется с помощью фото- или видеосъемки 7 или УЗ сканером.

Рис. 5 Блок-схема установки для измерения интенсивности УЗ излучения: 1 - УЗ терапевтический аппарат УЗТ-1.01 Ф, 2 - УЗ излучатель, 3 - емкость с дегазированной водой, 4 - формирователь пузырьков, 5 - регулятор размеров пузырьков, 6 - компрессор, 7 -фото- или видеокамера, В — поглотитель

Способ оценки интенсивности УЗ излучения основан на измерении скорости движения V пузырька заданного диаметра в воде, находящегося в УЗ поле. Согласно разработанной в главе 2 модели действие сил может приводить к направленному движению пузырька от датчика, к датчику или к состоянию равновесия в зависимости от радиуса пузырька, уровня интенсивности, среды распространения ультразвука. Зависимости интенсивности УЗ излучения / от скорости движения пузырька V и радиуса пузырька г, находящегося в равновесии (у=0 м/с, по которым определяется величина интенсивности, представлены на рис. 6, а и 7, а.

1 2

! , / /

/

/, Вт/см*

0,9 -

■у'у^Г.

¿ЛУ У

г /

'7 /

Л7

Лл

| 0,5%+ 12,5%

-\г==4(Н1 ик- 1

> V

....................

]. мВт/гм'

9

Iсм/с

Рис. 6 Скорость движения пузырька в поле УЗ излучения 1 - 0,88 М1 ц, 2 - 1,5 М1 ц, 3 -2,5 МГц, 4 - 3,5 МГц, 5-5 МГц, 6 - 7,5 МГц, 7 - 10 МГц, 8 - 12,5 МГц: а - теория, б - эксперимент

В зависимости от исследуемого ультразвукового устройства для регистрации скорости движущегося в УЗ поле пузырька используют видеокамеру (погрешность измерения скорости 4%) или измеряемый УЗ сканер с допплеров-ским режимом (погрешность измерения скорости 1-^10%). На рис. 6, б представлены результаты экспериментальных измерений интенсивности УЗ излучения терапевтического аппарата, погрешность которой не превышает 12,5 %.

Также способ позволяет определять интенсивность УЗ излучения (рис. 7) и ее пространственное распределение (рис. 8) по измерению радиусов газовых

13

пузырьков, находящихся в равновесии, появление которых обусловлено акустической кавитацией. I. мВт/см2 876 543 2 1

Рис.7 Зависимость интенсивности УЗ излучения / от радиуса пузырька г, находящегося в равновесии (у=0) 1 -0,88 МГц, 2- 1,5 МГц, 3-2,5 МГц, 4-3,5 МГц, 5-5 МГц, 6- 7,5 МГц, 7-10 МГц, 8-12,5 МГц: а - теория, б - эксперимент

г, мкм

5(М1

" о > и и !

' «I » - «.25 1 2 3 4 5 6 N 1« 12 и

'"Г X, см

Ч| • Щ эксперимент (погрешность 13%-К30%)

Рис. 8 Визуализация акустического поля преобразователя УЗ терапевтического аппарата УЗТ

1 01Ф (/=880 кГц, /= 1 Вт/см2)

В случае плоского преобразователя радиусы газовых пузырьков в про странстве изменяются в соответствии с распределением интенсивности в аку стическом поле преобразователя. В дальней зоне наблюдается плавное умень шение радиусов пузырьков находящихся в состоянии равновесия пропорцис нально ослаблению интенсивности УЗ излучения (рис. 8). Таким образом, за

г, мкм

1 3 5 7 9 ,3 15 17Хсм

теория

фиксировав размеры газовых пузырьков в акустическом поле преобразователя, можно визуально оценить распределение интенсивности акустического поля. Погрешность измерения интенсивности УЗ излучения не превышает 15 %.

Разработанный способ оценки интенсивности, в отличие от известных способов с большой мишенью, прост в реализации, обладает расширенными функциональными возможностями за счет повышения чувствительности, минимизации искажений акустического поля, вызванных наличием мишени радиометра, возможности измерения интенсивности при наклонном падении УЗ волн.

В четвертой главе представлены способ и устройство количественной оценки и визуализации упругих свойств среды (эластография). Эластография представляет собой технологию улучшения визуализации неоднородностей мягких тканей по их сдвиговым характеристикам за счет наложения дополнительного давления на исследуемую область, создаваемого вручную или механическим способом, вызывая в исследуемом органе вибрации с определенной частотой. Суммарная виброскорость, регистрируемая УЗ сканером (рис. 9) при воздействии на неоднородность механическим давлением ахх с частотой/определяется выражением:

Гх=№ + Г& со5(<р~а), (8)

где ухх=2к/<тхх2/Е, ¥уу=2фххХ\/Е, а„ - механическое давление, меняющееся по гармоническому закону с частотой/, Е - модуль Юнга, X - длина УЗ волны, V - коэффициент Пуассона. Определение значения упругого модуля среды производится по регистрируемой виброскорости под воздействием механических напряжений с известными параметрами <тхх-/(рис. 10).

Рис. 9 К расчету относительных де- рИс. 10 Зависимость виброскорости Ух от модуля сдвига формаций и абсолютных смещений, д для разлИчных значений произведения <т„/ 1-Ю5 возникающих в среде под влиянием ПаТц, 2—106 ПаТц, 3—107 ПаТц,

механических напряжений 4—108 Па Гц, 5—109 Па Гц

Представленные на рис. 10 зависимости позволяют оптимизировать соотношение давления и частоты механических колебаний для повышения контрастности изображения при минимальном давлении. С увеличением частоты уменьшается значение давления, необходимого для достижения значения виброскорости в пределах чувствительности УЗ доплеровского сканера.

Рис 11 Установка для визуализации упругих свойств среды: 1 - УЗ допплеровский сканер, 2 - УЗ датчик, 3 - контактная среда, 4 - исследуемый объект, 5 - излучатель механических колебаний, 6 - усилитель, 7 - генератор

Для реализации способа разработано устройство оценки упругих свойств тканей (рис. 11). С генератора 7 через усилитель 6 подается синусоидальный сигнал на низкочастотный излучатель механических колебаний электродинамического типа 5, который создает механические колебания в исследуемом объекте 4 с неоднородными упругими свойствами среды. УЗ допплеровский сканер 1 регистрирует виброскорости, вызванные воздействием низкочастотного ультразвука, за счет использования эффекта Допплера (погрешность оценки скорости 0,1 см/с). Излучатель механических колебаний электродинамического типа, развивает давление <тхх от 20 до 140 кПа в диапазоне частот/подкача1 от 1 до 100 Гц, ____

./подкачки

100 Гц

Рис. 12 Эластограмма фантома при различных частотах механических колебаний

Для апробации способа оценки упругих свойств ткани разработан фантом мягких тканей с неоднородностью, обладающий следующими параметрами: неоднородность - скорость продольной УЗ волны С=1750 м/с, плотность р-1100 кг/м3, коэффициент затухания <5=1 дБ/см; окружающая среда - скорость про-

дольной УЗ волны С=1665 м/с, плотность />=1050 кг/м3, коэффициент затухания ¿=0,45 дБ/см. Рис. 12 иллюстрирует возможности повышения контрастности изображения за счет изменения частоты подкачки. Получены следующие значения модулей сдвига б: неоднородность С=37 кПа, среда вокруг неоднородности С=49 кПа.

В приложение вынесены зависимости скорости движения неоднородно-стей от параметров излучения для различных чисел Рейнольдса, таблицы с результатами расчетов, характеристики и сборочные чертежи излучателя механических колебаний электродинамического типа, имитатора виброскорости, точечного приемника УЗ колебаний, акты о внедрении, дипломы выставок и конференций.

Общие выводы по работе

1. Разработана физико-математическая модель возникновения артефакта УЗ допплерографии «псевдопоток», основанная на совместном действии на неоднородность силы радиационного давления, выталкивающей силы и силы тяжести, учитывающая влияние физических свойств сред (плотность, вязкость, скорость УЗ волн), размеров неоднородностей и параметров УЗ излучения (интенсивность, частота, режим излучения, направление озвучивания). Основные закономерности возникновения артефакта «псевдопоток» исследованы теоретически с использованием разработанной модели и подтверждены экспериментально на ряде модельных сред с неоднородностями в виде сильно- и слабо-сжимаемых и несжимаемых частиц.

2. Теоретически и экспериментально исследованы тепловые механизмы воздействия УЗ излучения в неоднородных средах и предложен новый способ расчета теплового индекса в неоднородных средах в дуплексном режиме УЗ исследования, позволяющий обосновать предельно допустимые уровни интенсивности и времени озвучивания при проведении УЗ исследований, особенно в случае использования контрастных веществ.

4. Разработан новый способ оценки интенсивности УЗ излучения медицинского оборудования и визуализации ее распределения в пространстве, основанный на модели поведения газового пузырька в жидкости, по измеренным значениям скоростей движения пузырька и размеров пузырьков в условиях УЗ воздействия. Разработанный способ оценки интенсивности УЗ излучения обладает расширенными функциональными возможностями за счет повышения чувствительности, минимизации искажений акустического поля, вызванных наличием мишени радиометра, возможности измерения интенсивности при наклонном падении УЗ волн, с погрешностью оценки не более 15%.

5. Разработан новый способ количественной оценки упругих свойств неоднородности, основанный на определении ее виброскорости, вызванной

внешним механическим воздействием и устройство для его реализации. Оптимизированы параметры механического воздействия (частота, давление) для достижения максимальной чувствительности метода. Разработанный способ эластографии позволяет оценить упругие модули неоднородности, увеличить контрастность изображения, и может быть использован в качестве дополнительного способа УЗ доплеровской диагностики неоднородных неподвижных сред.

6 Разработанный способ и устройство оценки упругих свойств неоднородности прошли апробацию в БУЗ УР «ГКБ №2 МЗ УР» на фантомах неоднородных сред с использованием медицинского УЗ диагностического оборудования Результаты исследований внедрены в учебный процесс подготовки бакалавров по направлению 200100 «Приборостроение» в виде лабораторных работ по курсу «Акустические методы и средства медицинской диагностики и лечения».

Публикации автора в изданиях, рекомендованных ВАК России

1 Коробейникова О.В., Кузнецов Е.П., Богдан О.П. Исследование физических механизмов артефакта ультразвуковой допплерографии «псевдопоток» // журнал «Медицинская физика». - 2009. - № 3 (43). - С. 64-70.

2 Коробейникова О.В., Кузнецов Е.П., Богдан О.П., Фостик Е.А. Разработка методики визуализации упругих свойств ткани с использованием ультразвуковой допплерографии // журнал Вестник Ижевского государственного технического университета. - 2010. - № 2 (45). - С. 97-100.

3 Богдан О П. Влияние артефактов на результаты ультразвуковых доп-плеровских исследований // научно-практический журнал «Интеллектуальные системы в производстве». -2009. -№ 1 (13). - С. 173-180.

Публикации автора в других изданиях

4 Богдан О.П., Муравьева О.В., Аббакумов К.Е., Коновалов P.C. Влияние параметров ультразвукового излучения и физических свойств среды на возможность возникновения артефакта «псевдопоток» // Сборник научных трудов «Поисковые научные исследования молодых ученых по техническим наукам в научно-образовательных центрах Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» имени В.И.Ульянова (Ленина)». -Санкт-Петербург, 2010. - С. 91-97.

5 Богдан О П Овчинникова М.А. Исследование электроакустических параметров пьезопластин на основе ЦТС-19 и ПВДФ // Измерение, контроль и диагностика. Сборник статей. - Ижевск: Проект, 2010. - С. 210-215.

6. Korobeynikova O.V., Bogdan O.P. Verification method of ultrasound intensity of medical equipment // Abstract proceeding 32nd International Spring Seminar on Electronics Technology. Brno, Czech republic on May 13-17, 2009. - Brno: Brno University of Technology, 2009. - 294-295 pp.

7. Korobeynikova O.V., Bogdan O.P. Verification method of ultrasound intensity of medical equipment // Proceeding 32nd International Spring Seminar on Electronics Technology "Hetero System Integration, the path to New Solutions in the Modern Electronics". Brno, Czech republic on May 13-17, 2009. - Brno: Brno University of Technology, 2009. 1 электрон, опт. диск (CD-ROM).

8. Korobeynikova O.V., Kuznetsov E.P., Bogdan O.P. Investigations of Artifact «Pseudo-flow» Physical Mechanisms in Ultrasound Dopplerography // World Congress on Medical Physics and Biomedical Engineering, September 7 - 12, 2009, Munich, Germany. Vol. 25/2 Diagnostic Imaging. - Munich: Springer, 2009. - 11-13 pp.

9. Korobeynikova O.V., Bogdan O.P., Khudyakova E.B., Budanova E.A. The Investigation Of Ultrasonic Waves' Absorption Coefficient In Organic Media // Second Forum of Young Researchers. In the framework of International Forum "Education Quality - 2010": Proceedings (April 22, 2010, Izhevsk, Russia). - Izhevsk: Publishing House of ISTU, 2010. - 347-353 pp.

10. Коробейникова O.B., Богдан О.П., Буданова E.A. Исследование тепловых эффектов ультразвуковой допплерографии // Сборник трудов XXII сессии Российского акустического общества и сессии Научного совета РАН по акустике. Т. 3. Акустика речи. Медицинская и биологическая акустика. (Москва, 1517 июня 2010г.). М.: ГЕОС, 2010. - С. 121-125.

11. Богдан О.П., Коробейникова О.В. Разработка методики калибровки приемника ультразвукового излучения по уровню интенсивности // Тез. докл. 2-й международной студенческой н.-т. конф. Минск, 22-24 апр. 2009г. - Минск: Изд-во БИТУ, 2009. - С. 51.

12. Богдан О.П. Методика поверки интенсивности излучения ультразвукового медицинского оборудования // Тез. докл. Всерос. науч. конф. молодых ученых: В 7 ч. Ч. 1. Новосибирск, 4-7 декабря 2008 г. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2008. - С. 247-249.

13. Богдан О.П. Оценка интенсивности ультразвукового излучения медицинских диагностических сканеров // Тез. докл. 15-й Всерос. межвуз. н.-т. конф. студентов и аспирантов. Зеленоград, 23-25 апр. 2008 г. - М.: МИЭТ, 2008. - С. 254.

14. Богдан О.П. Допплеровский артефакт, вызванный стриминг-эффектом // Тез докл. IX Всерос. науч. конф. студентов, и аспирантов: В 3 т. Т. 2. Таганрог, 23-24 окт. 2008 г. - Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2008. - С. 72-74.

15. Богдан О.П., Худякова Е.Б., Буданова Е.А Тепловые эффекты ультразвукового излучения в неоднородных жидкостях // ВНКСФ-16: Шестнадцатая Всероссийская научная конференция студентов-физиков и молодых ученых, г. Волгоград, 22 - 29 апреля 2010 г.: материалы конф., информ. Бюл.: в 1 т. - Т. 1. -Екатеринбург, Волгоград: Изд-во АСФ России, 2010. - С. 423-424.

16. Муравьева О.В., Богдан О.П., Караваев Р.В., Богдан А.А. Методика измерения интенсивности излучения акустического поля ультразвуковых преобразователей медицинской аппаратуры // Сборник трудов Интеграция науки, образования и производства - 2010. Приборостроение в XXI веке: сборник материалов VI Всероссийской научно-технической конференции (Ижевск, Иж-ГТУ, 7-9 декабря 2010г.). Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 2011. - С. 155-160.

17. Худякова Е.Б., Богдан О.П. Влияние структуры среды на закономерности появления артефакта ультразвуковой допплерографии «псевдопоток» // «Молодые ученые - ускорению научно-технического прогресса в XXI веке»: сб. тр. науч.-техн. конф. аспирантов, магистрантов и молодых ученых (Ижевск, 15-18 марта 2011 г.). в 3 т. Т. 1. - Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 2011. - С. 15-21.

18. Муравьева О.В., Богдан О.П., Овчинникова М.А. Разработка методики эластографии с использованием В-режима ультразвукового диагностирования // Приборостроение в XXI веке - 2011. Интеграция науки, образования и производства: сб. материалов VII Всероссийской научно-технической конференции с международным участием, посвященной 50-летию приборостроительного факультета (Ижевск, 15-17 ноября 2011 г.). - Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 2012. - С. 194-197.

19. Богдан О.П. Теоретические и экспериментальные исследования артефакта ультразвуковой допплерографии «псевдопоток» // Акустика речи. Медицинская и биологическая акустика. Архитектурная и строительная акустика. Шумы и вибрации. Аэроакустика. Сборник трудов Научной конференции «Сессия Научного совета РАН по акустике и XXV сессия Российского акустического общества» Т. 3. - М.: ГЕОС, 2012. - С. 70-73.

20. Богдан О.П., Овчинникова М.А. Сравнительные исследования возможностей методик эластографии в статическом и динамическом режимах // Измерения, контроль и диагностика - 2012: сб. материалов II Всероссийской науч.-техн. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых, с междунар. участием, посвященной 60-летию Ижевского государственного технического университета имени М.Т. Калашникова (Ижевск, 14-16 мая 2012 года). — Ижевск: Союз. - С. 35-39.

21. Богдан О.П., Караваев Р.В., Богдан A.A. Разработка методики и устройства оценки интенсивности излучения ультразвукового медицинского оборудования // Сборник инновационных проектов выставки сессии ИжГТУ, проходящей в рамках II Республиканского инновационного форума (Ижевск, 23-24 ноября 2010г.). 1 электрон, опт. диск (CD-ROM).

22. Богдан О.П., Медведева Е.В. Методика и устройство ультразвуковой эластографии // Сборник инновационных проектов выставки сессии ИжГТУ, проходящей в рамках II Республиканского инновационного форума (Ижевск, 23-24 ноября 2010г.). 1 электрон, опт. диск (CD-ROM).

23. Муравьева О.В., Богдан О.ГТ. Устройство измерения интенсивности ультразвукового излучения. Заявка на полезную модель № 2012135871 от 24.08.2012г.

Учебно-методические издання

24. Муравьева О.В., Богдан О.П., Кулешова Д.С. Акустические методы и средства медицинской диагностики и лечения: методические указания по выполнению лабораторных работ для бакалавров по направлению 200100 «Приборостроение». Ижевск: Изд-во ИжГТУ; 2011. - 48 с.

Подписано в печать 24.10.2012. Тираж 100 экз. Кол-во стр. 21. Заказ 49-12 Бумага офсетная. Формат А5. Печать RISO. Отпечатано в типографии ООО «PaylII мбх» Лицензия Серия ПД №12-0092 от 03.05.2001 г. 634034, г.Томск, ул. Усова 7, оф. 046. Тел. (3822) 56-44-54

x2¿ ч

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 равновесных пузырей.

3.2.2 Способ измерения интенсивности ультразвукового излучения с 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 с 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.

Актуальность работы. Ультразвуковая (УЗ) диагностика широко применяется в современной медицине. В своей практической деятельности при проведении исследований врачи УЗ диагностики встречаются с различными эхографическими артефактами (ложными изображениями), при этом возникает необходимость определения соответствия реальной картине отображаемого на экране сканера сигнала. С одной стороны, неправильная интерпретация артефактов может привести к ошибочной диагностике, с другой стороны, понимание физических причин, лежащих в основе происхождения ложных изображений, дает дополнительную диагностическую информацию и способствует успешному анализу полученных данных, тем самым повышая информативность УЗ исследования.

Под артефактами в УЗ диагностике понимают появление на изображении несуществующих структур, отсутствие существующих структур, неправильное расположение, яркость, очертания и размеры структур. Артефакты можно разделить на две основные группы: аппаратурные артефакты, возникающие вследствие технических причин, в том числе, из-за несовершенства аппаратуры (например, алайсинг-артефакт, артефакт ложного отсутствия потока, артефакт растекания цвета, артефакт широкого луча), и физические артефакты, связанные с взаимодействием УЗ луча и биологической ткани (например, артефакт акустической тени, артефакт мерцания, зеркальный артефакт, артефакт вспышки, артефакт поглощения, артефакт «псевдопоток»).

К физическим артефактам относят артефакт «псевдопоток» (ложный или некровяной поток), состоящий в визуализации движения объекта в режиме цветного и энергетического допплера, возникающего в неоднородных жидких средах вследствие внешних воздействий.

Исследования артефакта «псевдопоток», проводимые Камбеллом С., Каллинаном Дж., Рубенсом Д., Громовым А.И., Кубовой С.Ю. и др., показали возможность его использования для диагностирования различных жидкостных образований, в медицинской практике.

Артефакт «псевдопоток» имеет место при движении под действием УЗ луча взвешенных в жидкости дисперсных частиц (скопления пигментной взвеси или детрита, лизированная кровь, ранее излившаяся в просвет жидкостного образования) или газовых пузырьков (вводимые в кровоток контрастные вещества и пузырьки, возникшие при газовой эмболии). Причинами возникновения артефакта являются радиационное давление, действующее на неоднородность; тепловые эффекты, вызванные воздействием УЗ излучения; кавитация, возникающая преимущественно в газосодержащих жидкостях. Основной причиной возникновения артефакта «псевдопоток» является действие силы радиационного давления на неоднородности, находящиеся в жидкой среде в УЗ поле. Также большое значение имеют тепловые эффекты, которые существенно усиливаются при распространении УЗ волны в неоднородных средах, что может вызвать локальный перегрев тканей. Степень движения неоднородностей в жидкости под действием ультразвука, а следовательно, и выраженность артефакта на экране сканера, зависит от уровня интенсивности УЗ излучения. Снижение уровня интенсивности УЗ излучения может привести к исчезновению отображения движения на экране сканера. Увеличение интенсивности ведет к повышению риска возникновения механических повреждений и локального перегрева биологических тканей. Поэтому одной из актуальных проблем современной медицинской диагностики является оценка уровня интенсивности УЗ излучения и его распределения в пространстве. Разработанные к настоящему времени методы измерения интенсивности УЗ излучения не обладают достаточной чувствительностью к диагностическому ультразвуку.

На выраженность артефакта влияют физические свойства среды, в том числе и упругие. В настоящее время активно развивается технология улучшения визуализации неоднородностей мягких тканей по их сдвиговым характеристикам - метод эластографии. Несмотря на множество схем реализации метода эластографии, они не позволяют количественно определять модули упругости, а лишь повышают контрастность изображения, к тому же устройство эластографии является довольно дорогостоящим оборудованием. Использование артефакта «псевдопоток», вызванного действием внешнего механического давления, для реализации метода эластографии имеет большую практическую значимость для дифференцирования образований и окружающей их среды.

Из указанного следует, что изучение механизмов возникновения артефакта «псевдопоток» в зависимости от параметров УЗ волн и характеристик неоднородных сред является актуальным и позволяет оценить безопасность и повысить информативность методов за счет разработки новых методов УЗ диагностики.

Работа выполнялась в рамках федеральной целевой программы НК-767П «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы, тема НИР «Исследование физических механизмов образования «псевдопотоков» в ультразвуковых допплерографических системах»; студенческого гранта Американского акустического общества, работа «Закономерности возникновения артефакта ультразвуковой допплерографии «псевдопоток» (2011 г.); государственного задания Министерства образования и науки РФ ФГБОУ ВПО «ИжГТУ имени М.Т. Калашникова» на 2012 -2014 годов в части проведения научно-исследовательских работ, проект № 7.1378.2011 «Исследование механизмов взаимодействия физических полей с биосистемами и разработка биомедицинских технологий повышения безопасности, эффективности и информативности медицинских приборов и систем»; проекта ПСР/М2/Н2.5/МВВ Программы стратегического развития ФГБОУ ВПО «ИжГТУ имени М.Т. Калашникова» на 2012-2016.

Цель работы. Исследование физических закономерностей возникновения артефакта «псевдопоток» для повышения информативности и безопасности УЗ диагностики.

Для реализации цели в работе решаются следующие задачи:

1. Моделирование артефакта «псевдопоток» на основе сил радиационного давления.

2. Теоретические и экспериментальные исследования закономерностей возникновения артефакта «псевдопоток» в зависимости от свойств неоднородных жидких сред, параметров УЗ излучения.

3. Исследование теплового действия УЗ излучения медицинского оборудования в неоднородных средах.

4. Разработка способа оценки уровня интенсивности УЗ излучения медицинского оборудования с использованием артефакта «псевдопоток» и устройства для его реализации.

5. Разработка способа оценки упругих свойств мягких тканей с использованием артефакта «псевдопоток» и устройства для его реализации.

Объект исследования: физический артефакт «псевдопоток», связанный с взаимодействием УЗ луча и биологической ткани.

Предмет исследования: физические механизмы возникновения артефакта «псевдопоток», основанные на силах радиационного давления; тепловое действие ультразвука в неоднородных средах, способы эластографии и оценки интенсивности УЗ излучения на основе использования артефакта «псевдопоток».

Методы и средства исследования

При исследованиях использованы основные положения теории гидродинамики, теории акустики и теории упругости, методы математического моделирования на ЭВМ, реализованные в программной среде МаШСАО, экспериментальные исследования на УЗ медицинском диагностическом и терапевтическом оборудовании с использованием радиотехнической аппаратуры.

Новые научные результаты

1. Предложена физико-математическая модель возникновения артефакта УЗ допплерографии «псевдопоток», основанная на совместном действии на неоднородность силы радиационного давления, выталкивающей силы и силы тяжести, учитывающая влияние физических свойств и размеров неод-нородностей и параметров УЗ излучения.

2. Теоретически и экспериментально исследованы основные механизмы возникновения артефакта «псевдопоток» и тепловые механизмы воздействия УЗ излучения на неоднородности в виде сильно- и слабосжимаемых и несжимаемых частиц.

3. Разработан способ оценки интенсивности УЗ излучения медицинского оборудования и визуализации ее распределения в пространстве, основанный на измерении скоростей движения пузырьков фиксированных размеров, или размеров пузырьков, находящихся в равновесии в жидкости в условиях УЗ воздействия, и устройство для его реализации.

4. Разработан способ оценки упругих свойств неоднородности, основанный на определении ее виброскорости, вызванной внешним механическим воздействием с оптимизированными параметрами, и устройство для его реализации.

Достоверность и обоснованность полученных в работе результатов подтверждены корректным использованием методов теории гидродинамики, теории акустики и теории упругости; согласованием теоретических и экспериментальных результатов; воспроизводимостью результатов экспериментальных исследований.

Практическая ценность работы состоит в следующем:

1. Разработанные модели и выявленные закономерности возникновения артефакта «псевдопоток» позволяют повысить информативность УЗ исследования за счет дифференциации неоднородных образований и оценки их упругих модулей.

2. Теоретические и экспериментальные исследования коэффициентов поглощения УЗ волн в неоднородных средах позволили рассчитать тепловые индексы и обосновать предельно допустимые уровни интенсивности и времени озвучивания при проведении УЗ исследований, особенно в случае использования контрастных веществ.

3. Разработанный способ оценки интенсивности УЗ излучения обладает расширенными функциональными возможностями за счет повышения чувствительности, минимизации искажений акустического поля, вызванных наличием мишени радиометра, возможности измерения интенсивности при наклонном падении УЗ волн.

4. Разработанный способ эластографии позволяет количественно оценить упругие модули неоднородности, увеличить контрастность изображения, и может быть использован в качестве дополнительного способа УЗ доп-леровской диагностики неоднородных неподвижных сред.

5. Разработанный способ и устройство оценки упругих свойств ткани прошли апробацию в условиях БУЗ УР «ГКБ №2 МЗ УР» на фантомах неоднородных сред с использованием УЗ диагностического оборудования. Результаты исследований внедрены в учебный процесс подготовки бакалавров по направлению 200100 «Приборостроение» в виде лабораторных работ по курсу «Акустические методы и средства медицинской диагностики и лечения».

Основные научные положения, выносимые на защиту

1. Физико-математическая модель появления артефакта УЗ допплеро-графии «псевдопоток», основанная на воздействии сил радиационного давления, и исследованные механизмы его возникновения в неоднородных средах с учетом их физических свойств и геометрических размеров неоднород-ностей при различных параметрах УЗ излучения.

2. Способ расчета теплового индекса в неоднородных средах в дуплексном режиме УЗ исследования.

3. Способ оценки интенсивности УЗ излучения, основанный на определении скорости движения и размеров пузырьков в жидкости под воздействием УЗ излучения.

4. Способ оценки упругих свойств неоднородности, основанный на измерении виброскорости неоднородности, вызванной дополнительными механическими колебаниями, в режиме УЗ допплерографии.

Апробация работы. Основные результаты исследований были доложены и обсуждались на 15-й Всероссийской межвузовской научно-технической конференции «Микроэлектроника и информатика-2008» (Зеленоград, 2008г.); Всероссийской научной конференции «Наука. Технологии. Инновации» (Новосибирск, 2008г.); Конкурсе инновационных проектов программы «У.М.Н.И.К.» (Новосибирск, 2008г.); 2-ой Международной студенческой научно-технической конференции «Новые направления развития приборостроения» (Минск, 2009г.); II форуме молодых ученых, организованном в рамках 4-й Международной конференции «Технические университеты: интеграция с европейскими и мировыми системами образования» (Ижевск, 2010г.); Республиканском конкурсе «Молодой изобретатель Удмуртской Республики» (Ижевск, 2010г.); XXII и XXV Сессии Российского акустического общества (Москва, 2010г., Таганрог, 2012г.); V, VI и VII Всероссийской научно-технической конференции «Приборостроение в XXI веке. Интеграция науки, образования и производства» (Ижевск, 2008г., 2010г. и 2011г.); I и II Всероссийской научно-технической конференции «Измерение, контроль и диагностика» (Ижевск, 2010г. и 2012г.); Научно-технической конференции «Молодые ученые - ускорению научно-технического прогресса в XXI веке» (Ижевск, 2011г.); молодежном конкурсе инновационных работ «Инновационное стремление» (Ижевск, 2012г.) и др. Результаты работы отмечены 19 дипломами различного уровня.

Публикации. Основные теоретические и практические результаты диссертации опубликованы в 24 печатных работах, среди которых 3 статьи в ведущих рецензируемых изданиях, рекомендованных в действующем перечне ВАК, 11 статей в сборниках трудов и материалах конференций и 8 тезисов конференций различного уровня, 1 учебно-методическое издание, 1 заявка на полезную модель.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 192 наименования, 11 приложений. Основная часть диссертации изложена на 152 страницах машинописного текста, содержит 91 рисунок и 17 таблиц.

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Разработана физико-математическая модель возникновения артефакта УЗ допплерографии «псевдопоток», основанная на совместном действии на неоднородность силы радиационного давления, выталкивающей силы и силы тяжести, учитывающая влияние физических свойств сред (плотность, вязкость, скорость УЗ волн), размеров неоднородностей и параметров УЗ излучения (интенсивность, частота, режим излучения, направление озвучивания). Основные закономерности возникновения артефакта «псевдопоток» исследованы теоретически с использованием разработанной модели и подтверждены экспериментально на ряде модельных сред с неоднородностями в виде сильно- и слабосжимаемых и несжимаемых частиц.

2. Теоретически и экспериментально исследованы тепловые механизмы воздействия УЗ излучения в неоднородных средах и предложен новый способ расчета теплового индекса в неоднородных средах в дуплексном режиме УЗ исследования, позволяющий обосновать предельно допустимые уровни интенсивности и времени озвучивания при проведении УЗ исследований, особенно в случае использования контрастных веществ.

4. Разработан новый способ оценки интенсивности УЗ излучения медицинского оборудования и визуализации ее распределения в пространстве, основанный на модели поведения газового пузырька в жидкости, по измеренным значениям скоростей движения пузырька и размеров пузырьков в условиях УЗ воздействия. Разработанный способ оценки интенсивности УЗ излучения обладает расширенными функциональными возможностями за счет повышения чувствительности, минимизации искажений акустического поля, вызванных наличием мишени радиометра, возможности измерения интенсивности при наклонном падении УЗ волн, с погрешностью оценки не более 15%.

5. Разработан новый способ количественной оценки упругих свойств неоднородности, основанный на определении ее виброскорости, вызванной внешним механическим воздействием и устройство для его реализации. Оптимизированы параметры механического воздействия (частота, давление) для достижения максимальной чувствительности метода. Разработанный способ эластографии позволяет оценить упругие модули неоднородности, увеличить контрастность изображения, и может быть использован в качестве дополнительного способа УЗ доплеровской диагностики неоднородных неподвижных сред.

6. Разработанный способ и устройство оценки упругих свойств неоднородности прошли апробацию в БУЗ УР «ГКБ №2 МЗ УР» на фантомах неоднородных сред с использованием медицинского УЗ диагностического оборудования. Результаты исследований внедрены в учебный процесс подготовки бакалавров по направлению 200100 «Приборостроение» в виде лабораторных работ по курсу «Акустические методы и средства медицинской диагностики и лечения».

1. Автушенко К.И. Анализ методов и разработка алгоритмов эффективной обработки ультразвуковой доплерографической информации с периодическими структурами. Автореферат диссертации на соискание ученой степени к.т.н. Москва, 2009 - 27 с.

2. Агранат Б.А., Дубровин М.Н., Хавский H.H. Основы физики и техники ультразвука: Учеб. Пособие для вузов. М.: Высшая школа, 1987. -352 с.

3. Агранат, Б.А. Ультразвуковая технология. — М.: Металлургия, 1974.-503 с.

4. Акопян Б.В., Ершов Ю.А., Щукин С.И. Основы взаимодействия ультразвука с биологическими объектами: ультразвук в медицине, ветеринарии и экспериментальной биологии: уч. пособие. М.: Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2005. - 224 с.

5. Акопян В.Б., Бамбура М.В., Рухман A.A., Рухман Е.П., Ступин А.Ю., Чубатова О.И., Коновалова Л.Г., Коновалов Д.В., Нонгайяр Б. Устройство для измерения мощности ультразвукового излучения. Патент РФ № 2421694 от 22.06.2009. Опубл. 20.06.2011.

6. Акустические течения // Физическая энциклопедия. Словарные статьи. http://nature.web.-ru/db/msg.html-?mid=l 167742.

7. Апександрук В.Е., Боков Ю.С., Бых А.И., Корсаков B.C., Рожиц-кий H.H. Способ измерения интенсивности ультразвука. Патент РФ № 122630 А от 24.20.1984. Опубл. 23.04.1986. Бюл. №15.

8. Анисимов, A.B. Лукьянова, И.Г. Ультразвуковые технологии. // Медицинский журнал "SonoAce-Ultrasound". 2009. - №19. - С. 92-95.

9. Аппарат ультразвуковой терапии УЗТ 1.01Ф: Техническая документация. М.: 1993. - 54 с.

10. Артефакт // Энциклопедия. http://ru.wikipedia.org/wiki/% D0%90%D 1 %80%D 1 % 82%D0%B5 %D 1 %84%D0%B0%D0%BA%D 1 %82.

11. Артефакты допплерографии // Энциклопедический словарь. -http://ultrasound.net.ua/pa-ge/text/name.

12. Багрин Д.М. Эластография. Клиническое применение эластогра-фии http://www.medison.ru

13. Баев А.Р., Прохоренко П.П., Дежкунов Н.В., Коновалов Г.Е.Способ определения интенсивности ультразвуковых колебаний в иммерсионной жидкости. Патент РФ № 926537 от 17.09.1980. Опубл. 07.05.1982. Бюл. №17.

14. Байер В., Дернер Э.Ультразвук в биологии и медицине. JL: Наука, 1958. - 156 с.

15. Бергман J1. Ультразвук. М.: Издательство иностранной литературы, 1956.-728 с.

16. Богдан О.П. Влияние артефактов на результаты ультразвуковых допплеровских исследований // научно-практический журнал «Интеллектуальные системы в производстве». 2009. - № 1 (13). - С. 173-180.

17. Богдан О.П. Допплеровский артефакт, вызванный стриминг-эффектом // Тез. докл. IX Всерос. науч. конф. студентов и аспирантов: В 3 т. Т. 2. Таганрог, 23-24 окт. 2008 г. Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2008. - С. 72-74.

18. Богдан О.П., Овчинникова М.А. Исследование электроакустических параметров пьезопластин на основе ЦТС-19 и ПВДФ. // Измерение, контроль и диагностика. Сборник статей. Ижевск: Проект, 2010. - С. 210-215.

19. Богдан О.П., Медведева Е.В. Методика и устройство ультразвуковой эластографии. // Сборник инновационных проектов выставки сессии

20. ИжГТУ, проходящей в рамках II Республиканского инновационного форума (Ижевск, 23-24 ноября 2010г.). 1 электрон, опт. диск (CD-ROM)

21. Богдан О.П. Оценка интенсивности ультразвукового излучения медицинских диагностических сканеров // Тез. докл. 15-й Всерос. межвуз. н.-т. конф. студентов и аспирантов. Зеленоград, 23-25 апр. 2008 г. М.: МИЭТ, 2008.-С. 254.

22. Богдан О.П. Разработка методики калибровки приемника ультразвукового излучения по уровню интенсивности // Тез. докл. 2-й международной студенческой н.-т. конф. Минск, 22-24 апр. 2009г. Минск: Изд-во БИТУ, 2009.-С. 51.

23. Богер М.М., Мордвов С.А. Ультразвуковая диагностика в гастроэнтерологии Новосибирск: изд. "Наука" сибирское отделение, 1988. - 159 с.

24. Буденков Г.А., Недзвецкая О.В. Источники и приемники ультразвука. Методические указания для выполнения лабораторных работ для студентов специальности 1902. Ижевск: ИжГТУ - 1997. 47 с.

25. Буденков Г.А., Недзвецкая О.В. Динамические задачи теории упругости в приложении к проблемам акустического контроля и диагностики. -М.: издательство физико-математической литературы, 2004. 136 с.

26. Буденков Г.А., Недзвецкая О.В. Физические основы и методы акустического контроля. Методические указания по выполнению лабораторных работ для студентов специальности 19.02. Ижевск: Изд-во ИжГТУ, 1997.-48 с.

27. Бурмистров С.Ю. Разновидности артефактов при ультразвуковых исследований. http://webmvc.com/show/artefact.php?.

28. Бэтчелор Дж. Введение в динамику жидкости. М.: Мир, 1970.778 с.

29. Васильев А.Ю. Артефакты в ультразвуковой диагностик. М.: ФГОУ "ВУНМЦ Росздрава", 2006. - 56 с.

30. Ведерников A.B. Генерация и распространение сдвиговых волн в резиноподобных средах с неоднородностями сдвигового модуля. Автореферат диссертации на соискание ученой степени к.ф.-м. наук. Защищена 17.05.2007 / А.В.Ведерников. М.: - 2007. - 26 с.

31. Вербанов B.C., Клименко Б.Н., Коршунов А.П. Способ измерения распределения интенсивности ультразвукового поля и устройство для его осуществления. Патент РФ № 720822 от 09.01.1978.0публ. 15.03.1980. Бюл. №9.

32. Волков В.Н. Основы ультразвуковой диагностики: Учеб.-метод, пособие. Мн.: ГрГМУ, 2005. - 39 с.

33. Гегузин Я.Е. Пузыри. М.: Наука. Главная редакция физ.-мат. литературы, 1985. - 176 с.

34. Гигиенические требования при работах с источниками воздушного и контактного ультразвука промышленного, медицинского и бытового назначения: СанПиН 2.2.42.1.8.582-96. Введ. 1996-10-31. М.: Информационно-издательский центр Минздрава России, 1997. - 12 с.

35. Говор И.Н., Платонов В.А., Сильвестров C.B. Способ измерения ультразвуковой мощности излучения. Патент РФ № 2152007 от 27.06.2000.

36. Говор И.Н., Платонов В.А., Сильвестров C.B. Способ калибровки ультразвукового преобразователя. Патент РФ № 95109279.

37. Голямина И.П. Ультразвук. М.: Издательство «Советская энциклопедия», 1979. - 400 с.

38. Гордов А.Н., Жагулло О.М., Иванова А.Г. Основы температурных измерений. М.: Энергоатомиздат, 1992. 304 с.

39. Гордон Д. Конструкции, или почему не ломаются вещи. М.: Мир, 1998. - 534 с.

40. Государственная поверочная схема для средств измерений мощности ультразвука в воде в диапазоне частот от 0,5 до 12 МГц: ГОСТ Р 8.6162006. Введ. 2006-11-06. М.: Стандартинформ, 2006. - 5 с.

41. Громов А.И., Зыкин Б.И. Тканевая допплерография I. Регистрация с помощью цветовой допплерографии эффекта резонанса микроконкрементов, возникающих под воздействием ультразвуковой волны // Эхография. 2002. - Т. 3. - № 4. - С. 348-353.

42. Громов А.И., Зыкин Б.И., Кубова С.Ю., Сытник К.А.Тканевая допплерография II. Диагностика камней дистального отдела мочеточника // Эхография. 2003. - Т. 4. - № 4. - С. 376-382.

43. Громов А.И., Кубова С.Ю. Ультразвуковые артефакты. М.: Издательский дом Видар-М, 2007. - 64 с.

44. Гульченко Ю.И. Эхоконтрастные средства: возможности применения в клинике http://www.port.odessa.ua/medic/seamed/0002/000233.htm.

45. Демидов В.Н., Зыкин Б.И. Ультразвуковая диагностика в гинекологии. М.: Медицина, 1990. - 224 с.

46. Демин И.Ю., Прончатов-Рубцов Н.В. Современные акустические методы исследований в биологии и медицине. Учебно-методический материал. Нижний Новгород, 2007. - 121 с.j

47. Домаркас В.И., Пилецкас Э.Л. Ультразвуковая эхоскопия. Д.: Машиностроение, Ленингр. Отделение, 1988. - 276 с. .

48. Енохович A.C. Краткий справочник по физике. М.: Высшая школа, 1976. - 288 с.

49. Еняков A.M., Рудниченко Л.С. Измеритель мощности ультразвукового излучения. Патент РФ № 2297603 от 18.05.2005. Опубл. 20.04.2007.

50. Еняков A.M. Разработка методов и средств метрологического обеспечения гидроакустических измерений в диапазоне частот от 0,5 до 15 МГц: автореф. дис. докт. техн. наук: защищена12.09.2007. Менделеево: Изд-во ВНИИИМТ, 2007. 40 с.

51. Еремин Е.В., Тиманин Е.М. Программно-аппаратный комплекс для ультразвуковой эластографии биологических тканей. //Медицинская акустика. 2002. - №10. - С. 32-34.

52. Зарембо Л.К., Красильников В.А. Введение в нелинейную акустику. Звуковые и ультразвуковые волны большой интенсивности. М.: Наука. Главная редакция физ.-мат. литературы, 1966. - 521 с.

53. Зубарев A.B., Гажонова В.Е., Кислякова М.В .Контрастная эхография // Медицинская визуализация, №1, 1998. 2-26 с.

54. Зыкин Б.И., Медведев М.В. Допплерография в гинекологии. М.: РАВУЗДПГ, Реальное Время, 2000. - 152 с.

55. Изделия медицинские электрические. Часть 2. Частные требования безопасности к аппаратам для ультразвуковой терапии: ГОСТ 30324.5-95 (МЭК 601-2-5-84). Введ. 12.03.1996. - М.: ГОССТАНДАРТ РОССИИ, 1996. - 18 с.

56. Измерения прямые однократные. Оценивание погрешностей и неопределенности результата измерений: ГОСТ Р 50.2.038-2004. Введ. 01.01.2005.-М.: ГОССТАНДАРТ РОССИИ, 2005. - 10 с.

57. Измерители мощности ультразвукового излучения переносные ИМУ-4ПМ http://www.npcentre.ni/img/catalog/3/imusertb.jpg.

58. Инновационный ультразвуковой детектор http://www.nanonewsnet.ru/about/company.

59. Исакович, М.А. Общая акустика. М.: Наука. Главная редакция физ.-мат. литературы, 1973. - 502 с.

60. Квятковский Е.А., Квятковська Т.О. Ультрасонография и доппле-рография в диагностике заболеваний почек. Днепропетровск: Новая идеология, 2005. -318 с.

61. Клиническая ультразвуковая диагностика: руководство для врачей: В 2 т. Т. 1 / Под ред. Н.М. Мухарлямова. М.: Медицина, 1987. - 328 с.

62. Количественные оценки параметров кровотока. Контрастные вещества при УЗИ исследовании. http://meduniver.com/Medical/Akusherstvo/ 1094.html.

63. Коновалов С. И., Паврос С.К. Методы и средства ультразвуковой медицинской диагностики: Учеб. Пособие. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ "ЛЭ-ТИ", 2003.-80 с.

64. Коновалов С. И., Паврос С.К. Ультразвуковая медицинская аппаратура: Учеб. пособие. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ "ЛЭТИ", 2004. 72 с.

65. Кордон М.Я., Симакин В.И., Горешник И.Д. Гидравлика. Учебное пособие. Пенза 2005. - 102 с.

66. Коробейникова О.В., Кузнецов Е.П., Богдан О.П. Исследование физических механизмов артефакта ультразвуковой допплерографии «псевдопоток» // журнал «Медицинская физика» 2009. - № 3 (43). С. 64-70.

67. Косуба С.И., Скицюк B.C. Калориметрический метод в оценке интенсиновсти ультразвукового излучения, создаваемого некоторыми фако-эмульсификационными системами // Офтальмологический журнал, №6, 2008. 73-75 с.

68. Красильников В.А., Крылов В.В. Введение в физическую акустику. М.: Наука 1984. - 400 с.

69. Куликов В.П. Цветное дуплексное сканирование в диагностике сосудистых заболеваний. Новосибирск: СО РАМН, 1997. - 204 с.

70. Лайтхилл Дж. Волны в жидкостях. М.: Мир, 1981. - 598 с.

71. Ламб Г. Гидродинамика / пер. Н.А. Слезкин. Л.: изд-во технико-теоретической литературы, 1947. - 927 с.

72. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика: Учебное пособие: В 10 т. Т. 6. Гидродинамика. М.: Наука. Главная редакция физ.-мат. литературы, 1986. - 736 с.

73. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М.Теоретическая физика: Учебное пособие: В 10 т. Т. 7. Теория упругости. М.: Наука. Главная редакция физ.-мат. литературы, 1987. - 246 с.

74. Левич В.Г. Физико-химическая гидродинамика. М.: ФИЗМАТ-ЛИТ, 1959.-700 с.

75. Левовист (Levovist): инструкция по применению, противопоказания и состав http://www.rlsnet.ru/tnindexid1069.htm.

76. Лелюк В.Г. Допплеровский <^іпк1к^»-артефакт в эксперименте и практике // Эхография. 2003. - Т. 4. - №1. - С. 74-83.

77. Лелюк В.Г., Лелюк С.Э. Ультразвуковая ангиология. М.: Изд-во «Реальное время», 2003. - 324.

78. Ливенцев Н.М., Ливенсон А.Р. Электромедицинская аппаратура. М.: Медицина, 1974. - 337 с.

79. Маков Ю.Н. Характеристики теплового воздействия на биоткани: термодозиметрия в биомедицинских приложениях // Журнал «Медицинская физика». М.: 2010. - № 3 (47). - С. 86 - 89.

80. Малинка С.А. Способ визуалиции ультразвукового поля. Патент № 1573347 А1 от 20.07.1988. Опубл. 23.06.1990. Бюл.№23.

81. Маргулис М.А. Основы звукохимии. М.: Высшая школа, 1984.141 с.

82. Митьков В.В., Медведев M.B. Клиническое руководство по ультразвуковой диагностике: В 5 т. Т. 1. М.: Видар-М, 2003. - 400 с.

83. Митьков В.В., Медведев М.В. Клиническое руководство по ультразвуковой диагностике: В 5 т. Т. 5: Эхокардиография. М.: Видар-М, 2003. -389 с.

84. Митьков В.В., Зыкин Б.И., Буланов М.Н. Ультразвуковая ангиография // Медицинская визуализация. 1996. - №2. - С. 4-13.

85. Михайлов И.Г., Гуревич С.Б. Поглощение ультразвуковых волн в жидкостях // Успехи физических наук. T. XXXV, выпуск 1. - М.:1948. - С. 1-34.

86. Наугольных К.А., Островский JI.A. Нелинейные волновые процессы в акустике. М.: Наука, 1990. - 239 с.

87. Наука и техника. Модули упругости http://www.femto.com.ua/ articles/partl/2316.html.

88. Неласов Н.Ю., Кастанаян A.A., Мареев В.Ю., Агеев Ф.Т. Спектральные доплеровские артефакты // Журнал Сердечная недостаточность. -2003.-Т. 4.-№2,-С. 81-84.

89. Никитин Ю.М., Труханов А.И.Ультразвуковая допплеровская диагностика в клинике. Иваново: Изд-во МИК, 2004. - 496 с.

90. Осипов JI.B. Повышение информационных возможностей ультразвуковых диагностических систем: автореф. дис. докт. техн. наук: защищена 25.10.2006. М.: Изд-во ВНИИИМТ, 2006. - 53 с.

91. Осипов JI.B. УЗИ: Физические свойства ультразвука -http ://users. i. com. ua/ ~dy dyrko/uso-nic/. htm.

92. Осипов JI.B. Ультразвуковые диагностические приборы: практическое руководство для пользователей. М.: Видар, 1999. - 256 с.

93. Осипов JI.B. Ультразвуковые диагностические приборы: режимы, методы и технологии. М.: ООО ПКФ «ИзоМед», 2011. - 316 с.

94. Осипов JI.B. Физика и техника ультразвуковых диагностических систем (часть IV) // Медицинская визуализация. 1997. - №4. - С. 42-53.

95. Осипов JI.B. Физика и техника ультразвуковых диагностических систем (часть V) // Медицинская визуализация. 1998. - №1. - С. 28-33.

96. Осипов JI.B., Зыкин Б.И. Физика и техника ультразвуковых диагностических систем (часть VII). Артефакты акустического изображения // Медицинская визуализация. 1998. - №3. - С. 31-42.

97. Осипов JI.B. Физические основы допплерографии. -http://users.iptelecom.net.ua/~dy-dyrko/usonic/l.htm.

98. Пальмер П.Е.С. Руководство по ультразвуковой диагностике. -США: Калифорнийский университет, 2000.-325 с.

99. Пирсол И. Кавитация / пер. Жеравлева Ю.Ф. М.: Мир, 1975.93 с.

100. Портативная ультразвуковая система SonoSite MicroMaxx. -http://www.yarintermed.ru/page329.

101. Потапов E.H. Соноэластография -http://www.trimm.ru/php/ content.php?group=4030.

102. Разделение жидких неоднородных систем методами фильтрования и центрифугирования. Термины и определения. ГОСТ 16887-71 Введ. 12.04.71, Переиздан 21.08.86. Издательство стандартов № 1986. 5 с.

103. Рожкова Н.И., Зубарева A.B., Запирова С.Б., Чуркина С.О., Хохлова Е.А. Новая технология: Соноэластография в маммологии // Медицинская визуализация, №4, 2010. 74 - 99 с.

104. Руденко О.В. Гигантские нелинейности структурно-неоднородных сред и основы методов нелинейной акустической диагностики // Успехи физических наук, Том 176, №1, 2006.-77-95 с.

105. Руденко О.В. Нелинейные волны некоторые биомедицинские приложения // Успехи физических наук. 2007. - Т. 177, №4. - С. 374 - 383.

106. Рыбакова М.К. Возможности современной эхокардиографии // Медицинский журнал "SonoAce-Ultrasound" http://www.medison.ru/si/ art237.htm.

107. Рычагов М.Н. Ультразвуковая медицинская визуализация: В-сканирование и цифровая реконструкция: уч.пособие. М.:МИЭТ, 2001. -140 с.

108. Сагателян Г.Р. Технология изготовления пьезоэлектрических преобразователей для аппаратов ультразвуковой терапии, диагностики и хирургии: Учебное пособие по курсу «Технология приборостроения». М.: изд-во МГТУ, 1993.-33 с.

109. Синило Т.В. Генерация сдвиговых волн и нагревание фантомов биоткани интенсивным фокусированным ультразвуком. Диссертация на соискание ученой степени к.ф.-м. наук. Защищена 01.04.06. М.: 2004.

110. Сиротюк М.Г. Акустическая кавитация. М.: Наука, 2008. - 271 с.

111. Сканер ультразвуковой диагностической MyLabl5 производства Esaote S.p.A.: Руководство пользователя. Италия: 2006. - 107 с.

112. Сухоруков В.М., Рагимов A.A., Пушкин С.Ю., Масленников И.А., Бондарь О.Г. Перфторан перфторуглеродный кровезаменитель с газотранспортной функцией: Пособие для врачей. - М.: 2008. - 79 с.

113. Тюлин В.Н. Введение в теорию излучения и рассеяния звука. -М.: Наука. Главная редакция физ.-мат. литературы, 1976. 260 с.

114. УЗИ щитовидной железы, паращитовидных желез. -http://www.document-center.ru/info/iizi-schitovidnoj-idi-193.html.

115. Улащик B.C., Чиркин A.B. Ультразвуковая терапия. Минск: Беларусь, 1983. - 316 с.

116. Ультразвук в медицине. Физические основы применения / под ред. К. Хилла; пер. JI.P. Гаврилов, В.А. Хохлова, O.A. Сапожников. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2008. - 544 с.

117. Ультразвуковые преобразователи для неразрушающего контроля / И. Н. Ермолов и др.. М.: Машиностроение, 1986. - 289 с.

118. Фейман Р., Лейтон Р., Сэндс М. Феймановские лекции по физике: В 9 т. Т. 5. Электричество и магнетизм. М.: Мир, 1966. - 295с.

119. Фейман Р., Лейтон Р., Сэндс М. Феймановские лекции по физике: В 9 т. Т. 7. Физика сплошных сред.-М.: Мир, 1966.-290с.

120. Физика визуализации изображений в медицине: В 2 т. Т. 2 / Под ред. С. Уэбб. -М.: Мир, 1991.-406 с.

121. Физика и техника мощного ультразвука В 3 т. Т. В 3 т. Т. 1. Источники мощного ультразвука / Л.Д. Розенберг и др.. М.: Наука, 1967. -380 с.

122. Физика и техника мощного ультразвука: В 3 т. Т. 2. Мощные ультразвуковые поля / Л.Д. Розенберг и др..-М.: Наука, 1968.-268с.

123. Физика и техника мощного ультразвука: В 3 т. Т. 3. Физические основы ультразвуковой технологии / Л.Д. Розенберг и др.. М.: Наука, 1970.-689 с.

124. Физические основы допплерографии. http://www.siata.net.ua /uzi/osndoppl.htm.

125. Хаппель Дж., Бреннер Г. Гидродинамика при малых числах Рей-нольдса. М.: Мир, 1976. - 631 с.

126. Характеристики и градуировка гидрофонов для работы в частотном диапазоне от 0,5 до 15 МГц: ГОСТ 8.555-91. Введ. 1992-07-01. - М.: Комитет стандартизации и метрологии СССР, 1992. - 31 с.

127. Хофер М. Цветовая дуплексная сонография. Практическое руководство. М.: Мед.лит., 2007. - 108 с.

128. Хохлова Е. Эластография новое направление в ультразвуковой диагностике // Здоровье нации. - 2008. - №3. - С.20-21.

129. Черняк В.Г., Суетин П.Е. Механика сплошных сред: Учебное пособие для Вузов. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2006. - 352 с.

130. Шарапов В.М., Мусиенко М.П., Шарапова Е.В. Мир электроники. Пьезоэлектрические датчики. М.: Техносфера, 2006. - 632 с.

131. Шарфарец Б.П. Радиационное давление при рассеянии произвольного поля на включении сложной формы // Акустический журнал, Том 56, №6, 2010.-767-772 с.

132. Шибаев Ю.А. Измеритель выходной акустической мощности ультразвукового преобразователя и способ ее измерения: Патент РФ № 2334956 от 24.08.2006. Опубл. 27.09.2008.

133. Шиллер Н., Осипов М.А. Клиническая эхокардиография. М.: Изд-во «Практика», 2005. - 360 с.

134. Шмидт Г. Ультразвуковая диагностика практическое руководство / Перевод с английского: Р.В.Парменов - euromedcompany.ru /ultrazvuk/ultrazvukovaja-diagnostika-prakticheskoe-rukovodstvo.

135. Шутилов В.А. Основы физики ультразвука: Уч.пособие. Л.: Изд-во Ленинградского университета, 1980. - 280 с.

136. Щукин Е.Д., Перцов A.B., Амелина Е.А. Коллоидная химия: учеб. Для университетов и химико-технолог. Вузов. 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. Шк., 2004. - 445 с.

137. Эластография Ultra Medica. -http://www.ultramedica.ni/i ndex.php?option=comcontent&view:=article&id=10&Itemid=17.

138. Эластография новый метод диагностики злокачественных заболеваний. - http://www.medlinks.ru/article.php?sid=3638.

139. Эластография. Ava Medica+. Инновационная медицинская техника. http://www.avamedica.ru/product/ultrasonixpr/app0/214.html.

140. Albrecht Т. Ultrasound in Clinical Practice: Liver, Prostate, Pancreas, Kidney and Lymph Nodes. Berlin, Germany, Springer-Verlag, 2005. - 65 p.

141. Barnett S.B., Duck F., Ziskin M. Recommendations on the safe use of ultrasound contrast agents // Ultrasound in Med. & Biol., Vol. 33, No. 2, 2007. -173-174 pp.

142. Chatterton B.E., Spyropoulos P. Color Doppler induced streaming: an indicator of liquid nature of lesions // The British Journal of Radiology. № 71, 1998. 1310-1312 p.

143. Enyakov A.M. Parameter measurement for the acoustic output of hand-held ultrasonic fetal heartbeat detectors // Measurement Techniques, Vol. 49, No. 11,2006.- 1151-1156 p.

144. Feldman M.K., Katyal S., Blackwood M.S. US Artifacts // Radio-Graphics; №29, 2009. 1179-1189 p.

145. Garra B.S. Tissue elasticity imaging using ultrasound // Applied radiology, April 2011. 24-30 p.

146. Guide for measuring and reporting acoustic output of diagnostic ultrasound medical devices: FDA 510(k). Rockville, MD: Center for Devices and Radiological Health, US FDA, 1999.

147. Hibi Y., Urakawa Т., Sugata T. Ultrasound phantom: Patent US № 7059168 B2 Date of Patent Jun. 13, 2006.

148. Kamaya A., Tuthill Т., Rubin J.M. Twinkling artifact on color Doppler sonography: dependence on machine parameters and underlying cause. -http://www.ncbi.nlm.-nih.gov/entrez/query.fcgi7cmd.

149. Kollmann Chr., Vacariu G., Fialka-Moser V., Bergmann H. Measuring the surface-heating of medical ultrasonic probes // Journal of Physics: Conference Series 1, 2004. 78-83 p.

150. Korobeynikova O.V., Bogdan O.P., Khudyakova E.B., Budanova E.A. The Investigation Of Ultrasonic Waves' Absorption Coefficient In Organic Media

151. Second Forum of Young Researchers. In the framework of International Forum "Education Quality 2010": Proceedings (April 22, 2010, Izhevsk, Russia). - Izhevsk: Publishing House of ISTU, 2010. - 347-353 pp.

152. Lin G. Sh., Vibrational Doppler ultrasonic imaging: Patent No.: 5,919,139; Date of Patent July 6, 1999.

153. Madsen E.L., Frank G.R. Tissue mimicking elastography phantom: Patent US № 7462488 B2 Date of Patent Dec. 9, 2008.

154. Main M.L. Ultrasound Contrast Agent Safety // Cardiovascular imaging Vol. 2, № 9, 2009. 1057-1060 pp.

155. Non-invasive high-frequency vascular ultrasound elastography / R.L. Mauricel and other.// Physics in medicine and biology, Vol. 50, 2005. 1611— 1628 pp.

156. O'Brien W.D., Yang Y., Simpson D.G. Evaluation of unscanned-mode soft-tissue thermal index for rectangular sources and proposed new indices // Ultrasound in Med. & Biol., Vol. 30, No. 7, 2004. 965-972 p.

157. O'Brien W.D. Ultrasound-biophysics mechanisms //Progress in Biophysics and Molecular Biology Vol.93, 2007.-212-255 p.

158. Ophir J., Krousko T.A. Elastography: from theory to clinical applications. 2008. - http://www.tulane.edu/~sbc2003/pdfdocs.

159. Ophir J. Elastography: Imaging the Elastic Properties of Soft Tissues with Ultrasound // J Med Ultrasonics Vol.29, 2002. 155-171 pp.

160. Pallwein L. Real-time elastography for detecting prostate cancer: preliminary experience // Journal compilation 2007 BJU international 100, 42 46 pp.

161. Palmeri M.L., Nightingale K.R. On the Thermal Effects Associated with Radiation Force Imaging of Soft Tissue // IEEE transactions on ultrasonics, ferroelectrics, and frequency control, vol. 51, №. 5, 2004. 551-565 pp.

162. Report on acoustical measurements conducted for: IEC60601-2-37. -Japan, Tokyo, Sensortechnos, Inc., 2002. -28 p.

163. Rickets I.W. Method for performing elastography: Patent No. US 2008/0097202 Al; Pub. Date Apr. 24, 2008.

164. Rickets I.W. Sonoelastography using power Doppler: Patent No. US 2005/0054930 Al Date of Patent Mar. 10, 2005.

165. Rivaz, H. Ultrasound Elastography: A Dynamic Programming Approach Текст. / H.Rivaz [and other] // IEEE Transactions on medical imaging, Vol. 27, NO. 10, october 2008. 1373-1377 pp.

166. Romdhane M., Gourdon C., Casamatta G. Ultrasonic intensity measurement // Ultrasonics Vol 33 No 2, 1995. 130-146 pp.

167. Rubens D.J., Bhatt Sh.,. Nedelka Sh, Cullinan J. Doppler Artifacts and Pitfalls // Radiologic clinics of North America. 2006. - №44. - 805-835 pp.

168. Scanlan K.A. Sonographic Artifacts and Their Origins // AJR Vol. 156, June 1991. 1267-1272 pp.

169. Show A., G. ter Haar Requirements for measurement standards in high intensity focused ultrasound (HIFU) fields. United Kingdom: National Physical Laboratory, 2006. - 90 p.

170. Standard means for the reporting of the acoustic output of medical diagnostic ultrasonic equipment: IEC 61157(2007). 16.08.2007. IEC Publication 61157, 2007.-36 p.

171. Stride E., Saffari N. Microbubble ultrasound contrast agents: a review // J. Engineering in Medicine,.Vol.217 Part H, 2003. 429-447 pp.

172. Varghese T., Techavipoo U., Chen Q., Zagzebski J.A. Ultrasonic elas-tography providing axial, orthogonal, and shear strain: Patent No.: USA 7,331,926 B2; Date of Patent Feb. 19, 2008.

173. Zhou Y., Zhai L., Simmons R., Zhong P. Measurement of high intensity focused ultrasound fields by a fiber optic probe hydrophone // Acoustical Society of America, Vol. 120 (2), 2006. 676-685 pp.

174. Zhou Y., Zhai L., Simmons R., Zhong P. Measurement of high intensity focused ultrasound fields by a fiber optic probe hydrophone. 2007. -http://www.pubmedcentral.nih. gov/picrender.fcgi?artid=1994996&blobtype=:pdf.