Введение к работе
Актуальность работы. Ультразвуковые исследования нашли широкое применение в современной медицинской практике. Ультразвуковые эхо-сканеры, так называемые приборы УЗИ, позволяют получать изображения внутренних структур биологических тканей. Вместе с тем, УЗИ решают далеко не все задачи медицинской диагностики, т.к. они выявляют границы внутренних неоднородностей, не расшифровывая их состояния. Так, например, невозможно отличить кисту от злокачественной опухоли, доброкачественные изменения в щитовидной железе от злокачественных.
Исследование спектрального метода измерения удельного коэффициента поглощения ао [дБ/смМГц], т.е. поглощения на единицу длины и единицу частоты, являются актуальными, т.к. выявлена тесная связь удельного коэффициента поглощения с состоянием ткани, не только в пределах норма-патология, но и в пределах различных патологий одного органа, что позволит существенно повысить информативность и достоверность результатов диагностики.
Целью работы является всестороннее исследование спектрального метода измерения удельного коэффициента поглощения ао, основанного на регистрации изменения спектров ультразвуковых сигналов, распространяющихся в среде, применительно к характеризации биологических тканей.
В соотвествии с указанной целью решались следующие задачи;
-анализ метода с целью выбора оптимальных параметров зондирующего ультразвукового импульса, таких как форма огибающей, частота заполнения, длительность, ширина полосы частот;
-анализ метода с целью выбора оптимальных режимов работы и методик измерений применительно к конкретным органам и тканям;
-анализ основных погрешностей метода и путей их учета;
-разработка аппаратуры и ее программного обеспечения для экспериментальной проверки метода; выработка рекомен
даций к ее основным узлам и блокам;
-экспериментальное исследование метода с целью определения его возможностей на фантомах биологических тканей и на реальных образцах биологических тканей.
В работе получены следующие научные результаты:
-
Проведено исследование спектрального метода измерения удельного коэффициента поглощения ссо применительно к характеризации биологических тканей.
-
Проведено исследование влияния дифракционных эффектов на точность метода; предложен алгоритм учета дифракционных эффектов в спектральной области.
-
Даны рекомендации по выбору оптимальных параметров зондирующих ультразвуковых сигналов, а также режимов работы с конкретными органами и тканями.
-
Проведены экспериментальные исследования на образцах щитовидной железы с целью установления значений удельного коэффициента поглощения ао, характерных для различных заболеваний этого органа.
Практическая ценность.
-
Даны рекомендации по выбору основных параметров зондирующих сигналов при работе с различными биологическими тканями и органами.
-
Предложен алгоритм учета дифракционных эффектов в спектральной области.
3.Рассчитаны дифракционные поправки метода для конкретных значений волновых размеров преобразователей и различных значений коэффициента поглощения, характерных для биологических тканей.
Основные научные положения, выносимые на защиту.
1. Оптимальным параметром характеризующим состояние
биологических тканей является смещение максимума спек
тральной плотности зондирующих ультразвуковых сигналов.
2. Отклонение формы зондирующих сигналов от
оптимальной гауссовой огибающей практически не влияет на
разрешающую способность метода; установлены оптимальные
параметры этих сигналов, исходя из компромисса между разре
шающей способностью и помехоустойчивостью.
3. Для минимизации дифракционных погрешностей в тка
нях со слабым и средним поглощением оптимальной является работа в области обобщенного расстояния ^>1,5 и при волновых размерах преобразователей ка~50-100. В средах с сильным поглощением следует работать в области >2,5 при ка~20 и при >1,5 прика~50.
4. Экспериментально показана возможность диагностики патологий щитовидной железы с разрешением по удельному коэффициенту поглощения не ниже 10-20 % при изменении этого коэффициента в пределах норма - патология на порядок.
Апробация результатов работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на: научно-практической конференции "100 лет открытия рентгеновских лучей", г. Кемерово, 1995 г., III Всероссийском съезде эндокринологов, г. Москва, 1996 г., научно-технической конференции "Физика и техника ультразвука", посвященной 100-летию со дня рождения проф. С.Я. Соколова, г. С-Петербург, 1997 г., I Международном симпозиуме " Электроника в медицине. Мониторинг, диагностика, терапия", Кардиостим-98, г. С-Петербург, 1998 г.
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 6 печатных работ, в том числе:2 статьи, 4 тезисов докладов.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, трех разделов, заключения, списка литературы, включающего 68 наименований. Основная часть работы изложена на 121 странице машинописного текста. Работа содержит 28 рисунков и 10 таблиц.