Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ При решении ряда технических и,биомедицинских задач важное значение имеет контроль внутренней температуры изучаемых объектов. В частности, в медицине информация об изменении температуры внутренних органов облегчает раннюю диагностику различных заболеваний; контроль внутренней температуры необходим также при гипертермии в онкологии и т. д. Для решения этих задач естественно применять безболезненные пассивные неин-вазивные методы, т; е. методы, при которых отсутствует какое-либо воздействие на организм: радиационное, физическое, медикаментозное и т.д., а измерения проводятся вне изучаемого организма.
Одним из таких методов является разрабатываемая в последние годы пассивная акустическая термометрия или акустотермография (в литературе часто употребляется второе название), основанная на регистрации шумового акустического излучения в ультразвуковом диапазоне, возникающего в результате теплового хаотического движения атомов и молекул в тканях исследуемого объекта. Более известен другой пассивный метод, регистрирующий шумовое электромагнитное излучение - СВЧ-радиометрия. Эти методы имеют сходные физические основы и могут дополнять друг друга, однако потенциальные преимущества акусготермографии (большая глубинность и лучшее пространственное разрешение) открывают возможности в ряде случает, с ее помощью подучить информацию, недоступную СВЧ-радиометрии.
Акустотермометры (AT) - приборы для измерения ультразвукового шумового сигнала - регистрируют излучение, пришедшее от различных участков биообъектов (БО), т.е. измеряемые ими сигналы являются интегральными характеристиками температуры БО. Таким образом, восстановление внутренней температуры биообъекта является обратной задачей, решение которой - значительная и недостаточно разработанная область акусготермографии (и СВЧ-радиометрии). Отметим, что методы решения обратных задач опираются на информацию о погрешности исходных.данных, т.е. в рассматриваемом случае, на информацию о пороговой чувствительности AT. Определение реально достижимой пороговой чувствительности AT представляет собой важную проблему акустотермографш.
ЦЕЛЬ РАБОТЫ - изучение возможности восстанавливать распределения внутренней температуры биобъектов по показаниям AT. Для ее выполнения необходимо решить следующие задачи: - рас%угатъ пороговую чувствительность AT любого типа с учетом
его реальных параметров;
- экспериментально определить пространственную разрешающую спо
собность акустогермографии и сравнить ее с пространственным раз
решением СВЧ-радиометрии; - - . _
- осуществить поставку и разработать методы решения прямых и
обратных пространственных задач акустотермографии.
-
Получены выражения для расчета пороговой чувствительности AT любого типа с учетом его реальных параметров: потерь в пьезо-преобразователе (ПП), наличия согласующих слоев ЩІ, шумов и входной емкости высокочастотного усилителя AT.
-
Предложен экспериментальный способ измерения шумовой температуры ПП, основанный на анализе частотной зависимости спектральной плотности квадрата шумового напряжения ПП.
-
Экспериментально определено, что пространственное разрешение AT в несколько pas лучше, чем СВЧ-радиометра. На основе экспериментальных данных показано, что пространственная разрешающая способность несфокусированного AT определяется размерами приемника и дифракционной расходимостью; пространственное разрешение Фокусированного AT - поперечным размером Фокальной области, который составляет несколько длин волн.
-
Для фокусированного AT предложена приближенная модель поля принимаемого им акустического излучения, которая достаточно хорошо подтверждается экспериментально.
-
Поставлена и решена прямая пространственная задача акустотермографии при сложной форме волнового фронта.
-
Предложен способ решения одномерной обратной задачи пассивной акустической термометрии в однородной среде при малом количестве исходных данных.
-
Поставлена обратная пространственная задача акустотермографии в неоднородной по затуханию и акустическому импедансу среде с учетом отражения и преломления акустических волн.
-
Предложены способы решения поставленной обратной задачи оооощенным методом наименьших квадратоь и методом регуляризации по Тихонову.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ" РАБОТЫ свГзана~с~созДанием в НИЦ био медицинской радиоэлектроники ИРЗ РАН макетов акустотермоыетров. Полученные результаты позволяют рационаньно разрабатывать AT и использовать их как составную часть автоматизированных систем
- 5 -ранней функциональной диагностики, основанных на динамическом картировании собственных физических полей организма человека.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные результаты докладывались и обсуждались -на -14-ом-Мевдународном Симпозиуме по клинической гипертер=-мии (Дубна, май 1991г.), XI Всесоюзной акустической конференции (Москва, июнь 1991г.) (2 доклада).
ПУБЛИКАЦИИ. По исследованиям и результатам диссертационной работы опубликовано 5 печатных работ.
ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертационная работа состоит из введения. 5 глав, заключения и списка литературы, содержащего 57 наименований; содержит 113 страниц, из них 26 рисунков.