Способ измерения коэффициента затухания ультразвука в биологических тканях

Способ измерения коэффициента затухания ультразвука в биологических тканях

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к спортивной медицине. Цель изобретения - повышение точности измерения в много- Iслойных биологических тканях. Дпя этого озвучивают биологические ткани ультразвуком с перестраиваемой частотой , измеряют отношения амплитуд эхоимпульсов от-передней н задней границ ,;ткани и измеряют разность фаз эхоимпульсов от передней и задней границ ткани. Вычисляют коэффициент затухания ультразвука. Измерение отношения амплитуд производят на частотах с разностью фаз О или 180°. Способ позволяет определить разностньй коэффициент затухания ультразвука в исследуемом участке ткани. 1 ил. i (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (19) (И) (5D 4 G Ol N 29/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСНОМ У СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ. (21) 3817434/28-14 (22) 27.11.84 (46) 29.02.88. Бюл. У 8 (71) Ростовский научно-исследовательский онкологический институт (72) П. О. Липовко-Половинец (53) 615.475(088.8) (56) Абдурасулов Д. М. и др. Руководство по ультразвуковой диагности-. ке. - Ташкент, 1969.

Фаэыпов А. А., Аляви Ф. Л. Скорость и поглощение ультразвука в молочной железе. В сб.: Ультразвук в биологии и медицине. Тезисы докладов

5-го симпозиума. - Пущино, 1981, ".с. 59. евненко А.А... Юхананов И. Х.

Двухчастотный способ эхографии как метод дифференциальной диагностики .опухолей. - Медицинская техника, 1971, Ф 3, с. 40-41. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА

ЗАТУХАНИЯ УЛЬТРАЗВУКА В БИОЛОП4ЧЕСКИХ ТКАНЯХ (57) Изобретение относится к .спортивной медицине. Цель изобретения - повышение точности измерения в многослойных биологических тканях. Дпя

:этого озвучивают биологические ткани ультразвуком с перестраиваемой часто» той, измеряют отношения амплитуд эхоимпульсов от передней и задней границ

;,ткани и измеряют разность фаз эхоимпульсов от передней и задней границ ткани. Вычисляют коэффициент затухания ультразвука. Измерение отношения ъ амплитуд производят на частотах с Q разностью фаз 0 или 180 . Способ позваляет определить реэиостяыд коэфФи- (/) циент затухания ультразвука в исследуемом участке ткани. I ил.

1377,712

Изобретение относится к спортивной медицине.

Цель изобретения — повышение точности измерения в многослойных биологических тканях.

На чертеже представлена многослойная биологическая ткань.

Сущность изобретения заключается в там, что в отличие от существующе- 19 го способа ультразвукового исследования биологических объектов на двух произвольных частотах, в предлагаемом способе эхографическое исследование производят на двух определенип 15 частотах ультразвука, когда разность фаз эхорадиоимпульсов от передней и задней границ исследуемого участка ткани равна О йли и,, 20

Исследуемый участок 1 ткани с aozr новым сопротивлением Z> находится между прилежащими тканями 2 (волновое. сопротивление Z,) и 3 {волновое со <. противление Е ), будучи отграничен от 25 них соответственно промежуточными слоями 4 (волновое сопротивление Z„ ) и 5 (волновое сопротивление Е ).

Толщины 1, и 1 . слоев 4 и 5 тако- вы, что находятся за пределами разре- ЗО шающей способности аппаратуры, обеспечивая режим одноимпульсного отражения на границах раздела - слоях 4 и 5е

I 35

Падающий на первую границу 4 раздела сред 1 и 2 ультразвуковой импульс давления имеет амплитуду Ро, отраженный от этой границы импульсамплитуду Р, (комплексную, с учетом 40 сдвига фазы по отношению к падающему импульсу). Импульс, прошедший в среду

1, при падении на вторую границу 5 раздела сред 1 и 3 имеет амплитуду Р, отраженный от этой границы импульс, пройдя в обратном направлении среду и первую границу 4 раэдezra имеет 1 амплитуду Р . Анализируемыми являются импульсы Р, и Р, причем в отношении их амплитуд заложена информа"о ция о коэффициенте затухания.oL< ультразвука в среде 1, линейном акустическом размере 1> среды I коэффициентах отражения ультразвуковых волн давления от обеих границ 4 и 5 раздела сред и коэффициентах прохождения волны давления сквозь первую границу 4 раздела в прямом и обратном направлениях:

P< — R, Р; Р Р„

-., е, х Р 1 Р о р где В,  — коэффициенты отражения волны давления на границах 4 и 5 исследуемого участка 1 ткани соответственно;

Р <,, Р << — KO3 HIJHeHTrIr прохождения волны давления сквозь границу 4 в прямом и обратном направлениях соответственно.

Беря отношение комплексных амплитуд давления анализируемых импульсов, по лучаем: йЗ 2О а

iX z3

2.Z 2 Z<, Ец +Е, «Z +Z где — + }1 ц

Zz

ZI2

<2 Zà

Ziz

Zï

2«

1 12

< 2

Zj 2 т — + /ted

Е< 12

Е<<

2< Z

1 + }(Сд 1„) —

Э„2 Z

Zэ 2Г

Z 2«

1+ 3 — а — "1

Z- Э» 1Ъ

23

При известном способе ультразвукового.исследования биологических объектов посредством эхографии на двух где <<<,, Ъ» - длины волн ультразвука в материалах промежуточных слоев

4 и 5 соответственно. При этом учитывается, что коэффициенты отражения и прохождения волн давления выражаются через параметры сред следующим образом: (l""à 1 . 2 и

Й, =.;в,= —; (з)

Z< +Z г Z»+Z

1377712

° . Е, -Z< в, =—

Е»2 +Е<

Е -Е

Ег» +Е2

2 Е, 2 Z »»р

Z

Е2» Е2

27 „ 12

2<»

»2

Zz

Е Е 2

»1

1 +

»2

Е 2

Е,г о"г () — О г(г) °

Z» 2»» — + jtg —

Zrz +»z

1- <2

° (5)

»г

Ег» Е»г

1+ j — tg

Е»

Е«

° 1 1 га fez

=К )1

Л„!

1<г %

4 Е»Е2 (8) 4 Е, 2, 1 „ = — (2п-1); A ° частотах ультразвука предполагается, что l = О (модель "бесконечно-тонких границ раздела"). В этом случае Р, Р2 и К ЯВлЯютсЯ деистВи 5 тельными (положительными или отрицательными) величинами, кроме того, К не зависит от частоты (и от.длины волны) ультразвука. Поэтому„ измерив

12 и отношение PÐ2>

При дополнительном условии знания зависимости oL = М(1) можно найти аб- 25 солютные значения коэффициента ю 2 на каждой частоте.

Однако в общем случае 1<г, 1 /О, тогда как можно видеть из -выражений (2) К является сложной комплексной 30 функцией частоты (длины волны) ультразвука. Поэтому эхографическое измерение отношения модулей комплексных амплитуд давления в выражении (2) на двух частотах ультразвука не позволя"- 35 ет исключить К (как это полагается в, известном способе), поскольку получается система двух уравнений с четырьмя неизвестными, включая различные К. Увеличение числа измерений, т.е. проведение измерений на трех, четырех и т.д. частотах не позволяет решить задачу, так как каждый раз добавляется две неизвестных величины

К (Г;) и М (;), где j = 3,4,5... 45

Следует отметить что конкретная зависимость К () априорно неизвестна, так как неизвестны волновые сопротивления Z,, Z2, Е, Е;2,Zzg соответ " ствующих тканей и толщины l,г и 12З соответствующих слоев.

Однако если учесть, что в реальных условиях мягких тканей организма исследуемое образование всегда находится внутри однородной прилежащей ткани, будучи отграниченным от последней однородным слоем одинаковой толщины (капсула, оболочка и т.п.), то акустические условия упрощаются и определение коэффициента затухания ультразвука в исследуемом участке 1 ткани становится возможным.

В этом случае Е <

<2 23 э

<2 >

В этом случае выражение (2) упрощается

P, R» 1 г г <»р о& ПодСтавляя выражения (5) в уравнение (6) можно найти частные случаи, когда выражение для К становится действенным (для 1, ф 0), т.е. независящим от частоты (длины волны) ультразвука:

1 < и; (и = 1,2,...);

1377712 (9) 30

2 1

2 12 (10) (f<

Поскольку Е,, Z 2, Z > О, а также гм,12

>О, то в случаях (7) и (8) обеспечивается противофаэность волн давления Р„ и Р, а в случае (9) их синфазность. При этом амплитуды

Р, и Р2 являются действительными величинами, согласно (5) и (б).

Следовательно, производя измерения .отношения амплитуд волн давления Р, и Рг, соответствующих отражениям

1 15 ультразвука от передней и задней границ исследуемого участка 1 ткани на некоторых дискретных частотах, удовлетворяющих .условиям (7) и (8) или,, альтернативно, условию (9) можно обеспе- 20 чить условие постоянства К для каждой из установленных частот и тем самым исключить К из получаемых уравнений.

Условия (7) и (8) можно выполнить путем подбора частоты ультразвука до достижения противофазности анализируемых импульсов с амплитудами Р, и

Р2, а условие (9) — подбором частоты до достижения синфазности анализируемых импульсов.

Пример 1. Используя перестраиваемый генератор высокой частоты и широкополосный ультразвуковой преобразователь, вначале получают эхограмму исследуемого биологического объекта на одной из рекомендуемых для конкретных условий исследования унифицированных частот ультразвука.

На этой частоте измеряют. разность 40 фаз эхорадиоимпульсов от передней и задней границ исследуемого участка тканей. Если разность фаз не равна 0 или, то производят перестройку частоты ультразвука, плавно или дис- 45 кретно небольшими ступенями по 5-10% на каждой частоте снова измеряют разность фаз эхорадиоимпульсов. Так поступают до тех пор, пока анализируемые импульсы не будут строго синфазны или противофазны. На полученной таким путем частоте ультразвука из меряют линейный акустический размер исследуемого участка тканей и отношение амплитуд эхорадиоимпульсов от передней и задней границ исследуемого участка. Затем частоту ультразву-. ка изменяют в 2-3 раза и повторяют описанные процедуры. При этом необходимо обеспечить сохранение величины разности фаз импульсов, т.е. при их синфазности на первом этапе измерений - вновь синфазность, при противофазности — противофазность. Это необходимо для сохранения постоянства,К. На полученной таким путем второй частоте ультразвука вновь измеряют линейный акустический размер исследуемого участка тканей (для контроля) и отношение амплитуд эхорадиоимпульсов от передней и задней границ указанного участка. Полученные данные позволяют определить разност .ный коэффициент затухания ультразву;ха в исследуемом участке тканей но следующим формулам:

Р1, г 2(2) 2

= К 1

Р2

Если дополнительно известно, что М2= — oL . f, где о — коэффициент затухания ультразвука в ткани участка 1 на частоте 1 МГц, то можно найти абсолютные значения коэффициентов затухания ультразвука на каждой иэ . выбранных частот:

Формула изобретения

Способ измерения коэффициента затухания ультразвука в биологических тканях путем озвучивания ткани раз" личными частотами, измерения отноше1377712

Составитель Ю. Порецкий

Редактор М, Товтин Техред М.Дидык Корректор М. Максимишинец

Тираж 847 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 864/39

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 ния амплитуд эхоимпульсов от передней и задней границ ткани и вычисления коэффициента затухания ультразвука, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения в многослойных биологических тканях, озвучивание ткани проводят ультразвуком с перестраиваемой частотой, дополнительно измеряют разность фаз эхоимпульсов от передней и задней границ ткани, измерение отношения амплитуд эхоимпульсов произ водят на частотах с разностью фаэ 0 или 180