Способ измерения коэффициента затухания ультразвука в биологических тканях

СОЮЗ СОВЕТСКИСОЦИАЛИСТИЧЕСКРЕСПУБЛИК А 1 29/ 04 КОМИТЕТ СССРЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ГОСУДАРСТВЕН ПО ДЕЛАМ ИЗ НИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ П ательследотутнецдрдиаг стиАляви Ф. Л. Скоультразвука в мосб.: Ультразвук вТезисы докладовПущино, 1981,Юхананов И. Х.б эхографии какной диагностикиская техника,А.А.,й спос енциал Медицин40-4 Чевненко Двухчастотны метод диффе опухолей.- 1971 р В Зф поз"ффислеАВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(46) 29.02.88. Бюл. У 8 (71) Ростовский научно-ис ский онкологический инсти (72) П. О. Липовко-Полови (53) 615.475(088.8) (56) Абдурасулов Д. М, и водство по ультразвуковой ке. - Ташкент, 1969.Фаэылов А. А.,рость и поглощение лочной железе. - В биологии и медицине 5-го симпоэиума.- ",с. 59.(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТАЗАТУХАНИЯ УЛЬТРАЗВУКА В БИОЛОП 4 ЧЕСКИХ ТКАНЯХ(57) Изобретение относится к .спортивной медицине. Цель изобретения - повышение точности измерения в многослойных биологических тканях. Дляэтого озвучивают биологические тканиультразвуком с перестраиваемой частотой, измеряют отношения амплитуд эхоимпульсов от передней и задней границ;,ткани и измеряют разность фаз эхоимпульсов от передней и задней границткани. Вычисляют коэффициент затухания ультразвука. Измерение отношенияамплитуд производят на частотах сразностью фаз 0 или 180 . Способволяет определить разностный коэциент затухания ультразвука в исдуемом участке ткани.ил.Изобретение относится к спортивной медицине,Цель изобретения - повышение точности измерения в многослойных биологических тканях.На чертеже представлена многослойная биологическая ткань.Сущность изобретения заключаетсяв там, что в отличие от существующего способа ультразвукового исследования биологических объектов на двухпроизвольных частотах, в предлагаемом способе эхографическое исследование производят на двух определенип 15частотах ультразвука, когда разностьфаз эхорадиоимпульсов от передней изадней границ исследуемого участкаткани равна 0 йли 6,20Исследуемый участок 1 ткани с вол новым сопротивлением Е находится между прилежащими тканями 2 (волновое. сопротивление 2,) и 3 (волновое соэ. противление Еэ), будучи отграничрн от 25 них соответственно промежуточными слоями 4 (волновое сопротивление Е ) и 5 (волновое сопротивление Е ). Толщины 1, и 1 . слоев 4 и 5 тако-вы, что находятся за пределами разре шающей способности аппаратуры, обеспечивая режим одноимпульсного отражения на границах раздела - слоях 4 и 5 е1 35Падающий на первую границу 4 раздела сред 1 и 2 ультразвуковой импульс давления имеет амплитуду Ро, отраженный от этой границы импульс- амплитуду Р, (комплексную, с учетом 40 сдвига фазы по отношению к падающемуимпульсу). Импульс, прошедший в среду1, при падении на вторую границу 5раздела сред 1 и 3 имеет амплитуду Р,отраженный от этой границы импульс, пройдя в обратном направлении средуи первую границу 4 раздела, имеетФамплитуду Р . Анализируемыми являются импульсы Р, и Р 2, причем в отношении их амплитуд заложена информа 50 ция о коэффициенте затухания.К 2 ультразвука в среде 1, линейном акустическом размере 12 среды 1, коэффициентах отражения ультразвуковых волндавления от обеих границ 4 и 5 раз-. дела сред и коэффициентах прохождения волны давления сквозь первую границу 4 раздела в прямом и обратном направлениях:4где В, Б 2 - коэффициенты отражения волны давления награницах 4 и 5 исследуемого участка 1 ткани соответственНО;1 о , 1)о 6 - коэффиЦиенты пРохождения волны давлениясквозь границу 4 впрямом и обратном направлениях соответственно.Беря отношение комплексных амплитуд давления анализируемых импульсов, по лучаем: Р, Б, 2 МЕ,1Р 2 Б 2оР .о 6 112 12 Э ЬК а гэ Е 1 +2,о 6 Е 2, +Е 2 где 2 н- 1р,Ф т + )22г22221 +22 22 26 К112 122 2- + со2 12Е= 21226 Е1 + ( 12) -ф 12 212 Еэ 2 ГЕэ 261+ - 1 д - 1Е, Эгэ2 ЪПри известном способе ультразвукового исследования биологических объектов посредством эхографии на двух Где12 э1 Э ДЛИНЫ ВОЛН ультразв 7 ка в материалах промежуточных слоев 4 и 5 соответственно. При этом учитывается, что коэффициенты отражения и прохождения волн давления выражаются через параметры сред следующим образом:= -(2 п); частотах ультразвука предполагается,что 1 -- 12 = 0 (модель "бесконечно-тонких границ раздела"). В этомслучае Р Рг и К являются действительными (положительными или отрицательными) величинами, кроме того, Кне зависит от частоты (и от.длиныволны) ультразвука. Поэтому измерив12 и отношение Р,/Рг (достаточно найти его модуль), на двух различныхчастотах ультразвука, Г, и г, мыполуЧаем систему двух уравнений (1)с тремя неизвестными: значениями коэффициента затухания пг/Г, и Кг/Гг 15на двух частотах, ультразвука и значением К. Разделив одно уравнение надругое можно исключить К и найти разностный коэффициент затухания ультразвука: 20 При дополнительном условии знаниязависимости Ы = М( Г) можно найти абсолютные значения коэффициента ФЕ 2на каждойчастоте.Однако в общем случае 1 г, 1 /О,тогда как можно видеть из -выражений(2) К является сложной комплексной 30функцией частоты (длины волны) ультразвука. Поэтому эхографическое измерение отношения модулей комплексныхамплитуд давления в выражении (2) надвух частотах ультразвука не позволя" 35ет 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 позволяетрешить задачу, так как каждый раз добавляется две неизвестных величиныК (Г;) и М (;) где . =3,4,545Следует отметить что конкретная зависимость К (Г) априорно неизвестна,так как неизвестны волновые сопротивления 2 Ег, 2 , 2;г ,22 соответ"ствующих тканей и толщины 1,2 и 1 гзсоответствующих слоев,Однако если учесть, что в реальных условиях мягких тканей организмаисследуемое образование всегда находится внутри однородной прилежащейткани, будучи отграниченным от последней однородным слоем одинаковойтолщины (капсула, оболочка и т,п.),то акустические условия упрощаются и определение коэффициента затуханияультразвука в исследуемом участке 1ткани становится возможным,1 пучае 1 = 1 1 3 э 2 23 э Тогда согласно выражениямВ этом случае выражение (2) упрощается 11 одСтавляя выражения (5) в уравнение (6) можно найти частные случаи, когда выражение для К становится действенным (для 1,0), т.е. независящим от частоты (длины волны) ультразвука:Ф1377712 К -аИЛ 2 1 2 12 Если дополнительн - Ы. Г, где Ыхания ультразвука на частоте 1 МГц, абсолютные значен звестно, что М=эффициент эатуткани участка 1 можно нантиоэффициентовна каждой иэ . затухания ультра выбранных частот 5 бретения а 55 Способ из тухания ульт тканях путем личными частрения коэффициен звука в биологич озвучивания тк тами, измерени ноше Поскольку Е 2, Е, ) О, а также.отношения амплитуд волн давления Р,и Р, соответствующих отражениям15ультразвука от передней и задней границ исследуемого участка 1 ткани нанекоторых дискретных частотах, удовлетворяющих .условиям (7) и (8) илиальтернативно, условию (9) можно обеспечить условие постоянства К для каждойиз установленных частот и тем самымисключить К из получаемых уравнений.Условия (7) и (8) можно выполнить путем подбора частоты ультразвука додостижения противофазности анализируемых импульсов с амплитудами Р, иР, а условие (9) - подбором частотыдо достижения синфазности анализируемых импульсов. 30 П р и м е р 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 фаз эхорадиоимпульсов от передней и задней границ исследуемого участка тканей. Если разность фаз не равна О или, то производят перестройку частоты ультразвука, плавно или дискретно небольшими ступенями по 5-1 ОХ 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 ультразвука 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 разностный коэффициент затухания ультразвуисследуемом участке тканей ноующим формулам;1377712 ния амплитуд эхоимпульсов от передней и задней границ ткани и вычисления коэффициента затухания ультразвука, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью повышения точности измерения в многослойных биологическихтканях, озвучивание ткани проводят Составитель Ю. ПорецкийМ. Товтин Техред М.Дидык Корректор М. Максимишин Редак Заказ 864/39 Подписноевенного комитета СССРретений и открытий35, Раушская наб., д./5 роизводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород,оектная, 4 Тираж 847 ВНИИПИ Государ по делам из 113035, Москва, Жультразвуком с перестраиваемой частотой, дополнительно измеряют разность фаз эхоимпульсов от переднейи задней границ ткани, измерение отношения амплитуд эхоимпульсов произ"водят на частотах с разностью фаэ 0или 180