Статья

Название статьи ПРИМЕНЕНИЕ ИТЕРАЦИОННЫХ МЕТОДОВ РЕКОНСТРУКТИВНОЙ ТОМОГРАФИИ ДЛЯ ЦЕЛЕЙ АКУСТИЧЕСКОЙ ВИЗУАЛИЗАЦИИ
Автор А. Ю. Вареникова
Рубрика РАЗДЕЛ II. МЕТОДЫ И ПРИБОРЫ В МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКОЙ ПРАКТИКЕ
Месяц, год 06, 2018
Индекс УДК 534.7
DOI
Аннотация Рассмотрены вопросы применения методов реконструктивной томографии для восстановления структурных характеристик слоистого биологического объекта. Приведены особенности реализации интегральных (аналитических) и итерационных методов обработки томографических данных. Отмечены преимущества и недостатки каждой группы методов. Показано, что итерационные методы реконструктивной томографии обладают рядом преимуществ при исследовании биологического объекта в сравнении с интегральными методами. Представлен математический аппарат итерационных методов реконструктивной томографии. Приведены отличия различных модификаций данной группы методов. В частности, отражено, что мультипликативная модификация алгебраических методов (MART) позволяет получить наиболее информативные данные о распределении структурных характеристик на границах слоистого биологического объекта. Рассматривается решение прямой задачи акустической томографии. В качестве информативной характеристики предложен нелинейный параметр, обладающий большей чувствительностью к структурным изменениям объекта, слои которого обладают близкими значениями акустического импеданса. Представлена математическая модель метода восстановления распределения нелинейного параметра. Данная модель основана на уравнении для простой волны и функции точечного источника. Получены математические выражения для определения значения нелинейного параметра второго порядка в точке исследуемого объекта на основе восстановления распределения амплитуды колебательной скорости второй гармоники ультразвуковой волны. С учетом математической модели метода определения значений нелинейного параметра в точке среды было получено распределение добавок к колебательной скорости для слоистого биологического объекта. Описана структура исследуемого объекта. На основе полученных данных показан процесс получения проекций, реализуемый с помощью алгебраических методов реконструкции (ART).

Скачать в PDF

Ключевые слова Акустическая томография; прямая и обратная задачи реконструктивной томографии; интегральные и итерационные методы реконструктивной томографии; нелинейный параметр.
Библиографический список 1. Буров В.А., Шмелев А.А. Численное и физическое моделирование процесса томографирования на основе акустических нелинейных эффектов третьего порядка // Акустический журнал. – 2009. – Т. 55, № 4-5. – С. 466-480.
2. Чернов Н.Н., Заграй Н.П., Лагута М.В. Вареникова А.Ю. Appearance and Propagation of Higher Harmonics of Acoustic Signals in the Nonlinear Media // Journal of Physics: Conference Series. – 2018. – Vol. 1015 (3). – 032081.
3. Вареникова А.Ю., Чернов Н.Н. Математическое моделирование метода определения нелинейного параметра в биообъекте для целей визуализации // Фундаментальные основы, теория, методы и средства измерений, контроля и диагностики: Материалы 19-ой Междунар. молод. науч.-практ. конф., г. Новочеркасск, 27-28 февр. 2018 г. Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) им. М.И. Платова.
– Новочеркасск: Лик, 2018. – 404 с.
4. Чернов Н.Н., Лагута М.В., Вареникова А.Ю. Research of appearance and propagation of higher harmonics of acoustic signals in the nonlinear media // Journal of Pharmaceutical Sciences and Research. – No. 9 (11). – C. 2241-2246.
5. Вареникова А.Ю. Чернов Н.Н. Исследование влияния объемных параметров нелинейной биологической среды на распределение колебательной скорости частиц среды // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2017. – № 8 (193). – C. 99-107.
6. Вареникова А.Ю. Чернов Н.Н. Ультразвуковые томографы для диагностики переломов и внутренних кровотечений // Системы обеспечения техносферной безопасности: Материалы IV Всероссийской конференции и школы для молодых ученых (c международным участием) (Таганрог, Россия, 11-15 сентября 2017 г.). – Таганрог: ЮФУ, 2017. – 271 с.
7. Преображенский С.В., Преображенский В.Л., Перно Ф., Бу Матар О. Диагностика неоднородности нелинейного параметра акустической среды с помощью обращения волнового фронта ультразвука // Акустический журнал. – 2008. – Т. 54, № 1. – C. 20-25.
8. Буров В.А., Зотов Д.И., Румянцева О.Д. Восстановление пространственных распределений скорости звука и поглощения в мягких биотканях по модельным данным ультразвукового томографирования // Акустический журнал. – 2014. – T. .60, № 4. – C. 443-456.
9. Руденко О.В. Нелинейные волны: некоторые биомедицинские приложения // Успехи физических наук. – 2007. – T. 177, № 4. – C. 374-383.
10. Терещенко С.А. Методы вычислительной томографии. – М.: Физматлит, 2004. – 320 с.
11. Хермен Г. Восстановление изображений по проекциям: Основы реконструктивной томографии: пер. с англ. – М.: Мир, 1983. – 352 с.
12. Демин И.Ю., Прончатов-Рубцов Н.В. Современные акустические методы исследований в биологии и медицине: учебно-методические материалы по программе повышения квалификации «Хранение и обработка информации в биологических системах». – Нижний Новгород: Изд-во ННГУ 2007. – 121 с.
13. Буров В.А., Гуренович И.Е., Руденко О.В., Табунов Е.Я. Реконструкция пространственного распределения параметра нелинейности и скорости звука в акустической нелинейной томографии // Акустический журнал. – 1994. – Т. 40, № 6. – С. 922-929.
14. Применение ультразвука в медицине / под ред. К. Хилла: пер. с англ. / под ред.
Л.Р. Гаврилова, В.А. Хохловой, О.А. Сапожникова. – М.: Физматлит, 2008
15. Мюллер Р.К., Кавех М., Уэйд Г. Реконструктивная томография и ее применение в ультразвуковой технике // ТИИЭР. – 1979. – Т. 67, № 4. – C. 146-169.
16. Руденко О.В., Солуян С.И. Теоретические основы нелинейной акустики. – М.: Изд-во Наука. 1975. – 288 с.
17. Руденко О.В. Нелинейные волны: некоторые биомедицинские приложения // Успехи физических наук. – 2007. – T. 177, № 4. – C. 374-383.
18. Gong X, Liu X., Zhang D. Study of third-order nonlinear parameter C/A for biological specimens // Nonlinear Acoustics – Fundamental and Applications (Proceedings of 18th International Symposium on Nonlinear Acoustics) / Ed. Enflo B.O., Hedberg C.M., and Kari L, Melville, New York: American Institute of Physics, 2008, – P. 444-447.
19. Kim D.Y., Lee J.S., Kwon S.J., Song T.K. Ultrasound second harmonic imaging with a weighted chirp signal // IEEE Ultrasonics symposium. – 2001. – P. 1477-1480.
20. Буров В.А., Евтухов С.Н., Ткачева А.М., Румянцева О.Д. Акустическая томография нелинейного параметра с помощью малого числа преобразователей // Акустический журнал. – 2006. – T. 52, № 6. – C. 760-776.

Comments are closed.