К возможности применения параметрических излучателей в приборах медицинской ультразвуковой диагностики Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

МИС-98

III. Ультразвуковые и акустические приборы в медико-биологической практике

УДК 615.47.616:534.222.2

К ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ПАРАМЕТРИЧЕСКИХ ИЗЛУЧАТЕЛЕЙ В ПРИБОРАХ МЕДИЦИНСКОЙ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ДИАГНОСТИКИ

Ю.В. Душенин, Д.Ш. Нагучев, М.С. Рыбачек

Таганрогский государственный радиотехнический университет, кафедра ЭГА и МТ; 347922, Россия, Таганрог, Некрасовский, 44; тел./факс: (86344)6 - 17 - 95; E-mail: fep@tsure,ru.

Развитие средств ультразвуковой медицинской диагностики состояния структуры тканей и внутренних органов человека идет в основном по пути повышения достоверности диагностики за счет использования контроля на нескольких частотах с помощью датчиков с электронной фокусировкой луча для достижения высокой разрешающей способности. Параметрические излучатели звука (ПИ) в значительной мере объединяют эти возможности в одном устройстве и успешно применяются в гидроакустике для структурной диагностики донных осадков [1], которые по своим акустическим параметрам близки с биологическими структурами (высокое затухание, большая структурная неоднородность) [2].

В предлагаемой работе рассматриваются возможности использования ПИ в медицинской ультразвуковой эходиагностике.

Предварительные расчеты энергетической дальности параметрического эхоскопа выполненные по соотношениям [1], показывают, что достижение принятой в медицине глубины зондирования 200 - 240 мм может быть обеспечено при интенсивностях излучений ультразвуковых волн накачки > 4 Вт/см2, что значительно превышает стандартный порог интенсивности, не более 0,1 Вт/см2, установленный для приборов медицинской ультразвуковой диагностики.

В тоже время анализ выражений для расчета характеристик ПИ проведенный ранее [3] показал, что энергетическая эффективность ПИ в значительной мере может быть повышена выбором соответствующих параметров среды взаимодействия, таких как параметр нелинейности е и скорость распространения акустических колебаний c0. Это позволяет предложить использовать согласующую среду с необходимыми параметрами е и c0 для формирования характеристик ПИ, образующего на ее выходе «мнимый линейный» источник со стандартной пороговой интенсивностью излучения на границе раздела с биологической средой.

Методы ввода колебаний через согласующие призмы, с так называемой акустической задержкой, широко применяются в датчиках ультразвуковых дефектоскопов [4]. Поэтому используя методы расчета энергетических характеристик ультразвуковых дефектоскопов с наклонными датчиками и с учетом закономерностей формирования характеристик ПИ [3], получим выражение для расчета энергетической дальности медицинского ультразвукового эхоскопа с параметрическим излучающим трактом для произвольного угла ввода колебаний в биологическую среду. Выражение для расчета амплитуды давления эхосигнала на входе параметрического медицинского ультразвукового эхоскопа имеет следующий вид:

Известия ТРТУ

е¥2Г X

Р =---------і (В; у)-

эс 8 А с0

У Б Ща)

і „п ^ отр V '

ґ 008/Л

2 бс+2 оП-----I

V со8ау

Я (®) х

4ж

х ехр

- 2(0,5 8, 2о + 8бс 2бс)

где Б - разностная (рабочая) частота; р0 - плотность согласующей среды; W(a) - коэффициент прохождения по энергии; 70 и 50 , zбс и 8 бс - расстояние и коэффициент затухания для согласующей среды и биологической среды соответственно; п= с0 / сбс - отношение скоростей звука в согласующей и биологической средах; уно и упр - коэффициент концентрации в режимах излучения на частотах накачки и приема на разностной частоте, соответственно; а и р - углы ввода и прохождения колебаний; Я(© ) - диаграмма направленности для «мнимого линейного» источника излучения; 8отр - площадь отражающей поверхности; I (В; у) -интегральная экспоненциальная функция, описывающая распределение поля ПИ звука [3].

Результаты расчетов и модельные экспериментальные исследования показывают, что если в качестве согласующей среды выбрать селиконовое масло (е = 12 - 18, р0 = 1060 кг/м3, с0 = 980 м/с, диаметр преобразователя исходного датчика 18 мм, средняя частота накачки 4,5 МГц, разностная частота 1,5 МГц , SоTp = 2Л_), то можно обеспечить энергетическую дальность порядка 240 мм при отношении сигнал/шум не менее 10, даже при локации через структуры, по своим акустическим параметрам аналогичным костно-черепным.

При этом согласующая среда выполнена в виде акустической кюветы -насадки длиной 70 = 50 мм, к многочастотному датчику изготовленному по методике описанной в [5], обеспечивающего излучение частот накачки на третьей гармонике, а высокочувствительный прием волны разностной частоты на первой гармонике.

Результаты приведенных исследований показывают возможность практического применения параметрических излучателей в приборах ультразвуковой медицинской эхо диагностики при использовании согласующего слоя и решении задачи высоконаправленного приема колебаний на разностной частоте.

ЛИТЕРАТУРА

2

1. Новиков Б.К., Тимошенко В.И. Параметрические антенны в гидролокации. Л.: Судостроение, 1990, 256 с.

2. Домаркас В.Й., Пилецкас Э.Л. Ультразвуковая эхоскопия. Л.: Машиностроение, Ленингр. отделение, 1988, 276 с.

3. Душенин Ю.В., Душенина И.Б., Рыбачек М.С. Исследование характеристик параметрического излучателя в донных осадках в лабораторных условиях. Прикладная акустика, вып. XIII, Таганрог, ТРТИ, 1988, с.68 - 73, Деп. в ВИНИТИ 28.12.1988, №9108 - В 88.

4. Ермолов И.Н. Теория и практика ультразвукового контроля. М.: Машиностроение, 1981, 240 с.

5. Душенин Ю.В., Рыбачек М.С. Многочастотный ультразвуковой датчик для аппаратуры медицинской диагностики., Медицинские информационные системы. Межведомственный тематический научный сборник, вып. 5, Таганрог, ТРТУ, 1995, с. 23 -25.