Генерация и распространение сдвиговых волн в резиноподобных средах с неоднородностями сдвигового модуля (1102722)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТим. М. В. ЛОМОНОСОВАФизический факультетНа правах рукописиУДК 534.2Ведерников Андрей ВалерьевичГЕНЕРАЦИЯ И РАСПРОСТРАНЕНИЕСДВИГОВЫХ ВОЛН В РЕЗИНОПОДОБНЫХСРЕДАХ С НЕОДНОРОДНОСТЯМИСДВИГОВОГО МОДУЛЯ( 01.04.06 – акустика )Авторефератдиссертации на соискание ученой степеникандидата физико-математических наукМосква − 2007Работа выполнена на кафедре акустики физического факультета Московскогогосударственного университета им. М. В.

Ломоносова.Научный руководитель:Кандидат физико-математических наук,В. Г. АндреевОфициальные оппоненты: Доктор физико-математических наук,А. А. КарабутовКандидат физико-математических наук,Г. А. МаксимовВедущая организация:Акустический Институтим. академика Н. Н. АндрееваЗащита диссертации состоится17 мая2007 года в 16 часов назаседании Диссертационного Совета Д 501.001.67 в МГУ им. М. В. Ломоносовапо адресу: 119992, г. Москва, ГСП, Ленинские Горы, МГУ, физическийфакультет, ауд. им.

Р.В.Хохлова .С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке физическогофакультета МГУ им. М. В. Ломоносова.Автореферат разослан « 13» апреляУченыйсекретарьДиссертационного Совета Д 501.001.67кандидат физико-математических наук22007 г.А. Ф.

КоролевОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность работы:Резиноподобными средами называют эластичные материалы, способныеиспытывать значительные упругие деформации без нарушения внутреннейструктуры при приложении сравнительно небольших механическихнапряжений. К резиноподобным материалам относятся резины, полимеры, атакже мягкие биологические ткани. Большую практическую значимость дляцелей медицинской диагностики имеет проблема измерения упругих модулеймягких биологических тканей, и в частности, задача локального измерениянеоднородностей модуля упругости. В ряде экспериментальных работ былопоказано, что многие злокачественные новообразования в организме сильноотличаются по своим упругим свойствам от окружающей здоровой ткани[A.P.Sarvazyan et al., Acoustical Imaging, v.

21, pp. 223 – 240 (1995)]. Этот фактиспользуется медиками при проведении пальпации, когда участки телапациента прощупываются пальцами врача. Новообразования, кажущиеся болеежесткими и лежащие недалеко от поверхности тела, могли быть достаточнолегко обнаружены. Упругой характеристикой среды, отвечающей за ее"жесткость" является модуль сдвига.

Модуль сдвига в резиноподобных средахможет быть измерен с помощью сдвиговых волн, возбужденных внутрирезиноподобной среды с помощью сфокусированного ультразвука. Сдвиговаяволна генерируется при поглощении импульса ультразвуковой волны в областифокальной перетяжки пучка. Если интенсивность исходной волны имеетимпульсно – периодическую модуляцию, тогда фокальная область становитсяисточником распространяющихся сдвиговых волн. Скорость распространениятакой волны в мягких тканях организма определяется локальным модулемсдвига, и поэтому несет в себе диагностическую информацию о егопространственном распределении.Предложенный метод измерения сдвигового модуля может бытьиспользован для контроля температуры и степени коагуляции ткани припроведении процедур ультразвуковой хирургии. Сдвиговый модуль мягкихбиологических тканей существенно зависит от температуры.

При проведенииультразвуковой хирургии область с патологией нагревается ультразвуком дотемператур порядка 80 – 90 град. Цельсия. При термическом воздействииизменяется модуль сдвига как за счет нагрева, так и за счет измененияструктуры ткани и коагуляции белков. Скорость сдвиговой волны, проходящейчерез неоднородное распределение сдвигового модуля, вызванное нагревом,3будет изменяться, в соответствии с величиной модуля.

Измеряя время приходасдвиговой волны в точку наблюдения, можно получить информацию ораспределении температуры по пути, пройденному волной.Длительность и амплитуда генерируемой сдвиговой волны зависят отвеличины модуля сдвига в области генерации. Поэтому изменения в профилесдвиговой волны, которая генерировалась в области с неоднородностью модулясдвига, содержат информацию о самих неоднородностях. Такуюнеоднородность можно создать путем нагрева. Так нагрев в образце происходитпри поглощении мощной ультразвуковой волны, после чего преобразовательизлучает короткий импульс, за счет которого в той же области гдепроизводился нагрев, возбуждается сдвиговая волна.

По амплитудегенерируемой таким способом сдвиговой волны можно измерять модуль сдвиганагретой ткани и осуществлять контроль температуры. Таким образом,величина модуля сдвига, измеренная путем возбуждения сдвиговой волны вобласти нагрева и ее дальнейшего детектирования, позволяет судить о степенинагрева, непосредственно в области воздействия ультразвука на окружающуюткань.Цель работы:1. Исследование процесса генерации и распространения сдвиговых волн,создаваемых с помощью сфокусированного ультразвукового пучка врезиноподобной среде с неоднородностью сдвигового модуля, с цельюопределения положения, размеров, а также величины сдвигового модулянеоднородностей.2.

Демонстрация работоспособности предложенной методики для целеймедицинской диагностики при ее применении на стандартной аппаратуреультразвуковой визуализации и хирургии.3. Исследование процесса распространения сдвиговой волны в среде,содержащей неоднородность сдвигового модуля, вызванную локальнымнагревом среды, с целью контроля температуры в области нагрева.4. Анализ генерации сдвиговой волны в фокальной областиультразвукового пучка с учетом нагрева среды, вызванного поглощениемэнергии ультразвуковой волны.Научная новизна работы:1.

Впервые выполнены измерения сдвигового модуля упругости воднородной резиноподобной среде с помощью возбуждения сдвиговых волнсфокусированным ультразвуковым пьезопреобразователем и их последующей4регистрацией по рассеянию пробной ультразвуковой волны. Таким образом,была продемонстрирована принципиальная возможность дистанционногоопределения распределения сдвигового модуля в оптически непрозрачныхрезиноподобных материалах.

Предложенная методика была реализована нафантомах биологической ткани с использованием приборов стандартнойультразвуковой визуализации и терапии. Была продемонстрированапринципиальная возможность ее использования для целей медицинскойдиагностики2. Предложена и реализована методика определения положения иразмеров неоднородностей сдвигового модуля, находящихся в однороднойрезиноподобной среде. Получены оценки точности метода и сформулированыусловия его применимости. Показана принципиальная возможностьлокализации неоднородностей с размерами порядка миллиметров.3.

Проведен анализ генерации и распространения сдвиговых волн внагретой резиноподобной среде с известной зависимостью сдвигового модуляот температуры. Предложена и реализована методика измерения температуры вобласти, нагреваемой мощным фокусированным ультразвуком по формесдвиговых волн, возбуждаемых зондирующими импульсами. Принципиальнымпреимуществом предложенной методики является использование одного и тогоже ультразвукового пьезопреобразователя, но работающего в разных режимах.Это позволяет обеспечить локальность проведения измерений нагрева приультразвуковом воздействии.4.

Впервые предложена и разработана методика контроля температуры вфокальной области ультразвукового пьезопреобразователя с размерами порядкамиллиметров. Метод основан на измерении задержки зондирующих импульсов,проходящих через нагретую область в поперечном направлении.Работоспособность метода продемонстрирована в экспериментах сполимерными образцами, нагреваемыми до температур порядка 60 – 80градусов Цельсия, что типично для режимов, используемых в ультразвуковойтерапии.Научная и практическая значимость работы:Представленные результаты по генерации и детектированию сдвиговыхволн в резиноподобных средах показывают возможность измерениямелкомасштабных неоднородностей сдвигового модуля упругости врезиноподобных средах. Методика измерения сдвиговой упругости, развитая вработе, может быть использована в качестве дополняющей или альтернативнойметодике ультразвукового исследования для обнаружения разного рода5патологий в мягких биологических тканях, упругие свойства которых сильноотличаются от свойств здоровой окружающей ткани.

Такой метод также можетбыть применим в материаловедении для измерения упругих свойств резин и имподобных материалов.Измерение модуля сдвига с помощью предложенной методики возможно сиспользованием уже существующих приборов ультразвуковой терапии идиагностики, что очень важно для практического применения.Полученные результаты по генерации и распространению сдвиговых волнв средах с тепловой неоднородностью модуля сдвига могут быть примененыпри проведении процедур ультразвуковой хирургии для контроля температурыи термических изменений нагреваемой ткани. Особенностью предложенногометода контроля температуры по форме сдвигового импульса являетсяиспользование одного и того же пьезопреобразователя для нагрева среды ивозбуждения волн сдвига.Положения, выносимые на защиту:1.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов диссертации