Нелинейные и дифракционные эффекты в импульсных системах ультразвуковой диагностики (1104077), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Расчет предсказывал усиление по амплитуде в 2.7 раза для даннойсистемы, однако в эксперименте было получено несколько меньшее усиление –в 2.3 раза, что было обусловлено, как мы предполагаем, некоторойнепараллельностью пластин, которая приводила к занижению регистрируемойамплитуды многократно переотраженных импульсов.
Также дополнительнуюпогрешность вносит и дифракция, которая не была учтена при расчете. В § 4.9приводится качественный анализ данных погрешностей и обсуждается ихвлияние на результаты.20В заключении диссертационной работы приводятся основные результатыи выводы.ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ1. Для исследования нелинейных режимов ультразвуковой диагностикиразработанипрограммнореализованновыйчисленныйалгоритм,позволяющий моделировать трехмерные импульсные ультразвуковые пучкипроизвольной геометрии в нелинейной среде с произвольным закономпоглощения от частоты. Численная модель основана на решении уравненияХохлова-Заболотской,модифицированномнаслучайпроизвольнойчастотной зависимости поглощения в среде распространения.2. Сиспользованиемсозданногопрограммногопакетапроведеноисследование распространения короткого акустического импульса внелинейной среде типа биологической ткани с линейным и квадратичнымпо частоте поглощением.Показано, что при проведении расчётов сиспользованием квадратичного закона поглощения для используемых напрактике режимов диагностических устройств уровень второй гармоникизанижается более чем на 20%, а уровни высших гармоник могут бытьнедооценены в несколько раз, т.е.
правильный учёт закона поглощенияявляется принципиально важным при моделировании нелинейных эффектовв диагностике.3. Численно исследованы поля широко применяемых в медицинской практикедиагностических ультразвуковых сканеров с прямоугольной излучающейобластью, работающих в режиме визуализации по второй гармонике.Показано, что режим с использованием высших гармоник позволяетулучшить качество визуализации тканей.Преимущества такого подходазаключаются в отсутствии сигналов ближнего поля, снижении уровнябоковых лепестков, а также в образовании более узкой, плавной и длиннойфокальнойобласти.Показано,21чторассчитанныепараметрыультразвуковых полей с высокой точностью совпадают с результатамиэкспериментов, проведенных разработчиками фирмы Philips, что позволяетсделать важный вывод о том, что разработанная модель может бытьиспользована для расчета параметров безопасности при сертификациидиагностических ультразвуковых машин.4.
Для эффективного расчета диагностических систем, работающих влинейном режиме, разработаны три различных численных алгоритма исозданыпрограммныеакустических полей.модулидлямоделированияимпульсныхАлгоритмы основаны на методе интеграла Рэлея,методе параболического уравнения и методе интегрирования по дугам дляплоских излучателей.
Проведено сравнение методов и выявлена областьприменимостипараболическогоприближениясоздаваемыхпреобразователямиприсовременныханализеполей,ультразвуковыхдиагностических систем.5. Предложен и теоретически обоснован метод нестационарной акустическойголографии.На основе нестационарного интеграла Рэлея реализованчисленныйалгоритм,позволяющийвосстанавливатьколебанияимпульсного излучателя по результатам измерения формы акустическойволны вдоль участка поверхности, расположенного перед источником.Исследовано влияние шага и размера области голограммы на качествовосстановления колебаний импульсного ультразвукового излучателя, ипостроенпрограммныймодуль,позволяющийвычислятьуказанных параметров, обеспечивающих заданную точность.значенияПроведендемонстрационный эксперимент по восстановлению колебаний плоскогокруглого диагностического датчика.6.
Предложен метод компрессии акустических импульсов, основанный наиспользовании инвариантности недиссипативных акустических системотносительноизменениязнакавремени.Методзаключаетсявиспользовании дисперсии, возникающей при отражении акустического22импульса от многослойной структуры.На основе метода передаточныхматриц реализована численная модель, описывающая распространениеодномерного импульса в плоскослоистой среде.Разработан алгоритмпостроения эффективных многослойных компрессирующих структур, атакже рассчитаны соответствующие коэффициенты усиления.7. Созданаэкспериментальнаяинтенсивныхимпульсовсустановкадляиспользованиемполучениякороткихпредложенногометодакомпрессии. Результаты экспериментов подтвердили, что предложенныйметодпозволяетдобитьсясущественногоукороченияиусиленияультразвукового импульса при отражении от многослойной структуры врежиме плоской волны.С использованием структуры в виде наборасапфировых пластин, расположенных в воде, достигнуты уменьшениедлительности импульса (по уровню e-1) в 9 раз и усиление импульса поамплитуде в 2.3 раза, что находится в хорошем соответствии с результатамирасчета.Эффект компрессии ультразвуковых импульсов подтвержденнаблюдениями теневых картин с помощью импульсной шлирен-системыоптической визуализации.СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ1.
О.А. Сапожников,акустическаяА.Е. Пономарев,голографиядляМ.А. Смагин,реконструкцииНестационарнаяколебательнойскоростиповерхности акустических излучателей, Акуст. журн, 2006, т. 52, №3, с. 385392.2. В.А. Хохлова, А.Е. Пономарев, М.А. Аверкью, Л.А. Крам, Нелинейныеимпульсныеполяпрямоугольныхфокусированныхисточниковдиагностического ультразвука, Акуст. журн, 2006, т. 52, №4, с. 560-570.3. А.Е. Пономарев,С.И. Булатицкий,О.А. Сапожников,Компрессияиусиление ультразвукового импульса, отраженного от одномерной слоистойструктуры, Акуст.
журн, 2007, т. 53, №2, с.157-167.234. А.Е. Пономарёв,М.А. Смагин,С.И. Булатицкий,О.А. Сапожников,Временное обращение волн в задачах компрессии импульсов и нестационарнойакустической голографии, – В сб. «Акустика неоднородных сред», под ред.С.А. Рыбака, М., 2005, с. 69-89.5. В.А. Хохлова, О.А. Сапожников, А.Е.
Пономарёв, О.В. Руденко, Численноемоделирование нелинейных и дифракционных эффектов в звуковых пучках. –В сб. «Нелинейные волны в средах с поглощением и дисперсией.Методическое пособие кафедры акустики», под ред. А.И. Коробова, М.:Физический факультет МГУ, 2006, с. 53-81.6. А.Е. Пономарев,ЭкспериментальноеЮ.А. Пищальников,исследованиеО.А. Сапожников,зависимостиполнойТ.В. Синило,мощностифокусированного акустического пучка от расстояния в условиях проявлениянелинейных эффектов, Труды VII Всероссийской школы-семинара «Волновыеявления в неоднородных средах», Красновидово, 22-28 мая, 2000, т.1, с.
36-38.7. А.Е. Пономарев, В.А. Хохлова, О.А. Сапожников, Задача акустическогопрактикума «Численное моделирование нелинейных и дифракционныхэффектов в звуковых пучках», Физическая акустика. Распространение идифракция звука. Сборник трудов X сессии Российского акустическогообщества, т.1, с. 13-16,- М.: ГЕОС, 2000.8. T.V. Sinilo, A.E.
Ponomarev, O.A. Sapozhnikov, V.A. Khokhlova, SpatialDependence of the Total Power of an Ultrasound Beam in the Presence of AcousticNonlinearity and Diffraction, "Progress in Nonlinear Science", Proceedings of theInternational Conference dedicated to the 100th Anniversary of A.A. Andronov(Institute of Applied Physics RAS and University of Nizhny Novgorod, 2002), v.2,pp. 545-549.9.
А.Е. Пономарев,О.А. Сапожников,Т.В. Синило,В.А. Хохлова,Исследование зависимости полной мощности ультразвукового пучка отрасстояния в условиях проявления эффектов акустической нелинейности и24дифракции, Сборник трудов XI сессии Российского акустического общества,Москва, ноябрь 19-23, 2001, т.1, с. 218-221.10. V.G. Andreev, A.E. Ponomarev, A.A. Karabutov, A.A. Oraevsky, Detection ofOptoacoustic Transients with a Rectangular Transducer of Finite Dimensions,Proceedings of the SPIE 2002, Conference, Biomedical Optoacoustics III, San Jose,California, USA, v.4618, pp. 153-162.11.
V.A. Khokhlova, M.A. Averkiou, A.E. Ponomarev, L.A. Crum, Generation ofNonlinear Signals by Rectangular Ultrasound Sources in Biological Media, Abstracts16th International Symposium on Nonlinear Acoustics, Moscow, Russia, August 1923, 2002, p.26.12. V.A. Khokhlova, A.E. Ponomarev, M.A. Averkiou, L.A. Crum., Effect ofabsorption on nonlinear propagation of short ultrasound pulses generated byrectangular transducers. , J. Acoust.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
