Документ взят из кэша поисковой машины. Адрес оригинального документа : http://acoustics.phys.msu.su/teachers/burov_files/11.htm
Дата изменения: Fri Oct 19 15:45:07 2007
Дата индексирования: Mon Oct 1 20:10:05 2012
Кодировка: Windows-1251

<< Медицинская ультразвуковая томография

Ультразвуковой медицинский томограф (маммограф)

В настоящее время разработан и находится в стадии изготовления ультразвуковой медицинский томограф (маммограф) оригинальной конструкции, предназначенный, в первую очередь, для ранней диагностики доброкачественных и злокачественных заболеваний молочной железы. Приемоизлучающие преобразователи расположены на антенном кольце и имеют специальным образом подобранное нерегулярное расположение. В этом случае, в сочетании с дискретным вращением антенной решетки, 26 приемоизлучающих преобразователей обеспечивают объем данных рассеяния, равнозначный объему данных от 256 неподвижных приемоизлучающих преобразователей. Ведется сотрудничество с Институтом проблем управления РАН и другими научно-исследовательскими организациями. В мире имеется несколько групп, ведущих разработку томографов подобного типа (в первую очередь, это группа в США). На изобретение получен Патент:

Пархоменко П.П., Каравай М.Ф., Сухов Е.Г., Фалеев Б.А., Дмитриев О.В., Дроздов С.А., Комаров О.В., Бабин Л.В., Попов А.С., Буров В.А., Раттэль М.И., Бобов К.Н., Конюшкин А.Л., Румянцева О.Д. Ультразвуковой томограф и кольцевая антенная решетка для ультразвукового томографа // Патент на изобретение ? 2145797. Приоритет от 23.06.1999. Москва, 2000.

Для получения двумерного изображения томографируемого органа и его количественных характеристик разработана следующая методика. При ультразвуковой диагностике малоразмерных новообразований биотканей на самой ранней стадии эффективным путем устранения искажающего влияния контрастных или крупных неоднородностей биологической среды являются итерационные методы. Предлагается простой подход, в котором достаточно двух шагов итераций, приводящих к эффективной фокусировке антенны томографа. На первом шаге посредством времяпролетного алгоритма восстанавливается неизвестное распределение по рассеивателю крупномасштабных неоднородностей скорости звука и поглощения, размер которых превышает несколько длин волн. За счет этого на втором шаге достигается высокая точность восстановления тонкой структуры рассеивателя (т.е деталей с размером от нескольких десятых долей длины волны до нескольких длин волн) на уже оцененном неоднородном крупномасштабном фоне:

  1. Буров В.А., Румянцева О.Д. "Линеаризованная обратная задача рассеяния в монохроматическом и импульсном режимах". Акустич. журн. Москва, Изд-во "Наука", 1994, Т.40, N 1, С.41-49.
  2. Буров В.А., Сергеев С.Н., Румянцева О.Д. Акустическая томография в медицине. Биомедицинская радиоэлектроника. 2000. ? 3, с.61-66.
  3. Буров В.А., Гришина И.М., Лапшенкина О.И., Морозов С.А., Румянцева О.Д., Сухов Е.Г. Восстановление тонкой структуры акустического рассеивателя на фоне искажающего влияния его крупномасштабных составляющих // Акустич. журн. 2003, т.49, ?6, с.738-750.

В качестве альтернативы двухшаговому алгоритму рассматривается возможность одновременного восстановления как крупномасштабной, так и тонкой структуры рассеивателя в неитерационном алгоритме Новикова-Гриневича. Этот алгоритм, основанный на функционально-аналитическом подходе к решению обратных задач рассеяния, восстанавливает в явном виде двумерные акустические рефракционно-поглощающие рассеиватели практически произвольной формы и силы. Он обеспечивает, благодаря учету эффектов перерассеяния, разрешение тонкой структуры, сопоставимое с качеством восстановления этой же тонкой структуры в однородной неискажающей фоновой среде:

  1. Буров В.А., Румянцева О.Д. "Решение двумерной обратной задачи акустического рассеяния на основе функционально-аналитических методов". Акустич. журн. 1992, Т.38, N3, С.413-420.
  2. Буров В.А., Румянцева О.Д. "Решение двумерной обратной задачи акустического рассеяния на основе функционально-аналитических методов II. Область эффективного применения". Акустич. журн. Москва, Изд-во "Наука", 1993, Т.39, N5, С.793-803.
  3. Burov V.A., Rumiantseva O.D. "The functional-analytical methods for the scalar inverse scattering problems". Proceedings of SPIE. Analytical Methods for Optical Tomography. 1992, V.1843, P.194-205.
  4. Burov V.A., Rumiantseva O.D. "The solution stability and restrictions on the space scatterer spectrum in the two-dimensional monochromatic inverse scattering problem". Ill-Posed Problems in Natural Sciences. Ed. A.Tikhonov. TVP, 1992, P.463-471.
  5. Burov V.A., Morozov S.A., Rumiantseva O.D., Sukhov E.G., Vecherin S.N., Zhucovets A.Yu. "Exact solution of two-dimensional monochromatic inverse scattering problem and secondary sources space spectrum". Acoustical Imaging, Ed. H.Lee. New York: Kluwer Academic/Plenum Publisher. 2000. V.24. P.73-78.
  6. Bogatyrev A.V., Burov V.A., Morozov S.A., Rumyantseva O.D., Sukhov E.G. Numerical realization of algorithm for exact solution of two-dimensional monochromatic inverse problem of acoustical scattering. Acoustical Imaging, Ed. P.Wells and M.Halliwell. New York: Kluwer Academic/Plenum Publisher. 2000. V.25. P.65-70.

Возможности алгоритма Новикова-Гриневича иллюстрируются на рис.1 на примере несимметричного рефракционно-поглощающего рассеивателя (относительный контраст скорости изменяется от -0.073 до 0.15; дополнительный набег фазы примерно 63 градуса; амплитудное поглощение в рассеивателе - в 3.7 раза): - общий вид действительной (а) и мнимой (б) частей истинного рассеивателя:

- центральные сечения действительной (в) и мнимой (г) частей истинного рассеивателя (тонкая линия) и рассеивателя, восстановленного с учетом многократных рассеяний при отсутствии шумовых помех (толстая пунктирная линия):

- в то же время, восстановление в приближении Борна не удовлетворительно (д):

В настоящее время продолжается разработка новых поколений медицинских томографов, цель которых - повышение информативности практических методов акустической томографии. Предложен простой метод повышения разрешающей способности двумерного акустического томографа в направлении, перпендикулярном плоскости томографирования, за счет наклона преобразователей. Разработан алгоритм раздельного восстановления рефракционной, плотностной и поглощающей компонент рассеивателя при неполных данных рассеяния на трех частотах. Показана возможность оценки характера частотной зависимости коэффициента поглощения как дополнительного диагностического параметра:

  1. Буров В.А., Конюшкин А.Л., Румянцева О.Д. "Двумерная и трехмерная акустическая томография при неполных данных". Акустический журнал, Москва, Изд-во РАН, 1997, Т.43, N4, С.463-469.
  2. Burov V.A., Konjushkin A.L., Rumiantseva O.D. "Multi-dimensional acoustical tomography by incomplete data". Acoustical Imaging, Ed.S.Lees. New York, Plenum Press. 1997, V.23, P.589-594.
  3. Burov V.A., Konjushkin A.L., Rumyantseva O.D. Increasing resolution capability of two-dimensional tomograph over third coordinate. Separating reconstruction of c(r)-, r(r)-, a(r,w)- scatterer characteristics. Acoustical Imaging, Ed. P.Wells and M.Halliwell. New York: Kluwer Academic/Plenum Publisher. 2000. V.25. P. 109-116.

В дополнение получен результат фундаментального характера - однозначная связь амплитуды и синуса фазы поля, рассеянного от квазиточеченого рассеивателя [Буров В.А., Морозов С.А. Связь между амплитудой и фазой сигнала, рассеянного "точечной" акустической неоднородностью // Акустич. журн. 2001, т.47, ?6, с.751-756]. Неожиданно этот результат оказался тесно связанным с результатами Л.Д.Фаддеева для квантовых процессов [Березин Ф.А., Фаддеев Л.Д. Замечание об уравнении Шредингера с сингулярным потенциалом // ДАН. 1961. Т.137. N5. С.1011-1014]. Обнаруженная однозначная связь фазы и амплитуды коэффициента рассеяния может иметь широкие и более серьезные следствия для понимания физики процессов рассеяния. В настоящее время результаты уже могут быть использованы в тестовых задачах при оценке эффективности тех или иных методов томографирования, т.е. практическая значимость данного результата - возможность контроля качества восстановления исследуемого объекта, предоставляемым тем или иным алгоритмом томографирования, в котором экспериментально измеряемые данные рассеяния обрабатываются нелинейным образом. Алгоритм, адекватно учитывающий процессы перерассеяния, должен восстанавливать малую точечную неоднородность как действительную хорошо локализованную функцию.

Функционально-аналитические алгоритмы, предполагающие обработку данных рассеяния, измеренных в трехмерной схеме томографирования, а также результаты численного восстановления модельных трехмерных рассеивателей различной силы и размера, обсуждаются в работах:

  1. Алексеенко Н.В., Буров В.А., Румянцева О.Д. Решение трехмерной обратной задачи акустического рассеяния на основе алгоритма Новикова-Хенкина // Акустич. журн. 2005, Т.51, ?4. С.437-446.
  2. Алексеенко Н.В., Буров В.А., Румянцева О.Д. Решение трехмерной обратной задачи акустического рассеяния II. Модифицированный алгоритм Новикова // Акустич. журн. 2008. В печати.