Analýza nelineárních jevů v ultrazvukové diagnostice
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Referee
Mark
P
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií
Abstract
Modelová studie nelineárních jevů v ultrazvukové diagnostice je zaměřena na vývoj a experimentální ověření nových počítačových algoritmů pro numerické modelování ultrazvukového pole včetně nelineárních jevů při šíření uzv v biologické tkáni. Byla vypracována teoretická analýza nelineárních jevů při šíření ultrazvuku a jejich podílu na tepelných a mechanických účincích uzv při diagnostických aplikacích. V prostředí Matlab byl vyvinut numerický model šíření uzv v modelu biologické tkáně tvořeném soustavou dílčích homogenních vrstev o definovaných fyzikálních parametrech. Výpočet uzv pole je založen na aplikaci metody úhlového spektra. Pro simulaci nelinearit je použita Burgersova nelineární vlnová rovnice. Výstupem simulací je prostorové rozložení ultrazvukového pole v médiu ozvučeném uzv měničem či jejich soustavou. Vypočtené rozložení uzv pole je vyjádřeno amplitudami zvoleného počtu harmonických složek akustického tlaku, mechanickým indexem, harmonickým zkreslením signálu a prostorově špičkovou časově průměrnou intenzitou všech dílčích uvažovaných harmonických složek. Funkčnost výpočetního modelu byla experimentálně ověřena měřením pomocí unikátního ultrazvukového měřicího systému – ultrazvukové měřicí vany. Ověřený numerický model byl využit ke zhodnocení věrohodnosti predikce mechanického indexu a oteplení tkáně při diagnostických aplikacích uzv v případě, kdy ve výpočtech jsou a kdy naopak nejsou nelineární jevy uvažovány. Dále je pomocí numerického modelu posouzena spolehlivost indikace hodnoty mechanického indexu uzv diagnostickými přístroji při vyšetřeních. V současnosti jsou tyto hodnoty stanovovány výrobci přístrojů na základě korigovaných výsledků měření ve vodě. Cílem srovnání bylo zjistit do jaké míry tato měření korespondují se situací ve vyšetřované biologické tkáni.
The model study of nonlinear effects in the ultrasound diagnostics is focused on developing and experimental verification of new computer algorithms for numerical modeling of the ultrasound field including nonlinear effects accompanying the ultrasound propagation in biological tissues. A theoretical analysis of nonlinearities in ultrasound propagation and their contribution to thermal and mechanical effects of diagnostic ultrasound applications was conducted. A numeric model of ultrasound propagating through a tissue model formed of a set of homogenous layers with defined physical parameters was developed in Matlab environment. The computation of ultrasound field spatial distribution is based on the angular spectrum method. For simulating of nonlinearities Burgers nonlinear wave equation is used. The resulting spatial distribution of the ultrasound field is described by the amplitudes of selected number of harmonic components of the acoustic pressure, by the mechanical index, by the harmonic distortion of the signal and by the spatial peak temporal average intensity of all considered components. The numerical model was experimentally verified using an unique ultrasound measurement system – the ultrasound measurement basin. The verified numeric model was used for assessing the veracity of mechanical index and tissue heating prediction during ultrasound applications in cases when the nonlinear effects are neglected in computations. The reliability of the mechanical index indicated by the diagnostic ultrasound instruments is also evaluated using the designed numeric model. The aim was to compare the indicated value usually obtained by derating the measurements in a water medium to the actual mechanical index present in the insonated tissue.
The model study of nonlinear effects in the ultrasound diagnostics is focused on developing and experimental verification of new computer algorithms for numerical modeling of the ultrasound field including nonlinear effects accompanying the ultrasound propagation in biological tissues. A theoretical analysis of nonlinearities in ultrasound propagation and their contribution to thermal and mechanical effects of diagnostic ultrasound applications was conducted. A numeric model of ultrasound propagating through a tissue model formed of a set of homogenous layers with defined physical parameters was developed in Matlab environment. The computation of ultrasound field spatial distribution is based on the angular spectrum method. For simulating of nonlinearities Burgers nonlinear wave equation is used. The resulting spatial distribution of the ultrasound field is described by the amplitudes of selected number of harmonic components of the acoustic pressure, by the mechanical index, by the harmonic distortion of the signal and by the spatial peak temporal average intensity of all considered components. The numerical model was experimentally verified using an unique ultrasound measurement system – the ultrasound measurement basin. The verified numeric model was used for assessing the veracity of mechanical index and tissue heating prediction during ultrasound applications in cases when the nonlinear effects are neglected in computations. The reliability of the mechanical index indicated by the diagnostic ultrasound instruments is also evaluated using the designed numeric model. The aim was to compare the indicated value usually obtained by derating the measurements in a water medium to the actual mechanical index present in the insonated tissue.
Description
Citation
ČÍŽEK, M. Analýza nelineárních jevů v ultrazvukové diagnostice [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií. 2009.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
cs
Study field
Biomedicínská elektronika a biokybernetika
Comittee
prof. Ing. Jiří Jan, CSc. (předseda)
Ing. Josef Halámek, CSc. - oponent (člen)
Doc. Ing. Jan Kremláček, Ph.D. (člen)
prof. MUDr.Ing. Petr Hluštík, Ph.D. (člen)
Prof. MUDr. Ivo Hrazdira, DrSc. - oponent (člen)
Ing. Robert Vích, DrSc. (člen)
doc. Ing. Michal Haindl, DrSc. (člen)
prof. Ing. Ivo Provazník, Ph.D. (člen)
RNDr. Jiří Michálek, CSc. (člen)
doc. Ing. Jiří Rozman, CSc. (člen)
Date of acceptance
2009-12-11
Defence
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení