Original title:
Analýza nelineárních jevů v ultrazvukové diagnostice
Translated title:
Analysis of Nonlinear Effects in Ultrasound Diagnostics
Authors:
Čížek, Martin ; Hrazdíra,, Ivo (referee) ; Halámek, Josef (referee) ; Rozman, Jiří (advisor) Document type: Doctoral theses
Year:
2009
Language:
cze Publisher:
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Abstract:
[cze][eng]
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.
Keywords:
nonlinear effects; safety; simulation; ultrasound diagnostics; bezpečnost; nelineární jevy; simulace; ultrazvuková diagnostika
Institution: Brno University of Technology
(web)
Document availability information: Fulltext is available in the Brno University of Technology Digital Library. Original record: http://hdl.handle.net/11012/4364
guest ::
