|
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИСТИНА ИНХС РАН |
||
Разработка физико-технических принципов ультразвуковой визуализации структур и сосудов головного мозга через кости черепаНИР
- Руководитель НИР: Сапожников О.А.
- Участники НИР: Анненкова Е.А., Крит Т.Б., Крыжановский М.А., Лапина А.В., Свет В.Д., Цысарь С.А., Юлдашев П.В.
- Подразделение: Физический факультет
- Срок исполнения: 9 июля 2014 г. - 31 декабря 2016 г.
- Номер договора (контракта, соглашения): 14-15-00665
- Тип: Прикладная
- Приоритетное направление научных исследований: Живые системы
- ПН России: Науки о жизни
-
Рубрики ГРНТИ:
- 29.37.17 Воздействие звука и ультразвука на вещество
- 29.37.19 Излучение и прием звука
- 29.37.15 Физическая акустика газов, жидкостей и твердых тел
- 29.37.23 Акустические измерения
- 29.37.39 Физиологическая и биологическая акустика. Речь
-
Ключевые слова:
транскраниальная интроскопия, волны в неоднородных средах, синтезированные антенные решётки, акустическая голография, фазовая спекл-интерферометрия
-
Описание:
Целью проекта является разработка физико-технических основ для создания нового поколения приборов ультразвуковой диагностики для визуализации сосудов и структур головного мозга через толстые кости черепа. Существующие методы транскраниальной ультразвуковой (УЗ) диагностики мозга такой возможности не имеют из-за того, что ультразвук плохо проходит сквозь толстые участки черепной коробки из-за поглощения в кости и отражения на её границах. Кроме того, кости черепа неоднородны по толщине и характеризуются более высокой (по сравнению с мягкими тканями) скоростью звука, что приводит к трудно предсказуемым эффектам рефракции. В настоящем проекте будут развиты подходы, направленные на решение задач трёхмерной УЗ визуализации как внутренних органов, так и кровеносных сосудов и структур головного мозга через толстые кости черепа. Будут созданы новые алгоритмы пространственно- временной обработки сигналов при их прохождении через толстые кости черепа, будут разработаны методы и средства измерения основных параметров костей и проведены экспериментальные исследования по получению изображений объектов, расположенных за фантомами черепных костей. Спецификой развиваемого подхода является то, что акустические и геометрические параметры черепных костей определяются для конкретного пациента ультразвуковым способом, причём той же самой ультразвуковой фазированной решёткой, которая используется для визуализации структур головного мозга. В проекте предполагается реализовать новые оригинальные алгоритмы визуализации кровотока, не требующие полного знания параметров неоднородности черепных костей. Важным конечным результатом работ по проекту будет получение всех необходимых результатов для опытно-конструкторской разработки либо универсальной УЗ диагностической системы экспертного класса с транскраниальной опцией, либо отдельного УЗ прибора только для транскраниальной диагностики. Областями медицинского применения такой диагностической системы являются неврология, нейрохирургия, кардиология, кардиохирургия, общая ангиология, диагностика всех внутренних органов.
- Добавил в систему: Сапожников Олег Анатольевич
Источник финансирования НИР
| грант РНФ |
Этапы НИР
| # | Сроки | Название |
| 1 | 9 июля 2014 г.-31 декабря 2014 г. | Разработка физико-технических принципов ультразвуковой визуализации структур и сосудов головного мозга через кости черепа |
| Результаты этапа: Разработаны методики изготовления фантомов черепных костей применительно к задаче транскраниальной ультразвуковой визуализации. Проанализированы различные композиции материалов, варьируя процентное отношение которых возможно получать образцы костных фантомов с заданными параметрами скорости звука, плотности и частотного поглощения. Изготовлены соответствующие фантомы и измерены их акустические параметры в диапазоне частот 0.3 – 5 МГц. Показано, что для отработки методов ультразвуковой визуализации структур мозга через толстые кости черепа наиболее приемлемыми композициями материалов являются двухкомпонентные смеси эпоксидной смолы и мелкодисперсных металлических порошков. Такие композиции наиболее просты в изготовлении и позволяют варьировать в очень широких пределах заданные акустические параметры костной ткани. Для исследования особенностей распространения УЗ волн через толстые кости черепа модифицирован конечно-разностный численный алгоритм расчета акустических волновых полей в слоисто неоднородных средах. На основе этой программы проведено моделирование акустических полей для некоторых типовых форм черепных костей, имеющих заданную кривизну верхней границы, случайный профиль неровностей нижней границы и двуслойную структуру костной ткани. Полученные результаты подтвердили ранее высказанное предположение о том, что для получения качественного ультразвукового изображения структур мозга необходимы двумерные приемные решетки с достаточно большим числом приемных элементов. Необходимость применения именно двумерных решеток связана с наличием двумерной кривизны черепных костей, при которой принятый эхо-сигнал от какой-либо части мозговой ткани может существенно изменить свои угловые координаты по сравнению с заданными угловыми параметрами излученного сигнала. Разработаны методы визуализации кровотока, основанные на нелинейной фазовой спекл-интерферометрии. Промоделированы несколько возможных алгоритмов фазовой спекл-интерферометрии и показано, что пространственная разрешающая способность таких методов сопоставима с потенциальным дифракционным пределом разрешения антенных решеток. Исследованы сферические рассеиватели с размером порядка длины ультразвуковой волны в качестве тестовых объектов при разработке эхо-импульсных режимов визуализации. Экспериментально изучена модель акустически мягкого рассеивателя в виде пенопластового сферического образца. Показано, что возможен способ определения истинного размера рассеивателя на ультразвуковом изображении не по размеру изображения, а по его яркости. Рассмотрено рассеяние на жёстких акустических объектах, в качестве которых использовались стальные шарики. Экспериментально показано, что эффективность рассеяния может быть определена методом радиационной силы, для чего были разработаны два прецизионных метода, различающихся по способу контроля положения мишени. Проведены исследования по экспериментальному синтезу двумерных антенных решёток на основе методов, используемых в акустической голографии. Осуществлён синтез антенных решёток с расположением элементов в узлах прямоугольной сетки. Предложен метод расположения элементов на поверхности синтезированной решётки вдоль спиралей. Исследование возможности использования двумерных решёток с большим числом элементов. Предложен способ построения двумерных матричных датчиков с интегрально встроенным коммутатором сигналов на основе приборов с зарядовой связью. Исследовано влияние эффектов акустической нелинейности на работу синтезированной антенной решётки. Проанализированы нелинейные акустические эффекты, которые могут играть роль при распространении ультразвуковых импульсов в тканях мозга в процессе транскраниальной диагностики. | ||
| 2 | 1 января 2015 г.-31 декабря 2015 г. | Разработка физико-технических принципов ультразвуковой визуализации структур и сосудов головного мозга через кости черепа |
| Результаты этапа: | ||
| 3 | 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. | Разработка физико-технических принципов ультразвуковой визуализации структур и сосудов головного мозга через кости черепа |
| Результаты этапа: | ||
Прикрепленные к НИР результаты
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".