Исследование возможностей пассивной термоакустической томографии тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.01 ВАК РФ

ИНСТИТУТ РАДИОТЕХНИКИ И ЭЛЕКТРОНИКИ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК

На правах рукописи

Исрефилов Маргдык Газирович

ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ПАССИВНОЙ ТЕРМОАКУСТИЧЕСКОЙ ТОМОГРАФИИ

(01.04.01 - техника физического эксперимента, физика приборов и автоматизация физических исследований)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва-1996

Работа выполнена в Институте радиотехники и электроники РАН

Научные руководители: доктор физико-математических наук

профессор ПАСЕЧНИК В.И. кандидат физико-математических наук Аносов A.A.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук

профессор Романовский Ю.М. кандидат физико-математических наук Тихонова Т.А.

Ведущая организация Институт прикладной физики РАН

г. Нижний Новгород

Зашита состоится '¿Ж." 1996 г. в & часов

на заседании Специализированного совета Д. 002.74.03 при Институте радиотехники и электроники РАН по адресу: 103907, г.Москва, ГСП-3, Моховая ул. д. 11.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИРЭ РАН Аьтореферат разослан а/У" 1996 г.

Ученый секретарь диссертационного совета:

кандидат физико-математических наук М.И. Перцовский

- з-

ОЕЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. Решение ряда научно-технических и био-ледицинских задач можно осуществлять пассивными методами. Из-за отсутствия какого-либо воздействия на исследуемый объект, пассивные методы особенно целесообразно использовать в медицине, например, для ранней диагностики различных болезней, для контроля за внутренней температурой при гипертермии в онкологии.

Одним из перспективных пассивных методов решения медицинских задач является пассивная термоакустическая томография . Физической основой этого метода является регистрация ультразвукового шумового (теплового) излучения атомов и молекул тела. По сравнению с другими известными пассивными методами, СВЧ-радиометрией и инфракрасным тепловидением, которые основаны на приеме теплового электромагнитного излучения, в СВЧ и инфракрасном диапазонах , акустотермография дает большую глубину проникновения и лучшее пространственное разрешение, хотя и уступает им в точности измерения принимаемого сигнала.

В последние годы созданы.акустотермометры (АТ) - приборы для измерения'теплового ультразвукового излучения тел, точность которых приближается к 0.1 К; экспериментально и теоретически обоснованы основные соотношения акустотермографии; проведены эксперименты на модельных средах; зарегистрированы шумовые сигналы отдельных органов человека; проводятся работы по созданию многоканальных АТ; рассмотрены задачи восстановления внутренней температуры по акустическому тепловому излучению.

Тем не менее до настоящего времени возможности термоакусти-

у

ческой томографии остаются не выясненными.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ - исследование потенциальных возможностей пассивной термоакустической томографии.

В этой связи необходимо решить следующие задачи:

1. Рассмотреть возможность восстановления распределения температуры в глубине тела по измерениям его собственного ультразвукового излучения с помощью различных методов реконструкции.

С. Оценить точность восстановления внутренней температуры и пространственное разрешение при использовании различных методов реконструкции для различных вариантов сканирования тела.

3. Экспериментально подтвердить возможность восстановления распределения внутренней температуры;

4. Оценить возможность восстановления глубинного распределения коэффициента энергетического поглощения тела по корреляционным измерениям собственного акустического излучения.

5. Оценить основные характеристики термоакустического томографа.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА работы заключается в следующем:

1. Показана возможность восстановления распределения внутренней температуры различными методами по измерениям теплового излучения, как при априори точно известном энергетическом коэффициенте поглощения, так и при приближенном.

С. Проведены оценки точности восстановления внутренней температуры использованными методами в зависимости от геометрии исследуемой области , числа проведенных измерений, пространственного разрешения, погрешности измерения теплового излучения, коэффициента энергетического поглощения, диапазона углов сканирования .

3. Экспериментально подтверждена возможность восстановления распределения глубинной температуры методом пассивной термоакустической томографии.

4. Показана возможность восстановления распределения коэффициента энергетического поглощения по корреляционным измерениям теплового излучения.

¿г

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ РАБОТЫ связана с теоретическим н экспериментальным обоснованием потенциальных возможностей пассивной термоакустической томографии, которая может найти применение для контроля за внутренней температурой в медицине и при исследованиях сложных технических систем. ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ:

1. Распределение глубинной температуры тела можно восстанавливать по некоррелированным измерениям собственного теплового излучения на его поверхности, как при априори точно известном коэффициенте поглощения, так и при приближенном. С. Корреляционные измерения собственного акустического теплового излучения тела позволяют восстанавливать распределение глу бннного коэффициента поглощения.

3. Оценкл основных параметров пассивного термоакустического томографа: точности измерения температуры, размеры исследуемой области. пространственное разрешение и т.д. АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Материалы диссертации докладывались на - III Сессии Российского акустического общества ( Москва 1994 ), международной конференции "Ultrasonics International'95" (Edinburgh 19951, международной конференции - Радиоэлектроника в медицинской диагностике ( Москва 1995), международной конференции - Медицинская физика-95 ( Москва 1995 ).

ПУБЛИКАЦИИ. По результатам исследований, вошедших в диссертационную работу, опубликовано семь работ, список которых приведен в конце автореферата.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ. Диссертация состоит из введения,

шести глав, заключения и списка, литературы. Общий объем состав-\

ляет 1ZO страниц, включая ZS рисунков. Список литературы включа-

ет 00 наименований.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ.

Во ВВЕДЕНИИ сформулированы цель работы, актуальность исследований. научная новизна и практическая ценность исследования. Представлены положения, выносимые на защиту, и структура диссертации.

ПЕРВАЯ ГЛАВА посвящена анализу современного состояния возможности восстановления глубинных распределений внутренней температуры и коэффициента поглощения по измерениям теплового излучения.

Для неинвазивных исследований в медицине используют компьютерные томографы - устройства, измеряющие послойно пространственное распределение каких-либо физических свойств тканей человеческого тела. Для измерения распределения внутренней температуры существующие томографы не пригодны.

В то асе время сейчас в медицине разрабатываются методы, в которых уничтожение раковых клеток осуществляется путем нагрева ткани - гипертермии. Во время сеанса гипертермии необходимо температуру нагрева держать в пределах 42 ± 0.5 °С, иначе могут уничтожаться и здоровые клетки. Для недопущения этого, необходимо осуществлять контроль за распределением внутренней температуры во время сеанса гипертермии. Такой контроль традиционно осуществляют инвазивно - с помощью катетеров, что болезненно для пациентов и трудно повторять при повторяющихся сеансах лечения.

В связи с этим представляет большой интерес создание пассивных томографов, основанных на приеме собственного излучения тела

¡ля определения внутренних характеристик объекта. Физической ос-гавой таких томографов может служить собственное тепловое излу-1ение тел (например^ВЧ или ультразвуковое).

Благодаря сходству физических основ СВЧ - радиометрии и зкустотермографии удобно воспользоваться методологическими ори-знтирами, разработанными в СВЧ - радиометрии при исследовании теплового излучения объектов. По аналогии с радиояркостной температурой в акустотермографии введено понятие акустояркостной температуры. Для нерассеивающей плоскослоистой среди, находящейся в состоянии локального термодинамического равновесия, в отсутствии сторонних источников акустических шумов соотношение для

акустояркостной температуры по лучу Ь получается из решения \

уравнения переноса излучения в поглощающей среде и имеет вид:

1

Та = ПСШа.ПехрС-ШЬ.ШисП, (1)

ь о

где 1 - координата по лучу приема излучения , Г - средняя частота принимаемого излучения, 3(1,Г) и ГШ - распределения коэффициента ослабления (поглощения) и термодинамической температуры по лучу приема, экспоненциальный множитель в (1) определяет поглощение волны при ее распространении.

ВО ВТОРОЙ ГЛАВЕ осуществлена математическая постановка обратной задачи акустотермографии - восстановления внутренней температуры тела по акустояркостным температурам, измеряемым на его поверхности с определенной погрешностью и проведено ее решение.

Была рассмотрена следующая физическая модель ( рис. 1а ): приемное устройство акустотермометра - пьезопреобразователь (ПП), согласованный с однородной средой 2 (коэффициент поглоще-

пил - .Г), принимает излучение, направленное по его оси (луч и. Ставилась задача определения распределения внутренней температуры по совокупности N измерений акустояркостных температур, проведенных в разных точках и под различными углами. Математически поставленная задача заключается в решении системы интегральных уравнений типа (1) .

При решении этой задачи удобно перейти от абсолютных значений к инкрементам термодинамической ДТ=Т-То и акустояркостной ЛТа=Тд-То температур и ограничить интегрирование в (1) размерами области 1, в которой существует инкремент термодинамической температуры. Размеры этой области можно задать, исходя из предварительных измерений и априорных данных.

Для решения системы интегральных уравнений (1) мы воспользовались дискретными алгебраическими методами реконструкции. Рассматриваемую область разбивали по глубине на к1 частей, а по поверхности - на к2 частей ( рис. 1а). Получили М=к1*к2 подобластей, в пределах каждой из которых термодинамическая температура считалась постоянной.

Исходя из (1) инкремент акустояркостной температуры , регистрируемой при п-ом измерении, определяется выражением: М

ДТдп = £ ^пт ДТт < (2)

т-1

где апт = ехр(-321/соз(Ф))-ехр(-322/соз(ч)))- коэффициент, показывающий, какой вклад дает температура ш-ой подобласти ДТт в лкустояркостную температуру ДТдп , зарегистрированную при п-ом измерении, ДТт - инкремент термодинамической температуры ш-ой подобласти, и ¿г - входная и выходная координаты г точки пе-

ресечения п-ого луча и т-ой подобласти, ф - угол сканирования, N - полное число измерений.' В матричной форме (2) имеет вид:

А ДТ = ДТд , (3)

где А - матрица размерности N х М, состоящая из коэффициентов апт . ДТ и ДТд - вектора инкрементов термодинамических (ДТщ, т=1...М) и акустояркостных ( ДТдп, п=1.. .N.1 температур. Отметим, что акустояркостная температура измеряется со среднеквадратичной погрешностью 6Тд.

Численные эксперименты проводили следующим образом: 1. Задавали точное распределение внутренней температуры ДТт, затем решали прямую задачу: по системе (3) определяли вектор акустояркостных температур ДТд . 2. Получали исходные данные для реконструкции, для чего на точные значения ДТд -Накладывали погрешность измерений, распределенную нормально с дисперсией 0,01 К2 . 3. Решали обратную задачу - восстанавливали внутреннюю температуру.

Область неоднородной температуры 2 (рис. 1а) была разбита по глубине и по поверхности через 1 см на одинаковое число к!=к2=5 ( число подобластей М=к1*к2=25) . Одиннадцать ПП, способных поворачиваться на девять равных углов от 10 ° до 170 ° и согласованных акустически со средой тела, располагали вдоль одной прямой на равных расстояниях по .границе этой области ( число измерений N в этом случае- равно 67 ).

Исходное распределение внутренней температуры в исследуемой области задаваливБиде "башни" (рис. 16).

При Еыборе модели среды мы учли, что для мягких тканей человеческого тела (мышцы). . .энергетический коэффициент поглощения приближенно равен Л = СО 1/м на частоте Г=1 МГц .

Решение системы (3) мы проводили тремя способами: обобщенным

Рис. 1 а - схема сканирования одного слоя линейкой пьезопреобра-зователей (ПП); б - исходное распределение инкремента внутренней температуры ДТ(2,у); в - Дт(2,у) восстановленное МНК; г -ДТ(2,у) восстановленное методом отбрасывания нефизических решений; д - исходное распределение ДТ(г,у); е - ДТ(г,у) восстановленное методом регуляризации по Тихонову.

а

методом наименьших квадратов МНК, методом отбрасывания нефизических решений и методом регуляризации по Тихонову .

В методе отбрасывания нефизических решений используется априорная информация о том, что при нагревании какого-либо участка биообъекта его температура не уменьшается, т.е. всегда инкремент ДТт > 0. Если при решении системы (3) некоторые инкременты ДТ„, получают отрицательные значения (ДТт< 0), то их считают окончательно определенными и равными нулю ( ЛТт = 0). При этом, из матрицы А удаляют те столбцы, номера которых совпадают с номерами ш нулевых инкрементов температуры. После этого описанная процедура повторяется, но уже с матрицей А меньшей размерности ( с меньшим числом неизвестных) до получения результата, когда Есе восстановленные инкременты ДТт}0.

Как еидно из рисунков 1в,г метод отбрасывания нефизических решений точнее восстанавливает внутреннюю температуру, чем МНК.

Результаты численных экспериментов показали,что метод отбрасывания нефизических решений эффективен при больших градиентах внутренней температуры . При плавных распределениях внутренних температур эффективен метод регуляризации по Тихонову (рис. 1д,е)

ТРЕТЬЯ ГЛАВА посвящена оценке точности использованных методов в зависимости от способа разбиения на подобласти исследуемой области тела, числа проведенных измерений, пространственного разрешения, погрешности измерения теплового излучения, частоты измерения, диапазона углов сканирования.

Точность МНК не зависит от вида распределения внутренней температуры и оценивается наиболее просто:

5Тт = ЗТд <Ът/и 1/2, (4)

-п -

где 5Тт - среднеквадратичная погрешность определения внутренней температуры, Ь - определитель матрицы В=А*А , - определитель матрицы, полученной из матрицы В вычеркиванием ш-ой строки и гл-ого столбца. Согласно (4), погрешность 5Тт зависит от пространственного расположения ш-ой подобласти, числа неизвестных М ( размерности матрицы В ) и числа измерений N.

Если исследуемая область - квадрат,то величина 5Тт/5Тд незначительно меняется для подобластей, расположенных на одной глубине, а для исследуемой области в виде прямоугольника максимальная погрешность почти в 1.5 раза больше погрешности на краях . Для простоты анализа ниже ограничимся квадратной исследуемой об-

ластью.

*Т/б%

30

67/6%

Рис. С Зависимости 5Т/5Тд от относительной глубины ¡г при: а) различном числе измерений N=127 (кривая 1), 67 (кривая 2), 37 кривая 3) и неизменном числе подобластей М=25; б) различном числе подобластей М=16(кривая 1).25(кривая 2), 36(кривая 3), 49 (кривая 4), соответственно,N=51,67,73,91.

С ростом числа измерений N среднеквадратичная погрешность существенно уменьшается ( рис.2а). Так, например, при N=37 максимальная величина (которая приходится на 4-й слой) усредненной по

-и

глубине среднеквадратичной погрешности восстановления внутренней температуры к погрешности измерения бТ/бТд^ЗО, а при N=127 уже -7, т.е. уменьшается в 4 раза.

Увеличение пространственного разрешения ( числа М ) приводит к значительному росту погрешности определения внутренней температуры (рис. 26). Уже при разбиении исследуемой области по глубине и по поверхности на 6 частей ( М=3б ) точность восстановления недостаточна для контроля за внутренней температурой в гипертермии.

Из зависимостей бТ/бТд от относительной глубины лг: следует приближенная оценочная формула:

бТ/бТд = 30 (к0'65 / N ) ехр (0.63 к1/2 3£), (5) где к = М 1/2 - число разбиений по глубине и по поверхности.

Таким образом, при использовании МНК погрешность определения внутренней температуры экспоненциально растет с глубиной. Максимальная глубина восстановления внутренней температуры Пщах^/'З-Для достаточно точного восстановления внутренней температуры тосредством МНК при значениях бТд=0.1 К и 3=0.2 1/см., исследуемо область по глубине можно разделить не более, чем на пять ¡астей Дг, так ч¥о акустическая плотность на каждом участке Д==0.2.

Оцен"" точности метода регуляризации по Тихонову проводили утей статистической обработки ансамбля реализаций восстановлен-ых температур при численном эксперименте.

С ростом числа измерений N среднеквадратичная погрешность так-е, как и в МНК существенно уменьшается, но абсолютные величины Т/5Тд гораздо ниже. Так, например, при числе измерений даже =37 максимальная величина ЗТ/бТд не превышает величины 5 ( для

сравнения, МНК дает аналогичную величину при N=127 ), т.е. одна и та же точность получается при числе измерений более чем 3 раза меньшем .

Рис. 3 Зависимости 5Т/5Тд от 4 относительной глубины 32 при использовании метода регуля- з. 5 ризации по Тихонову. Число подобластей М=1б (кривая „ 1),25 (кривая С), 36 (кривая ° 3). 49 (кривая 4). соответс-твуенно N=51,67.73,91. 2.5

2

1-50 0. 5 1

На рис.3 представлены зависимости 5Т/5Тд от зг. полученные методом регуляризации по Тихонову при различном числе подобласти М, на которые разбивается исследуемая область. Как видно из ри сунка, при числе подобластей М=49, точность восстановления внут ренней температуры методом Тихоновской регуляризации такая же как и в МНК при М=1б.

Оценку точности метода отбрасывания нефизических решений тага проводили путем статистической обработки результатов численно1 эксперимента. Она в 2.5 раза выше, чем у МНК.

При сужении диапазона углов сканирования точность восстанови ния внутренней температуры ухудшается на всех глубинах , особе: но, на малых. Сужение диапазона углов сканирования исследуем области от 140° до 92°, примерно на 40 % ухудшает точность вое тановления.

При априори приближенном энергетическом коэффициенте 3 воссч

новление внутренней температуры можно осуществлять методом регуляризации по Тихонову. При относительной точности, с которой известно значение 3, равной 25 % величина 5Т/бГд до глубин .1 1 не превышает величин 4 и 5.5, соответственно, при N=127 и 67, что находится в пределах допустимой погрешности. При использовании МНК в этом случае допустимая погрешность превышается уже начиная с глубины .

Путем одновременной регистрации сигнала на двух частотах можно улучшить точность восстановления внутренней температуры как в близлежащих, так и в отдаленных подобластях исследуемой области без увеличения времени регистрации сигнала.

Ограниченное использование инвазивных измерений при пассивной термоакустической томографии существенно - в 1.8 * 3 раза - повышает точность восстановления внутренней температуры .

ЧЕТВЕРТАЯ ГЛАВА посвящена экспериментальному подтверждению возможности восстановить распределение внутренней температуры объекта по измерениям акустояркостной температуры.

В резервуар с водой была опущена квадратная кювета, размером 110 х 110 мм2, с двумя окнами по бокам, затянутыми акустически прозрачной лавсановой пленкой. Кювету заполняли 90 % водным раствором глицерина с термодинамической температурой £4 °С. В кювету вставляли ячейку с нагревательным элементом и акустически прозрачными стенками, которая моделировала нагретую область биологического объекта. Размер ячейки 32 х 32 мм2, она наполнялась этим же раствором глицерина , но нагретым до температуры 31 ° С.

Измерения теплового излучения, выходящего через окно кюветы, проводили одним акустотермометром модуляционного типа с рабочей частотой 2 МГц при различных пространственных положениях ячейки

с нагретым раствором глицерина относительно его акустической оси. Это эквивалентно сканированию прямоугольного объекта размером 48 х 64 мм2 линейкой пьезопреобразователей. Было проведено 14 эквивалентных измерений. Исследуемый объект разбивали на М=12 подобластей размером 16 х 16 мм2. Инкремент температуры в нагретой области равнялся 7 К . Акустояркостная температура измерялась со среднеквадратичной погрешностью бТд * 0.25 К.

При восстановлении внутренней температуры были использованы методы: наименьших квадратов, отбрасывания нефизических решений, регуляризации по Тихонову.

На рис. 4 представлено исходное распределение инкремента внутренней температуры ДТ(г,у) и распределения ДТ(2,у), восстановленные различными методами -•наилучший результат дает метод регуляризации по Тихонову.

Статистическая обработка восстановленных инкрементов внутренней температуры показала, ;что, при использовании метода регуляризации по Тихонову, усредненный.по нагретым подобластям инкремент внутренней температуры <ДТ> составил 6.9 К, а среднеквадратичная погрешность - 5Т = 0.4 К.

Заметим, что правильныё значения ДТ можно получить лишь при надлежащем выборе коэффициента поглощения. Поэтому, особое внимание следует уделить способам его измерения in vivo.

ПЯТАЯ ГЛАВА ПОСВЯЩЕНА возможности восстановления глубинного распределения коэффициента поглощения тела.

Для этого нужно проводить корреляционные.измерения собственного акустического излучения с помощью пары пьезопреобразователей, у которых диаграммы направленности•перекрывают друг друга. Выходы обоих ПП присоединены ко входам сумматора. Инкремент ин-

Рис. 4 Восстановление распределения внутренней температуры по экспериментальным измерениям, а-исходное распределение инкремента внутренней температуры ДТ(г,у); О-ДТ(п.у) восстановленное МНК; в-ДТ(г.у) восстановленное методом отбрасывания нефизических решений; г-ДТ(г.у) восстановленное методом регуляризации по Тихонову.

тенсивности коррелированного сигнала J(h) имеет вид:

J(h) = (I(h)-2Io) . (б)

где I(h) - суммарная интенсивность излучения принятая обоими ПП, ¡о - интенсивность излучения, принятая каждым ПП по отдельности, Для величины J(h) можно получить интегральное уравнение :

1

J(.h) = 2lo S3(l)R(l-h)exp(- S3(s)ds )dl. (7) о о

где R(l-h) - корреляционная функция, которую можно опредилить экспериментально, используя калибровку по источнику теплового излучения .

Предварительно определив корреляционную функцию R(l-h), по измерениям J(h), нетрудно определить и распределение коэффициента j(l). Для этого необходимо осуществить решение обратной задачи в виде интегрального уравнения Фредгольма I рода типа свертки (7). В работе уравнение (7) решалась методом регуляризации по Тихонову. Для удобства была введена функция Г(1) в виде:

1

Г(I.) dС ехр(- M(s)ds )3 , (8)

dl 0

определив которую, можно вычислить и распределение 3(1): 1

3(1)= Г(1)/С1- Sr(s)ds 1 (9)

о

Решение уравнения (7) относительно функции Г(1) методом регуляризации по Тихонову записывается в виде:

Г(1) = F~l(R(u)*J(u)/(R(«) R*(w)+ л ), (10)

где F-1 - оператор обратного преобразования Фурье, а R(w) и J(w)

- Фурье - образы функций и J (Ю. К* (ли)-комплексно сопря-

женная с ИГ«) функция, се > О - коэффициент регуляризации.

Численный эксперимент проводился следующим образом: 1. Решалась прямая задача (7). для чего было задано исходное распределение .3(1) и корреляционная функция И (1-11) ; 2. Для получения "измеряемой" коррелированной акустояркостной температуры ДЮ, на точные значения -ЬСй) была наложена нормально распределенная погрешность измерения; 3. Решалась обратная задача с использованием соотношений (9-10).

Среднеквадратичное отклонение бДЬ) предполагалось равным 0.4 К.

н»

На рис.5 представлены исходная и восстановленная зависимости распределения энергетического коэффициента поглощения от глубины.

Как видно из рисунка, обе эти зависимости схожи.

На основе статистической обработки полученных в численном эксперименте реализаций, была проведена оценка точности восстановления . При заданном распределении относительная точность

восстановления энергетического поглощения до глубин 6 см. не хуже 20£ при числе измерений п=1б и среднеквадратичной погрешности измерения коррелированного теплового излучения 5J = 0.4 К.

В ШЕСТОЙ ГЛАВЕ приведены оценки основных характеристик пассивного термоакустического томографа и обсуждены особенности технической реализации прибора.

Для получения точности восстановления температуры в исследуемой глубине не хуже 0,2-0,5 К и пространственной разрешающей способности М=5х5=25 подобластей необходимо осуществить порядка 100 измерений теплового излучения исследуемой области под разными углами и достаточно точные (не хуже 101) измерения коэффициента поглощения. Время одного измерения около 1 минуты, из-зг чего , наиболее целесообразно осуществлять одновременное сканирование ( желательно даже на нескольких частотах) . Это приведе1 к существенному сокращению времени, необходимого для проведени измерений.

Характерный размер исследуемой области с1 определяется частот ной зависимостью коэффициента поглощения и может быть оценен и формуле <1=5/{ см, где Г МГц - средняя частота, на которой ре гистрируется тепловое излучение. В частности, на частоте 2 М1 размер области составляет 2,5x2,5 см2, размер одного элемен' О,о х0.5 см2, с понижением частоты до 0.5 МГц размер области м< жет быть увеличен до 10x10 см2, при одновременном снижении ра решающей способности ( размер элемента - 2x2 см2 ).

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ.

1. Показана возможность восстановления глубинной температу тела по приближенным измерениям его собственного ультразвуковс излучения различными методами реконструкции: методом наимены

квадратов (МНК). методом отбрасывания нефизических решений и методом регуляризации по Тихонову.

2. Получены оценки точности использованных методов в зависимости от способа разбиения на подобласти исследуемой области тела, числа проведенных измерений N. пространственного разрешения (числа подобластей М ), погрешности измерения теплового излучения, частоты измерения, диапазона углов сканирования. При числе измерений N=127, погрешности измерения акустояркостной температуры 6Та=0.1 К среднеквадратичная погрешность определения внутренней температуры МНК до глубины 5 см не превышает 0.5 К при 1ространственном разрешениии I см. При использовании методов ре-'уляризации по Тихонову и отбрасывания нефизических решений точ-юсть восстановления улучшается до 0,2 К .

3. Экспериментально подтверждена возможность восстановления распределения глубинной температуры методом пассивной термоакус-ической томографии . Наилучшее восстановление внутренней темпе-атуры было получено при использовании метода регуляризации по ихонову.

4. Предложена методика проведения коррелляционных измерений эплового излучения тела, позволяющая определить зависимость ко-Ьфициента энергетического поглощения ослабления от глубины . ;шена обратная задача восстановления этого коэффициента методом >гуляризации по Тихонову, показана потенциальная высокая точ->сть этого метода.

5. Оценены основные характеристики пассивной термоакусти-ской томографии. Пассивный термоакустический томограф эффекти-н при решении медицинских задач.

- zz-

1. Андреев Г.А., Исрефилов М.Г., Плечков В.М., Станкевич O.K. Диагностика вариаций интегрального ослабления ММВ облачной атмосферой по тепловому излучению. Препринт ИРЭ РАН N 5(573),М.,1992 г.

2. Андреев Г.А., Исрефилов М.Г., Плечков В.М. Вариации радиояр-костной температуры ( ослабления) толщ дождливой атмосферы. Сборник: Приборы техника и распространение ММ и СБМВ в атмосфере. 1992 г., Харьков, Изд-во "ВИРТА". С.93-96

3. Аносов A.A., Исрефилов М.Г., Пасечник В.И. Двумерная обратная задача акустотермографии.// Тез. III Сессии Российского акустического общества. " Акустика и медицина". Москва 28-30 сентября 1994 Г. С.45-48

4. Passechnik V.l., Anosov A.A., Isrefllov M.G. Physical Basis and Perspectives of Acoustothermography// Thesis of Conference "Ultrasonics International'95". Edinburgh, 5-7 July (1995). P.89.

5. Пасечник В.И., Аносов A.A.. Исрефилов М.Г. Возможности акус-тотермометрической томографии.// Международная конференция - Радиоэлектроника в медицинской диагностике. Москва, 17-19 октября 1995 г.

6. Аносов A.A., Исрефилов М.Г., Пасечник В.И. Точность решети двумерной обратной задачи акустотермографии при некорреляционно» приеме// Радиотехника. 1995 г. N 9 С. 65-68.

7. A.A. Аносов, М.Г. Исрефилов, В.И. Пасечник. Пассивная термо акустическая томография. // Тез. международной конференции - Me дицинская физика 2'95. Москва 4-8 декабря 1995 г. С. 106