ZLECENIE NR 302 Badanie efektów rozchodzenia się fal w ośrodkach biologicznych i w strukturach materiałowych.
Temat 1. Zastosowanie wysokiej częstotliwości fal ultradźwiękowych do badań tkanki miękkiej poprzez analizę rozproszenia wstecznegosygnału wielkiej częstotliwości.
- CEL BADAŃ:
Celem badań jest polepszenie diagnostyki chorób charakteryzujących się miejscowymi zmianami patologicznymi, w szczególności wspomaganie diagnostyki zmian nowotworowych skóry.
- OPIS REALIZOWANYCH PRAC:
Zadanie 1. Wyznaczanie parametrów skóry ludzkiej in vivo za pomocą ultradźwięków wysokiej częstotliwości.
Zadanie 2. Obrazowanie rozkładu współczynnika tłumienia ultradźwięków w tkance miękkiej.
Ad. Zadanie 1. Sygnały ultradźwiękowe rozproszone w obszarach zmienionych chorobowo są rejestrowane i następnie poddawane analizie polegającej na wyznaczaniu tłumienia ultradźwięków, współczynnika rozproszenia oraz własności statystycznych. Wyniki porównywane są z analogicznymi parametrami wyznaczonymi dla skóry zdrowej. Dla analizowanych przypadków zmian nowotworu podstawno komórkowego stwierdzono znamienne różnice we współczynniku tłumienia i statystyce obwiedni sygnału rozproszonego w stosunku to analogicznych parametrów skóry zdrowej.
Ad. Zadanie 2. Badania mieszczą się w nurcie nowoczesnych metod obrazowania, tzw. ultradźwiękowego obrazowania parametrycznego organów człowieka, które są wykonywane w czasie rzeczywistym, analogicznie do tradycyjnego obrazowania ultrasonograficznego. Pokazano, że sposób zbierania danych ultradźwiękowych, które następnie są wykorzystywane do wyznaczania tłumienia, w istotny sposób wpływa na rozdzielczość i dokładność obrazowania parametrycznego. Zastosowano technikę apertury syntetycznej, w tym „compoundingu przestrzennego” z wykorzystaniem fali płaskiej.
- OPIS NAJWAŻNIEJSZYCH OSIĄGNIĘĆ:
Zadanie 1. Po przeprowadzeniu symulacji numerycznej fali ultradźwiękowej rozproszonej w zmianie nowotworowej i w skórze zdrowej można było zinterpretować zmiany . zachodzące w statystyce rozproszenia. Wynikają one ze zmniejszonej gęstości przestrzennej włókien kolagenowych w skórze objętej nowotworem, spowodowanej pojawieniem się klastrów komórek nowotworowych w miejscu włókien.
Zadanie 2. Użyte metody badawcze pozwoliły na tworzenie obrazów rozkładu tłumienia o jakości znacznie wyższej, niż przy stosowaniu klasycznej techniki rejestracji ech ultradźwiękowych. Ponadto, zastosowano metodę „compounding częstotliwości” zwiększając dodatkowo rozdzielczość przestrzenną.
- WYKORZYSTANIE UZYSKANYCH WYNIKÓW:
Zadanie 1. Współpraca z lekarzami klinicystami pozwala na bieżąco monitorować wartość diagnostyczną w/o badań.
Zadanie 2. Wyniki umożliwiają podjęcie badań zastosowania techniki obrazowania tłumienia w badaniach in vivo.
Temat 2: Modelowanie numeryczne wyznaczania deformacji tkanek podczas ruchu przy pomocy śledzenia pomieszczenia „ziarna” w obrazie USG.
- CEL BADAŃ:
Prace ukierunkowane na badanie rozpraszania ultradźwięków od ruchomych tkanek w celu oceny ich własności mechanicznych mających znaczenie dla aplikacji w kardiologii.
- OPIS REALIZOWANYCH PRAC:
W zakresie eksperymentu i modelowania numerycznego zadanie polega na modelowaniu :a) ruchu i deformacji ściany serca b) wizualizacji struktur mięśnia poprzez speckles c) opracowaniu algorytmu śledzącego ruch struktur mięśnia.
Istotą pracy jest stworzenie kontrolowanego „środowiska” pozwalającego badać związki między stanami deformacji ściany komory serca a wizualizacjami tych stanów w postaci obrazów echograficznych - związki między dynamicznie zmieniającą się dystrybucją markerów tkankowych a zmieniającą się dystrybucją elementów echokardigraficznego obrazu. Opracowano model numeryczny (i kod) pozwalający na numeryczne modelowanie procesu wizualizacji ruchomego i deformowanego w trakcie ruchu fragmentu mięśnia z zadawanym początkowym rozkładem mikrorozpraszaczy (markerów tkankowych). Otrzymano sekwencje czasowe ilustrujące zmienne w czasie i o różnym stopniu złożoności obrazy dystrybucji speckles odpowiadające zmiennemu położeniu markerów.
Model numeryczny pozwala na opracowywanie i testowanie nowych - aplikacyjnie ważnych- algorytmów śledzenia ziarna.
Na modelu lewej komory serca przeprowadzono szereg eksperymentów z użyciem komercyjnych ultrasonografów stosujących algorytmy śledzenia ziarna.
Opracowano "wstępny" ałasny algorytm śledzenia ziarna.
Niektóre uzyskane wyniki przedstawiono w p.3.
- OPIS NAJWAŻNIEJSZYCH OSIĄGNIĘĆ:
Przyjęto prezentacje na prestiżową konferencje z zakresu kardiologii - ASE 2013 Echo Hawaii, Abstract Number: 14552, Title: Portable Dynamic Ultrasound Phantoms of the Left Ventricle.
Congratulations! The American Society of Echocardiography (ASE) is pleased to invite you to join us for the 23rd Annual Echo Hawaii 2013 conference on January 21-25, 2013 at the Hapuna Beach Prince Hotel, Kohala Coast, Big Island, Hawaii.
- WYKORZYSTANIE UZYSKANYCH WYNIKÓW:
Testowanie algorytmów śledzenia ziarna komercyjnych ultrasonografów i tworzenie własnego oprogramowania w tym zakresie.
Dydaktyka w zakresie chorób i diagnostyki serca.
Temat 3: Wyznaczanie termicznych własności tkanek in vivo z pomiaru przyrostów temperatury indukowanych w nich impulsową ogniskowaną wiązką ultradźwiękową o dużym natężeniu.
- CEL BADAŃ:
Opracowanie ultradźwiękowej metody wyznaczania współczynnika przewodnictwa cieplnego dla tkanek in vivo na podstawie pomiaru przyrostu temperatury indukowanego impulsową ogniskowaną wiązką ultradźwiękową lokalnie w tkankach (w ognisku wiązki).
- OPIS REALIZOWANYCH PRAC:
Zbudowano stanowisko doświadczalne do pomiaru przyrostów temperatury w tkance in vitro (wątroba wołowa). Źródłem fal ultradźwiękowych był wklęsły przetwornik piezoelektryczny generujący wiązkę ultradźwiękową z ogniskiem wewnątrz tkanki. Impulsy generowano do dwuwarstwowego układu ośrodków składającego się z wody i tkanki. W celu maksymalizacji efektów nieliniowych (zwiększających wzrost temperatury) długość drogi propagacji impulsów przez warstwę wodę w dwuwarstwowym układzie ośrodków wyznaczono teoretycznie jako odległość od źródła, na której rozpoczyna się gwałtowny wzrost amplitudy 2-giej składowej harmonicznej w widmie jednotonowych impulsów generowanych przez używane źródło do wody. Przyrost temperatury mierzono za pomocą termopary umieszczonej w ognisku wiązki. Zmierzony czasowy przyrost temperatury porównywano z wynikami obliczeń zakładających różne wartości współczynnika przewodnictwa cieplnego dla tkanki. Zbieżność otrzymanych krzywych pozwalała wyznaczyć poszukiwany współczynnik przewodnictwa cieplnego badanej tkanki.
- OPIS NAJWAŻNIEJSZYCH OSIĄGNIĘĆ:
Opracowano nową ultradźwiękową metodę wyznaczania współczynnika przewodnictwa cieplnego tkanek in vivo za pomocą pomiaru przyrostu temperatury indukowanego lokalnie w tkankach impulsową ogniskowaną wiązką ultradźwiękową.
- WYKORZYSTANIE UZYSKANYCH WYNIKÓW:
Uzyskane wyniki umieszczono w artykule złożonym do publikacji w prestiżowym czasopismie Ultrasound in Medicine & Biology (40 pkt).
ZLECENIE NR 303 Fale sprężyste w złożonych strukturach powierzchniowych w modelowaniu super-sieci akustycznych i szyków przetwornikowych.
- CEL BADAŃ:
Przedmiot pogłębionych głównie teoretycznych badań własności falowych struktur planarnych z obszaru ultrasonografii, głównie szyków przetwornikowych do kształtowania wiązek falowych:
1) Zagadnienie propagacji w złożonych strukturach sprężystych pasków.
2) Modelowanie szyków przetwornikowych i struktur dopasowujących.
Stosowane metody badań: teoretyczne i numeryczne.
- OPIS REALIZOWANYCH PRAC:
Badania dotyczą złożonych ośrodków quasi-periodycznych, dla których uprzednio rozwinięto metody analizy falowej: struktur powierzchniowych generujących kształtowaną wiązkę falową w ośrodku sprężystym i warstwowych struktur sprężystych typu jedno- lub dwuwymiarowej super-sieci akustycznej. Rozpatrywane zagadnienia takie jak kształt pola falowego w objętości ośrodka akustycznego z analizą detekcji wtrąceń poprzez odpowiednią detekcyjną strukturę rozłożoną powierzchniowo na podłożu oraz analiza wpływu warstwowej niejednorodności ośrodka o dużym współczynniku Poissona (typu tkanki biologicznej) na propagację fali powierzchniowej mają aktualne znaczenie dla badań ultradźwiękowych.
- OPIS NAJWAŻNIEJSZYCH OSIĄGNIĘĆ:
Wspomniane zagadnienia charakteryzują się istotną złożonością teorio-falową; wymagają wykorzystania i rozwinięcia metod i doświadczenia ostatnich opracowań teoretycznych autorów. Są to prace naukowo-oryginalne o znacznym potencjalnym i aktualnym znaczeniu technicznym. Opracowanie metod elektrostatyki dla periodycznych i quasi-periodycznych (multi-periodycznych) układów przewodzących elektrod umieszczonych na powierzchni warstwy piezoelektrycznej pozwoliło opracować metodę pomiaru prędkości oraz tłumienia fali poprzecznej w ośrodku biologicznym za pomocą jednego przetwornika z odseparowanymi portami wejścia i wyjścia. Metoda ma istotne znaczenie aplikacyjne w powierzchniowej elastografii. Oprócz tego została opracowana metoda obrazowania ultrasonograficznego z zastosowaniem algorytmu syntetycznej apertury, w której uwzględniony został wpływ kierunkowości elementów szyku liniowego. Pozwoliło to uzyskać poprawę znaczącą poprawę jakości obrazowania (kontrastowość oraz głębokość wizualizacji) w porównaniu do tradycyjnych algorytmów syntetycznej apertury. Do obliczania kierunkowości elementów nadawczego oraz odbiorczego użyto opracowanej wcześniej metody modelowania planarnego układu przetworników akustycznych.
- WYKORZYSTANIE UZYSKANYCH WYNIKÓW:
Główne wyniki badań dotyczące metody pomiaru prędkości oraz tłumienia fali poprzecznej w ośrodku biologicznym zostały opublikowane w czasopiśmie Sensors (vol.12, 11946-11956, 2012). Wyniki dotyczące opracowanego algorytmu obrazowania z uwzględnieniem kierunkowości elementów szyku liniowego zostały opublikowane w czasopiśmie Ultrasonics – Elsevier (vol.52, 333-342, 2012 ).
|
2012