Использование априорной информации в решении динамических обратных задач акустотермометрии

 

А. А. Аносов ^{1, 2}

¹ Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН

² Первый Московский Государственный Медицинский Университет им. И.М. Сеченова

 

Статья поступила в редакцию 1 июня 2016 г.

 

Аннотация. Представлены результаты экспериментального восстановления температурных распределений в модельных объектах и в теле человека методом акустотермометрии. В рассмотренных алгоритмах использована априорная информация о виде распределения температуры. Восстанавливается глубинная температура, меняющаяся во времени, поэтому время одного измерения ограничено 10-ю секундами. Точность определения геометрических (около 1–2 мм) и температурных (около 0.5–1 К) параметров распределений приемлема для медицинских приложений метода. Результаты были представлены на IX Всероссийской конференции «Радиолокация и радиосвязь».

Ключевые слова: тепловое акустическое излучение, акустотермометрия, априорная информация, обратные задачи.

Abstract. Experimental results of temperature distribution reconstruction in the model plasticine objects and the human body were obtained with the help of passive acoustic thermometry. The objects under the study were heated and cooled and could be moved relatively receiving array. The array consisted of 14 probes based on broadband 1.6–2.5 MHz disc-shaped ultrasonic detectors with an 8 mm aperture. The probe threshold sensitivity was 0.3 K for the integration time in 10 s. The portable computer thermograph was used to measure the surface temperature of the human body. The temperature was measured in five experiments with the cooled fixed cylinder and forefinger (1), shifted heated cylinder (2), heated fixed parallelepiped (3), cooled the fixed parallelepiped and hand (4), heated fixed sphere (5). A priory information about the temperature distributions was used in reconstruction algorithms. Тhe temperature distributions were approximated by 1D, 2D, 3D Gaussians with time-varying parameters. The algorithms allowed to reconstruct four (in the 1–3 experiments) or five parameters (in the 5 experiment): the two or three spatial coordinates, size or two sizes and maximum temperature of heated region. The symmetrical distribution was reconstructed in the fourth experiment. In this case the only parameter was detected. The electronic journal format allows to demonstrate the time-varying temperature distributions with the help of an animation. The detection accuracy of the geometrical (about 1-2 mm) and temperature (about 0.5-1 K) parameters of the temperature distributions is acceptable for medical applications. The results were presented at Conference "Radars and Communications 9".

Key words: thermal acoustic radiation, acoustic thermometry, a priory information, inverse problems.