Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics of RAS Русский Sign in Submit a paper
Journal of Radio Electronics Online scientific journal · eISSN 1684-1719
2013, № 3 · BIOMEDICAL RADIO ELECTRONICS

Определение положения и размера нагретой области методом динамической акустотермографии

A.A. Anosov1,2, A.S. Kazanskii1, A.D. Mansfeld3, A.S. Sharakshane1

1 Kotelnikov IRE RAS, Moscow, Russia
2 I.M. Sechenov First Moscow State Medical University, Moscow, Russia
3 Институт прикладной физики РАН, Russia
Full text (PDF) UDC 534.8 EDN PZZJFF

Abstract

Size and location detection of heated region which appears in result of medical procedures such as hyperthermia and thermoablation is discussed. The region parameters are changed over time. The dynamical acoustical thermography is proposed for their measurements. Computer simulation and natural experiments are carried out. In these experiments the 1D and 3D reconstruction problems are solved. In the 3D experiment two plane arrays are used. Each array consists of 7 acoustical sensors. The arrays are perpendicular each other. It is shown that the average time 10 s is enough to detect the size and location of heated region with error about 1-3 mm. The obtained results are important for the temperature control of the medical procedures connected with heat of the soft tissues of the human body. The results of the paper were presented at Conference "Radars and Communications 6".

  • тепловое акустическое излучение
  • динамическая акустотермография
  • восстановление температуры
Аннотация (на русском)

Определение положения и размера нагретой области методом динамической акустотермографии

Рассмотрен вопрос определения размера и расположения нагретой области, которая возникает в результате медицинских процедур: гипертермии или термоабляции. Параметры области меняются во времени: для их измерения предлагается использовать динамическую акустотермографию. Проведены компьютерное моделирование и физические эксперименты, в которых решили одномерную и трехмерную пространственные задачи. В 3D эксперименте использовали две плоских решетки из 7 акустических датчиков каждая, расположенные перпендикулярно друг другу. Показано, что для определения координат центра и размера нагретой области с погрешностью около 1-3 мм достаточно времени усреднения 10 с. Полученные результаты важны для контроля температуры при проведении медицинских процедур, связанных с нагревом внутренних тканей организма человека. Материалы статьи докладывались на VI Всероссийской конференции "Радиолокация и радиосвязь".

For citation

Anosov A.A., Kazanskii A.S., Mansfeld A.D., Sharakshane A.S. Определение положения и размера нагретой области методом динамической акустотермографии // Journal of Radio Electronics. – 2013. – No. 3.

References

  1. Аносов А.А., Сергеева Т.В., Алехин А.И., Беляев Р.В., Вилков В.А., Иванникова О.Н., Казанский А.С, Кузнецова О.С., Лесс Ю.А., Мансфельд А.Д., Санин А.Г., Шаракшанэ А.С., Луковкин А.В. "Акустотермометрическое сопровождение лазериндуцированной интерстициальной гипертермии молочной и щитовидной желез", Биомедицинская радиоэлектроника, 2008, №5, С.67-72.
  2. Гуляев Ю.В., Годик Э.Э., Дементиенко В.В., Пасечник В.И., Рубцов А.А. "О возможностях акустотермографии биологических объектов", Докл. АН СССР. 1985. Т.283. №6. С.1495-1499.
  3. Аносов А.А., В.И.Пасечник, К.М.Бограчев "Пассивная термоакустическая томография кисти руки человека", Акуст. журн. 1998. Т.44. №6. C.725-730.
  4. Гуляев Ю. В., К.М. Бограчев, И. П. Боровиков, Ю. В. Обухов, В. И. Пасечник "Пассивная термоакустическая томография - методы и подходы", Радиотехника и электроника, 1998 Т.43 №9 С.140-146
  5. Аносов А.А., Пасечник В.И., Исрефилов М.Г. "Восстановление двумерного распределения внутренней температуры модельного объекта методом пассивной термоакустической томографии", Акуст. журн. 1999. Т. 45. № 1. C.20-24.
  6. Krotov E.V., Zhadobov M.V., Reyman A.M., "Detection of thermal acoustic radiation from laser-heated deep tissue", Appl. Phys. Lett., 2002, Vol. 81, #21, P.3918-3920.
  7. Weaver R.L., Lobkis O.I. "Elastic wave thermal fluctuations, ultrasonic waveforms by correlation of thermal phonons", J. Acoust. Soc. Am. 2003. V. 113 P. 2611-2621.
  8. Bosnyakov M.S., Obukhov Yu.V. "Optimum wavelet basis for representation of the functions satisfying the head conduction equation", Pattern Recognition and Image Analysis. 2003. V. 13, № 1. P. 621-624.
  9. Буров В.А., Дариалашвили П.И., Евтухов С.Н., Румянцева О.Д. "Экспериментальное моделирование процессов активно-пассивной термоакустической томографии", Акуст. журн. 2004 Т.50 №3 С.298-310.
  10. Миргородский В.И., Герасимов В.В., Пешин С.В. "Экспериментальные исследования особенностей пассивной корреляционной томографии источников некогерентного акустического излучения мегагерцового диапазона", Акуст. журн. 2006 Т.52 №5 С.606-612.
  11. Аносов А.А., Барабаненков Ю.Н., Бограчев К.М., Гарсков Р.В., Казанский А.С., Шаракшанэ А.С. "Совместное использование акустотермографии и ИК-тепловидения для контроля температуры при нагреве модельного биологического объекта", Акуст. журн. 2008. Т.54. №3. С.499-504.
  12. Godin O.A. "Retrieval of Green’s functions of elastic waves from thermal fluctuations of fluid-solid systems", J. Acoust. Soc. Am. 2009. V. 125 P. 1960-1970.
  13. Мансфельд А.Д. "Акустотермометрия. Состояние и перспективы", Акуст. журн. Т.55. 2009. №4-5. С.536-547.
  14. Аносов А.Н., Беляев Р.В., Вилков В.А., Казанский А.С., Мансфельд А.Д., Шаракшанэ А.С. "Определение динамики изменения температуры в модельном объекте методом акустотермографии", Акуст. журн. 2008. Т.54. №4. С.540-545
  15. Аносов А.А., Беляев Р.В., Вилков В.А., Казанский А.С., Мансфельд А.Д., Шаракшанэ А.С. "Динамическая акустотермография", Акуст. журн. 2009. Т. 55. № 4-5. С.436-444.
  16. Аносов А.А., Беляев Р.В., Вилков В.А., Дворникова М.В., Дворникова В.В., Казанский А.С., Курятникова Н.А., Мансфельд А.Д. "Акустотермометрическое восстановление профиля глубинной температуры с использованием уравнения теплопроводности", Акуст. журн. 2012. Т. 58. № 5. C. 592-599.
  17. Аносов А.А., Беляев Р.В., Вилков В.А., Дворникова М.В., Дворникова В.В., Казанский А.С., Курятникова Н.А., Мансфельд А.Д. "Акустотермометрический контроль кисти человека при гипертермии и гипотермии", Акуст. журн. 2013. Т. 59. № 1. C.109-114.
  18. Passechnik V.I. "Verification of the Physical basis of acoustothermography", Ultrasonics, 1994, V.32, P.293-299.