DOI: https://doi.org/10.24061/1727-4338.XVI.4.62.2017.11

РОЗРАХУНОК КОЕФІЦІЄНТІВ ВІДБИТТЯ ТА ПЕРЕНОСУ ПЛОСКОЇ УЛЬТРАЗВУКОВОЇ ХВИЛІ КРІЗЬ ШАР БІОЛОГІЧНОЇ ТКАНИНИ З ВРАХУВАННЯМ ЗАТУХАННЯ

V. M. Nahirnyak

Анотація


Актуальність. Вивчення проходження ультразвукової хвилі крізь шари біологічних тканин, в яких існує дисипація акустичної енергії, поряд із теоретичним інтересом представляє і практичний інтерес в ультразвуковій терапії та діагностиці. Відомо, що результат терапевтичної дії ультразвуку та якість ультразвукового медичного обстеження залежать від долі ультразвукової енергії, що поглинається в матеріалі тканини. Поглинання акустичної енергії призводить до термічного біологічного ефекту та знижує контрастність зображень, отриманих ультразвуковими сканерами.

Мета роботи. Метою роботи було визначення величини коефіцієнтів переносу та відбиття при нормальному падінні плоскої ультразвукової хвилі на шар біологічної тканини, в якому існує затухання ультразвуку.

Матеріали і методи. Проходження акустичної хвилі через тверду або м’яку біологічну тканини, в якій існує поглинання, супроводжується зменшенням амплітуди коливань і, відповідно, зменшенням акустичного тиску ультразвукової хвилі. Зміни тиску та інтенсивності ультразвуку відбуваються вздовж напрямку розповсюдження хвилі. Беручи до уваги умову неперервності на обох границях між середовищем (водою) і шаром тканини, отримали математичні формули для коефіцієнтів переносу та відбиття.

Результати. Отримано явний вираз для величин обох коефіцієнтів у випадку нормального падіння ультразвукової хвилі та визначені параметри ультразвукової хвилі та акустичні властивості шару тканин, від яких залежать величини цих коефіцієнтів. А саме: відносний акустичний імпеданс середовищ, коефіцієнт поглинання в шарі тканини та частоту ультразвуку.

Висновки. Результати роботи дозволяють розраховувати терапевтичну дію ультразвукової хвилі. Зокрема, оцінку інтенсивності ультразвукової хвилі у внутрішніх органах людини при неінвазійних інтервенціях та величину підвищення температури в ділянці ультразвукового опромінення тканин та органів. Також використання результатів роботи дозволяє проводити числове моделювання проходження ультразвуку через багатошарові біологічні структури для покращення ультразвукової візуалізації органів, ефективності дії ультразвуку та проводити оцінку величин можливих небажаних побічних ефектів під час медичних ультразвукових обстежень.


Ключові слова


ультразвук; коефіцієнт переносу і відбиття; ультразвуковий біоефект; ультразвукове дослідження тканин; ультразвукова діагностика

Повний текст:

PDF

Посилання


Bailey MR, Khokhlova VA, Sapozhnikov OA, Kargl SG, Crum LA. Physical mechanisms of the therapeutic effect of ultrasound (a review). Acoustical Physics. 2003;49(4):369–88. doi: 10.1134/1.1591291

Nahirnyak VM, Mast TD, Holland CK. Ultrasound-induced thermal elevation in clotted blood and cranial temporal bone. Ultrasound Med Biol. 2007;33(8):1285-95. doi: 10.1016/j.ultrasmedbio.2007.02.005

Stauffer PR. Thermal therapy techniques for skin and superficial tissue disease. In: Ryan TP, editor. Matching the Energy Source to the Clinical Need: A Critical Review. Proc SPIE. 2000;10297. doi: 10.1117/12.37521.

Maev GR, editor. Acoustical Imaging. New York: Kluwer academic publishers/Plenum Press; 2002;26:9-25.

Pitt WG, Husseini GA, Staples B.J. Ultrasonic Drug Delivery – A General Review. Expert Opin Drug Deliv. 2004;1(1):37–56. doi: 10.1517/17425247.1.1.37.

Kim HC, Al-Mahrouki A, Gorjizadeh A, Sadeghi-Naini A, Karshafian R, Czarnota GJ. Quantitative Ultrasound Characterization of Tumor Cell Death: Ultrasound-Stimulated Microbubbles for Radiation Enhancement. PLoS ONE. 2014;9(7):e102343. doi: 10.1371/journal.pone.0102343

Weitz AC, Lee NS, Yoon CW, Bonyad A, Goo KS, Kim S, et al. Functional Assay of Cancer Cell Invasion Potential Based on Mechanotransduction of Focused Ultrasound. Front Oncol. 2017;7:1-13. doi: 10.3389/fonc.2017.00161

Kinsler LE, Frey AR, Coppens AB, Sanders JV. Fundamentals of acoustics. New York: John Wiley; 1982. 480 p.

Morse PM, Feshbach H. Methods of theoretical physics. Parts 1 and 2. New York: McGraw- Hill; 1953, р. 857-61.

Hill CR, Bamber JC, ter Haar GR, editor. Physical Principles of Medical Ultrasonics. 2th ed. England: John Wiley & Sons, Ltd; 2004. doi: 10.1002/0470093978.

Golyamin IP, redaktor. Ul'trazvuk. Malen'kaya entsiklopediya [Ultrasound. Small Encyclopedia]. Moskov: Sovetskaya Entsiklopediya; 1979. 480 s. (in Russian)

Naqvi J, Yap KH, Ahmad G, Ghosh J. Transcranial Doppler Ultrasound: A Review of the Physical Principles and Major Applications in Critical Care. International Journal of Vascular Medicine [Internet]. 2013 [cited Nov 10];2013:629378. Available from: https://www.hindawi.com/journals/ijvm/2013/629378/ doi: 10.1155/2013/629378.

Lizzi FL, Greenebaum M, Feleppa EJ, Elbaum M, Coleman DJ. Theoretical framework for spectrum analysis in ultrasonic tissue characterization. J Acoust Soc Am. 1983;73(4):1366-73. doi: 10.1121/1.389241


Пристатейна бібліографія ГОСТ


1. Bailey MR, Khokhlova VA, Sapozhnikov OA, Kargl SG, Crum LA.  Physical mechanisms of the therapeutic effect of ultrasound (a review). Acoustical Physics. 2003;49(4):369–88. doi: 10.1134/1.1591291

2. Nahirnyak VM, Mast TD, Holland CK.  Ultrasound-induced thermal elevation  in clotted blood and cranial temporal bone. Ultrasound Med Biol.  2007;33(8):1285-95. doi: 10.1016/j.ultrasmedbio.2007.02.005

3. Stauffer PR.  Thermal therapy techniques for skin and superficial tissue disease. In: Ryan TP, editor. Matching the Energy Source to the Clinical Need: A Critical Review. Proc SPIE. 2000;10297. doi: 10.1117/12.37521.

4. Maev GR, editor. Acoustical Imaging.  New York:  Kluwer academic publishers/Plenum Press; 2002;26:9-25.

5. Pitt WG, Husseini GA, Staples B.J.  Ultrasonic Drug Delivery – A General Review. Expert Opin Drug Deliv. 2004;1(1):37–56. doi: 10.1517/17425247.1.1.37.

6. Kim HC,  Al-Mahrouki A, Gorjizadeh A, Sadeghi-Naini A, Karshafian R, Czarnota GJ. Quantitative Ultrasound Characterization of Tumor Cell Death: Ultrasound-Stimulated Microbubbles for Radiation Enhancement.  PLoS ONE. 2014;9(7):e102343. doi: 10.1371/journal.pone.0102343

7. Weitz AC, Lee NS, Yoon CW, Bonyad A, Goo KS, Kim S, et al. Functional Assay of Cancer Cell Invasion Potential Based on Mechanotransduction of Focused Ultrasound. Front Oncol. 2017;7:1-13. doi:  10.3389/fonc.2017.00161

8. Kinsler LE, Frey AR, Coppens AB, Sanders JV. Fundamentals of acoustics. New York: John Wiley; 1982. 480 p.

9. Morse PM, Feshbach H.  Methods of theoretical physics. Parts 1 and 2. New York: McGraw- Hill; 1953, р. 857-61.

10. Hill CR, Bamber JC, ter Haar GR, editor.  Physical Principles of Medical Ultrasonics. 2th ed. England: John Wiley & Sons, Ltd; 2004.  doi:  10.1002/0470093978.

11. Голямин ИП, редактор. Ультразвук. Маленькая энциклопедия.  Москва: Советская Энциклопедия; 1979. 480 c.

12. Naqvi J, Yap KH, Ahmad G, Ghosh J. Transcranial Doppler Ultrasound: A Review of the Physical Principles and Major Applications in Critical Care.  International Journal of Vascular Medicine [Internet]. 2013 [cited Nov 10];2013:629378. Available from: https://www.hindawi.com/journals/ijvm/2013/629378/ doi: 10.1155/2013/629378.

13. Lizzi FL, Greenebaum M, Feleppa EJ, Elbaum M, Coleman DJ.  Theoretical framework for spectrum analysis in ultrasonic tissue characterization.  J Acoust Soc Am. 1983;73(4):1366-73. doi: 10.1121/1.389241





© Clinical & Experimental Pathology, 2004-2019
When you copy an active link to the material is required
ISSN 2521-1153 (Online)
ISSN 1727-4338 (Print)
tel./fax +38(0372)553754