Российский фонд
фундаментальных
исследований

Физический факультет
МГУ им. М.В.Ломоносова
 

12.06 Акустическая голография и томография

 

Николаев Д.А., Цысарь С.А., Крайдер У., Сапожников О.А. «Широкополосная калибровка гидрофонов мегагерцового диапазона частот методом взвешивания акустического пучка и измерения его голограммы» Сборник трудов XXXV сессии Российского акустического общества. Москва, 13–17 февраля 2023 г., с. 954-959 (2023)

Предложен метод абсолютной калибровки гидрофонов в мегагерцовом диапазоне частот. С этой целью применяется комбинация двух типов экспериментальных измерений. Первое измерение заключается в записи калибруемым гидрофоном акустического сигнала в точках поверхности, пересекаемой ультразвуковым пучком при возбуждении излучателя импульсным электрическим сигналом. Получаемая пространственно-временная запись ультразвукового сигнала (импульсная голограмма) содержит полную информацию об акустическом пучке. Искажение голограммы, вызванное конечным размером приемного элемента, компенсируется с учетом экспериментально измеренной диаграммы направленности гидрофона. Второй эксперимент заключается в измерении акустической радиационной силы, оказываемой ультразвуковым пучком на поглотитель большого диаметра при возбуждении того же излучателя монохроматическими сигналами в пределах полосы его эффективности. Совмещая результаты измерений импульсной голограммы и радиационной силы, определяется чувствительность гидрофона в диапазоне рабочих частот акустического излучателя. Проведена калибровка двух гидрофонов разных конструкций – игольчатого (HNA-0400, Onda, USA) и капсульного (HGL-0200, Onda, USA) в частотном диапазоне 1–3 МГц. Показано, что в пределах указанной производителем гидрофонов неточности (1 дБ) калибровка предложенным методом совпала с паспортной.

Сборник трудов XXXV сессии Российского акустического общества. Москва, 13–17 февраля 2023 г., с. 954-959 (2023) | Рубрики: 06.17 06.22 12.06

 

Коровко Е.П., Цысарь С.А., Росницкий П.Б., Хохлова В.А., Сапожников О.А. «Компенсация неоднородностей фаз поверхности 256-элементной фокусирующей ультразвуковой решетки методом акустической голографии» Сборник трудов XXXV сессии Российского акустического общества. Москва, 13–17 февраля 2023 г., с. 909 (2023)

В медицинских приложениях ультразвука необходимо уметь создавать необходимую для конкретного приложения пространственно-временную структуру акустического поля. В диагностике и микроскопии это позволяет повысить пространственное разрешение ультразвукового изображения, а при использовании мощного ультразвука в терапии – контролировать пространственное распределение интенсивности в зоне воздействия; важным также является подавление нежелательных боковых лепестков и паразитных максимумов, возникающих при применении многоэлементных излучателей. При этом точный расчёт акустического поля невозможен без знания характера колебаний поверхности источника. В настоящей работе методом акустической голографии проведена характеризация абсолютно плотной фокусирующей 256-элементной ультразвуковой решётки с нерегулярным мозаичным расположением элементов. Элементы имеют вид многоугольников равной площади, плотно расположенных на участке сферической поверхности в виде вогнутой чаши с радиусом кривизны 150 мм и диаметром 200 мм. Решётка имеет центральную рабочую частоту 1.2 МГц и рассчитана для работы в воде. В рамках данного исследования проведен следующий эксперимент: в режиме импульсного возбуждения элементов производилась запись нестационарной голограммы вдоль плоской поверхности между излучателем и его фокальной плоскостью, после чего проводилась численная реконструкция нормальной компоненты колебательной скорости на поверхности источника. По результатам измерений было выявлено отклонение фаз скоростей на элементах от номинальных значений, что могло быть вызвано либо несферичностью поверхности расположения элементов, либо внесением дополнительных фазовых задержек согласующей электрической цепью. Для восстановления эффективной сферичности излучающей поверхности осуществлялась коррекция фаз электрических сигналов на элементах с использованием управляющей системы Verasonics V-1. Был разработан и применен протокол излучения с внесением поканальных задержек, компенсирующих фазовые сдвиги, обнаруженные на исходной акустической голограмме. После указанной коррекции была измерена новая голограмма, а также форма фокального пятна и значение амплитуды в фокусе. Показано, что компенсация позволила восстановить эффективную сферичность решётки и за счёт этого уменьшить размер фокальной области на 5% по уровню –6 дБ, увеличить пиковое значение давления в фокусе на 10%, а также упростить расчёт фазовых задержек для электронного перемещения фокуса и создания полей с заданной структурой.

Сборник трудов XXXV сессии Российского акустического общества. Москва, 13–17 февраля 2023 г., с. 909 (2023) | Рубрики: 06.23 12.06

 

Пересёлков С.А., Кузькин В.М., Казначеев И.В., Ткаченко С.А., Рыбянец П.В. «Формирование голограммы источника звука с использованием горизонтальной линейной антенны» Сборник трудов XXXV сессии Российского акустического общества. Москва, 13–17 февраля 2023 г., с. 310-315 (2023)

Предложена теория интерферометрической обработки гидроакустической информации с использованием горизонтальной линейной антенны. Развитая теория позволяет анализировать эффективность интерферометрической обработки с применением антенны по отношению к одиночному приемнику. Приведены и обсуждены результаты моделирования коэффициента усиления и характеристики направленности в зависимости от апертуры и компенсации антенны в заданном направлении.

Сборник трудов XXXV сессии Российского акустического общества. Москва, 13–17 февраля 2023 г., с. 310-315 (2023) | Рубрики: 07.18 12.06

 

Tsysar S.A., Rosnitskiy P.B., Asfandiyarov S.A., Petrosyan S.A., Khokhlova V.A., Sapozhnikov O.A. «Phase Correction of the Channels of a Fully Populated Randomized Multielement Therapeutic Array Using the Acoustic Holography Method» Acoustical Physics, 70, № 1, с. 82-89 (2024)

The acoustic holography method was used to characterize a therapeutic focused fully populated 256-element ultrasonic transducer array. Elements of the array with the shape of equal area polygons are densely arranged in an irregular pattern on a spherically concave surface with a radius of curvature of 150 mm and a diameter of 200 mm. The array has a central frequency of 1.2 MHz and is designed to operate in water. The performance of individual array elements was studied based on the holographically reconstructed normal velocity distribution over the array surface. It was shown that with the same electrical signals applied to the elements, their acoustic responses had a phase deviation relative to the nominal values, which can be caused either by the asphericity of the array surface, or by the introduction of additional phase delays by the electrical matching network. To compensate for the detected parasitic phase shifts of the elements and restore the effective sphericity of the radiating surface, the Verasonics V-1 control system was used. The hologram measured after making the correction, as well as the shape of the focal region and acoustic pressure magnitude at the focus, separately measured by a hydrophone, showed that the proposed method reconstructed the nominal operating parameters of the array with high accuracy.

Acoustical Physics, 70, № 1, с. 82-89 (2024) | Рубрики: 12.01 12.06 12.07

 

Росницкий П.Б., Цысарь С.А., Карзова М.М., Буравков С.В., Данилова Н.В., Пономарчук Е.М., Юлдашев П.В., Сапожников О.А., Кадрев А.В., Черняев А.Л., Черников В.П., Охоботов Д.А., Камалов А.А., Хохлова В.А. «Неинвазивная механическая деструкция аденокарциномы простаты человека ex vivo методом гистотрипсии с кипением» Сборник трудов XXXV сессии Российского акустического общества. Москва, 13–17 февраля 2023 г., с. 783 (2023)

В клинической практике уже более 25 лет применяется метод неинвазивной тепловой абляции локализованного рака простаты с помощью мощного сфокусированного ультразвука. Несмотря на многолетнее успешное использование такого подхода, остаются некоторые проблемы, связанные с диффузией тепла из таргетной области и сложностями мониторинга процесса облучения с использованием ультразвуковых методов (УЗИ). Поэтому возможность реализации нетепловых методов абляции представляет значительный интерес для исследования. В работе представлены пилотные результаты, демонстрирующие возможность неинвазивной механической деструкции аденокарциномы простаты человека ex vivo методом гистотрипсии с кипением. Использовался сфокусированный излучатель с рабочей частотой 1.5 МГц и номинальным углом фокусировки 84°. Для характеризации акустического поля in situ в фокусе излучателя и выбора рабочей акустической мощности применялся численный алгоритм, основанный на методе акустической голографии и решении уравнения Вестервельта. Воздействие проводилось в импульсно-периодическом режиме с длительностью импульсов 10 мс, периодом следования 1 с, дозой 30 импульсов на точку фокуса и расстоянием 1 мм между однофокусными разрушениями. Акустическая мощность излучателя составляла 734 Вт. Положения фокуса внутри аутопсийного образца ткани простаты во время воздействия отслеживались с использованием диагностического УЗИ-датчика, работающего в B-режиме по расположению эхогенной области. В результате облучения опухоли было получено объемное разрушение до состояния жидкой суспензии объемом 30 мм3, которое также хорошо визуализировалось на УЗИ как гипоэхогенная область. После воздействия был проведен гистологический анализ разрушения, который подтвердил наличие опухоли и ее деструкцию на фрагменты субклеточных размеров.

Сборник трудов XXXV сессии Российского акустического общества. Москва, 13–17 февраля 2023 г., с. 783 (2023) | Рубрики: 12.06 15.02 15.03

 

Пересёлков С.А., Кузькин В.М., Казначеева Е.С., Ткаченко С.А., Рыбянец П.В. «Голографическая структура источника звука на стационарной акустической трассе в присутствии внутренних волн» Сборник трудов XXXV сессии Российского акустического общества. Москва, 13–17 февраля 2023 г., с. 316-321 (2023)

Рассмотрены физико-математические принципы формирования голограммы в океанической среде на фоне интенсивных внутренних волн, вызывающих взаимодействие мод. Показано, что спектральная плотность голограммы концентрируется в двух непересекающихся областях, соответствующих рассеянному и невозмущенному полям. Фильтрация этих областей дает возможность передавать неискаженную информацию через неоднородную океаническую среду.

Сборник трудов XXXV сессии Российского акустического общества. Москва, 13–17 февраля 2023 г., с. 316-321 (2023) | Рубрики: 04.11 07.03 12.06