Российская Академия Наук
Институт прикладной физики

Отдел
Радиофизических
методов в медицине

Добро пожаловать !

Общие сведения
Направления исследований
Конференции и семинары
Новости сайта
English version
ИПФ РАН
E-mail:
603950, Нижний Новгород, ул. Ульянова 46
Телефон: (8312) 36-56-60 Факс: (8312) 36-37-92

УЛЬТРАЗВУКОВЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ.

Ультразвуковые локационные методы исследования структуры и движений сердца, сосудов и крови начали развиваться с начала 70-х годов. В течение нескольких лет в сотрудничестве с ведущими медицинскими и промышленными организациями удалось разработать первый в СССР импульсный ультразвуковой эхокардиограф "УЗКАР-3", позволяющий исследовать движение основных структур сердца, импульсно-доплеровский эхокардиограф "УЗКАР-Д", позволяющий измерять скорости движения выделенных структур сердца и скорости кровотока в крупных сосудах, а также основанный на широкополосном нелинейном рассеянии ультразвуковой прибор "Ветер" для обнаружения неподвижных газовых пузырьков в тканях при декомпрессии в ходе космических и водолазных работ. Эхокардиограф "УЗКАР-3" был освоен промышленностью и применялся в медицинской практике вплоть до 90-х годов. Прибор "УЗКАР-Д" позволил провести целый ряд научных медицинских исследований, а его модификации - фундаментальные исследования по развитию и управлению турбулентностью в модельных однородных и пульсирующих сдвиговых течениях. Для визуализации и невозмущающего измерения характеристик вибрационных полей на поверхности биологических и физических объектов была разработана серия прецизионных ультразвуковых фазовых виброметров.

Появление новой элементной базы и персональных компьютеров в конце 80-х годов позволили начать исследования в новых направлениях.
Были разработаны алгоритмы и программы сопряжения приемно-передающих ультразвуковых локационных трактов с персональным компьютером, что позволило создать новую технологию разработки и изготовления аппаратно-программных комплексов для медицинской ультразвуковой диагностики. При этом удалось отказаться от применения сигнальных процессоров и возложить исполнение большей части функций приборов, обработку и отображение информации в реальном масштабе времени на программное обеспечение. Для всех комплексов оно выполнено в едином стиле и содержит встроенные функции документирования и хранения информации, подготовки протокола обследования, получения справочной информации.
Разработанные ультразвуковые М-эхокардиограф, эхоэнцефалограф, доплеровские измерители скорости кровотока с непрерывным и импульсным зондированием для исследования периферического и мозгового кровообращения выпускаются серийно предприятием "Медуза" и успешно применяются в клинической практике.

Многолетнее плодотворное сотрудничество с Институтом медико-биологических проблем и НПО "Звезда" позволило разработать уникальную технологию контроля за декомпрессионными процессами в кровотоке человека в условиях внекорабельной деятельности в открытом космосе. Разработанный миниатюрный импульсно-доплеровский локатор может функционировать в условиях низкого атмосферного давления (в том числе в кислородной атмосфере) и позволяет надежно обнаруживать газовые пузырьки в правом предсердии, обеспечивая высокую помехозащищенность при выполнении человеком физических нагрузок в скафандре.

Существенное повышение чувствительности ультразвуковых приемников, как за счет элементной базы, так и за счет предварительной обработки сигналов, позволило разработать метод акустической термотомографии. Он основан на тех же принципах, что и хорошо известные методы инфракрасной и радиотермометрии - приеме излучения, порожденного нагретым телом. Акустическая эмиссия нагретых объектов регистрируется в диапазоне длин волн 0,15 -1,5 мм, обеспечивая высокую направленность антенны. В радиотермометрии использование субмиллиметровых волн ограничено сильным поглощением.
Впервые эксперименты по регистрации акустического излучения и акустояркостной температуры нагретых тел были проведены в ИРЭ АН СССР в 1987 г. В ИПФ впервые были проведены эксперименты по локализации нагретых тел, разработан и построен первый компьютерный сканирующий акустотермотомограф с многоэлементной акустической антенной и построены
первые термотомографические изображения нагретых объектов. При выработке соответствующей методики акустотермотомограф может применяться для массовых обследований населения (например, для выявления опухолей на ранней стадии) и для контроля эффективности лечения (гипертермии опухолей, фармакологических процедур).

Разработанные высокочувствительные акустические приемники были применены также для оптоакустических исследований биологических тканей, основанных на облучении тканей коротким лазерным импульсом и приеме акустического сигнала, возникающего при поглощении оптического излучения тканями. При этом удается визуализировать внутритканевые объекты, слабоконтрастные по отношению к окружающей ткани по своим акустическим свойствам и отличающиеся коэффициентом поглощения оптического излучения. Применение относительно низкочастотных приемников (1-8 МГц) позволило существенно увеличить глубину приема при сохранении достаточного пространственного разрешения. Были также впервые получены низкочастотные двумерные томограммы образцов тканей.