Низкочастотная ультразвуковая томография: математические методы и эксперимент

Статья посвящена исследованию возможностей низкочастотной ультразвуковой томографии в медицине. Основным приложением является разработка томографических методов дифференциальной диагностики рака молочной железы. Для решения обратной задачи использована математическая модель, описывающая как явления дифракции и рефракции, так и поглощение ультразвука в неоднородной среде. Разработанные алгоритмы реконструкции скоростного разреза тестировались на стенде для экспериментальных исследований. Для зондирования использовались широкополосные ультразвуковые источники в диапазоне рабочих частот от 50 кГц до 600 кГц. В экспериментах на стенде использовался гидрофон Teledyne Reson TC4038 c чувствительностью ~4 мкВ/Па, рабочей полосой частот 10–800 кГц. Для усиления сигналов использовался предусилитель Teledyne Reson VP1000. Исследования проводились на фантомах с акустическими параметрами близкими к значениям параметров в мягких тканях человека. Для реконструкции 3D скоростного разреза использовалась послойная модель. Реконструированные по экспериментальным данным сечения скоростного разреза имеют разрешение ~2 мм при центральной длине волны ~4 мм. Важным результатом работы является экспериментальное подтверждение адекватности модели физическим процессам.