Research description

Department of Ultrasound

Head of Department:

Prof. Andrzej Nowicki, Ph.D., Dr. Habil., Eng.
Subjects:

Zlec. 302 Badanie efektów rozchodzenia się fal w ośrodkach biologicznych i w strukturach materiałowych

Zlec. 304

1. Modelowanie skutków wzrostu temperatury na tkanki (kontynuacja)

2. Badanie i modelowanie zmian w tkankach kostnych i chrzęstnych (kontynuacja)

Zlec. 331 Modelowanie przetworników i struktur falowych planarnych

Project type:Badania statutowe
Period:2011 2011

30.01.2012

GŁÓWNE KIERUNKI BADAŃ W 2011r

• Prowadzono badania nad ultradźwiękową detekcją ruchu niejednorodności tkanki. Zadanie polegało na stworzeniu ultradźwiękowego modelu numerycznego komory serca. W zakresie eksperymentu i modelowania numerycznego zadanie polegało na modelowaniu: a) ruchu i deformacji ściany serca, b) wizualizacji struktur mięśnia (obrazowanie ruchu lokalnego "ziarna" – wyniku interferencji fal i dyfrakcji na niejednorodnościach tkanki). Lokalne zmiany własności fizycznych tkanki obserwowane są w przypadku wielu chorób, w szczególności chorób nowotworowych. Celem tematu było wspomaganie diagnostyki ultrasonograficznej poprzez opracowanie sposobu obrazowania rozkładu współczynnika tłumienie fali ultradźwiękowej oraz współczynnika rozproszenia w wybranych organach człowieka. Jednocześnie podjęto próby wyznaczania przestrzennej gęstości elementów rozpraszających w tkance poprzez analizę statystyki sygnału rozproszonego. Badania przeprowadzono analizując sygnały ech ultradźwiękowych w.cz. rejestrowanych z wykorzystaniem wzorców tkankowych z zadanym tłumieniem.
• Realizowano we współpracy z Instytutem Medycyny Doświadczalnej i Klinicznej im. M. Mossakowskiego PAN badania pól ciśnienia oraz pól termicznych wytwarzanych w tkankach in vitro z pierścieniowym przetwornikiem piezo o elektronicznie przesuwanym ognisku. Wyznaczono eksperymentalnie przyrosty temperatury w wątrobie szczura in vivo indukowane podczas jej ekspozycji na ultradźwięki o różnych właściwościach. Pozwoliło to wybrać parametry pracy przetwornika generującego impulsową ogniskowaną wiązkę ultradźwiękową oraz czas ekspozycji. Znajomość wartości tych parametrów jest nieodzowna przy planowaniu jakiejkolwiek terapii z wykorzystaniem ultradźwięków. Otrzymane wyniki pomiarów pozwolą również zweryfikować opracowywany obecnie model numeryczny do przewidywania pól temperatury indukowanych w tkankach polem ultradźwiękowym. Ilościowa analiza danych pomiarowych jest niezbędna do opracowania nowego podejścia terapeutycznego do leczenia chorób neurodegeneracyjnych.
• Prowadzono prace nad modelowaniem przetworników i struktur falowych planarnych. Celem badań były głównie teoretyczne badania własności falowych struktur planarnych z obszaru ultrasonografii, głównie szyków przetwornikowych do kształtowania wiązek falowych. Przetworniki grzebieniowe mogą być potencjalnie zastosowane w elastometrii powierzchniowej. Badania miały charakter podstawowy, ukierunkowany na zastosowania ultradźwięków w badaniach tkanek prowadzonych w Zakładzie. Odrębnym zagadnieniem o potencjalnej wartości aplikacyjnej w 3D obrazowaniu ultradźwiękowym była teoretyczna i numeryczna analiza nowatorskiej koncepcji podwójnego szyku przetworników ultradźwiękowych utworzonego poprzez rozłożenie ortogonalnych przewodzących elektrod po dwóch stronach jednorodnej płytki piezoelektrycznej. Taka struktura pozwoli na kształtowanie pola falowego, sterowanie i ogniskowanie wiązki ultradźwiękowej jak to ma miejsce dla tradycyjnych dwuwymiarowych macierzy przetworników, stosowanych w ultrasonografii, badaniach nieniszczących i t.d.
• Kontynuowano prace nad zbudowaniem modelu teoretycznego i numerycznego opisującego zjawiska termiczne w tkankach wywołanych działaniem skoncentrowanej wiązki ultradźwiękowej o słabej mocy. Nowym elementem pracy to sprzężony model termoakustyczny, zarówno teoretyczny jak i numeryczny. Zastosowanie tego modelu pozwoliło na wstępne określenie możliwości ultradźwiękowego pomiaru zmian pola temperatury w żywej tkance podczas przeprowadzonej terapii ultradźwiękowej.
• Kontynuowano prace nad modelowaniem zmian w tkankach kostnych i chrzęstnych. Celem badań jest poznanie mechanizmów wpływu czynników biofizycznych i strukturalnych, w tym również interakcji z materiałami kościo - zastępczymi, na zmiany mikrostruktury i własności tkanek oraz wykorzystanie wyników w planowaniu terapii gojenia i leczenia schorzeń.