Эхо-сигналы

Содержание

Отображение эхо-сигналов

Эхо-сигналы

Интенсивность принятых эхо-сигналов может быть отображена на дисплее в различных режимах:

А – режим (от английского amplitude – амплитуда) – представляет интенсивность отраженного эхо в виде амплитуды сигнала и расстояния до раздела сред (рис. 1Р-10). Не имеет временной оси. Фактически отображает расстояние между объектом и датчиком на данный момент времени. Не позволяет зарегистрировать движение. Применяется в эхоэнцефалографии.

В-режим (от английского brightness – яркость). Кодирует интенсивность принятых эхо-сигналов в виде яркости свечения точек дисплея. Самостоятельного значения в настоящее время не имеет. Его развитием служат М-режим и двухмерное изображение (В-режим в реальном времени).

М-режим (от английского motion – движение). Обеспечивает разверстку яркости свечения структур во времени (рис. 1Р-10). По оси ординат откладывается расстояние до объекта, а по оси абсцисс – время. Применяется в эхокардиографии

Двухмерный режим (В-режим в реальном времени). Обеспечивает двухмерный показ. Для его получения происходит сканирование (изменение направления ультразвукового луча) в определенном секторе или участке в зависимости от типа датчика.

Яркость свечения точек на каждый момент времени сканирования запоминается и представляется на дисплее в виде единой картины, имеющей горизонтальную и вертикальную оси.

Получаемое при этом режиме изображение наиболее соответствует анатомической структуре

Трехмерный режим. Является дальнейшим развитием В-режима. Трехмерное изображение достигается путем компьютерного преобразования сигнала, полученного при помощи датчика с вращающейся излучающей плоскостью. Дает возможность рассматривать исследуемую структуры с разных сторон. Первый опыт внедрения получен в области эхокардиографии и акушерских исследований

Допплеровский режим – позволяет зарегистрировать скорость и направление движения крови. Представляет собой кривую допплеровского сдвига частот развернутую во времени. Кровоток, направленный от датчика, изображается внизу изолинии, к датчику выше ее. Есть звуковой выход, который преобразует сдвиг частоты ультразвукового сигнала в виде звука.

Это необходимо для корректировки направления датчика, а звук не является аналогом аускультативных звуков. Допплеровский режим был реализован в аппаратах ультразвуковой допплерографии (УЗДГ).

В отличии от В-режима они не дают изображения исследуемой структуры, а представляют на экране информацию о кровотоке в виде кривой допплеровского сдвига частот («слепой» Доплер)

Импульсный допплеровский режим (Pulsed Wave Doppler). Основан на излучении ультразвукового сигнала в виде отдельных серий импульсов.

Поскольку известна скорость распространения ультразвука в тканях (1 540 м/c), создается возможность анализировать только те сигналы, которые отражаются от мишеней, расположенных на определенном расстоянии от датчика. Место исследования кровотока называется контрольным объемом (Sample Volum). Главное достоинство – возможность измерения скорости кровотока в строго определенном участке сосуда или сердца.

Частоту повторения импульсов (PRF) увеличивают при уменьшении глубины расположения контрольного объема и уменьшают при исследовании кровотока, находящегося далеко от датчика. Частота повторения импульсов, как правило, изменяется автоматически при перемещении контрольного объема в интересующую область.

Чем больше частота повторения импульсов, тем более быстрый кровоток может быть исследован. Предельная скорость кровотока, которая может быть измерена методом импульсной допплерографии, называется пределом Найквиста.

При измерении скорости кровотока, превосходящей предел Найквиста происходит искажение допплеровского спектра – элайзинг (aliasing). Механизм возникновения элайзинг-эффекта схематически изображен на рисунке 1Р-15. Главный недостаток импульсного режима – невозможность измерять быстрые скорости кровотока.

При этом патологический кровоток в стенотической зоне зачастую превосходит по скорости предел Найквиста.

Постоянноволновой допплеровский режим (Continuous Wave Doppler). При этом режиме в датчике разобщены кристаллы, посылающие и воспринимающие ультразвук. Поэтому кровоток исследуется вдоль всего луча. Главное достоинство – возможность измерения любой скорости кровотока. Главный недостаток – невозможность точной локализации исследуемого кровотока.

Допплеровское исследование позволяет зарегистрировать различные виды линейной и объемную скорости кровотока.

Дуплексное сканирование. Разработано в начале 70-х годов (Barber e.a., 1974). Объединяет возможности двухмерного изображения и ультразвуковой допплерографии. Дуплексное сканирование в реальном времени позволяет одновременно наблюдать на экране изменяющееся положение контрольного объема в В-режиме и кривую допплеровского сдвига частот, получаемую из исследуемого участка

Цветное допплеровское картирование (ЦДК) от английского Color Doppler Imaging (CDI). Заключается в наложении закодированных различными цветами направлений и скоростей кровотока на двухмерное изображение сердца, сосуда или органа. Красный цвет показывает направление движение крови к датчику, а синий – движение крови от датчика.

Светлые тона – высокие скорости кровотока, насыщенные – низкие. При достижении предела Найквиста возникает искажение цветов (aliasing).

Искажение дает турбулентный поток, связанный с внутрисердечными шунтами, стенозами клапанов и регургитацией, кровоток в месте гемодинамически значимого стеноза артерии, в месте ее перегиба при патологической извитости или в месте экстравазального сдавления.

Цветное дуплексное сканирование. Этот режим возник в результате объединения возможностей дуплексного сканирования и ЦДК в середине 80-х годов. Иногда обозначается как триплексное сканирование или дуплексное сканирование с ЦДК.

Позволяет наблюдать допплеровскую кривую с одновременной регистрацией В-режима и ЦДК.

Следует отметить, что обновление В-режима в цветном дуплексе происходит с большей задержкой времени, чем при регистрации допплеровской кривой в черно-белом дуплексе, что затрудняет эффективное управление положением контрольного объема.

Контрастная эхография – используется в основном в эхокардиографии для усиления допплеровских сигналов трикуспидальной регургитации путем внутривенного введения физиологического раствора, содержащего пузырьки воздуха, или раствора перекиси водорода.

В настоящее время разработаны специальные контрасты для эхокардиографии, например, «Эховист» фирмы «Shering».

Для большого круга кровообращения, неэлиминирующиеся в легких, например, «Левовист» фирмы «Shering».

Ожидается, что контрасты для большого круга кровообращения существенно улучшат возможности ультразвуковой диагностики сосудистой патологии, включая такие сложные области как, например, коронарные артерии

Артефактный шум (Artefactial Noise). Это артефактная наводка от близкорасположенных источников электромагнитного излучения (оборудование, электротранспорт и т.д.)

Артефакт-хлопок (Main Bang Artefact). Это довольно известный ультразвуковой эффект, который практически невозможно устранить. Он заключается в появлении высокоинтенсивного эхосигнала по причине сильного различия между акустическими свойствами трансдюссера и прилежащей к нему ткани.

Артефакты, связанные с взаимодействием эхо с тканью

Затемнение (Shadowing). Возникает при инсонации таких структур как газ, кость, кальцинированные атеромы и др., которые хорошо поглощают ультразвук и дают площадь затемнения по ходу эхо

Реверберация (Reverberation Artefact).

При отражении ультразвука от структур, с существенно отличающимся от ближайших тканей импедансом (газ, кость), большая часть эхо возвращается к трансдьюсеру и это может быть причиной удвоения оригинальной структуры при визуализации.

Часто реверберация наблюдается при сканировании сосудов. В результате переотражения ультразвука между стенками сосуда возникает артефактное заполнение просвета сосуда структурами повышенной эхогенности

Зеркальный артефакт (Mirror Artefact). Кривая анатомическая структура может фокусировать и отражать подобно зеркалу. При этом следует попробовать зондирование указанного участка из другой точки.

Повышающий эффект (Enhancement Effect). Возникает в случае, когда эхо проходит через заполненную жидкостью структуру и позади нее происходит увеличение амплитуды эхо. В этом случае необходимо уменьшить валовый гейн и привести в порядок DGC.

Эффект кометы (Comet Effect). Границы раздела с большой отражающей способностью (ткань, воздух и т.д.) создают плотную эхогенную линию на обратной поверхности.

Артефакт боковых теней. Затемнение по ходу УЗ-лучей (акустическая дорожка) при инсонации выпуклой поверхности. Например, тени от стенок артерии при поперечном сканировании. Возникает из-за интерференции УЗ-волн.

Page 3

Эхогенность – характеристика способности структуры отражать ультразвук.

Гиперэхогенная структура – обладающая высокой способностью к отражению ультразвука.

Гипоэхогенная структура – дающая слабое отражение ультразвука.

Анэхогенная структура – не дающая отражения ультразвука.

Изоэхогенная структура – отражающая ультразвук подобно окружающим тканям.

Спектральная кайма – окаймление спектра допплеровского сдвига частот. Характеризуется как четкая (при качественной технике и нормальном кровотоке) и нечеткая или «размытая.»

Спектральное окно – площадь ограниченная спектральной каймой и базальной линией.

Спектральное расширение – характеристика спектра допплеровского сдвига частот, определяющаяся количеством мишеней (эритроцитов) с различной скоростью в исследуемом объеме. Обращают внимание на увеличение спектрального расширения, что характерно для турбулентного потока.

Пиковая (систолическая, диастолическая) скорость. Это максимальная линейная скорость кровотока в систолу или в диастолу. Для диастолы могут выделять конечную пиковую диастолическую скорость и начальную или раннюю. Используются и другие характеристики кровотока, например, средняя (линейная) скорость кровотока (измеренная) по времени и другие.

Page 4

Ультразвук, проникая через ткани, вызывает эффекты нагревания и кавитации.

По данным Всемирной Организации Здравоохранения диагностический ультразвук не вызывает повреждения хромосом и не причиняет ущерба здоровью человека.

Необратимые изменения в тканях возможны при интенсивности ультразвука больше 10 Вт/см2, в то время, как интенсивность ультразвука, используемого в диагностике, не превышает 50 мВт/см2.

Помимо воздействия собственно ультразвука при работе с механическими датчиками имеет место локальная вибрация. Кроме того, ультразвуковой аппарат создает электромагнитное излучение. Однако, вредоносное действие, перечисленных факторов при работе с диагностическим ультразвуком не доказано.

  • 1. Абдулов Р.Я, Атьков О.Ю., Соболь Ю.С. Атлас ультразвуковой диагностики в 2 т., Т.1. – Харьков, Прапор. – 1993. – 112 с.
  • 2. Агранат Б.А., Дубровин М.Н., Хавский Н.Н. Основы физики и техники ультразвука. – М., Высшая школа-1987. – 235 с.
  • 3. Гаврилов Л.Р., Цирульников Е.М. Фокусированный ультразвук в физиологии и медицине.-М., Наука. – 1980. – 236 с.
  • 4. Каневский И.Н. Фокусирование звуковых и ультразвуковых волн-М., Наука. – 1977. – 195 с.
  • 5. Кикучи Е. Ультразвуковые преобразователи.-М., Мир. – 1972. – 295 с.
  • 6. Колесников А.Е. Ультразвуковые измерения.-М., Издательство стандартов. – 1982. – 125 с.
  • 7. Леонов Б.И. Ультразвуковая диагностическая аппаратура: принципы ее построения и клиническое применение.

Методические рекомендации.-М., ВНИИМТ. – 1991. – 52 с.

  • 8. Мухарлямов Н.М. Клиническая ультразвуковая диагностика. Руководство для врачей в 2 т., Т.1.-М., Медицина. – 1987. – 328 с.
  • 9. Розенберг Л.Д. Физические основы ультразвуковой технологии.-М., Наука-1970.-175c.
  • 10. Шиллер Н., Осипов М.А. Клиническая эхокардиография.-М. – 1993. – 347 с.
  • 11. Шутилов В.А. Основы физики ультразвука.-Л., Изд-во ЛГУ. – 1980.-165 с.
  • 12. Ваrber F.E., Baker D.W., Nation A.W.C., Standness D.E. Jr., Reid J.M. Ultrasonic duplex echodoppler scanner. IEEE

Transaction on Biomedical Engineering. – 1974.-V.21.-P.109-113.

  • 13. Feigenbaum H. Echocardiography.-Lea and Febiger, Philadelphia. – 1994. – 695 P.
  • 14. Golletti O., Buccianti P., Cavina E. Laparoscopic Sonography.-Editoriale Grasso, Roma. – 1994. – 172 p.
  • 15. Tegeler C.H., Eicke M. Physics and Principles of transcranial doppler ultrasonography / Babikian V.L., Wechsler L.R.

Transcranial doppler ultrasonography.-Mosky-Year Book, Inc. – 1993.-p. 3-9.

16. Zagzebski J.A. Physics and Instrumentation in Doppler and B-mode Ultrasonography / Zwiebel W.J. Introduction to

vascular ultrasonography.-Philadelphia, W.B. Sounders Co. – 1992.-P 19-43

Источник: https://vuzlit.ru/929301/otobrazhenie_signalov

Эхо-энцефалоскопия – Клиника восстановительной неврологии » Подробно

Эхо-сигналы

С 1956 г. метод инструментальной диагностики – эхоэнцефалография (ЭхоЭГ) широко применяется в неврологии, нейрохирургии и травматологии для диагностики заболеваний и травматических повреждений головного мозга.

Несмотря на появление в медицине высокоинформативных методик компьютерной и магнитно-резонансной томографии в больницах и клиниках продолжают применять ЭхоЭГ.

Это связано в первую очередь с низким порогом экономической доступности, простой эксплуатацией, быстрым получением результатов.

Метод основан на регистрации отраженного ультразвука от различных структур головного мозга, отличающихся акустической плотностью.

Ультразвуковой сигнал, отражаясь от срединных структур мозга, эпифиза, прозрачной перегородки, III желудочка, возвращается и по полученным данным можно судить о дислокации мозга, состоянии желудочковой системы, наличии объемных образований.

Наиболее часто ЭхоЭГ используется при травмах, опухолях, сосудистых поражениях и при гипертензионно-гидроцефальных синдромах.

В основе пьезоэлектрических датчиков, которые излучают и принимают ультразвук, лежат пьезопластины – способные преобразовывать электрические колебания в ультразвуковые. Частота ультразвука выше 20 кГц – частоты слышимого звука. Распространяется ультразвук в однородной среде с постоянной скоростью.

При эмиссионном методе исследования для излучения и приема отраженного от мозговых структур ультразвука используется один и тот же пьезодатчик.

Расстояние до отражающего объекта определяется по ½ времени, прошедшему с момента посылки ультразвукового сигнала до момента его прихода в приемник, так как ультразвук проходит одно и то же расстояние дважды: от излучателя до отражающего объекта и обратно в приемник.

Ультразвук отражается от границы сред с разной плотностью — кости черепа, мозговые оболочки, ликвор, ткань мозга, сосуды, а также патологические образования (опухоли, кисты, гематомы и др.). Использование высокочастотных импульсов может улучшать качество регистрации, однако создает опасность интерференции излучаемых и воспринимаемых сигналов, поэтому обычно используется частота около 250 Гц.

Датчик располагают в области височной кости на 1- 2 см выше ушной раковины при эмиссионном методе исследования.

Начальный комплекс образуется от мягких тканей головы, кости, мозговых оболочек, бокового желудочка на стороне зондирования, но получить более точную информацию о внутричерепных структурах в пределах начального комплекса невозможно из-за так называемой «мертвой зоны». На эту зону влияют мощность и частота ультразвука, чем больше мощность и ниже частота, тем выше его проникающая способность и больше протяженность начального комплекса. А в конце регистрируется конечный комплекс – ответ от костей черепа и мягких покровов головы противоположного полушария. При повышении усиления, рядом с конечным комплексом, определяется низкоамплитудный сигнал от субарахноидального пространства.

Между начальным и конечным комплексами регистрируются сигналы, отраженные от субарахноидального пространства, боковых желудочков, III желудочка, прозрачной перегородки, эпифиза, крупных сосудов, патологических образований – кист, гематом, опухолей. Наиболее устойчивый и высокоамплитудный сигнал лоцируется от срединных структур мозга (М-эхо) и может иметь различную форму: пикообразную, расщепленную или двухзубцовую. Часто это зависит от ширины III желудочка.

Между сигналом от срединных структур мозга и конечным комплексом лоцируются сигналы от медиальной и латеральной стенок нижнего рога бокового желудочка противоположного полушария. Сигнал от латеральной стенки используется для оценки желудочковой системы мозга – определения вентрикулярного индекса.

Обычно исследование больного проводят в положении лежа на спине, при невозможности положить больного исследование можно провести и в положении сидя.

Проводящий исследование врач должен находится в удобном положении с хорошим доступом к аппарату (с возможностью изменять усиление и мощность аппаратуры во время исследования), а так же возможностью без напряжения устанавливать датчики на голове больного.

Предварительно проводят краткий сбор анамнеза заболевания, осмотр и пальпацию головы для выявления как анатомических особенностей строения черепа данного больного, так и возможных травматических повреждений мягких тканей головы и черепа.

Для лучшего прохождения ультразвука и надежного акустического контакта в местах установления датчиков кожу головы смазывают специальным гелем или вазелиновым маслом.

Обследование начинают с точки в проекции III желудочка и эпифиза, расположенной в височной области над наружным слуховым проходом.

На экране возникает начальный комплекс и конечный комплекс, а между ними несколько пиков, отраженных от различных структур головного мозга.

Часть импульсов непостоянна, часть относительно стабильна, некоторые появляются при наличии патологических изменений в мозге. М-эхо – наиболее постоянный эхосигнал, почти полностью совпадает по расстоянию с геометрической средней линией головы в сагиттальной плоскости.

Он имеет высокую амплитуду и широкое основание, чаще всего в виде остроконечного пика с ровными, без зазубрин, сторонами. При лоцировании М-эхо нужно стремиться к сохранению стабильного остроконечного сигнала, так как изменение мощности и усиления аппарата могут менять ширину и вершину М-эха.

Возможны варианты, при которых М-эхо расщеплен на несколько импульсов, это бывает при расширении желудочковой системы мозга. При получении сигналов от медиальной и латеральной стенок III желудочка М-эхо имеет форму одиночных импульсов с широким основанием.

В норме ширина в основании данного сигнала не превышает 6 мм, если расстояние больше 6 мм, то это указывает на расширение III желудочка.

Различают несколько признаков М-эха:

1. М-эхо формируется от структур, в норме расположенных в срединно-сагиттальной плоскости;

2. определяют М-эхо при полном насыщении эхосигнала, путем увеличения мощности и усиления аппарата до тех пор, пока дальнейшее повышение их не дает увеличения высоты амплитуды сигнала, а проявляется только в виде его расширения;

3. М-эхо является доминирующим сигналом, преобладая по амплитуде над другими эхосигналами;

4. М-эхо наиболее устойчивый сигнал, может сохранять относительно устойчивую форму и амплитуду при изменении угла наклона датчика;

5. М-эхо регистрируется на определенной линейной протяженности вдоль боковой поверхности черепа.

Исследование начинают с точки размещения датчика у латерального края правой или левой надбровной дуги, в так называемых областях передней правой или левой типичных зонах, и регистрируют сигнал от задней части прозрачной перегородки.

При этом не только увеличивают усиление, но и производят небольшие линейные и угловые перемещения датчика на 3—5° и осуществляют поиск такого месторасположения и угла наклона, при котором при наименьшем уровне усиления можно получить изображение одного или нескольких эхосигналов, расположенных между начальным и конечным комплексами.

Усиление увеличивают до уровня насыщения. Затем на данном уровне усиления производятся дальнейшие угловые линейные перемещения датчика от исходного положения в различные стороны вплоть до латеральных отделов лобных бугров и мест проекции коронарного шва.

В ходе перемещения датчика уровень усиления периодически изменяют таким образом, чтобы иметь возможность лоцировать все отраженные сигналы при их различных амплитудных значениях. Исследование эхосигнала от прозрачной перегородки повторяется несколько раз попеременно с одной и с другой стороны головы.

После получения четкого сигнала от задней части прозрачной перегородки измеряют расстояние до него, а так же до конечного комплекса. Для проведения полного исследования прозрачной перегородки датчик перемещают вдоль верхней горизонтальной линии (рис. 1).

При проведении исследований вдоль данной линии производятся периодические изменения угла наклона датчика по вертикальной плоскости. Усиление поддерживается на таком уровне, при котором амплитуда наибольшего сигнала между начальным и конечным комплексами держится на уровне 70-80% от максимального насыщения (при оптимальном угле лоцирования).

Далее, перемещая датчик, получают М-эхо от эпифиза и стенок III желудочка мозга и проводятся ориентировочные измерения расстояния до него и конечного комплекса (рис.2). Для этого датчик устанавливают на точке, соединяющей vertex и наружный слуховой проход и второй точке кпереди на 1—3 см от первой. В этом месте в норме наилучшим образом лоцируется сигнал от эпифиза и III желудочка мозга.
Рис.1Точки лоцирования вдоль верхней горизонтальной линии

После идентификации М-эхо, его амплитудное значение регулировкой уровня усиления устанавливается близким к области насыщения.

А затем, увеличивая усиление и изменяя угол наклона датчика, начинают медленно перемещать его по направлению к наружному затылочному бугру.

В точке, расположенной посередине между наружным затылочным бугром и ушной вертикалью, производится идентификация М-эха. А затем усиление увеличивается, и распознается сигнал, отраженный от переднесредних отделов нижнего рога.

Рис.2М-эхо от третьего желудочка

После этого проводятся ориентировочные измерения расстояний до этих двух сигналов и конечного комплекса. Для того, чтобы убедиться в получении правильных значений, исследование повторяют несколько раз с правого и левого полушария.

Далее проводят обследование с использованием трансмиссионного метода, для того, чтобы избежать ошибки, так как в условиях патологии мозга может возникать значительное количество дополнительных тканевых сигналов.

Для этого два датчика, один из которых работает как излучатель, а другой как приемник, устанавливаются напротив друг друга битемпорально.

Определенная битемпоральная дистанция (Dbt) является половиной арифметического значения дистанции между датчиками и в норме должна совпасть с М-эхо, полученным эмиссионным методом при исследовании с правой (Md) и левой (Ms) сторон:

Dbt=Md=Ms

В случаях смещения серединных структур в результате патологического процесса слева направо (MdMs) битемпоральная дистанция совпадает с их полусуммой:

Dbt=(Md+Ms)/2

Смещение срединных структур мозга (D) рассчитывается как полусумма разницы между М-эхо (М>) с противоположной от смещения стороны и М-эхо на стороне смешения (М-M

Источник: https://newneuro.ru/exoeg-exoencefalografiya-exoencefaloskopiya-exo-encefaloskopiya-diagnostika-klinika-vosstanovitelnoj-nevrologii-lechenie-insulta-vrach-nevrolog-diagnostika-mozga-osteoxondroz-111/

Исследование свойств эхо-сигналов при

Эхо-сигналы

Информатика Реализация встраивания цифрового водяного знака в звуковые файлы методом эхо-сигналов
< Предыдущая СОДЕРЖАНИЕ Следующая >

Перейти к загрузке файла

ВСТРАИВАНИИ В АУДИО ФАЙЛЫ

Исследования влияния времени задержки эхо-сигнала на

эффективность стеганографической защиты информацииДля того чтобы провести исследования влияния времени задержки эхо-сигнала на эффективность стеганографической защиты информации в полной, или, хотя бы, в приближении к полной, мере, необходимо собрать достаточное количество, различных по качеству, контейнеров. Список принятых для исследования файлов можно посмотреть в таблице 2.1Таблица 2.1 – Список аудиофайлов использованных для исследования

Длина, сЧастота дискретизации, семплов в секундуОписание
13.4444100Динамичная электронная музыка
20.0416000Стандартный звук загрузки ОС
312.0896000Классическая музыка

Так же было принято использовать определенный набор задержек для встраивания бит данных. Список их на таблице 2.2.

Таблица 2.2 – Список задержек для исследования

Задержка для «0» бита, сЗадержка для «1» бита, с
10,00120,008
20,0120,08
30,0030,005

Для исследования влияния времени задержки эхо-сигнала на эффективность стеганографической защиты информации, метод встраивания был реализован в среде Math CAD. Данная среда была выбрана в силу простоты использования.

В реализованный, описанный в [7], алгоритм, были внесены изменения в соответствии с выбранными значениями задержки.

Далее были проведены исследования, результаты которых весьма ожидаем. Так, параметры под номером 1, которые максимально близки к рекомендуемым авторами работы [7], как и ожидалось, едва различимы натренированным ухом.

Параметры 2 оказались совсем неприемлемыми для использования не зависимо от качества использованного контейнера.

А вот параметры 3 показали, что возможно использование контейнера, сходного по качествам с использованным под номером 1 (динамичная электронная музыка). При использовании таких параметров задержки, вероятность правильного извлечения достигла 92% (на 1000 испытаний – 923 успешных).

Можно заметить, что на текущий момент использование контейнера, сходного по качествам с использованным под номером 1, вызовет наименьшие подозрения, и желание проверить этот контейнер на наличие скрытой информации. Однако не всегда защита аудиофайла цифровым водяным знаком нужна именно для такого типа файлов.

Исследование влияния амплитуды эхо-сигнала на эффективность

стеганографической защиты информации

Для исследования влияния амплитуды были использованы те же аудио файлы, что и для исследования влияния времени задержки (табл. 2.1), а значения амплитуды были взяты такие: 30%, 50%, 80%, 100%.

Заметим так же, что рекомендованное значение амплитуды накладываемого эхо-сигнала – 80% для сигнала с меньшей задержкой и 30%, для сигнала с большей задержкой.

Для наглядности, влияние значения амплитуды эхо-сигнала на конечный сигнал были сделаны снимки графиков, полученных в среде Math CAD (рис 2.1 и 2.2).

Рисунок 2.1 – Сравнение результатов встраивания в звуковой файл без применения уменьшения амплитуды сигнала наложения. Вверху полученный сигнал, внизу – исходный

Однозначно использования 100% значений амплитуды для эхо-сигналов приведет к значительному, заметному ССЧ изменению аудио файла.

Также стоит заметить, что изменение значения амплитуды вплоть до 30% не особо влияет на значения АКФ значений Кепстра, а следовательно, не влияет на качество извлечения.

В связи с этим можно использовать значения равные 50% или даже 30%, не боясь потерять вероятность корректного извлечения битов данных.

Рисунок 2.2 – Сравнение результатов встраивания в звуковой файл с применением уменьшения амплитуды сигнала наложения до 30%. Вверху полученный сигнал, внизу – исходный

Обоснование параметров формирования эхо-сигнала для

эффективной стеганографической защиты информации

Используя результаты исследований влияния значений задержки и амплитуды эхо-сигнала, резонно было бы выбрать именно полученные в ходе этих исследований данные.

Однако эти данные не претендуют на идеальность и возможно, требуется более плотное изучение этих характеристик. В любом случае эти исследования показали, что для схожих типов контейнеров, необходимо подобрать определенные значения характеристик для увеличения эффективности стеганографической защиты информации.

Положившись на результаты исследований, было принято взять значения задержек эхо-сигналов, равные 0,0012 и 0,0008.

Данные значения снижают эффективность алгоритма извлечения, уменьшая вероятность правильного извлечения бита, однако подходит практически для всех типов контейнеров.

Значение амплитуды было выбрано равное 30%, в связи с тем, что оно помогает увеличить вероятность того, что факт наличия скрытой информации не будет раскрыт.

Как видно на рисунке 2.3, извлечение, даже при уменьшении амплитуды до 30% вполне реально.

Рисунок 2.3 – Сравнение результатов АКФ Кепстра до и после встраивание единичного бита при значении амплитуды равной 30%.

Проведенные исследования не претендуют на идеальность и правдивость, т.к. оценивались одним человеком. Тем не менее, использование полученных рекомендаций однозначно поможет достичь определенной высокой эффективности использования метода встраивания информации в аудио файлы, используя преобразования эхо-сигналами.

СТЕГАНОГРАФИЧЕСКОЙ ЗАЩИТЫ ИНФОРМАЦИИ АУДИО

ФАЙЛОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭХО-СИГНАЛОВ

Разработка алгоритмов встраивания и извлечения цифрового

водяного знака в аудио файл

Для встраивания и извлечения цифрового водяного знака в аудио файл необходимо разработать два алгоритма, которые возможно будет реализовать на языке программирования С++.

Начнем с алгоритма встраивания:

Перевести встраиваемое сообщение в двоичный код;

Сверить вместительность контейнера и размер встраиваемого сообщения. В случае если сообщение не помещается в контейнер, завершить выполнение с ошибкой;

В зависимости от частоты дискретизации, разделить контейнер на равные части, для того, чтобы обеспечить пропускаемую способность 16 бит в секунду;

Взять первую часть контейнера;

Создать эхо-сигнал путем смещения оригинального сигнала на значение задержки соответствующее текущему биту;

Уменьшить амплитуду эхо-сигнала до 30%. Так же требуется создать спадающий и возрастающий фронты в конце и начале эхо-сигнала соответственно для предотвращения появления резких переходов, слышных ССЧ;

Наложить эхо-сигнал на оригинальный сигнал;

Выполнить пункты 5 – 7, для всех бит встраиваемого сообщения.

Так же этот алгоритм можно увидеть ниже на рисунке 3.1.

Рисунок 3.1 – Алгоритм встраивания эхо-сигнала

Алгоритм извлечения (по сути, является алгоритмом проверки ЦВЗ):

Перевести проверяемое сообщение в двоичный код;

Сверить вместительность контейнера и размер проверяемого сообщения. В случае если сообщение не помещается в контейнер, завершить выполнение с ошибкой;

В зависимости от частоты дискретизации, разделить контейнер на равные части, для того, чтобы обеспечить пропускаемую способность 16 бит в секунду;

Взять первую часть контейнера;

Посчитать АКФ Кепстра для текущего фрагмента контейнера;

Сравнить значения АКФ Кепстра соответствующие времени равному значению смещения эхо-сигналов. Если значение на уровне смещения равного «1» больше, чем «0», то встраивался бит 1;

Сравнить полученный бит с соответствующим битом проверяемого сообщения;

Повторить шаги 5 – 7 для всех бит проверяемого сообщения.

Далее, если все биты совпали (возможен вариант проверять процент совпадения, т.к. метод эхо-сигналов обладает не 100% вероятностью правильного извлечения бит), делаем вывод о том, что аудио файл защищен. Алгоритм так же представлен на рисунке 3.2.

Рисунок 3.2 – Алгоритм извлечения встраиваемого сообщения и проверка ЦВЗ

Описание интерфейса разработанной программной реализации

метода стеганографической защиты информации

Для реализации метода стеганографической защиты информации аудио файлов с использованием эхо-сигналов был выбран язык программирования С++. Среда программирования – Microsoft Visual Studio 2008.

Для упрощения создания интерфейса было решено использовать библиотеку разработки MFC, предоставленную корпорацией Microsoft для разработки под ОС Windows. Интерфейс программы изображен на рисунках 3.

3 – 3.4.

Рисунок 3.3 – Интерфейс программы Sound Watermark.

Рисунок 3.4 – Окно «О программе»

Для того чтобы встроить ЦВЗ в аудио файл необходимо:

Выбрать аудиофайл для встраивания путем ввода пути вручную, выбора файла через окно выбора файла, которое появится при нажатии на кнопку Browse;

Выбрать файл ЦВЗ (на данный момент поддерживаются только текстовые файлы txt);

Нажать на кнопку Add watermark.

При успешном встраивании пользователь увидит сообщение, изображенное на рисунке 3.5.

Рисунок 3.5 – ЦВЗ успешно внедрен в аудио файл

Для того чтобы проверить звуковой файл на наличие ЦВЗ необходимо:

Выбрать аудиофайл для проверки;

Выбрать файл ЦВЗ;

Нажать на кнопку Verify watermark.

При успешном извлечении пользователь увидит сообщение, изображенное на рисунке 3.6

Рисунок 3.6 – Успешно извлеченный ЦВЗ соответствует эталонному

Для упрощения использования программы были добавлены такие возможности:

– ограничение на использование входных файлов. Невозможно использовать файлы отличные от формата WAV (PCM16 или PCM32). При использовании отличных от этого формата файлов пользователь увидит окно с ошибкой (Рис 3.7). Так же при нажатии на кнопку browse для выбора звукового файла, выбор будет ограничен только файлами типа wav (рис. 3.8);

Рисунок 3.7 – Ошибка о неверном формате файла контейнера.

Рисунок 3.8 – Окно выбора аудио файла с ограничением на тип файла.

– возможность просто перетащить файл в поле ввода пути (Drag&Drop);

– при попытке встроить или проверить водяной знак без выбора файлов появится ошибка (рис. 3.9).

Рисунок 3.9 – Ошибка о пустых полях ввода пути к файлам

Практические рекомендации по использованию и улучшению

программной реализации

В целом программа имеет завершенный вид, однако есть множество путей для ее развития.

Существует возможность значительно расширить границы применение этой программы путем реализации алгоритма встраивания ЦВЗ для более распространенного формата MP3.

Существует множество open source библиотек, которые позволяют получить из MP3 файла по сути то же, что возможно получить из WAV файла и без библиотек – значения амплитуд.

Получив которые, не составит никакого труда реализовать алгоритм встраивания ЦВЗ в звуковые файлы MP3 формата.

Так же необходимо переработать механизм встраивания для добавления возможности использования любых файлов, а не только текстовых файлов.

Дополнительно к доработке программной реализации можно доработать алгоритм встраивания для того, чтобы улучшить вероятность правильного извлечения битов встроенного сообщения. Достичь этого можно путем реализации алгоритма изменения пропускной способности файла в зависимости от качества используемого контейнера.

На сегодняшний день, наличие такого программного комплекса позволит улучшить положение дел на фронте борьбы с пиратством среди аудио файлов.

Программа реализована и готова к использованию. Возможность ее доработки и выпуска дополнительных версий дает хорошую почву для коммерческого использования.

Источник: https://studbooks.net/2202188/informatika/issledovanie_svoystv_signalov

Эхоэнцефалография (Эхо Эг) головного мозга: что это такое? Описание метода и расшифровка эхоэнцефалограммы

Эхо-сигналы

Головной мозг регулирует и координирует работу всех органов и систем организма. Поэтому его заболевания могут привести к существенным функциональным нарушениям. В связи с этим очень важно своевременно и точно выявить недуг.

Зачастую постановка диагноза требует не только тщательного неврологического осмотра, но и ряда диагностических процедур. Одним из основных методов функциональной диагностики нервных болезней является эхоэнцефалография (или Эхо-ЭГ).

Эхоэнцефалография – метод ультразвуковой диагностики, позволяющий исследовать состояние церебральных структур и определить наличие их смещения, а также косвенно оценить состояние сосудов. Процедура не является инвазивной.

Данное обследование широко применяется в клинической практике для постановки диагноза (в том числе и для экстренной диагностики), определения плана лечебных и реабилитационных мероприятий и функционального состояния головного мозга.

Кроме того, исследование успешно используется в системе врачебно-трудовой экспертизы.

Эхоэнцефалография, наряду с такими методами как электроэнцефалограмма (ЭЭГ), ультразвуковая доплерография сосудов головы и шеи, дуплекс составляют основу диагностики заболеваний нервной системы.

В качестве синонимов эхоэнцефалографии выступают термины электроэнцефалоскопия, эхоэнцефалоскопия (ЭхоЭС), эхоэнцефалограмма. Однако последнее понятие не является вторым названием диагностики. Эхоэнцефалограмма представляет собой графическое отображение ультразвуковых сигналов.

Основа метода

Эхоэнцефалография головного мозга – это ультрачастотные электрические импульсы, которые приводят в движение пьезопластины, приложенные к голове. Генерируемый механический ультразвук распространяет колебания на ткани черепа, головного мозга и его оболочек.

На границах различных по плотности сред эти сигналы подвергаются эхолокации. На экран монитора выводится графическая картина – эхоэнцефалограмма, либо плоскостное изображение при проведении двухмерного исследования (например, при нейросонографии у детей).

По показателям времени их отправки и обратного получения рассчитывают расстояние до структуры, участвующей в отражении сигнала.

В клиническую практику технологию эхоэнцефалоскопии внедрил шведский нейрохирург Л. Лассел в 1956 году. Он использовал модификацию ультразвукового дефектоскопа, используемого в промышленном производстве.

Виды эхоэнцефалографии

Эхоэнцефалографию можно проводить как в одномерном режиме (так называемое М-исследование), так и в двухмерном (ультразвуковое сканирование).

В первом случае результатом исследования становится графическое изображение отраженных сигналов (эхоэнцефалограмма).

Двухмерная методика выводит на экран эхоэнцефалографа изображение, получаемое в результате сканирования мозга в двух плоскостях (эхоэнцефалоскопия – ЭХО-ЭС).

Одной из разновидностей двухмерной эхоэнцефалографии является нейросонография – ультразвуковой метод исследования структур головного мозга детей через большой родничок.

Ребенок первого года жизни в обязательном порядке должен пройти скрининговую нейросонографию.

Показатели эхоэнцефалограммы

Эхоэнцефалограмма представляет собой запись ультразвуковых сигналов, меняющихся в зависимости от наличия в веществе головного мозга объемного образования. Основная церебральная структура, участвующая в отображении импульса, предопределяет формирование:

  • начального комплекса. Он определяет посланную высокочастотную волну;
  • М-эхо. Основной сигнал, формирующийся при участии septum pellucidum, 3 желудочка и шишковидной железы;
  • конечного комплекса – сигнала эхолокации костной стенки черепной коробки противоположной стороны;
  • латеральных эхо-сигналов. Фиксируются после начального и перед конечным комплексами (до и после М-эхо). Их возникновение обусловлено отражением сигнала от боковых желудочков.

Диагностически важным является проведение нескольких ЭхоЭГ-исследований в процессе мониторинга состояния пациента. Повторные наблюдения делают возможным оценку выраженности и характера повреждений мозга и его сосудов на различных этапах заболевания.

Интерпретация результатов

Расшифровка и описание результатов исследования проводится врачом-неврологом или специалистом нейрофизиологической лаборатории. Физиологичным считается одинаковое расстояние до М-эхо с одной и другой сторон. Отклонения не должны превышать 1-2 мм (у детей допустима погрешность в 3 мм). В этом случае диагностируется симметричность мозга.

Объемные процессы в веществе головного мозга дают смещение сигнала М-эхо, меняют форму и продолжительность ответов. Эхоэнцефалография проводится при наличии у пациента подозрения на любой структурно-дислокационный патологический процесс. В качестве него могут выступать:

  • церебральные новообразования;
  • внутричерепные гематомы;
  • туберкуломы;
  • гуммы;
  • абсцессы;
  • церебральные инсульты.

Ультразвуковая процедура также может использоваться для косвенной оценки состояния церебральных сосудов.

При этом направление срединных отклонений указывает на локализацию поражения. Расстояние до М-эхо на стороне патологического процесса увеличивается по сравнению с противоположной.

Однако при ряде заболеваний в стадию регенерации смещение М-эхо может быть и в сторону пораженного полушария. Это возникает из-за уменьшения объема одной гемисферы под влиянием восстановительных процессов (рубцевания рассасывания).

Чаще всего причиной такого явления служат последствия воспалительных реакций и геморрагического инсульта.

Диагностическая точность исследования зависит от квалификации врача и характеристик эхоэнцефалографа – глубины зондирования и разрешающей способности прибора.

ЭХО-ЭГ при различных заболеваниях

ЭхоЭГ-исследование предназначено не только для выявления смещения срединных структур головного мозга. Электроэнцефалография позволяет предположить нозологию патологического процесса.

Однако Эхо-ЭГ не может точно указать нозологию заболевания, а способна лишь предположить ее. Для уточнения диагноза требуются дополнительные исследования – ЭЭГ, сканирование сосудов головы и шеи, нейровизуализация.

Методика проведения процедуры

Эхоэнцефалография проводится без предварительной подготовки. Диагностика может быть осуществлена у пациентов любого возраста, а также в период беременности и лактации. Однако при проведении исследования у детей для исключения артефактов ребенок должен быть зафиксирован дополнительно с помощью медицинского персонала или родителей.

Ограничением к назначению диагностики служат обширные открытые раневые поверхности на голове в месте приложения ультразвукового датчика.

Пациент при осуществлении эхоэнцефалографии находится в положении лежа или сидя. Врач, выполняющий процедуру, стоит за головой исследуемого и накладывает датчики над ушными раковинами. При проведении двухмерного исследования датчики перемещают по поверхности головы.

На мониторе эхоэнцефалографа отражаются кривые исследования – фиксируется эхоэнцефалограмма. Для чистоты исследования ультразвуковое сканирование делают несколько раз. Расшифровка показателей при экстренных случаях диагностики не превышает нескольких минут.

Эхоэнцефалография, ЭЭГ, УЗДГ, дуплексное исследование экстра- и интракраниальных сосудов, КТ и МРТ составляют основу диагностики заболеваний головного мозга как у взрослых, так и у детей.

Однако данные инструментальной диагностики не заменяют осмотр и оценку неврологического статуса пациента.

Только комплексность исследований позволит точно установить диагноз и грамотно назначить лечение пациента. 

Шоломова Елена Ильинична, невролог

Оцените эту статью:

Всего : 165

4 165

Источник: https://mozgius.ru/bolezni/diagnostika/ehkhoehncefalografiya.html

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.