Численное моделирование рассеяния ультразвуковых импульсов на поверхностных газовых пузырьках применительно к задаче ультразвуковой визуализации почечных камней в доплеровском режиме
Численное моделирование рассеяния ультразвуковых импульсов на поверхностных газовых пузырьках применительно к задаче ультразвуковой визуализации почечных камней в доплеровском режиме
А. И. Полянский, О. А. Сапожников
В работе рассмотрены особенности ультразвуковой визуализации почечных камней в условиях, когда на поверхности камней присутствуют пузырьки субмикронного размера. Построена численная модель, позволяющая наблюдать так называемый артефакт мерцания, заключающийся в образовании нестационарной цветной мозаичной структуры при ультразвуковом исследовании камней в доплеровском режиме. В основе модели лежит численное моделирование уравнений эластоупрогусти и уравнения Нолтинга-Непайреса, описывающего кавитацию пузырьков. Приведены результаты доплеровской обработки сигнала, показывающие, что кавитация пузырьков действительно приводит к появлению артефакта мерцания.
Показать АннотациюВозможности динамической фокусировки с помощью многоэлементных решеток с плотным заполнением поверхности элементами для использования в неинвазивной ультразвуковой хирургии
Возможности динамической фокусировки с помощью многоэлементных решеток с плотным заполнением поверхности элементами для использования в неинвазивной ультразвуковой хирургии
П. Б. Росницкий$^1$, Б. А. Высоканов$^2$, Л. Р. Гаврилов$^3$, О. А. Сапожников$^1$, В. А. Хохлова$^1$
Новые технологии неинвазивной ультразвуковой хирургии, основанные на использовании фазированных решеток и высокоамплитудных нелинейных режимов облучения, требуют обеспечения максимально достижимых интенсивностей ультразвука в фокусе. При заданной апертуре решетки и технических ограничениях на величину интенсивности на ее элементах едва ли не единственной возможностью повышения интенсивности в области фокуса становится максимально плотное расположение элементов на поверхности решетки. В данной работе разработан прототип такой решетки с элементами в виде многоугольников равной площади, со случайным расположением элементов и плотностью заполнения 100% без учета технологического зазора между элементами.
Показать АннотациюАкустические исследования эритроцитов крови человека под воздействием солевых растворов
Акустические исследования эритроцитов крови человека под воздействием солевых растворов
Д. А. Стрельцов, А. В. Клемина
Проведены исследования изменений структуры эритроцитов акустическим методом – методом интерферометра постоянной длины. Метод основан на использовании стоячих ультразвуковых волн в цилиндрическом резонаторе. В ходе эксперимента бралась цельная кровь человека, на эритроциты которой действовали гипотоническими и гипертоническими растворами. Полученная суспензия помещалась в акустическую ячейку анализатора. Проводилось сравнение относительной скорости ультразвука в цельной крови и после воздействия на нее гипотоническим и гипертоническим растворами. Была получена четкая картина изменения структуры эритроцитов под воздействием растворов, причем все данные были получены акустическими измерениями.
Показать АннотациюУльтразвуковая визуализация малых рассеивателей через неоднородный по толщине твердотельный слой
Ультразвуковая визуализация малых рассеивателей через неоднородный по толщине твердотельный слой
Д. А. Сухоручкин, С. А. Цысарь, О. А. Сапожников
Задача ультразвуковой визуализации структур головного мозга значительно осложняется присутствием черепа, который приводит к сильным аберрациям и ослаблению проходящих сквозь него акустических волн. Причиной тому является заметное различие скоростей звука и акустических импедансов черепной кости и мягких тканей, а также неоднородность черепа по толщине. В настоящей работе в двумерном приближении построена теоретическая модель для описания распространения акустических волн в неоднородной среде, в том числе при наличии твердотельных включений типа черепной кости. На основе полученных данных в ходе численного эксперимента проанализирована возможность получения ультразвукового изображения мягких тканей головного мозга через неоднородный по толщине твердотельный слой в применении к транскраниальной диагностике структур мозга.
Показать АннотациюТеоретическое исследование и экспериментальная демонстрация возможности создания режима плоской бегущей волны при использовании плоского пьезоэлектрического источника большого волнового размера.
Теоретическое исследование и экспериментальная демонстрация возможности создания режима плоской бегущей волны при использовании плоского пьезоэлектрического источника большого волнового размера.
М. В. Хасанова$^1$, С. А. Цысарь$^2$, Д. А. Николаев$^1$, О. А. Сапожников$^1$
Исследуется возможность экспериментальной реализации акустического поля в форме бегущей плоской волны с целью измерения коэффициента поглощения и скорости звука в среде распространения. Для этого предлагается использовать плоский пьезоэлектрический источник и проводить измерения в импульсном режиме на небольших расстояниях от излучающей поверхности. В результате теоретического моделирования, основанного на точном решении волнового уравнения на оси круглого поршневого излучателя, выявлены пространственные и временные интервалы для существования режима плоской волны. Показано, что предложенный метод позволяет измерить коэффициент поглощения ультразвука в жидкостях и мягких биологических тканях в мегагерцовом диапазоне частот с использованием излучателей сантиметровых размеров.
Показать АннотациюИмпульсная ультразвуковая микроскопия материалов и объектов тканевой инженерии
Импульсная ультразвуковая микроскопия материалов и объектов тканевой инженерии
Е. А. Храмцова$^1$, Е. С. Мороков$^1$, Т. Е. Григорьев$^{2,3}$, Е. А. Губарева$^4$, A. С. Sotnichenko$^4$, Е. В. Куевда$^4$, В. М. Левин$^1$, Ю. С. Петронюк$^1$
В работе представлены результаты экспериментального изучения возможностей применения импульсной акустической микроскопии для неинвазивной характеризации материалов и объектов тканевой инженерии. Изучены особенности визуализации акустическими методами нетканого матрикса, выполненного из тонких синтетических волокон полисульфона диаметром 4-8 мкм, а также нетканого материала на основе хитозана с толщиной волокон 100-400 нм. Предложены ультразвуковые методики для наблюдения объемной микроструктуры естественных тканевых матриксов, получаемых удалением клеточного содержимого из органов-доноров. Для отображения распределения мелкомасштабных структурных элементов в поперечных сечениях образцов тканевых матриксов развиты методики визуализации с применением динамической фокусировки внутри объекта и последующего полутонового отображения структуры – B/D (brightness-depth) методика. Результаты исследования позволяют предложить недоступные ранее методики характеризации объемной архитектуры материалов, используемых для создания тканевых матриксов, в т.ч. для оценки ориентированности волокон, степени их смачиваемости водными растворами, оценки размеров и структуры пор, ячеек матрикса.
Показать АннотациюУскорение тепловой абляции биологической ткани с использованием ударно-волнового режима облучения
Ускорение тепловой абляции биологической ткани с использованием ударно-волнового режима облучения
Ю. С. Андрияхина, И. В. Синильщиков, М. М. Карзова, П. В. Юлдашев, В. А. Хохлова
В работе представлен численный алгоритм моделирования уравнения теплопроводности, оптимизированный для расчета температурного поля и объемных разрушений в биологической ткани, облучаемой мощным фокусированным ультразвуком. Исследован характер единичного воздействия на ткань для трех режимов облучения с разными пиковыми интенсивностями, но с одинаковой полной энергией пучка, которая достигается за счет различного времени облучения: гармонического режима, традиционного для ультразвуковой хирургии, и двух импульсно-периодических ударно-волновых режимов с различной пиковой интенсивностью. Рассчитаны распределения температуры и тепловой дозы, достигаемые за интервал времени между смещением фокуса терапевтической ультразвуковой решетки вдоль траектории облучения ткани. Показано, что использование ударно-волновых режимов облучения позволяет за времена нагрева порядка миллисекунд получать локальные тепловые разрушения ткани.
Показать АннотациюРасчет аппаратной функции широкополосного акустотермометрического датчика
Расчет аппаратной функции широкополосного акустотермометрического датчика
А. А. Аносов$^1$, А. А. Шаракшанэ$^1$, А. Д. Мансфельд$^2$, А. Г. Санин$^2$
Рассчитана аппаратная функция широкополосного (1.6 – 2.5 МГц) датчика, используемого в акустотермометрии. Экспериментальная проверка показала согласование измеренных и расчетных результатов. Проведены исследования влияния характеристик полосы пропускания и размера датчика на аппаратную функцию приемника, а также влияния аппаратной функции на измеряемый датчиком акустотермометрический сигнал. Показано, что при типичных в акустотермометрии расстояниях между датчиком и исследуемым объектом основным параметром, определяющим акустотермометрический сигнал, является отношение длины волны (для средней частоты приема) к диаметру датчика. Для задач локализации нагретой области приемник оптимально устанавливать на расстоянии 15 – 25 мм от нагретой области. Например, в этой зоне для датчика диаметром 8 мм ширина аппаратной функции составляет 1.2 ± 0.1 мм по уровню 0.5 от максимального.
Показать АннотациюУстановка для томографирования акустических нелинейных параметров с использованием кодированных сигналов
Установка для томографирования акустических нелинейных параметров с использованием кодированных сигналов
К. В. Дмитриев, Е. А. Котельников, Д. И. Зотов, О. Д. Румянцева
Сопоставлены схемы томографирования, основанные на нелинейных эффектов третьего порядка и использующие два кодированных сигнала и один монохроматический или же три кодированных сигнала в качестве первичных. Алгоритм получения томограммы акустического нелинейного рассеивателя адаптирован для схемы с тремя кодированными первичными сигналами, и проведены первые эксперименты на модифицированной установке.
Показать АннотациюВзаимосвязь акустической добротности и прочности горных пород различных типов
Взаимосвязь акустической добротности и прочности горных пород различных типов
А. С. Вознесенский, Я. О. Куткин, М. Н. Красилов
Рассмотрены обобщенные эмпирические взаимосвязи динамических акустических характеристик горных пород различных генотипов с их прочностными свойствами. Показано, что связь акустической добротности с прочностью может иметь как монотонный, так и немонотонный характер. Указанные зависимости могут быть использованы для оценки неразрушающими методами прочности горных пород и ресурса подземных сооружений.
Показать Аннотацию