Исследования частотной и температурной зависимостей скорости и поглощения ультразвука в модифицированной сыворотке крови
Исследования частотной и температурной зависимостей скорости и поглощения ультразвука в модифицированной сыворотке крови
А. В. Клемина$^1$, И. Ю. Демин$^1$, В. А. Клемин$^2$, С. Н. Гурбатов$^1$
Результаты исследований сыворотки крови человека с помощью Акустического анализатора АКБа-01 БИОМ позволили разработать безреагентные методики определения белковых и липидных компонентов сыворотки крови. Дальнейшие перспективы в этой области связаны с использованием сред, полученным из сыворотки крови путем воздействия на сыворотку крови буферных растворов, которые позволяют удалить глобулины и оставить в модифицированной сыворотке крови альбумин в окружении низкомолекулярных компонентов данной сыворотки. Альбумин является важнейшим переносчиком множества компонентов организма человека в процессе его жизнедеятельности. В докладе приводятся результаты исследований модифицированной сыворотки крови, основным компонентом которой является альбумин. Обсуждаются перспективы использования полученных результатов для разработки методик лабораторной диагностики.
Показать АннотациюТрахеальные шумы форсированного выдоха человека: происхождение и диагностические приложения
Трахеальные шумы форсированного выдоха человека: происхождение и диагностические приложения
В. И. Коренбаум, И. А. Почекутова, В. В. Малаева, М. А. Сафронова, А. Е. Костив
Форсированный выдох человека сопровождается характерными дыхательными шумами, содержащими широкополосные и узкополосные составляющие. Освещены акустические представления о происхождении и характеристиках шумов форсированного выдоха, полученные в последнее десятилетие. Анализируются акустико-биомеханические взаимосвязи форсированного выдоха, преимущественные механизмы и зоны формирования шумов. Разработанные акустические модели и эмпирически установленные феномены позволили предложить набор акустических параметров, оказавшихся перспективным для функциональной диагностики вентиляционной функции легких как в общемедицинских целях, так и при контроле состояния лиц, находящихся в экстремальных условиях.
Показать АннотациюАкустический пинцет для захвата и перемещения микрочастиц на базе сфокусированного ультразвукового излучателя
Акустический пинцет для захвата и перемещения микрочастиц на базе сфокусированного ультразвукового излучателя
М. В. Лесик, С. И. Соловьев, В. Г. Андреев
Рассматривается задача захвата и перемещения микрочастиц с помощью одиночного сфокусированного излучателя на частоте 2 МГц. Рассчитано пространственное распределение радиационной силы, действующей на твердые микрочастицы двуокиси кремния в поле фокусирующего излучателя с фокусным расстоянием 70 мм и апертурой 64 мм. Показано, что существуют области на расстоянии 64 мм от поверхности излучателя, где частицы диаметром 150 мкм могут быть захвачены и удержаны при амплитуде колебательной скорости на поверхности излучателя, превышающей 6 см/с. Проведены измерения смещения частиц в горизонтальных плоскостях, расположенных на расстояниях 60-70 мм от излучателя. Показано, что под действием радиационной силы микрочастицы смещаются, в результате чего образуются области чистой поверхности, размеры и положение которых зависят от расстояния до излучателя и интенсивности ультразвука. Экспериментальные результаты соответствуют теоретическим расчетам. Предложенная схема простого акустического пинцета может быть востребована в биоинженерии для захвата и перемещения клеток и клеточных структур.
Показать АннотациюЧисленное 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 Аннотацию