Российский фонд
фундаментальных
исследований

Физический факультет
МГУ им. М.В.Ломоносова
 

13.02 Распространение акустических волн в тканях и органах

 

Кизилова Н.Н. «Исследование зависимостей давление-расход и параметров падающей и отраженной волн давления в артериальных руслах» Акустический вестник (Акустичний вiсник, укр.), 7, № 1, с. 50-61 (2004)

Исследовано волновое течение вязкой несжимаемой жидкости в модели внутриорганного артериального русла, состоящей из тонкой длинной трубки из вязкоупругого материала, соединенной последовательно с терминальным элементом, обладающим комплексной волновой проводимостью. В рамках осесимметричной модели течения жидкости в толстостенной цилиндрической трубке получены выражения для волн давления и объемного расхода. Для осредненной по сечению трубки системы уравнений получены выражения для инвариант Римана, а также интенсивностей падающей и отраженной волн разрежения и сжатия. Путем сопоставления результатов расчетов проведена биомеханическая интерпретация зависимости давление-расход и параметров падающей и отраженной волн. Выделены диагностически значимые параметры, позволяющие оценить состояние кровообращения во внутреннем органе по результатам измерений давления и расхода в питающей артерии. Проведен анализ волновой картины по данным о колебаниях давления и расхода в аорте и легочной артерии. Результаты исследования могут быть использованы для разработки новых методов неинвазивной диагностики состояния отдельных внутренних органов.

Акустический вестник (Акустичний вiсник, укр.), 7, № 1, с. 50-61 (2004) | Рубрики: 04.09 13.02

 

Басовский В.Г., Вовк И.В., Вовк О.И. «О возможности генерирования тональных звуковых колебаний потоком воздуха в бронхах со стенозом» Акустический вестник (Акустичний вiсник, укр.), 6, № 1, с. 3-21 (2003)

Выдвинута гипотеза об одном из возможных механизмов возникновения сухих хрипов (тональных звуковых сигналов) в бронхиальном дереве человека при его патологиях. Предполагается, что выделяющаяся в пораженных воздухоносных путях вязкая мокрота может образовывать аэродинамические структуры типа сопло–струя–препятствие. При акте дыхания роль сопла играет стеноз, формирующий скоростную струю. Роль препятствия могут играть другой стеноз, разветвления воздухоносных путей и мокротные образования. Для проверки выдвинутой гипотезы использовалась экспериментальная установка в составе физической модели воздухоносного пути, а также аппаратуры для регистрации и обработки звуковых сигналов и оценки скорости потока воздуха. В результате экспериментов обнаружено, что наличие указанных аэродинамических структур может обеспечивать эффективное преобразование энергии потока в воздухоносных путях в энергию звуковых колебаний, спектры которых во многом подобны спектрам сухих хрипов. Установлен ряд закономерностей, характерных для рассматриваемых структур. Оценены пороговые значения скоростей потока, при которых начинают возникать тональные звуковые колебания. Показано, что с увеличением относительного расстояния между стенозом, формирующим струю, и препятствием пороговые числа Рейнольдса и пороговые частоты тональных сигналов имеют тенденцию к уменьшению, а пороговые числа Струхаля – к увеличению.

Акустический вестник (Акустичний вiсник, укр.), 6, № 1, с. 3-21 (2003) | Рубрики: 04.11 13.02

 

Олійник В.Н. «Modeling of mechanical reaction for a cylinder of viscoelastic biotissue at harmonic excitation under the conditions of complete adhesion with a vibrator» Акустический вестник (Акустичний вiсник, укр.), 7, № 2, с. 65-71 (2004)

Решена задача о гармонических колебаниях вязкоупругого цилиндра с механическими свойствами, близкими к свойствам биотканей. При этом считалось, что торцы цилиндра находятся в условиях полного сцепления с вибратором, а его боковая поверхность – свободна. Решение задачи построено в виде рядов Фурье, коэффициенты которых вычисляются из бесконечных алгебраических систем, порожденных граничными условиями. Анализ частотного поведения механического импеданса торца цилиндра позволил оценить степень влияния граничных условий на поверхности контакта на интегральные механические характеристики объекта.

Акустический вестник (Акустичний вiсник, укр.), 7, № 2, с. 65-71 (2004) | Рубрики: 06.10 13.02

 

Дудзінський Ю.М., Сухарьков О.В., Манічева Н.В. «Гармонічні коливання в'язко-пружного шару біотканини при навантаженні круговим гладким штампом» Акустический вестник (Акустичний вiсник, укр.), 7, № 3, с. 49-54 (2004)

Рассмотрена модель осесимметричного гидродинамического излучателя, образованного упругой затопленной струей-оболочкой. Вычислена основная частота акустического сигнала как функция свойств рабочей жидкости, геометрических и гидродинамических параметров струи. Проведено сопоставление теоретических и экспериментальных результатов. Предложен критерий соответствия приведенной модели реальным излучателям данного типа.

Акустический вестник (Акустичний вiсник, укр.), 7, № 3, с. 49-54 (2004) | Рубрики: 06.10 13.02

 

Грінченко В.Т., Олійник В.Н. «Гармонічні коливання в'язко-пружного шару біотканини при навантаженні круговим гладким штампом» Акустический вестник (Акустичний вiсник, укр.), 7, № 4, с. 34-47 (2004)

С применением граничных интегральных уравнений решена линейная задача о гармонических колебаниях нагруженного плоским гладким круговым штампом вязкоупругого слоя из материала, моделирующего биоткань. Построен эффективный алгоритм для определения физико-механических полей и импеданса поверхности, которая контактирует со штампом. Установлено, что в рассмотренном диапазоне частот система демонстрирует резонансное поведение, причем значение резонансной частоты существенно зависит от диаметра штампа. За счет диссипации в материале и механизма излучения волн формируется активная составляющая импеданса поверхности контакта, которая для выбранного материала имеет один порядок величины с реактивной составляющей. Расчетные частотные зависимости импеданса хорошо соотносятся с экспериментальными данными. Определено, что при переходе через резонанс характер распределения механических напряжений под штампом существенно изменяется. Изучение пространственных распределений смещений материала слоя показало, что наиболее интенсивного возбуждения испытывает приповерхностная зона под штампом. При этом индуцированные штампом вертикальные смещения эффективно трансформируются в горизонтальные. С увеличением частоты нарастает локализация деформаций вблизи поверхности штампа. Сравнение полученных результатов с известными экспериментальными данными показало, что использованная модель адекватно отображает основные характерные особенности взаимодействия поверхности кожи человека с контактным вибратором или датчиком.

Акустический вестник (Акустичний вiсник, укр.), 7, № 4, с. 34-47 (2004) | Рубрики: 06.10 13.02

 

Баранник Е.А. «Локальные эффекты возбуждения волн при нелинейном взаимодействии фокусированных ультразвуковых пучков с биологическими объектами» Акустический вестник (Акустичний вiсник, укр.), 6, № 4, с. 3-18 (2003)

С использованием известных распределений поля в фокальной области исследованы характеристики волн суммарной и разностной частоты (ВСЧ и ВРЧ) при нелинейном взаимодействии фокусированных коаксиальных пучков волн со средой. Доказано, что в фокальной области существуют сверхзвуковые нелинейные источники ВРЧ. Показана их связь с предельно возможными углами рассеяния по механизму излучения Черенкова. Проведена оценка амплитуды ВРЧ и ее зависимости от угла рассеяния. Обсуждены возможности применения фокусированных пучков волн для акустической томографии параметров нелинейности биологических объектов.

Акустический вестник (Акустичний вiсник, укр.), 6, № 4, с. 3-18 (2003) | Рубрики: 13.01 13.02

 

Вовк И.В., Вовк О.И. «Распространение звука в бронхиальном дереве человека. Часть I. Теория» Акустический вестник (Акустичний вiсник, укр.), 3, № 2, с. 19-31 (2000)

Проведен анализ геометрических, физических и волновых параметров бронхиального дерева и его элементов. Показано, что в диапазоне частот до 1000 Гц все геометрические параметры воздухоносных путей (за исключением длины трахеи) существенно меньше длины звуковой волны, распространяющейся внутри бронхиального дерева. Установлено, что скачок сечения в месте сочленения соседних воздухоносных путей может оказывать существенное влияние на распространение звука в бронхиальном дереве. В то же время, изломы воздухоносных путей практически не влияют на этот процесс. Сформулированы акустические и математические модели воздухоносных путей (с учетом упругости их стенок) и участков сочленений между ними. Решены соответствующие граничные задачи для уравнения Гельмгольца. Полученные результаты позволили разработать алгоритм общего решения задачи о распространении звука в бронхиальном дереве.

Акустический вестник (Акустичний вiсник, укр.), 3, № 2, с. 19-31 (2000) | Рубрики: 13.02 13.03

 

Басовский В.Г., Вовк И.В., Вовк О.И. «Распространение звука в бронхиальном дереве человека. Часть II. Анализ численных результатов» Акустический вестник (Акустичний вiсник, укр.), 3, № 4, с. 11-20 (2000)

На основе разработанного в предыдущей статье алгоритма решения задачи о распространении звуковых волн в бронхиальном дереве численно исследованы акустические свойства бронхиального дерева человека. В частности, показано, что мнимая часть входного импеданса бронхиального дерева характеризуется чередующимися друг за другом резонансами и антирезонансами. При этом на частотах антирезонансов наблюдаются значительные «пики» действительной части импеданса, а на частотах резонансов – «провалы». Проведено сравнение расчетных и экспериментальных значений входного импеданса и установлено их удовлетворительное совпадение. Изучено распределение потоков звуковой энергии в бронхиальном дереве. Показано, что в процессе распространения звука энергия довольно быстро затухает за счет потерь в вязкоупругих стенках воздухоносных путей и переизлучения ими энергии в окружающие биоткани. Установлена существенная зависимость фазовой скорости звука внутри бронхиального дерева как от частоты, так и от выбора начальной и конечной точек участка бронхиального дерева, на котором эта скорость оценивается. Показано, что эта скорость может быть значительно ниже и выше скорости звука в свободной воздушной среде. Оценена возможная величина задержки звукового сигнала при его прохождении от начала трахеи до поверхности грудной клетки.

Акустический вестник (Акустичний вiсник, укр.), 3, № 4, с. 11-20 (2000) | Рубрика: 13.02

 

Олийнык В.Н. «Особенности "тканевого" канала распространения звука в грудной клетке человека» Акустический вестник (Акустичний вiсник, укр.), 3, № 4, с. 54-63 (2000)

Исследовано распространение звука по биологическим тканям грудной клетки с учетом наличия ее реберного каркаса и поверхностных мягких тканей. Получены оценки плотности, скорости звука и коэффициента затухания звука в паренхиме легких и мягких биотканях. В рамках подходов линейной акустики построена математическая модель, позволяющая дать количественную оценку эффективности передачи звука из легких к поверхности тела человека. Показано, что при распространении звука в системе доминирует поршневая мода. Установлено, что при распространении в грудной клетке звуков дыхания влияние реберной решетки проявляется в постоянном дополнительном ослаблении сигнала. Показано, что в низкочастотной области спектр респираторных звуков в норме формируется источниками, расположенными по всему объему легких. Высокочастотная же часть спектра формируется преимущественно источниками, расположенными на периферии легких.

Акустический вестник (Акустичний вiсник, укр.), 3, № 4, с. 54-63 (2000) | Рубрика: 13.02

 

Басовский В.Г., Вовк И.В., Вовк О.И. «Особенности колебаний стенок трахеи человека» Акустический вестник (Акустичний вiсник, укр.), 4, № 3, с. 10-21 (2001)

Проведен анализ особенностей строения стенки трахеи и обсуждены возможные механизмы ее возбуждения. Разработаны акустическая и математическая модели трахеи с упругими стенками, предусматривающие возможность кинематического возбуждения верхнего конца трахеи и распространения упругой волны вдоль ее стенки. В широком диапазоне частот проведен численный анализ модуля и фазы колебательной скорости упругой стенки трахеи и выполнено сравнение этих данных с данными, полученными в рамках акустической модели трахеи с локально реагирующими стенками. Показано, что упругая стенка ведет себя подобно линии задержки, и вдоль нее в диапазоне f<500 Гц может распространяться упругая волна со скоростью 10–20 м/с. На более высоких частотах упругая стенка начинает вести себя подобно локально реагирующей. Показано, что даже сравнительно малые уровни кинематического возбуждения верхнего конца трахеи приводят к существенным изменениям в характере частотной зависимости колебательной скорости ее стенки. Проведен анализ частотных зависимостей колебательных скоростей первых семи кольцевых хрящей стенки трахеи. Установлено, что их уровни снижаются по мере удаления места расположения хряща от верхнего конца трахеи. Предложен сравнительно простой метод оценки реальных значений передаточной функции колебательной скорости от голосовых связок к верхнему концу трахеи.

Акустический вестник (Акустичний вiсник, укр.), 4, № 3, с. 10-21 (2001) | Рубрика: 13.02

 

Басовский В.Г., Вовк И.В. «Собственные частоты и формы колебаний хрящей трахеи и бронхов человека» Акустический вестник (Акустичний вiсник, укр.), 5, № 3, с. 5-11 (2002)

Проведен анализ геометрических и физических характеристик хрящей трахеи и главных бронхов человека, сформулированы их механические модели, представляющие хрящи в виде круговых стержней постоянного поперечного сечения со свободными концами. На основе теории изгибных колебаний круговых стержней разработана расчетная схема для оценки собственных частот и форм колебаний хрящей. Оценены несколько первых собственных частот и форм колебаний хрящей. В частности, установлено, что значения первых собственных частот трахеальных и бронхиальных хрящей составляют 60.7 и 168.7 Гц соответственно, а их первые собственные формы колебаний имеют по три противофазных участка и по две узловые точки.

Акустический вестник (Акустичний вiсник, укр.), 5, № 3, с. 5-11 (2002) | Рубрика: 13.02

 

Баранник Е.А. «Локальные эффекты формирования ультразвукового доплеровского отклика биологических сред» Акустический вестник (Акустичний вiсник, укр.), 7, № 2, с. 3-24 (2004)

Решения параболического уравнения дифракции для ультразвуковых пучков волн, излучаемых преобразователями с аподизированной апертурой, использованы для оценки доплеровских спектров и определения их ширины при зондировании биологических сред нефокусированными, фокусированными и импульсными волнами. Показано, что при импульсном излучении ширина спектров от линии тока неинвариантна по отношению к глубине зондирования и зависит от взаимного расположения измерительного объема и реального фокуса. Доказана зависимость модальной доплеровской частоты от положения линии тока в измерительном объеме. Найдены спектры доплеровских сигналов для аксиально-симметричных потоков с различным профилем скоростей. Развитая теория обобщена на случай пространственно неоднородного движения, что дает возможность оптимизации методов ультразвуковой доплеровской эхоскопии.

Акустический вестник (Акустичний вiсник, укр.), 7, № 2, с. 3-24 (2004) | Рубрика: 13.02

 

Крижановский В.В. «Статистическая оценка акустических параметров респираторного тракта человека» Акустический вестник (Акустичний вiсник, укр.), 1, № 1, с. 40-51 (1998)

Рассмотрен статистический подход к решению задачи оценки акустических параметров респираторного тракта человека. Выполнен синтез и анализ алгоритмов оценивания в сложных помеховых условиях, учитывающих присутствие сердечных тонов. Показано, что подавление помехи сердечных тонов может быть обеспечено с помощью компенсационных каналов, сформированных с учетом корреляционных характеристик помехи в частотной или временной областях. Определены основные процедуры обработки входных сигналов и способы получения необходимых для их реализации данных. Исследована потенциальная эффективность алгоритмов для ряда моделей функций пространственной корреляции источников шумов дыхания. Отмечается, что при больших отношениях сигнал/помеха дисперсия оценок измеряемых акустических параметров мало чувствительна к изменению вида функции пространственной корреляции источников шумов дыхания. Приведены результаты экспериментальных исследований по оценке скорости распространения звука в паренхиме легких. Показано, что разработанный алгоритм обеспечивает формирование несмещенной оценки скорости звука, которая хорошо согласуется с известными экспериментальными данными для паренхимы легких.

Акустический вестник (Акустичний вiсник, укр.), 1, № 1, с. 40-51 (1998) | Рубрика: 13.02

 

Вовк И.В., Гринченко В.Т., Дахнов С.Л. «Влияние физиологических особенностей верхних дыхательных путей на характеристики шумов дыхания» Акустический вестник (Акустичний вiсник, укр.), 1, № 3, с. 14-23 (1998)

Обсуждаются некоторые физиологические особенности дыхательного тракта человека, важные для формирования правильных представлений об источниках дыхательных шумов. Понимание особенностей генерации шумов является необходимым для создания эффективных компьютерных систем регистрации и обработки шумов с целью совершенствования методов диагностики респираторных заболеваний. Существенная зависимость характеристик шумов дыхания от многих параметров предопределяет необходимость документировать эти параметры в процессе измерений. Одним из параметров, часто фиксируемым в процессе измерений, является расход воздуха, измеряемый пневмотахографом. На основании результатов измерений разбросов размеров голосовой щели и оценки разбросов уровня спектра мощности шумов дыхания показано, что поддержание с помощью пневмотахографа одинаковой величины расхода воздуха не гарантирует одинакового уровня мощности шумов дыхания, генерируемых потоком воздуха в области трахеи.

Акустический вестник (Акустичний вiсник, укр.), 1, № 3, с. 14-23 (1998) | Рубрики: 13.02 13.03

 

Вовк И.В., Калюжный А.Я. «О потенциальной эффективности спектрально-корреляционных методов классификации дыхательных шумов» Акустический вестник (Акустичний вiсник, укр.), 2, № 1, с. 11-21 (1999)

Рассмотрен оптимальный алгоритм классификации дыхательных шумов на основе спектрально-корреляционных признаков и определены показатели его эффективности. Выполнен численный анализ таких показателей для идеализированной модели респираторного тракта человека. Исследована сравнительная диагностическая ценность ряда параметров модели, включая условия возбуждения дыхательных шумов и акустические параметры проводящей среды. Показаны преимущества спектрально-корреляционных методов классификации перед чисто спектральными. Исследована устойчивость качественных показателей системы классификации к неточности задания параметров модели респираторного тракта и погрешностям в определении пространственного положения точек регистрации шумов.

Акустический вестник (Акустичний вiсник, укр.), 2, № 1, с. 11-21 (1999) | Рубрика: 13.02

 

Вовк И.В., Гринченко В.Т., Дахнов С.Л., Крижановский В.В., Олийнык В.Н. «Шумы дыхания человека: объективизация аускультативных признаков» Акустический вестник (Акустичний вiсник, укр.), 2, № 3, с. 11-32 (1999)

Представлен ретроспективный обзор методов, использовавшихся для объективизации аускультативных признаков шумов дыхания человека за последнее двадцатилетие. Изложены современные взгляды на природу шумов дыхания и систематизированы литературные данные о возможных причинах возникновения основных и дополнительных шумов дыхания. На базе использования спектрально-временных методов анализа и визуального представления сложных звуковых сигналов продемонстрированы возможности объективизации ряда аускультативных признаков. Предпринята попытка классификации разных типов сухих хрипов по характеру их спектральных составляющих.

Акустический вестник (Акустичний вiсник, укр.), 2, № 3, с. 11-32 (1999) | Рубрики: 13.02 13.03

 

Антонец В.А., Казаков В.В. «Неинвазивное измерение звукового поля в утробе матери, возникающего при проведении УЗИ» Акустический журнал, 61, № 4, с. 541- (2015)

Акустический журнал, 61, № 4, с. 541- (2015) | Рубрика: 13.02