Трусов Л.А., Сапожников О.А. «Моделирование распространения ударных волн почечных камнях» Труды школы-семинара “Волны-2006”. Секция 1. "Распространение акустических и гидродинамических волн", с. 39-41 (2006)

Предлагаемая модель может помочь разрешить некоторые вопросы, возникающие при ударно-волновой литотрипсии, предсказать результат воздействия разных ударных волн на камни различных форм и размеров, производить мониторинг наличного состояния камня, возможно, весьма подробно вплоть до размеров и формы составляющих его частей.

Юлдашев П.В., Бобина А.С., Сапожников О.А., Хохлова В.А. «Моделирование нелинейных сфокусированных ультразвуковых пучков в теле человека с учетом плавных неоднородностей мягких тканей» II Всероссийская акустическая конференция, совмещенная с XXX сессией Российского акустического общества. Нижний Новгород, 6–9 июня 2017 г. Программа и аннотации докладов, с. 55-56 (2017)

В настоящее время методы численного моделирования становятся необходимым инструментом при решении практических задач неинвазивной ультразвуковой хирургии. Для планирования протокола облучения, обеспечения эффективности и безопасности воздействия высокоинтенсивного сфокусированного ультразвукового пучка на ткань необходимы точные количественные данные о параметрах поля в месте воздействия. Прямыми экспериментальными методами получить такие данные практически невозможно, поэтому важную роль играет численный эксперимент, имитирующий клинические условия и максимальным образом включающий в себя данные измерений. Одной из основных моделей при описании ультразвуковых пучков большой интенсивности является уравнение Вестервельта, решения которого достаточно широко исследованы для случаев фокусировки в однородной среде. При распространении ультразвука в теле человека необходимо также учитывать пространственные неоднородности акустических параметров среды, такие как скорость звука, плотность, коэффициент нелинейности, а также частотно-зависимый закон поглощения различных мягких тканей. В данной работе уравнение Вестервельта было обобщено на случай описания нелинейных волн в среде с плавными неоднородностями. Был развит алгоритм численного моделирования полученного уравнения в предположении малости эффектов обратного рассеяния. Трехмерные пространственные распределения скорости звука и плотности в области торса человека восстанавливались на основе данных компьютерной томографии (КТ) и учитывались на каждом пространственном шаге сетки вдоль оси пучка с помощью единого комплексного множителя. Коэффициенты поглощения и нелинейности задавались путем сегментации КТ-изображений, выделении областей, занимаемых различными органами или тканями, и присвоения соответствующих этим типам органов либо тканей значений. С использованием полученных пространственных распределений акустических парамегров было проведено моделирование фокусировки ультразвукового пучка в область почки. В качестве примера рассматривалось поле одиночного излучателя в виде сферического сегмента с частотой f=1 МГц, радиусом а=5 см и фокусным расстоянием F=9 см. Показано, что наличие неоднородностей приводит к ухудшению качества фокусировки, заключающемся в смещении положения фокуса, уменьшении уровней давления и степени проявления нелинейных эффектов в фокусе, а также появлении дополнительных боковых лепестков. Рассмотренные эффекты могут затруднять реализацию терапевтического воздействия на ткань, особенно на большой глубине.

Коренбаум В.И., Почекутова И.А., Малаева В.В., Сафронова М.А., Костив А.Е. «Происхождение шумов форсированного выдоха человека и их диагностические приложения» Тезисы докладов Пятой открытой Всероссийской (XVII научно-технической) конференции по аэроакустике. (25–29 сентября 2017 г.), с. 162-163 (2017)

Форсированный выдох (ФВ) – маневр, нашедший широкое применение в диагностике вентиляционной функции легких. Шумы ФВ как мощный акустический сигнал, несущий биомеханическую информацию активно исследуются в диагностических целях. Шумы ФВ, по сравнению с шумами спокойного дыхания, характеризуются увеличением интенсивности широкополосной составляющей и появлением узкополосных составляющих, называемых свистами форсированного выдоха. При регистрации дыхательных шумов ФВ датчиком на поверхности шеи над трахеей имеют место два механизма формирования регистрируемого сигнала. Первый из них, акустический, определяется суперпозицией собственно акустических шумов, излучаемых по просвету дыхательных путей, и предполагает распространение звукового сигнала от удаленных источников по воздушному просвету бронхиального дерева. Второй – гидродинамический, обусловлен псевдозвуковым воздействием турбулентных пульсаций давления вихревого потока на внутреннюю стенку трахеи. Это воздействие воспринимается акустическим датчиком наравне со звуковым давлением. Оценки поперечных чисел Рейнольдса на усредненной модели бронхиального дерева здоровых взрослых свидетельствуют, что при ФВ в трахее достигается развитая турбулентность, так что существование второго механизма не подлежит сомнению. Обилие выявленных звуковых и псевдозвуковых эффектов ФВ открывает новые возможности для диагностических приложений. Авторами разработан метод медицинской диагностики вентиляционной функции легких. В качестве акустического параметра пока обоснована продолжительность шумов ФВ в полосе частот 200–2000 Гц. Экспериментально доказана их связь с аэродинамическим сопротивлением дыхательных путей. Продемонстрирована достаточно высокие чувствительность и специфичность метода (около 90%) и способность выявлять скрытую бронхиальную обструкцию, не обнаруживаемую спирометрией. Применение метода к контролю состояния водолазов, использующих дыхательные аппараты замкнутого типа, после одиночного погружения позволило впервые выявить наличие преходящих нарушений бронхиальной проходимости, которые связаны с токсическим действием кислорода (гипербарическая гипероксия). Применение метода к контролю состояния испытателей при наземном моделировании микрогравитации (совместно с НИИ космической медицины ФМБА) позволило впервые разделить воздействие невесомости и лунной гравитации на респираторную систему человека.

Холампур С., Фатураи Н., Седихи А.С., Седихи А. «Численное моделирование течения спинно-мозговой жидкости у больных гидроцефалией в послеоперационный период» Прикладная механика и техническая физика, 58, № 3, с. 12-18 (2017)

Описаны математические трехмерные модели ткани головного мозга и течения спинно-мозговой (цереброспинальной) жидкости, которые использовались для определения свойств спинно-мозговой жидкости до и после шунтирования у семи больных окклюзивной (закрытой) гидроцефалией. Полученные характеристики спинно-мозговой жидкости сравнивались с соответствующими характеристиками здорового человека. Из анализа результатов моделирования следует, что у больных среднее давление и амплитуда давления (основной показатель при диагностике окклюзивной гидроцефалии) соответственно в 5,3 и 2 раза больше, чем у здоровых людей.