Российский фонд
фундаментальных
исследований

Физический факультет
МГУ им. М.В.Ломоносова
 

13.04 Применение ультразвука, физические основы акустических методов и приборов для биологии и медицины

 

Бородина И.А., Зайцев Б.Д., Гулий О.И., Староверов С.А. «Акустический датчик для анализа и оценки жизнеспособности бактериальных клеток» XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 34-35 (2019). 106 с.

Разработан метод экспресс-анализа и оценки жизнеспособности бактериальных клеток непосредственно в жидкой проводящей суспензии при использовании акустического датчика на основе щелевой моды. Основным элементом датчика является линия задержки, изготовленная из пластины Y-X ниобата лития. На поверхности пластины были нанесены два встречно-штыревых преобразователя (ВШП) для возбуждения и приема акустической SH0 волны. Жидкостной контейнер помещался над волноводом линии задержки между ВШП с заданным зазором. Дно контейнера было изготовлено из пластины Z-X+30° ниобата лития. Для проведения исследований датчик подключался к измерителю S-параметров E5071C («Agilent», США) и проводились измерения частотной зависимости полных потерь выходного сигнала датчика. В ходе измерений наблюдалось наличие ярко выраженных резонансных пиков на частотной зависимости полных потерь датчика, связанных с возбуждением щелевой моды. Метод анализа микробных клеток был основан на регистрации изменений глубины и частоты пиков резонансного поглощения на частотной зависимости полных потерь датчика до и после биологического взаимодействия микробных клеток со специфичными бактериофагами. Датчик регистрировал заражение микробных клеток специфическими бактериофагами в суспензиях с начальной проводимостью 4.5–30 мкСм/см. Время анализа составляло 5–10 минут, предел определения микробных клеток был равен 103 кл/мл. Проводились контрольные эксперименты с неспецифическими взаимодействиями микробных клеток с бактериофагами, в которых изменение параметров датчика не наблюдалось. Для оценки жизнеспособности суспензию клеток нагревали до 60, 80 и 100°С. Затем клеточную суспензию охлаждали до комнатной температуры, помещали в жидкостную ячейку и фиксировали показания датчика. После этого добавляли специфичный бактериофаг и вновь регистрировали показания датчика. Отличительной особенностью используемого датчика является отсутствие контакта исследуемой суспензии с тонким (200 мкм) волноводом линии задержки. В связи с этим дополнительным преимуществом датчика является наличие съемного контейнера с жидкостью, что позволяет многократно использовать его и облегчить процесс очистки контейнера от отработанного образца. Этот факт является важным условием при работе с микроорганизмами. Ключевые слова: акустическая линия задержки, щелевая мода, пики резонансного поглощения, бактериальные клетки, бактериофаги

XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 34-35 (2019). 106 с. | Рубрика: 13.04

 

Демин И.Ю., Лисин А.А., Спивак А.Е., Рыхтик П.И., Сафонов Д.В. «Физическое и численное моделирование, клинические исследования различных режимов эластографии сдвиговой волной мягких биологических тканей» XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 61-62 (2019). 106 с.

Представлены результаты физического и численного моделирования распространения сдвиговых волн в мягких биологических тканях (метод эластографии сдвиговой волной). Физическое моделирование выполнено на акустической системе Verasonics с открытой архитектурой. В качестве фантомов были использованы калиброванные фантомы CIRS MODEL 049A ELASTICITY QA PHANTOM, фантомы молочной железы Blue Phantom, а также фантом, имитирующий скелетную мышцу (состоит из желатиновой основы и вмороженных в нее упругих струн). Для проведения численного моделирования распространения сдвиговых волн в мягких биологических тканях был использован программный пакет toolbox k-Wave для среды программирования MATLAB. Этот пакет дает возможность моделировать среду распространения через такие параметры, как плотность и скорость звука в данной среде. Совокупность этих факторов позволяет моделировать 2D и 3D пространства, при этом сохраняя высокую скорость вычислений. Для того, чтобы более наглядно визуализировать полученные результаты, было использовано программное обеспечение Autodesk Maya. Autodesk Maya – пакет для работы с 3d графикой и анимацией. Результаты численного моделирования были сопоставлены с результатами физического моделирования (на акустической системе Verasonics) распространения сдвиговых волн в фантомах CIRS. Параллельно калиброванные фантомы CIRS и Blue Phantom были использованы и для измерений на ультразвуковых системах экспертного класса. Исследования были выполнены на ультразвуковом сканере Acuson S2000 (Siemens, Германия) с методикой точечной эластографии сдвиговой волной (pSWE) и на сканере Aixplorer (SuperSonic Imagine S.A., Aixen-Provence, Франция) с методикой двухмерной эластографии сдвиговой волной (2dSWE). Было показано, что тестированные коммерческие сканеры и акустическая система Verasonics обладают сопоставимой высокой точностью точечной эластометрии сдвиговой волной при измерении модуля Юнга и скорости сдвиговой волны исследуемых фантомов. Исследованные датчики и сканеры больше ориентированы на измерение объектов с малыми значениями модуля Юнга, где наблюдается наибольшая точность измерений. Были разработаны формулы пересчета модулей Юнга и скорости сдвиговых волн, полученных на различных сканерах, что позволит проводить корректное сравнение данных различных режимов эластографии сдвиговой волной. Ключевые слова: сдвиговая эластография, фантомы, Verasonics, численное моделирование

XXXII сессия Российского акустического общества, 14–18 октября 2019 г., Москва, с. 61-62 (2019). 106 с. | Рубрика: 13.04

 

Шадрина Н.Х. «Исследование влияния гладкомышечных сокращений на свойства стенки малого артериального сосуда» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 23, с. 3-11 (2020)

Рассмотрена плоская задача о влиянии сокращений гладкомышечных клеток в стенке резистивного сосуда под действием трансмурального давления на радиус и распределение напряжений в сосудистой стенке. Считается, что в неактивированном состоянии стенка сосуда обладает гиперупругостью, а сокращения гладкомышечных клеток в результате активации дают вклад только в окружное напряжение. На основе модели и литературных экспериментальных данных получена функциональная зависимость активного напряжения от концентрации активатора гладкомышечных сокращений. Расчеты показывают, что общее напряжение в стенке определяется главным образом активной составляющей. Сокращения гладкомышечных клеток при увеличении давления приводят к уменьшению напряжений, при этом меняется характер распределения окружных напряжений. Окружные растяжения также снижаются при активации, их распределение становится более однородным. Как в пассивном, так и в активном сосудах модуль отношения радиального напряжения к окружному уменьшается с ростом растяжений, причем в активном это отношение в несколько раз больше, чем в пассивном.

Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 23, с. 3-11 (2020) | Рубрики: 13.04 15.01