Пестова П.А., Рыбянец А.Н., Сапожников О.А., Карзова М.М., Юлдашев П.В., Цысарь С.А., Котельникова Л.М., Швецов И.А., Хохлова В.А. «Численное решение задачи ультразвукового объемного нагрева биоткани с поверхностным охлаждением» Акустический журнал, 71, № 2, с. 206-217 (2025)

Одним из нежелательных эффектов при использовании ультразвука для экстракорпоральной терапии является перегрев кожи, вызванный как поглощением в ней ультразвука, так и контактом с нагретой поверхностью акустического излучателя. Для подавления этого эффекта может быть использовано размещение между кожей и излучающей поверхностью принудительно охлаждаемой контактной среды. Недавно в ЮФУ был предложен и разработан новый ультразвуковой аппликатор, реализующий этот подход. В нем для объемного нагревания подкожных участков биоткани используется пьезокерамический преобразователь прямоугольной формы, наклеенный на алюминиевую пластину, которая охлаждается посредством циркуляции холодной воды через просверленные в ней боковые каналы. В настоящей работе разработан численный алгоритм для расчета трехмерного температурного поля в ткани в процессе работы указанного аппликатора. Моделирование проводилось на основе неоднородного уравнения теплопроводности. Для расчета тепловых источников в ткани использовались экспериментальные данные акустической голографии, полученные для разработанного излучателя. Рассмотрен пример нагревания ткани говяжьей печени ex vivo при времени облучения от нескольких секунд до нескольких минут. Результаты моделирования сравнивались с данными эксперимента по тепловой абляции ткани при акустической мощности излучателя 12 Вт и частоте ультразвука 6.96 МГц. Показано, что комбинация теплового воздействия на ткань и охлаждения контактной границы позволяет осуществлять объемный нагрев ткани с максимумом температуры на глубине от 8 до 15 мм при незначительном изменении температуры на глубинах до 2–3 мм. Ключевые слова: терапевтический ультразвук, косметология, численное моделирование, уравнение теплопроводности DOI: 10.31857/S0320791925020055,