Аносов А.А., Грановский Н.В., Ерофеев А.В., Мансфельд А.Д., Беляев Р.В., Казанский А.С. «Экспериментальная локализация источника теплового акустического излучения корреляционным методом» Акустический журнал, 71, № 5, с. 633-639 (2025)

В эксперименте с помощью корреляционного приема была проведена локализация источника теплового акустического излучения. Для этого использовалась приемная решетка из четырех датчиков. В качестве источника использовали охлажденный на 34°С относительно окружающей среды тефлоновый цилиндр диаметром 5.5 мм, который находился на расстоянии 770 мм от датчиков размером 20 мм. Локализация проводилась при двух положениях источника, расстояние между которыми было 10 мм. Средняя частота приема составляла 1.5 МГц. При локализации суммировались пространственные корреляционные функции, рассчитанные для трех пар соседних датчиков и для двух пар датчиков, расположенных “через один”. Полученные в эксперименте изображения источника были разнесены на 8.5 мм, размер изображений составил 6 мм для источника в центре и 6.5 мм для сдвинутого источника. Таким образом, полученное при заданной геометрии пространственное разрешение соответствует расчетным данным для решетки датчиков и значительно выше пространственного разрешения при некорреляционном приеме.

Кудаева Ф.Х. «Математическая модель низкотемпературного воздействия на биоткани» Математическая физика и компьютерное моделирование (до 2017 г. Вестник Волгоградского государственного университета. Серия 1: Математика. Физика), 28, № 2, с. 27-38 (2025)

Работа посвящена моделированию процесса низкотемпературного воздействия на биоткани при деструкции тканей сферическими и полусферическими аппликаторами в одномерном приближении. Решена стационарная задача с фазовыми переходами для модели на основе уравнения типа Эмдена–Фаулера. Решение нестационарной задачи найдено в виде суммы тепловых потенциалов. Обсуждаются алгоритмы, которые легли в основу программных комплексов. Проведены некоторые численные решения при различных условиях. Построена математическая модель гипотермии, основанная на интегральном уравнении.

Кудаева Ф.Х. «Сравнительный анализ методов фильтрации шума при низкотемпературном воздействии на биоткани» Математическая физика и компьютерное моделирование (до 2017 г. Вестник Волгоградского государственного университета. Серия 1: Математика. Физика), 28, № 3, с. 50-66 (2025)

Проблема с помехами и шумами возникает при воздействии низких температур на слоистую структуру эпидермиса биологических тканей. Фильтрация шума необходима для получения точного сигнала, который используется для анализа и интерпретации данных. В работе проводится сравнительный анализ методов фильтрации шума, применяемых при изучении низкотемпературного воздействия на биологические ткани. Проведенный анализ учитывает уникальные аспекты низкотемпературного воздействия, характеристики шума, а также требования к точности и интерпретации данных. Новизна результатов заключается в систематическом и комплексном подходе к оценке эффективности и применимости методов фильтрации шума именно в контексте области исследования тепловых процессов, связанных с низкотемпературным воздействием на биологические ткани. Полученные результаты сыграют важную роль для повышения точности диагностики и лечения в здравоохранении, будут способствовать расширению возможности биологических исследований, а также разработке более эффективных методов фильтрации шума и более достоверным результатам исследования в таких важных областях

Зайцев В.Ю. «Исследование упругих свойств биотканей методами оптической когерентной томографии» Акустический журнал, 71, № 5S, с. 3-4 (2025)

Оптическая когерентная томография (ОКТ) была предложена в 1991 г., на несколько десятилетий позднее, чем такие хорошо известные методы биомедицинской визуализации как УЗИ и МРТ. Сами ОКТ сканы во многом напоминают УЗИ сканы, но имеют существенно более высокое разрешение (до единиц микрон). Соответственно, размеры области ОКТ визуализации существенно меньше, чем в УЗИ, – примерно 1–2 мм в глубину биоткани и 4–8 мм в латеральном направлении. Тем не менее визуализация на таких масштабах весьма востребована и хорошо соотносится с размерами гистологических изображений. При этом во многом первоначальной идеей создания ОКТ как раз было ожидание, что такой высокоразрешающий метод визуализации позволит выполнять оптическую биопсию, не требуя специальной времяи трудозатратной подготовки биотканей. ОКТ уже нашла широкое применение в офтальмологической диагностике, где она фактически стала «золотым стандартом», особенно для визуализации глазного дна, откуда брать биопсийные образцы в принципе невозможно. Другие области применения ОКТ остаются достаточно ограниченными, хотя в последние годы здесь происходят значительные сдвиги, особенно связанные с рядом функциональных расширений ОКТ, развитие которых было во многом стимулировано аналогиями с УЗИ, в котором, наряду с обычными структурными изображениями, важную роль стали играть УЗИ-ангиография, а также УЗИ-эластография, обеспечившая на эластографических сканах значительное повышение контраста между злокачественными и нормальными тканями за счет различия их упругих (жесткостных) свойств. Идея переноса эластографических принципов из УЗИ в ОКТ была высказана еще в конце 1990-х гг., однако практически работоспособные реализации ОКТ-эластографии были продемонстрированы лишь в последние 5–7 лет. Подобно УЗИ, в ОКТ-эластографии сформировались два основных направления, отличающиеся типом вспомогательного стимула, прикладываемого к тканям для визуализации их упругих свойств, – волновой и квазистатический компрессионный подходы. В данном докладе основное внимание уделено компрессионной ОКТ-эластографии (К-ОКЭ) развитой в ИПФ РАН за последние годы. В частности, представлены принципы визуализации деформаций на основе фазочувствительных ОКТ сигналов без использования распространенного в УЗИ корреляционного трекинга смещений рассеивателей. Также рассмотрены вариант количественной К-ОКЭ для получения воспроизводимых оценок модуля Юнга биотканей, обычно демонстрирующих ярко выраженную нелинейность упругих свойств, и решение проблемы получения нелинейных кривых «напряжениедеформация» и их использование в задачах дифференциальной диагностики различных типов биотканей. Продемонстрировано, как с помощью К-ОКЭ удается выполнять сегментирование ОКТ-сканов, сравнимое с результатами сегментирования традиционных гистологических изображений. В заключение отмечены перспективы дальнейшего развития ОКТ-эластографии и родственных модальностей. Ключевые слова: оптическая когерентная томография, упругие свойства биоткани

Чупова Д.Д., Росницкий П.Б., Синицын В.Е., Мершина Е.А., Сапожников О.А., Хохлова В.А. «Компенсация аберраций при использовании мощного фокусированного ультразвука для деструкции миомы матки» Акустический журнал, 71, № 5, с. 659-668 (2025)

В численном эксперименте проанализировано искажение ультразвукового пучка при фокусировке через брюшную стенку в область миомы матки и проведена оценка возможности компенсации аберраций, вносимых неоднородностями тканей тела человека. Трехмерная акустическая модель органов женского малого таза была построена на основе анонимизированных данных КТ. Расчет поля проводился путем комбинации аналитического метода расчета интеграла Рэлея и псевдоспектрального метода решения волнового уравнения в неоднородной среде (программный пакет k-Wave). Дифракционный алгоритм компенсации аберраций основан на моделировании распространения сферической волны из точки фокуса на поверхность ультразвуковой фазированной решетки и оптимизации подбора фаз на ее элементах методом наименьших квадратов. Использовалась модель 256-элементного излучателя компактной формы с рабочей частотой f=1.2 МГц и диафрагменным числом F#=0.75. Продемонстрированы характерные искажения поля, такие как размытие фокальной области, снижение уровня давления в основном максимуме поля и возникновение побочных максимумов, сравнимых по амплитуде с основным, в отсутствие компенсации аберраций. Проведение компенсации аберраций позволило обеспечить точную фокусировку в целевую область и увеличить амплитуду давления в фокусе в 3.2 раза.

Сергеева М.С., Квашенникова А.В., Юлдашев П.В., Есипов И.Б., Хохлова В.А. «Моделирование параметрических эффектов в фокусированных осесимметричных ультразвуковых пучках при двухчастотном возбуждении излучателя» Акустический журнал, 71, № 5S, с. 66 (2025)

Эффект параметрической генерации волны разностной частоты в фокальной области мощного двухчастотного излучателя представляет интерес как перспективный инструмент контроля за тепловым воздействием ультразвука на биоткани для развивающегося метода неинвазивной HIFU-хирургии. В работе развит конечно-разностный численный алгоритм решения аксиально-симметричного уравнения Хохлова–Заболотской–Кузнецова в квазилинейном приближении для фокусирующего излучателя в виде сферического сегмента. В численном алгоритме использованы спектральное представление поля давления для описания нелинейных взаимодействий волн накачки и метод эквивалентного излучателя, позволяющий переносить граничное условие со сферы на плоскость, сохраняя при этом точность расчета поля в фокальной области излучателя даже при больших углах схождения ультразвукового пучка. Полученные результаты для волны разностной частоты в воде показывают хорошее соответствие с интегральным решением неоднородного волнового уравнения, полученным в рамках квазилинейной теории. Проведено численное моделирование для двух типов излучателей (плоского круглого и сферического фокусирующего) и проанализировано влияние параметров фокусировки на эффективность генерации волны разностной частоты и на ширину диаграммы направленности низкочастотного излучения. Определены наиболее выигрышные параметры бигармонической волны накачки, обеспечивающие эффективную генерацию излучения на разностной частоте в фокальной области параметрического излучателя. Ключевые слова: фокусирующие излучатели, ультразвук, биоткань, хирургия