Скворцов С.П., Юркевич П.Д., Соловьёв Д.А. «Исследование метода контроля ультразвуковой кавитации при обработке биотканей» Биомедицинская радиоэлектроника, № 7, с. 32-38 (2019)

Постановка проблемы. Методы лечебного воздействия на биологические ткани при помощи низкочастотного ультразвука в хирургии и терапии основан на сочетанном действии лекарственных веществ и энергии низкочастотных ультразвуковых колебаний. Основным явлением, определяющим эффективность сочетанного действия ультразвука и лекарственного вещества, является кавитация. Одним из путей повышения эффективности методов ультразвуковой обработки является введение в биотехническую систему обратной связи, построенной на определении параметров кавитационной области в процессе воздействия. Большинство методов контроля параметров кавитации трудно реализуемы в условиях медицинского применения ультразвука, поэтому необходима разработка метода, позволяющего определять параметры пульсаций кавитационных пузырьков в реальном масштабе времени и использовать их для поддержания режима максимальной эффективности кавитации. Цель – исследование возможности использования метода оптического зондирования кавитационной области для под-держания максимальной эффективности кавитации. Результаты. Выполнено численное моделирование коэффициента светопропускания кавитационной области на основе при-ближения Тверского теории многократного светорассеяния. При расчетах использована типовая ширина диаграммы направленности фотоприемника 10 град. Спектр сигнала фотоприемника содержит основную частоту, определяемую временем жизни пузырьков, которое, в свою очередь, определяет амплитуду ударной волны и степень выраженности эффектов кавитации. Экспериментальные исследования проводились для нахождения максимума эффективности кавитации в зависимости от амплитуды колебаний ультразвукового излучателя. Эффективность кавитации оценивалась по эрозии алюминиевой фольги. Полученные данные сопоставлялись с рассчитанными зависимостями субгармоник оптического сигнала от амплитуды ультразвукового инструмента. Показано, что максимуму скорости разрушения фольги соответствует спадающий участок зависимости амплитуды субгар-моники сигнала фотоприемника на частоте 1/2 от частоты ультразвука и нарастающий участок на зависимости амплитуды субгармоники на частоте 1/3 от частоты ультразвука, где обе зависимости минимальны. Практическая значимость. В результате проведенных исследований определен критерий нахождения максимальной эффективности кавитации на основе регистрации и анализа рассеянного оптического сигнала, позволяющий реализовать автоматическую подстройку амплитуды колебаний излучателя. Полученный критерий может применяться в ультразвуковых аппаратах для хирургии и терапии.