Каюмов Р.А., Мухамедова И.З., Хайдаров Л.И., Тазюков Б.Ф. «О задаче деградации композитных балок при продольном изгибе и методе решения при больших перемещениях» Ученые записки Казанского государственного университета. Серия Физико-математические науки, 166, № 3, с. 364-376 (2024)

Предложены определяющие соотношения и методика анализа поведения стеклопластика при совместном воздействии силовых факторов и щелочной среды при продольном изгибе. Описаны модели натурного и численного экспериментов. Предложен новый подход к решению задачи о продольном изгибе балки с начальной прогибью без привлечения геометрически нелинейных соотношений. Такой подход может быть использован в тех случаях, когда результирующая конфигурация балки представляет собой пологую кривую. Приведены результаты числовых расчетов. В первом случае рассмотрен брус с начальной прогибью на основе предложенного подхода и с использованием метода конечных элементов (МКЭ). Для верификации во втором случае решена задача в геометрически нелинейной постановке. Установлено характерное согласование полученных результатов.

Агасян Н.О., Хайдуков З.В., Лукашов М.С., Симонов Ю.А. «Цветоэлектрический и цветомагнитный конфайнмент» Физика элементарных частиц и атомного ядра, 55, № 6, с. 1634 (2024)

Основные свойства механизма конфайнмента в КХД – температурные зависимости пространственного (цветомагнитного) и временного (цветоэлектрического) натяжений струн (σ_s(T) и σ_E(T)) – изучаются в рамках метода полевых корреляторов. Обсуждается взаимосвязь цветомагнитного натяжения струны с функцией Грина двуглюонного глюлампа при конечных температурах. Показан рост цветомагнитного конденсата с увеличением температуры. Показано, что цветоэлектрическая компонента нивелируется адронным давлением при T≪em>T_c (что соответствует деконфайнменту). Оба наблюдаемых свойства обнаружены в рамках одного метода и находятся в хорошем согласии с решеточными данными.

Ладонкина М.Е., Остапенко В.В., Тишкин В.Ф., Хандеева Н.А. «О точности разрывного метода Галеркина внутри центрированных волн разрежения и в областях их влияния» Математическое моделирование, 37, № 1, с. 113-130 (2025)

Исследована точность двух схем разрывного метода Галеркина с кусочно-линейными решениями при расчете специальной задачи Коши для уравнений мелкой воды с разрывными начальными данными, точное решение которой содержит центрированную волну разрежения и не содержит ударную волну. Показано, что внутри центрированной волны разрежения и в области ее влияния решения обеих схем с различными порядками сходятся к разным инвариантам точного решения. Это приводит к снижению точности этих схем при вычислении вектора базисных переменных рассматриваемой задачи Коши.

Харламов А.А., Верхлютов В.М., Бородин Н.С. «Речевой сигнал в решении обратной задачи для выявления коннектома» Акустический журнал, 70, № 5S, с. 74 (2024)

Выявление коннектома является наиболее актуальной задачей в электроэнцефалографии и магнитоэнцефалографии в настоящее время. Одним из путей решения этой задачи является использование свертки несущего (в данном случае – речевого) сигнала с записями ЭЭГ (МЭГ). В этом случае матрица J диполей тока как источников на промежутке времени записи ЭЭГ, связана с матрицей S признаков – огибающей речевой волны на том же промежутке времени – через так называемую матрицу функций нейротокового отклика Ф. Матрица измеренных ЭЭГ-сигналов Y связана с матрицей диполей тока J через так называемую матрицу поля L. Если бы нам была известна фоновая активность мозга, то вычисление диполей тока могло бы быть осуществлено решением задачи максимального правдоподобия минимизацией функции ||Y-LФS||². Чтобы смягчить некорректный характер этой постановки (отсутствие знаний о фоновой активности), гладкий временной ряд аппроксимируется ядрами Габора из словаря G: Ф=TTG^Т и S'=G^ТS, и теперь надо решать задачу максимального правдоподобия для функции ||Y-LTS'||² с использованием алгоритма Champ–Lasso. Однако речевой сигнал и энцефалограмма в традиционных алгоритмах являются сигналами, представленными в разных частотных масштабах. Для соотнесения речевого и ЭЭГ (МЭГ) сигналов в рамках свертки, которая используется для выявления коннектома (речевой сигнал – одно(двух-)канальный временной ряд и ЭЭГ (МЭГ) сигнал – временной ряд с числом каналов, равным числу отведений) необходимо к несущему сигналу применить преобразование Гильберта и полученную огибающую речевого сигнала синхронизировать с ЭЭГ сигналами, для чего спроецировать точки информативности огибающей на энцефалограмму. Дальнейший анализ осуществляется исключительно для размеченной энцефалограммы.

Хило П.А., Ревенок М.А. «Изотропная дифракция бесселева светового пучка при акустооптическом взаимодействии» Проблемы физики, математики и техники, № 3(60), с. 44-47 (2024)

Исследован процесс акустооптической (АО) дифракции бесселева пучка ТЕ-типа на бесселевом акустическом пучке в акустически поперечно изотропных кристаллах. Рассмотрена АО дифракция на вертикально поляризованной (SV-) акустической волне, позволяющая задействовать в АО- процессе диагональные компоненты тензора диэлектрической проницаемости. Установлено, что за счет указанных диагональных компонент может быть реализована изотропная дифракция бесселева светового пучка с высокой эффективностью. Предложенная схема АО дифракции представляет интерес для модуляции бесселевых световых пучков с возможностями динамической перестройки их параметров.

Малеханов А.И., Лисин А.А., Хилько А.И. «Влияние случайных вариаций параметров неоднородного океанического волновода на гидроакустическое поле, возбуждаемое вертикальной решеткой узкополосных излучателей» Акустический журнал, 70, № 5S, с. 14 (2024)

Разработка акустических систем подводного наблюдения требует учета влияющих на эффективность их работы факторов: геофизические параметры среды распространения звука, статистика изменений гидросферы и атмосферы. Параметры среды варьируются от времени года, течений, ветровых явлений и иных факторов, влияющих на температуру и соленость слоев водной толщи. Учет указанных факторов позволяет выбрать оптимальные параметры системы. Основным критерием качества системы наблюдения служит обычно обеспечиваемое в ней отношение “полезный сигнал/шум”, повышение которого является главной задачей оптимизации. Учет факторов в реальном времени не всегда возможен, поэтому влияние отклонений параметров среды от условий, для которых подобраны оптимальные параметры системы, представляет интерес. В работе рассмотрено влияние изменения условий распространения акустического сигнала как случайные вариации профиля скорости звука относительно эталонного в рамках заданного рукава минимально и максимально возможных скоростей звука. Влияние оценивалось по отклонению положения точки фокусировки антенной решетки узкополосных излучателей с фиксированными параметрами оптимизации, примененными к случайным вариациям профиля скорости звука.

Хитров Д.Е., Шлычков С.В. «Влияние акустического резонатора на спектр колебаний струнных музыкальных инструментов» Акустический журнал, 70, № 5S, с. 31 (2024)

Струнные музыкальные инструменты представляют собой связанную упруго-акустическую систему, состоящую из источника колебаний – струн, усилителя колебаний – акустической воздушной полости и излучателя звука, придания ему нужной тембровой окраски – корпуса. Данная работа посвящена численному моделированию корпуса гитары и внутренней акустической полости. С целью проверки достоверности разработанной модели создана конечно-элементная модель тонкостенной конструкции канонической формы Определены ее виброакустические характеристики, результаты сопоставлены с известными данными. Конструкционный материал – древесина рассмотрен на основе модели ортотропного тела. Решена задача на собственные значения для корпуса, для акустической полости и связанной механоакустической системы. Рассмотрены установившиеся колебания конструкции под действием моногармонической вынуждающей силы, приложенной по нормали к поверхности деки в точке расположения подставки для струн. Результаты расчета сопоставлены с данными натурных экспериментов. Построены амплитудно-частотные характеристики для ряда точек на поверхности деки. На основе разработанной модели появляется возможность на стадии проекта управлять и прогнозировать качество струнных музыкальных инструментов.

Хлыбов А.А., Углов А.Л. «Об оценке пористости металлов, полученных методом горячего изостатического прессования, на основе анализа структурного акустического шума» Акустический журнал, 70, № 5, с. 680-691 (2024)

Рассматривается возможность использования неразрушающего спектрально-акустического метода количественного контроля пористости образцов из стали Х12МФ, полученных методом горячего изостатического прессования. Приведены результаты исследований образцов, полученных на различных этапах горячего изостатического прессования в диапазоне остаточной пористости от 0 до 9%. Методика контроля строится на основе анализа параметров акустического структурного шума. Проанализированы различные методики измерения параметров структурных шумов с точки зрения чувствительности и погрешности измерений используемых информативных параметров структурного шума. Предложены уточненные расчетные алгоритмы определения параметров структурных шумов, приведены результаты их экспериментальной проверки. Полученные результаты могут послужить основой для разработки инженерной методики оценки степени пористости материала деталей и конструктивных элементов, полученных методом горячего изостатического прессования, в условиях эксплуатации.

Голых Р.Н., Карра Ж.Б., Хмелёв В.Н., Маняхин И.А., Минаков В.Д., Генне Д.В., Барсуков А.Р. «Исследование ультразвукового кавитационного воздействия на межфазную поверхность газ–жидкость при принудительной аэрации» Прикладная механика и техническая физика, 65, № 6, с. 83-98 (2024)

Разработан стенд для проведения экспериментальных исследований структуры, формы и размеров межфазной поверхности газ–жидкость при ультразвуковом воздействии и принудительной аэрации. Обнаружено, что ультразвуковое воздействие приводит к увеличению площади межфазной поверхности при аэрации приблизительно в 1,5 раза. Установлено существование оптимальной интенсивности ультразвукового воздействия, которая обеспечивает максимальный прирост площади межфазной поверхности на единицу подведенной ультразвуковой энергии

Хорунжий Г.Д., Егорова М.А. «Оценка слуховой чувствительности крыс со сниженной экспрессией гена дофаминового транспортера» Акустический журнал, 70, № 5S, с. 54-55 (2024)

Фактором развития таких тяжелых патологий центральной нервной системы, как болезнь Паркинсона и синдром дефицита внимания и гиперактивности (СДВГ), являются нарушения функций дофаминергической системы. Известно, что развитие болезни Паркинсона у человека затрагивает также процессы сенсорного восприятия, включая слуховое (Василенко и др., 2010; Jafari et al., 2020). Таким образом, актуальным направлением медико-биологических исследований остается поиск изменений слуховой чувствительности, отражающих раннее развитие нарушений дофаминергической системы, в том числе, у трансгенных животных, выступающих в качестве экспериментальных моделей таких патологий. В данной работе методом регистрации коротколатентных слуховых вызванных потенциалов (КСВП) выполнена сравнительная оценка характеристик слуха крыс линий Wistar и трансгенной линии DAT-KO со сниженной экспрессией гена Slc6a3, кодирующего транспортер обратного захвата дофамина (DAT). КСВП, зарегистрированные у крыс обеих линий, состояли из 5 волн (пиков) со средним латентным периодом 3 мс (первый пик) – 7 мс (пятый пик). Полученные данные продемонстрировали сходство амплитудных параметров КСВП (соотношение амплитуд волн I–V) крыс линии Wistar и полученной на ее основе линии DAT-KO. С учетом сведений о возрастании латентных периодов волн КСВП у пациентов, страдающих болезнью Паркинсона (Ampar et al., 2020; Jafari et al., 2020), более информативным в отношении поиска коррелят нарушений дофаминергической системы в активности слуховых центров мозга может оказаться анализ временных характеристик КСВП.

Юлдашев П.В., Коннова Е.О., Карзова М.М., Хохлова В.А. «Особенности построения модифицированного пропагатора для широкоугольной модели на основе операторного ряда Фурье» Акустический журнал, 70, № 5S, с. 40 (2024)

Исследование особенностей распространения акустических волн в неоднородных средах актуально для многих задач медицинского ультразвука, геофизики и аэроакустики. В численном моделировании подобных задач целесообразно использовать широкоугольное параболическое приближение. Стандартный способ построения трехмерной широкоугольной модели на основе аппроксимаций Паде однонаправленного пропагатора приводит к необходимости решения уравнений в частных производных с двумерным оператором Лапласа, действующим в плоскости, перпендикулярной основному направлению распространения волн. В этом случае пространственные переменные не разделяются, из-за чего приходится использовать громоздкие численные схемы. В качестве альтернативного подхода авторами данной работы ранее было предложено использовать разложение пропагатора в операторный ряд Фурье по поперечному лапласиану, в результате чего построение численных схем существенно упрощается. Для уменьшения амплитуды осцилляций Гиббса необходимо построение модифицированного пропагатора, который является приближенной версией точного пропагатора, сглаженной и периодизованной в заданном окне собственных значений оператора Лапласа. В работе на примере задачи о фокусировке ультразвукового пучка исследуются различные способы построения такого пропагатора. Используется метод двухточечной интерполяции Эрмита, позволяющий строить непрерывное продолжение функции и ее производных. Интерполяция применяется как к комплекснозначной функции пропагатора, так и к его амплитуде и фазе по отдельности. Проводится исследование ошибки аппроксимации пропагатора конечным рядом Фуре в зависимости от заданного углового диапазона широкоугольной модели, шага сетки вдоль оси фокусированного пучка, числа Фурье гармоник, ширины периода, в котором производится разложение, и положений точек сшивки интерполируемых функций.

Коннова Е.О., Хохлова В.А., Юлдашев П.В. «Широкоугольная численная модель для описания дифрагирующих акустических пучков в неоднородных средах» Акустический журнал, 70, № 5S, с. 40 (2024)

Теоретическое описание распространения волн в неоднородных средах является важной частью многих задач волновой физики, например, в области неинвазивной ультразвуковой хирургии с использованием высокоинтенсивных ультразвуковых пучков. Из-за различных акустических свойств биологических тканей и органов тело человека является слабо неоднородной средой, что приводит к нежелательным искажениям поля при фокусировке пучков. В связи с этим возникает необходимость в теоретических и численных моделях, способных количественно точно описывать данные волновые явления. Одним из способов построения волновой модели в неоднородной среде является использование широкоугольного параболического приближения. В данной работе развивается метод разложения однонаправленного пропагатора в операторный ряд Фурье как альтернатива классическому методу дробных шагов Паде, в трехмерных формулировках которого возникают трудности вычислительного характера. В представленном методе вычисления сводятся к расчету действия набора простых экспоненциальных пропагаторов, аналогичных по форме пропагатору стандартного параболического уравнения, на известное поле давления. Ранее была показана работоспособность метода при расчете фокусировки ультразвукового пучка в однородной среде. В данной работе реализуются численные схемы с учетом наличия неоднородностей скорости звука в среде, основанные как на методе конечных разностей, так и с использованием метода расщепления операторов с возможностью расчета пространственных производных в Фурье пространстве. Представлены тестовые расчеты фокусировки пучка в неоднородной среде и приводится сравнение с результатами, полученными в пакете “k-Wave”.

Рыбянец А.Н., Швецов И.А., Швецова Н.А., Цысарь С.А., Котельникова Л.М., Хохлова В.А., Сапожников О.А. «Сочетание объемного ультразвукового нагрева с поверхностным охлаждением как новый метод пространственной и временной локализации теплового воздействия на биоткани» Акустический журнал, 70, № 5S, с. 81-82 (2024)

Методы современной ультразвуковой терапии основаны на использовании фокусированных излучателей, позволяющих осуществлять локализованное воздействие на ткани без повреждения кожи и окружающих целевую область участков. При этом для облучения большого объема ткани фокус приходится перемещать в пределах задаваемого объема, что увеличивает время процедуры и риск перегрева тканей на пути к фокусу. Таким образом, существует потребность в альтернативных методах и устройствах, в которых ультразвуковая энергия передается более безопасным и производительным способом. В настоящей работе представлен новый метод пространственно-временной локализации ультразвукового воздействия на подкожные ткани путем сочетания объемного нагрева с поверхностным охлаждением. Разработан ультразвуковой преобразователь, представляющий собой склейку из плоской прямоугольной пьезопластины толщиной 1 мм размером 15 на 25 мм и алюминиевой пластины толщиной 3 мм размером 25 на 40 мм. Алюминиевая пластина термостатировалась путем прокачки холодной воды через каналы, просверленные вдоль ее боковых участков. Склейка обращалась внешней стороной алюминиевой пластины к поверхности облучаемого объема и, тем самым, представляла собой ультразвуковой источник с воздушной тыльной нагрузкой и контролируемой температурой излучающей поверхности. Рабочая частота указанного преобразователя составляла 2.1 МГц. В клинических условиях суперпозиция температурного поля, возникающего в результате объемного нагрева за счет поглощения ультразвука, и тепловой волны от прижатой к коже охлажденной излучающей поверхности, позволяет обеспечить контролируемую локализацию ультразвукового нагрева в подкожных слоях тканей пациента. Акустическое поле созданного преобразователя было охарактеризовано на разных частотах с использованием метода импульсной акустической голографии. Также была измерена эффективность электроакустического преобразования на разных частотах и определена частота, позволяющая создать наиболее равномерную структуру поля для увеличения облучаемого объема ткани.

Чупова Д.Д., Солонцов О.В., Гаврилов Л.Р., Синицын В.Е., Мершина Е.А., Сапожников О.А., Хохлова В.А. «Сравнение возможностей механического и электронного перемещения фокуса многоэлементного излучателя при фокусировке мощного ультразвука через кости черепа» Акустический журнал, 70, № 5S, с. 55-56 (2024)

Метод неинвазивной ультразвуковой нейрохирургии основан на фокусировке ультразвука через невскрытый череп в заданные участки мозга. В клинической практике для проведения таких операций используется система ExAblate Neuro (Insightec Ltd, Israel). Полусферическая геометрия многоэлементного излучателя системы ограничивает возможности механического и электронного перемещения фокуса решетки, так что доступной для неинвазивной ультразвуковой хирургии является только центральная область мозга, примерно ±2.5 см относительно центра головы человека. Важной задачей является расширение возможной области облучения. Целью данной работы является сравнение возможностей механического и электронного перемещения фокуса нового класса решеток, выполненных в виде сегмента сферы с меньшим углом фокусировки. Акустическая модель черепа была построена на основе анонимизированных данных компьютерной томографии. Расчеты с компенсацией аберраций, вызванных костями черепа, проводились в программном пакете k-wave для разработанной в нашей лаборатории модели 256-элементной компактной решетки с рабочей частотой 1 МГц. Фокус излучателя перемещался вдоль его оси. Получено, что электронная фокусировка позволяет перемещать фокус в пределах 2 см вдоль оси решетки относительно ее центра кривизны при уменьшении амплитуды в фокусе менее чем на 10% по сравнению с амплитудой в геометрическом фокусе излучателя. Для механического перемещения аналогичный диапазон составляет 3 см. Для расширения области фокусировки планируется исследовать комбинацию механического и электронного перемещения фокуса.

Пестова П.А., Рыбянец А.Н., Сапожников О.А., Карзова М.М., Юлдашев П.В., Цысарь С.А., Котельникова Л.М., Хохлова В.А., Швецов И.А. «Численное решение задачи ультразвукового объемного нагревания биоткани с поверхностным охлаждением» Акустический журнал, 70, № 5S, с. 56 (2024)

Одним из побочных эффектов неинвазивной терапии с помощью фокусированного ультразвука является нежелательный перегрев и повреждение кожи. Данный эффект может проявляться как при облучении глубоко расположенных, так и подкожных слоев биологической ткани. Для защиты кожи, а также самого фокусирующего излучателя часто используется охлаждение контактной среды, расположенной между кожей и излучателем. Недавно учеными ЮФУ был разработан нефокусированный излучатель для объемного нагревания подкожных слоев ткани, представляющий собой плоскую прямоугольную пьезопластину (15×25×1 мм), наклеенную на алюминиевую пластину (25×40×3 мм), которая охлаждалась путем циркуляции холодной воды (14–18°С) через ее боковые каналы. Алюминиевая пластина находится в прямом контакте с кожей, предотвращая ее перегрев. В настоящей работе был разработан численный алгоритм, позволяющий рассчитать нагрев ткани с учетом поглощения ультразвука и охлаждения кожи пластиной. Моделирование трехмерного температурного поля в ткани проводилось на основе уравнения теплопроводности. Решение сначала строилось независимо для задач охлаждения кожи пластиной и нагрева ткани тепловыми источниками акустического поля, а затем полученные решения складывались в силу линейности задачи. Для расчета тепловых источников использовались данные акустической голографии, полученные для излучателя при его работе на частоте 2.09 МГц. Акустическая мощность варьировалась от 5 до 30 Вт, время облучения – от нескольких секунд до нескольких минут, параметры биоткани соответствовали табличным значениям говяжьей печени. Было показано, что предложенный подход позволяет осуществлять объемный нагрев ткани с максимумом температуры на глубине 2 см при незначительном изменении температуры ее приповерхностного слоя на глубинах до 5 мм. Результаты расчетов сравнивались с полученными ранее в ЮФУ экспериментальными данными, в которых была продемонстрирована возможность достижения объемной тепловой абляции ткани при сохранении интактности поверхностного слоя.

Карзова М.М., Цысарь С.А., Пестова П.А., Папикян Л.А., Хохлова В.А. «Демонстрация в физическом эксперименте преимуществ использования ударно волновых импульсно периодических режимов фокусировки мощного ультразвука для тепловой абляции биоткани» Акустический журнал, 70, № 5S, с. 58 (2024)

Неинвазивная технология HIFU применяется в клинической практике для тепловой абляции биологических тканей путем воздействия фокусированными ультразвуковыми волнами. Формирование объемных тепловых разрушений, состоящих из множественных единичных, происходит за счет тепловой диффузии, которая приводит к неопределенности конечной формы разрушения и может повлечь нежелательные повреждения окружающих тканей. В данной работе исследованы импульсно-периодические режимы облучения с постоянной по времени средней мощностью, при этом увеличение пиковой мощности компенсировалось увеличением скважности. Главным преимуществом высокоамплитудных режимов является образование в фокусе ударных фронтов в профиле волны из-за сильного проявления нелинейных эффектов и, как следствие, быстрое получение разрушения в строго заданной области за счет эффективного тепловыделения на ударных фронтах. В работе была создана экспериментальная установка для имитации в лабораторных условиях ударно-волновых режимов фокусировки в клинической HIFU системе MRgHIFU Sonalleve (Profound Medical Corp., Canada). В качестве источника мощного ультразвука использовался одноэлементный излучатель с частотой 1.2 МГц, фокусным расстоянием 120 мм и полным углом схождения 60°. В экспериментах ex vivo на различных биологических тканях было показано, что использование ударно-волновых импульсно-периодических режимов облучения позволяет в несколько раз увеличить скорость тепловой абляции по сравнению с непрерывным режимом за счет усиления нагрева в присутствии ударных фронтов и отражения пучка от возникающих в фокусе парогазовых полостей кипения, а также визуализировать процесс формирования теплового разрушения с помощью диагностического ультразвука за счет рассеяния на пузырьках кипения.

Пономарчук Е.М., Цысарь С.А., Кадрев А.В., Чупова Д.Д., Пестова П.А., Карзова М.М., Папикян Л.А., Квашенникова А.В., Данилова Н.В., Мальков П.Г., Черняев А.Л., Буравков С.В., Хохлова В.А. «Пилотная демонстрация возможности неинвазивной нетепловой ультразвуковой деструкции рака кишки человека ex vivo методом гистотрипсии с кипением» Акустический журнал, 70, № 5S, с. 58-59 (2024)

Одним из активно развивающихся приложений мощного фокусированного ультразвука является его применение в неинвазивной хирургии, в частности, для механического (т.е. нетеплового) разрушения опухолей внутри организма человека методом гистотрипсии с кипением (ГК) с помощью ударно-волновых ультразвуковых импульсов миллисекундной длительности. Рак кишки является третьим по распространенности в мире онкологическим заболеванием (ВОЗ,2022), для лечения которого потенциально может быть применен метод ГК в качестве неинвазивной альтернативы стандартным хирургическим методам лечения. Целью настоящей работы была экспериментальная проверка возможности применения метода ГК для неинвазивного механического разрушения рака кишки человека ex vivo. Модуль Юнга аутопсийного образца рака сигмовидной кишки человека измерялся методом эластографии сдвиговой волной для подтверждения клинической репрезентативности аутопсийного материала. Затем в образце, заключенном в агарозный гель и погруженном в бассейн с дегазированной водой при 34°C, получалось объемное разрушение с помощью кольцевой решетки с рабочей частотой 2МГц и углом фокусировки 67.5° путем облучения трехмерной сетки из 5×5×2 фокусов (шаг 1 мм, 150 импульсов длительностью 1 мс с периодом повторения 0.1 с на точку). Оценка параметров ударной волны в ткани (P+/P-/As=91/-13/78 МПа) осуществлялась путем комбинации измерений методом акустической голографии и численного моделирования в программном комплексе “HIFU beam”. Успешно полученное ГК-разрушение визуализировалось как с помощью диагностического УЗИ-датчика, так и гистологически.

Хохлова В.А. «Высокоинтенсивный фокусированный ультразвук в медицине: новые физические подходы и клинические приложения» Акустический журнал, 70, № 5S, с. 3 (2024)

В последние два десятилетия одним из наиболее успешных приложений физической акустики стало использование мощного ультразвука в терапии и неинвазивной хирургии. Согласно данным Фонда фокусированного ультразвука (https://www.fusfoundation.org), в настоящее время акустические волны высокой интенсивности используются более чем в 160 клинических приложениях; свыше 100 компаний производят соответствующее медицинское оборудование; с использованием ультразвуковых методов пролечивается более 100 тысяч пациентов в год. Фокусированный ультразвук высокой интенсивности (HIFU – High Intensity Focused Ultrasound) используется как для терапевтического воздействия, так и для разрушения нежелательных биологических тканей. Представлен обзор современных клинических приложений HIFU в нейрохирургии, урологии, кардиологии, гастроэнтерологии, офтальмологии и иммунологии. Приводятся примеры разработанных излучателей с параметрами, оптимизированными к конкретным приложениям, рассматриваются новые подходы к метрологии полей HIFU-установок, особенности планирования облучения и акустической визуализации области воздействия. Обсуждаются методы компенсации аберраций в таких приложениях HIFU как облучение абдоминальных органов и нейрохирургия через невскрытый череп. Отмечается быстрое развитие методов механического разрушения тканей (гистотрипсии) с использованием нелинейных импульсно-периодических режимов HIFU-облучения, позволяющих создавать ударно-волновые поля в фокусе. Помимо разрушения биотканей, указанные режимы способны вызывать дополнительные полезные биоэффекты, например, усиление выделения специфических биомаркеров и повышение иммунного отклика при онкологических заболеваниях.

Квашенникова А.В., Юлдашев П.В., Есипов И.Б., Хохлова В.А. «Особенности нелинейной генерации и распространения волны разностной частоты в неоднородном мелководном акустическом волноводе» Акустический журнал, 70, № 5S, с. 76 (2024)

Исследован процесс генерации и распространения акустической волны разностной частоты, генерируемой при нелинейном взаимодействии интенсивных высокочастотных волн накачки в мелководном акустическом волноводе с неоднородной по глубине скоростью звука. Задача решена численно в трехмерной постановке для квазилинейного и ударноволнового режимов работы подводного параметрического высокочастотного излучателя двухчастотной накачки с частотами 135–145 кГц и 150 кГц. Разработанная авторами ранее трехмерная численная модель решения параболического уравнения Хохлова–Заболотской–Кузнецова в спектральном представлении в свободном поле, позволяющая описывать режимы образования фронтов в профиле нелинейной волны, обобщается на случай неоднородной среды и учитывает наличие отражений от дна и поверхности, что приводит к большей локализации и дальности распространения низкочастотного излучения. Получены результаты для полей волн накачки и волны разностной частоты для различных моделей: изоскоростной волновод глубиной 2 м с мягкими границами и излучателем, расположенным на расстоянии 50 см от дна; свободное пространство с симметричным параболическим профилем скорости звука; полупространство с мягким дном и волновод с мягкими границами с полупараболическим профилем скорости звука, соответствующим данным экспериментов с подводным излучателем, расположенным ближе ко дну. Проанализированы отличия в структуре поля в квазилинейном и ударноволновом режимах работы излучателя.

Нартов Ф.А., Карзова М.М., Хохлова В.А. «Влияние размеров центрального отверстия мощных фокусированных излучателей на параметры нелинейного ультразвукового поля в фокусе» Акустический журнал, 70, № 5S, с. 77 (2024)

Для описания нелинейных эффектов в полях мощных излучателей фокусированного ультразвука, форма которых близка к аксиально-симметричной, удобной моделью является модель эквивалентного источника в виде сферического сегмента с равномерным распределением колебательной скорости на его поверхности. Параметры эквивалентного источника (диаметр, фокусное расстояние и амплитуда) подбираются таким образом, чтобы максимально точно аппроксимировать фокальную область поля исходного излучателя вдоль оси пучка. Для численного расчета нелинейных полей, создаваемых аксиально-симметричными фокусирующими источниками, существуют комплексы программ общего доступа, например, “HIFU-beam”. Большое число излучателей, использующихся в неинвазивной ультразвуковой хирургии, имеют аксиально-симметричную форму с круглым отверстием в центре для размещения диагностического датчика с целью визуализации воздействия. В данной работе было исследовано влияние размеров центрального отверстия в излучателе в виде сферического сегмента на параметры создаваемого им нелинейного поля в фокусе и оценка возможности применения модели эквивалентного источника без отверстия. Рассмотрены конфигурации излучателей с различными волновыми размерами, полными углами схождения (от 45 до 70°), диаметром центрального отверстия (до 70% от диаметра излучателя). Проведено сравнение нелинейных акустических полей, генерируемых исходными излучателями и соответствующими эквивалентными источниками. Показано, что присутствие центрального отверстия существенно влияет на параметры нелинейного поля в фокальной области. Установлено, что модель эквивалентного источника может быть применима лишь в случае малых диаметров отверстия в исходном излучателе (меньше 15% от диаметра излучателя).

Квашенникова А.В., Сергеева М.С., Юлдашев П.В., Есипов И.Б., Хохлова В.А. «Особенности демодуляции импульсных акустических сигналов в сильно нелинейных режимах распространения» Акустический журнал, 70, № 5, с. 651-662 (2024)

Рассмотрена одномерная нелинейная задача о параметрической генерации низкочастотного излучения в случае импульсного высокочастотного начального возбуждения, способного образовать ударные фронты в профиле волны. Развит численный алгоритм решения уравнения Бюргерса во временном представлении с использованием удароулавливающей схемы типа Годунова. Рассмотрены примеры распространения модельных частотно-модулированных сигналов с различной формой огибающей при различном соотношении нелинейных и диссипативных эффектов, ограничивающих длину взаимодействия волн накачки. Приводятся примеры эволюции профилей и спектров сигналов при самодемодуляции высокочастотного сигнала накачки, которая проявляется на меньших расстояниях при сильном проявлении нелинейных эффектов за счет дополнительного затухания энергии волны на образующихся ударных фронтах. Показано, что эффективность генерации низкочастотного излучения в ударноволновых режимах увеличивается.

Христов И., Христова Р., Пузынин И., Пузынина Т., Шарипов З., Тухлиев З. «Поиск новых нетривиальных хореографий для плоской задачи трех тел» Физика элементарных частиц и атомного ядра, 55, № 3, с. https://pepan.jinr.ru/index.php/Pepan/article/view/963 (2024)

Проведен численный поиск с высокой точностью новых нетривиальных хореографий для плоской задач и трех тел. Вследствие этого нашли 161 новую нетривиальную хореографию, ранее было известно только о трех. Линейная устойчивость всех найденных орбит исследуется путем высокоточного вычисления собственных значений матриц монодромии.

Христов И., Христова Р., Пузынин И., Пузынина Т., Шарипов З., Тухлиев З. «Поиск новых нетривиальных хореографий для плоской задачи трех тел» Физика элементарных частиц и атомного ядра, 55, № 3, с. https://pepan.jinr.ru/index.php/Pepan/article/view/963 (2024)

Проведен численный поиск с высокой точностью новых нетривиальных хореографий для плоской задач и трех тел. Вследствие этого нашли 161 новую нетривиальную хореографию, ранее было известно только о трех. Линейная устойчивость всех найденных орбит исследуется путем высокоточного вычисления собственных значений матриц монодромии.

Гималтдинов И.К., Хусаинов И.Г. «Особенности отражения акустических волн в воде от пузырьковой завесы, содержащей гидратные пузырьки» Прикладная механика и техническая физика, 65, № 4, с. 52-62 (2024)

С помощью методов математического моделирования исследована динамика акустического сигнала при прохождении через пузырьковую завесу. Рассматривается случай, когда газ (метан) внутри пузырьков находится в условиях гидратообразования. Изучено влияние процесса гидратообразования, а также начального радиуса пузырьков и объемной доли газа на коэффициент затухания и фазовую скорость волны, распространяющейся по глубоководной (находящейся на большой глубине) пузырьковой завесе. Получены коэффициенты отражения и прохождения звуковых волн на границах, разделяющих области одно- и двухфазных зон. Установлено, что процесс гидратообразования более чем на два порядка увеличивает коэффициент затухания волны в области низких (менее 1 кГц) частот.

Березовская О.В., Кудрявцева А.В., Смирнова Г.М., Хуторщиков М.В. «Об уточнении характеристик изотопных фильтров для квантовых стандартов частоты на рубидиевой газовой ячейке традиционного типа» Труды Института прикладной астрономии РАН № 68, с. 9-14 (2024)

Статья посвящена исследованию свойств и характеристик изотопных фильтров, осуществляющих фильтрацию сверхтонких компонент основного состояния в атомах рубидия, находящихся в ячейке поглощения дискриминатора квантового из состава квантового стандарта частоты на рубидиевой газовой ячейке с источником оптической накачки на безэлектродной спектральной лампе. Работа выполнена с целью изучения возможности снижения влияния флуктуаций температуры безэлектродной спектральной лампы на сдвиги резонансной частоты в ячейке поглощения в зависимости от исследуемых свойств изотопного фильтра. Представлены результаты комплексных исследований эффективности оптической накачки и сдвигов частоты в ячейке поглощения при использовании изотопных фильтров в зависимости от давления аргона в них в диапазоне 100–220 торр и их температуры 82–92°С. На основании изучения полученных данных были сделаны выводы, что минимальное влияние флуктуаций температуры безэлектродной спектральной лампы на сдвиги резонансной частоты ячейки поглощения обеспечивается при использовании фильтра с давлением аргона 150 торр при температуре 82°С.