Коннова Е.О., Хохлова В.А., Юлдашев П.В. «GPU-реализация численной схемы решения уравнения Вестервельта для моделирования интенсивных ультразвуковых пучков в ударно-волновых режимах» IV Всероссийская акустическая конференция, совмещенная с XXXVIII сессией Российского научно-технического акустического общества, Нижний Новгород, 22–26 июня 2026 г., с. 1497-1498 (2026)

Актуальной задачей для ряда научных и прикладных направлений нелинейной акустики как, например, медицинская и воздушная акустика, является численное моделирование интенсивных звуковых пучков в различных средах, которое часто основывается на решении однонаправленного нелинейного уравнения Вестервельта. Моделирование ударно-волновых полей требует учета большого числа гармоник (до 1000) и пространственных сеток с малым шагом (матрицы 10000×10000), что делает вычисления на CPU крайне затратными и часто требует использования суперкомпьютерных мощностей. Целью работы являлась разработка высокоэффективного GPU-алгоритма на основе уравнения Вестервельта с использованием технологии Nvidia CUDA и сравнение с аналогичным алгоритмом для центральных процессоров. Реализация на платформе CUDA включает три специализированных вычислительных ядра: для оператора дифракции используется метод углового спектра, для нелинейного оператора с учетом образования разрывов – удароулавливающая схема типа Годунова, а поглощение рассчитывается аналитически в спектральном представлении. Для сравнения производительности создана CPU-программа на C++ с применением высокоэффективной библиотеки быстрого преобразования Фурье (БПФ) FFTW и использованием технологии OpenMP для многопоточных вычислений. Расчеты для задач с большим объемом данных выполнялись на вычислительном сервере Dell PowerEdge R720 с ускорителем Tesla K40c на 12 Гб видеопамяти и с объемом оперативной памяти 256 Гб. Разрабатываемый подход обеспечил ускорение расчетов в десятки раз по сравнению с CPU-версией, делая моделирование ультразвуковых полей с ударными фронтами доступным и на современных стандартных ПК при наличии достаточного объема оперативной памяти. Ключевые слова: нелинейное уравнение Вестервельта, метод Годунова, фокусированные ультразвуковые пучки, графические ускорители

Сергеева М.С., Квашенникова А.В., Юлдашев П.В., Хохлова В.А. «Моделирование полного нелинейного волнового уравнения для исследования параметрической генерации волны разностной частоты фокусирующим бигармоническим излучателем» IV Всероссийская акустическая конференция, совмещенная с XXXVIII сессией Российского научно-технического акустического общества, Нижний Новгород, 22–26 июня 2026 г., с. 1505-1510 (2026)

Рассмотрена задача численного моделирования параметрической генерации волны разностной частоты (ВРЧ) фокусирующим двухчастотным излучателем для случаев, когда длина нелинейного взаимодействия волн накачки в фокальной области сравнима с длиной ВРЧ, что характерно для медицинских приложений фокусированного ультразвука. Моделирование проведено для осесимметричного излучателя в воде. Поле ВРЧ рассчитывалось в рамках модели Хохлова–Заболотской–Кузнецова, а также на основе решения полного нелинейного волнового уравнения в квазилинейном приближении с учетом локальной нелинейности. Проведено сравнение результатов для пространственных распределений амплитуды давления ВРЧ. Исследовано влияние степени фокусировки излучателя и параметров двухчастотного сигнала накачки на эффективность генерации, пространственную структуру поля ВРЧ и степень выраженности локальных нелинейных эффектов. Показаны ограничения применимости параболического приближения. Ключевые слова: нелинейные взаимодействия, волна разностной частоты, полное нелинейное волновое уравнение, фокусирующий параметрический излучатель.

Юлдашев П.В., Лапина А.В., Цысарь С.А., Сапожников О.А. «Моделирование ударно-волновых режимов фокусировки ультразвука 128-элементной антенной решёткой в воздухе» IV Всероссийская акустическая конференция, совмещенная с XXXVIII сессией Российского научно-технического акустического общества, Нижний Новгород, 22–26 июня 2026 г., с. 1511-1512 (2026)

Ультразвук высокой интенсивности, генерируемый в газовых средах, находит применение в промышленности, например, в процессах пеногашения, сушки и др. Для реализации необходимого воздействия уровни акустического давления должны достигать 140 дБ и более, поэтому для концентрации энергии волны часто используются сфокусированные излучатели. При этом существенную роль играют нелинейные акустические эффекты, в результате которых в фокусе образуются ударные фронты. Для точного контроля положения фокуса перспективным способом является использование многоэлементных антенных решеток. В данной работе выполнено численное моделирование поля давления прототипа ультразвуковой воздушной решетки, сконструированного из 128 элементов с резонансной частотой 35.5 кГц, расположенных на сегменте сферической поверхности с радиусом кривизны около 44 см. Численная модель основывается на уравнении Вестервельта и многократно использовалась ранее для моделирования полей излучателей терапевтического ультразвука в медицине. Начальное распределение амплитуды и фазы волны на фундаментальной частоте для эволюционной волновой модели было получено экспериментальным путем методом акустической голографии и отражает реальную структуру излучаемого поля. Моделирование показало, что уровень положительного пикового давления в фокусе при максимальной безопасной мощности, подаваемой на элементы, может превышать 175 дБ, а в фокусе образуется развитый разрыв. Выполненная работа позволяет в рамках численной модели оптимизировать конструкцию подобных излучателей для достижения необходимых параметров поля давления. Ключевые слова: уравнение Вестервельта, фокусированный ультразвук в воздухе, многоэлементные решетки

Набиуллина Д.И., Галимова Р.М., Крекотин Д.К., Ахмадеева Г.Н., Терегулова Д.Р., Сидорова Ю.А., Качемаева О.В., Юнусова Б.М., Гехтман О.В., Хамидуллина А.Р., Сафин Ш.М., Иллариошкин С.Н., Бузаев И.В. «Фокусированный ультразвук под контролем МРТ: новая эра нейрохирургии без разрезов» IV Всероссийская акустическая конференция, совмещенная с XXXVIII сессией Российского научно-технического акустического общества, Нижний Новгород, 22–26 июня 2026 г., с. 682 (2026)

Возможно ли было представить 100 лет назад, что внутри головного мозга можно проводить операции без единого разреза? Нет, это казалось чистой фантастикой, но уже в 1950-х годах радиохирургия начала менять парадигму нейрохирургии, а в 1960-х врачи освоили гамма-нож, открыв путь к неинвазивному воздействию на структуры мозга. Эти инновации радикально преобразовали подход к лечению, позволив влиять на глубокие очаги патологии без инвазии, однако ключевой вызов оставался – точность. Как добиться субмиллиметровой точности внутри мозга? Может ли нейрохирург исследовать целевую зону, убедиться в полной безопасности для смежных структур и лишь тогда активировать терапию – без анестезии, без трепанации, без риска инфекции? Фокусированный ультразвук под контролем магнитнорезонансной томографии (МР-ФУЗ) стал именно той "волшебной" технологией, которая воплотила эту мечту в реальность, обеспечивая точность до 0,1 мм и революционизируя лечение двигательных расстройств. В мае 2020 года в Уфе открылся Международный медицинский центр имени В.С. Бузаева – первый в России центр МР-ФУЗ, где под руководством доктора медицинских наук Галимовой Резиды Маратовны команда начала применять новейшую технологию. К 2026 году мы пролечили более 370 пациентов с тремором, включая случаи болезни Паркинсона, эссенциального тремора, дистонии, а также редких образований вроде гипоталамической гамартомы. Метод позволяет контролируемо нагревать целевую до 50°C для тестового воздействия: это дает временный эффект, позволяющий в реальном времени оценить клиническую отдачу и безопасность. Если зона соответствует критериям, энергия усиливается до 55°C, вызывая необратимый некроз без повреждения окружающих тканей. Несмотря на преимущества, МР-ФУЗ не лишен вызовов: во время процедуры нарастает цитотоксический отек в зоне воздействия, когда избыточная жидкость рассеивает ультразвук, требуя прогрессивно больших энергий для достижения целевой температуры. Это усложняет длительные сессии, но опыт команды позволяет отточить скорость терапии, минимизируя отек за счет оптимизированных протоколов, что в итоге усиливает общую безопасность и предсказуемость. Ключевые слова: фокусированный ультразвук под контролем МРТ

Юров В.О. «Акустический мониторинг неоднородных волноводов» IV Всероссийская акустическая конференция, совмещенная с XXXVIII сессией Российского научно-технического акустического общества, Нижний Новгород, 22–26 июня 2026 г., с. 994-999 (2026)

Рассмотрены задачи о распространении волн в неоднородном цилиндрическом волноводе и идентификации закона изменения его упругих свойств. Исследована постановка задачи о свободных колебаниях ортотропного волновода с произвольным законом поперечной неоднородности и произвольной формой поперечного сечения. Описаны общие свойства дисперсионного множества. Изучена возможность численного и асимптотического построения дисперсионных ветвей. На примере показан алгоритм построения решения задачи в случае вынужденных колебаний. Также на примере задачи об осесимметричных колебаниях волновода с кольцевым поперечным сечением показаны основные этапы постановки и решения обратной задачи о реконструкции переменного вдоль радиальной координаты модуля упругости. Ключевые слова: неоднородность, волноводы, затухание, вынужденные колебания, обратные задачи.

Молчанов В.Я., Юшков К.Б., Чижиков А.И. «Лазерные реконфигурируемые оптические ловушки на основе акустооптических фильтров пространственных частот» IV Всероссийская акустическая конференция, совмещенная с XXXVIII сессией Российского научно-технического акустического общества, Нижний Новгород, 22–26 июня 2026 г., с. 893-897 (2026)

исследуются пространственно-частотные свойства АО неколлинеарных фильтров на основе монокристалла TeO₂ для формирования лазерных пучков бутылочного типа и других типов путём управления фазой пьезоэлектрического преобразователя. Ключевые слова: акусто-оптические неколлинеарные фильтры, лазерные ловушки