CC BY
26
УДК 615.47:616-085
З. Н. Педонова, С. В. Белавская, Л. И. Лисицына, Е. Л. Потеряева, И. В. Феофилов
Исследование распределения физических полей в предстательной железе при трансректальном воздействии на примере фантома
Ключевые слова: фантом, распределение физических полей, ультразвук, тепло, электрическое поле, магнитное поле, лазерное излучение.
Keywords: phantom, distribution of physical fields, ultrasound, heat, electric field, magnetic field, laser radiation.
Представлены результаты исследования распределения физических полей: ультразвукового, теплового, электрического, магнитного и лазерного излучения — в предстательной железе при трансректальном воздействии на примере желатинового фантома и фантома животного происхождения. Показано, что воздействующие поля проникают в предстательную железу на глубину, достаточную для проведения физиотерапии.
Введение
Коллективом лаборатории медицинской электроники при Новосибирском государственном медицинском университете (НГТУ) разработан зонд для внутриполостного воздействия, обеспечивающий пространственное и временное совмещение пяти воздействующих факторов: ультразвука, теплового и лазерного излучений, электрического и магнитного полей [1].
Для определения возможности проведения физиотерапевтических процедур для лечения заболеваний предстательной железы (ПЖ) трансректальным способом с использованием разработанного зонда необходимо исследовать распределение физических полей в ПЖ.
Цель работы — провести подобные исследования при воздействии перечисленными факторами на фантом ПЖ.
Материалы и методы
В целях проведения исследований распределения ультразвукового и теплового излучений в ПЖ изготовлен фантом по методике, изложенной в работе [2], с использованием 15%-ного водного
раствора желатина. Для имитации стенки толстой кишки человека использован участок свиной толстой кишки.
Для исследования распределения лазерного излучения, электрического и магнитного полей использовался фантом животного происхождения (мышцы крупного рогатого скота).
Интенсивность УЗ-излучения измеряли по методике, описанной в работе [3]. В качестве источника и приемника ультразвукового излучения использовались одинаковые пьезопластины (пьезокерами-ка ЦТС-19) с волноводом. Источник подключался к генератору (частота синусоидального сигнала — 1,3 МГц), а приемник — к цифровому осциллографу GDS-840C.
При измерении интенсивности УЗ-колебаний внутри фантома волновод подводился на определенную глубину фантома.
Распределение теплоты при нагреве фантома получены на тепловизионном приборе «СВИТ», позволяющем получить высококонтрастные тепловые портреты с температурным разрешением не менее 0,025 градусов [4].
Распределение лазерного излучения было оценено по изменению интенсивности и диаметра светового пятна на фантоме животного происхождения в зависимости от толщины последнего. Интенсивность лазерного излучения оценивалась по показаниям фотодиода, включенного в измерительную цепь.
Индукцию магнитного поля измеряли с помощью микротесламетра Г 79, напряжение — муль-тиметра Mastech M320.
Результаты исследования
Исследование распределения УЗ-излучения в ПЖ. На рис. 1 представлена картина расположения ПЖ и прямой кишки. Видно, что рабочий торец
биотехносфера
I № 5(47)/2016
Мочевой пузырь
Предстательная железа
Семявыво-
дящий
проток
Прямая кишка
Рис. 1 \ Расположение ПЖ и прямой кишки [5]
Желатиновый фантом
Часть стенки кишечника свиньи
Часть 3D-формы
Рис. 2
Фотография изготовленного желатинового фантома с участком стенки прямой кишки
Рис. 3
1/10 1
Схематичное расположение зонда относительно ПЖ
1,2
Н, мм
Рис. 4
зонда должен накладываться на ПЖ под определенным углом через стенку толстой кишки.
На рис. 2 представлена фотография изготовленного желатинового фантома с участком стенки прямой кишки.
На рис. 3 представлено схематичное расположение зонда относительно ПЖ, по результатам измерений построена зависимость относительной интенсивности УЗ-излучения от глубины фантома (рис. 4). За интенсивность /0 взято значение интенсивности на поверхности зонда. Из зависимости видно, что УЗ-излучение проникает на достаточную глубину для проведения УЗ-терапии (примерно 8 мм).
Исследование распределения теплового поля
На рис. 5 представлены фотографии, полученные на тепловизоре до воздействия теплотой на ПЖ и после воздействия. Анализ фотографий позволил
а)
б)
= 20 Tmax = 42 °С
Зависимость относительной интенсивности УЗ-излучения от глубины фантома
Рис. 5
Тепловизионные картины фантома до воздействия (а) и после воздействия (б) теплотой
т
т, °с
41 39 37 35 33 31 29 27 25
0
5 Н, мм
Рис. 6
Зависимость распределения температуры по глубине фантома
построить зависимость распределения температуры по глубине фантома, из которой видно, что при воздействии на ПЖ теплотой в течение 1 мин поверхность фантома (на глубине 1 мм) прогревается до 33 °С (рис. 6).
Исследование распределения лазерного излучения
Исследования проведены на фантоме животного происхождения. На рис. 7 представлена фотография светового пятна на фантоме толщиной 1 мм. Получив подобные фотографии светового пятна
Рис. 7
Фотография светового пятна при толщине фантома 1 мм
7 8 Н, мм
Рис. 8
Зависимость диаметра светового пятна от толщины фантома
1/10 1
8 Н, мм
Рис. 9
Зависимость относительной интенсивности лазерного излучения от толщины фантома
на разных толщинах фантома, построили зависимость диаметра светового пятна от толщины фантома (рис. 8). На рис. 9 представлена зависимость относительной интенсивности лазерного излучения от толщины фантома.
Исследование распределения магнитного и электрического полей
На рис. 10 представлена зависимость относительной магнитной индукции от толщины фантома, из которой видно, что магнитное поле проникает в глубь фантома на глубину примерно 8 мм (10 %).
В/В0 1
0 2,5
7,5 10 12,5 15 Н, мм
Рис. 10
и/и0 1
Зависимость относительной магнитной индукции от толщины фантома
3 4
8 Н, мм
Рис. 11
Зависимость распределения электрического потенциала по толщине фантома
1
2
3
4
1
5
7
0
2
3
4
6
5
1
5
0
2
3
4
6
0
1
2
5
6
7
биотехносфера
| № 5(47)/2016
Приборостроение, метрология и информационно-измерительные приборы и системы
На рис. 11 представлена зависимость распределения электрического потенциала по толщине фантома, откуда видно, что на глубину 8 мм электрическое поле проникает более чем на 70 %.
Выводы
Полученные результаты позволяют сделать вывод, что разработанный зонд для внутриполостного воздействия с пространственным и временным совмещением пяти воздействующих факторов: ультразвук, теплота, лазерное излучение, электрическое и магнитное поля — пригоден для терапевтического воздействия на ПЖ трансректальным способом. Все полученные результаты исследования обсуждены и одобрены с практикующими урологами.
Литература
1. Белавская С. В., Лисицына Л. И., Педонова З. Н., Навроцкий Л. Г. Разработка устройства для внутриполостного воздействия с пространственным и временным совмещением пяти воздействующих факторов // Науч. вестн. НГТУ. 2015. № 4 (61). С. 21-33.
2. Гурбатов С. Н., Демин И. Ю., Прончатов-Рубцов Н. В. Ультразвуковая эластография: аналитическое описание различных режимов и технологий, физическое и численное моделирование сдвиговых характеристик мягких биологических тканей: учеб.-метод. пособие. Ниж. Новгород: Нижегород. гос. ун-т, 2015. 115 с.
3. Белавская С. В. Ультразвуковые терапевтические излучатели с малой рабочей площадью // Науч. вестн. НГТУ. 2006. № 1 (22). С. 43-60.
4. Беличенко С. А. Новые горизонты тепловидения // ЭКО. 2012. № 10 URL: http://ecotrends.ru/about-the-journ al/1411-2012-09-11-06-32-30
5. Большой атлас анатомии человека: пер. с англ. Ю. В. Бу-кановой. Москва: АСТ, Кладезь, 2015. 192 с.
tr
АО «Издательство "Политехника"» предлагает:
Самсонова А. В. Гипертрофия скелетных мышц человека. Учеб. пособие. 3-е изд. СПб.: Политехника, 2015. 159 с.: ил. (Серия «Силовая тренировка).
ISBN 978-5-7325-1063-8 Цена: 400 руб.
Учебное пособие с грифом УМО вузов РФ предназначено для магистрантов, обучающихся по направлению 49.04.01 «Физическая культура». В учебном пособии представлены современные фактические данные о теории и практике увеличения массы скелетных мышц под воздействием тренировки силовой направленности. Рассмотрены: состав, структура и функции скелетных мышц на различных уровнях их организации. Проблема гипертрофии скелетных мышц рассмотрена с позиций ряда медико-биологических дисциплин: анатомии, биомеханики, биохимии, гистологии, спортивной медицины, цитологии, физиологии, а также теории и методики физической культуры и атлетизма. К каждой главе приведены контрольные вопросы.
Это учебное пособие о теории и методике увеличения объема мышц — первое в серии книг «Силовая тренировка», намеченных автором к дальнейшему выпуску в издательстве «Политехника».
Для приобретения книги по издательской цене обращайтесь в отдел реализации:
тел.: (812) 312-44-95, 710-62-73; тел./факс: (812) 312-57-68; e-mail: sales@polytechnics.ru, gfm@polytechnics.spb.ru, через сайт: www.polytechnics.ru
Возможна отправка книг «Книга — почтой». Книги рассылаются покупателям в России наложенным платежом (без задатка).
Почтовые расходы составляют 40 % и выше от стоимости заказанных Вами книг.
J
