УДК 534.222.2
ПОСТРОЕНИЕ ЧИСЛЕННЫХ МОДЕЛЕЙ ДЛЯ РАСЧЕТА ХАРАКТЕРИСТИК АКУСТИЧЕСКИХ МЕДИЦИНСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ В.Е. Золотовский Е.А. Плаксиенко М.С. Рыбачек
ОКБ «Ритм», ТРТУ, 347900, г. Таганрог, ул. Петровская 99 тел. 6-31-08, факс 2-33-86
Развитие вычислительной техники в настоящее время существенно облегчает решение задач актуальных для медицинской диагностики. Одной из таких задач является создание математических моделей, описывающих процесс распространения ультразвуковых волн в нелинейной биологической среде. Самые распространенные математические модели подобного рода основаны на решении уравнений Гельмгольца и ХЗК [1,2]. Эти математические модели существенно отличаются друг от друга и обоснованный выбор той или иной модели в каждом конкретном случае весьма затруднителен. Уравнение Гельмгольца является точным, но описывает процессы только в линейных средах, а уравнение ХЗК [3] учитывает нелинейные эффекты, но является приближенным.
В работе сравнивается численное решение уравнения ХЗК в 1 приближении и точное решение уравнения Гельмгольца при произвольном осесимметричном распределении амплитуды давления на поверхности акустического преобразователя. Приводятся результаты численных экспериментов и расчетные графики основных характеристик акустических излучателей для постоянного, Гауссового и квазифокусирующего [4] распределения амплитуды давления волны на оси медицинского датчика. Для указанных частных случаев, путем сравнения с точными аналитическими решениями, показано, что наибольшее значение ошибки наблюдается в начале ближней зоны. На рис. 1 приведены соответствующие графики разностей решений уравнений ХЗК и Гельмгольца при различных амплитудных распределениях
а) постоянное
0
0
0
ч
ч
0.05 0.1 0.2
б) квазифокусирующее
МИС-2000
Ультразвуковые и акустические приборы в медико-биологической практике
0
0
0
(
с
0.05 0.1 0.2
в) Гауссово Рис.1
Погрешность нормированной характеристики на расстоянии 0.01 м от поверхности излучателя не превышает 0.18 для Гауссова распределения и 0.04 для квазифокусирующего, причем быстро убывает с увеличением расстояния. Следовательно, математическая модель на основе численного решения уравнения ХЗК является достаточно точной и пригодна для проведения вычислительных экспериментов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Скучик Е. Основы акустики. Т. 1, 2. М.: Мир, 1976.
2. Бахвалов Н.С., Жилейкин Я.М., Заболотская Е.А. Нелинейная теория
звуковых пучков. Серия Современные проблемы физики. М.: Наука 1982.
3. Новиков Б.К., Руденко О.В., Тимошенко В.И. Нелинейная
гидроакустика. Л.: Судостроение. 1981
4. Золотовский В.Е. Плаксиенко Е.А. Рыбачек М.С. Моделирование
пространственных распределений высоконаправленных ограниченных пучков. Докл. Всероссийской НТК «Компьютерные технологии в инженерной и управленческой деятельности» - Таганрог, 1999. С. 153 - 157.
УДК 621.37/39:534
АКУСТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗАТОР ЖИДКИХ СРЕД Н.Н. Чернов, М.Н. Чернов
Таганрогский государственный радиотехнический университет г. Таганрог, ГСП-17а, Некрасовский, 44, кафедра ЭГА и МТ Тел. (86344) 6-17-95, E-mail: ega@tsure.ru
Традиционные методы анализа биожидкостей требуют достаточно большого количества времени, определяемого процедурами пробоотбора и пробоподготовки. Это не приемлемо при проведении мониторинга объекта исследования, когда важен не столько результат, сколько его измерение во времени. Наиболее приемлемыми для этой цели являются методы непрерывного контроля среды с использованием различных физических полей, в частности акустические методы. Последние не вызывают структурных изменений биопробы и просты в реализации. Они основаны на свойстве механических колебаний изменять свою скорость распространения в зависимости от температуры, солёности, плотности и наличия неоднородностей.