CC BY
48
Статья
На последнем этапе уточняются моменты переключений полей зрения с использованием статистик Y(n,0). Для уточнения первого момента статистика вычисляется на интервале от начала измерений до 2-го момента; для уточнения 2-го момента вычисления производятся на интервале от 1-го найденного момента до 3-го, и т. д. (рис. 4, е). Полученные абсолютные максимумы статистики Y(n,0) становятся окончательно вычисленными моментами резких изменения или моментами переключений полей зрения. По окончании этапа сортировки формируется массив моментов переключений полей зрения. Произведен сравнительный анализ моментов переключений полей зрения и моментов, отмеченных пациентом во время опыта. Совпадением этих моментов считают их взаимное расположение на интервале 0,25 с (50 отсчетов). Из рис. 4 видно, что момент 2 - ложный, а 4 - истинный момент переключения поля зрения с левого глаза на правый.
M.'jb л-k 1 .4
■ ■■ '-J V Vv-"- -- Ч/ 4/
іУґ^лг. 1
ïV 'Iі ¡I I lili, i1 r» ^
"" '-Ъ -
41V
теч е.І-'Я
V. W
' 1 1 ' i 1 i '■ 1 , ■- ■
.l:i «і ь ij 'fu/'.ТП-Х.*Н Hi V "
■Bj
■/ . A»
. ■■©
VVV\~
11111 І l'0" I
J.l I.L
In L-1 T.rfj-r J-J
’ll'líi &
Сідгь^-.'і : M41-IÍY«
Рис. 4.. Непараметрическая сегментация ЭЭГ-сигнала при диагностике бинокулярного зрения; а - исходная ЭЭГ; б - результат фильтрации в альфа-диапазоне (8-12 Гц); в - диагностическая последовательность (1) и статистика Колмогорова - Смирнова (2) на всем интервале; г - результат первого деления интервала на субинтервалы; д - результат второго деления на субинтервалы и сортировки моментов резких изменений; е - результат непараметрической сегментации ЭЭГ-сигнала.
Рис. 5. Результат применения непараметрического метода при диагностике биоритмов бинокулярного зрения; 1 - участок ЭЭГ-сигнала, длительность 20 с, отфильтрован в полосе альфа-ритма; 2 - диагностическая последовательность; маркер 1 - момент переключения поля зрения с левого глаза на правый, отмеченный пациентом; маркер 2 - момент переключения поля
зрения с правого глаза на левый, отмеченный пациентом; - моменты переключения полей зрения, найденные с помощью непараметрического метода;
* I
Ж
- ложное срабатывание; I - маркер не найден
Ч/ - совпадение с маркером;
X
ского статистического метода (рис. 5) показали, что это позволяет достоверно определить от 80 до 100% истинных моментов переключений. Однако ~20% найденных моментов являются ложными и требуют отбраковки, которую можно осуществить, используя дополнительные критерии и методы обработки ЭЭГ.
Полученные результаты показали целесообразность применения данного метода для определения моментов переключений полей зрения, что позволит повысить точность диагностики биоритмов зрительных восприятий и эффективность лечения нарушений бинокулярного зрения в медицинской практике.
Литература
1. Рожкова Г.И. // Физиология зрения.- М.: Наука, 1992.—
С.586-664.
2. Урмахер Л.С., Айзенштат Л.И. Офтальмологические приборы: Учебник.— М.: Медицина, 1988.— 280 с.
3. Щеглова М.В. // Мат-лы докл. IV Междунар. научно-техн. конф. «Физика и радиоэлектроника в медицине и экологии — 2004».— Владимир, 2004.— С. 108—111.
4. Щеглова М.В., Родионова Е.С. // Тез. докл. Всерос. науч-но-техн. конф. студентов, молодых ученых и специалистов «Био-медсистемы-2005».— Рязань, 2005.— С.43—44.
5. Oken B.S., Chiappa K.H. // Electroencephalogr. clin. Neurophysiol.— 1988.— Vol. 69, № 3.— P. 191—198.
6. Barlow J.S. // J. clin. Neurophysiol.— 1985a.— №.3.— P. 267.
7. Боденштайн Г., Преториус Х.М. // Тр. Ин-та инженеров по электротехн. и радиоэлектрон.— 1977.— Т. 65, №5.— С. 59—71.
8. Amir N., Gath I. // Biol. Cybern.— 1989.— № 6.— P. 447—455.
9. Шишкин С.Л. Исследование синхронности резких изменений альфа-активности ЭЭГ человека: Автореф. дис... канд. биол. наук.— М., 1997.— 10 с.
10. Brodsky B.E., Darkhovsky B.S. Nonparametric Methods in Change-Point Problems.— Dordrecht (the Netherlands): Kluver Acad. Publ., 1993.— 209 p.
11. Ван дер Варден Б.Л. Математическая статистика.— М.: ИЛ, 1960.— 434 с.
12. Котов Ю.Б. Новые математические подходы к задачам медицинской диагностики.— М.: Едиториал УРСС, 2004.— 328 с.
AN APPLICATION OF NONPARAMETRIC STATISTIC METHOD IN BINOCULAR VISION BIORITHM DIAGNOSTICS
N.L. KORJHUK, E.S. MUKHINA, M.V. SHCHEGLOVA Summary
The article deals with the problem of binocular vision biorhythm diagnostics. Authors say that it is necessary to take into account the binocular vision correlation with the brain's electrical activity for the automation of such diagnostics. Binocular vision diagnostics system and research technique are worked out.
Key words: nonparametric statistic, binocular vision, EEG
УДК 577.44
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ИНТЕНСИВНОСТЕЙ В УЛЬТРАЗВУКОВЫХ ПУЧКАХ ТЕРАПЕВТИЧЕСКИХ ИЗЛУЧАТЕЛЕЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КРАСИТЕЛЕЙ: 3-МЕРНОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЙ ИНТЕНСИВНОСТЕЙ В СЕЧЕНИЯХ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ ПУЧКОВ И 3D-РЕКОНСТРУКЦИЯ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ ПОЛЕЙ В ВОДНЫХ СРЕДАХ
Т.Н. ПАШОВКИН, М.С. ПАШОВКИНА, Д.Г. САДИКОВА, Г.В. ШИЛЬ-НИКОВ*
Вопросы безопасного применения ультразвука (УЗ) в медицине для терапии (включая физиотерапию, фонофорез, гипертермию) и диагностики связаны с постоянным метрологическим контролем распределений интенсивностей в УЗ-пучках. Анализ имеющегося в литературе обширного экспериментального материала по биологическим эффектам УЗ затруднен тем, что многие авторы мало внимания уделяли метрологическим вопросам.
Часто трудно судить о параметрах УЗ-полей, вызывавших те или иные эффекты. Рассмотрение механизмов и порогов биологического действия УЗ требует количественных данных о структуре УЗ-поля, корректной калибровки излучателей. Одной из важнейших характеристик воздействующего УЗ является интен-
Результаты и выводы. Результаты разбиения сигнала ЭЭГ по моментам переключения полей зрения путем непараметриче-
Институт биофизики клетки РАН, г. Пущино, Московской обл., 142290
Т.Н. Пашовкин, М.С. Пашовкина, Д.Г. Садикова и др.
сивность, которая определяет природу первичных физических процессов (механических, тепловых, кавитационных) в биообъектах, находящихся в УЗ-пучке. Преобладание какого-либо из этих процессов определит физический механизм биодействия УЗ.
Вследствие пространственной неоднородности УЗ-полей локальные интенсивности для плоских излучателей могут превышать средние в несколько раз. Для терапии это является существенным фактом. Поэтому при выборе параметров УЗ-воздействия на конкретный объект необходимо учитывать отношение пиковых интенсивностей к средним интенсивностям, пространственное распределение интенсивностей в различных сечениях УЗ-пучка. Большинство исследователей не имеют простых и быстрых методов постоянного контроля УЗ-полей, тем более, для широко применяемых в медицине УЗ-аппаратов. Задача экспресс-визуализации тонкой структуры распределений интенсивностей в УЗ-пучках до настоящего дня не решена ни в одной акустической лаборатории мира. Имеющиеся методы и аппаратура сложны, трудоемки и дают приближенные, мало наглядные результаты. Поэтому разработка простых и быстрых методов визуализации УЗ-полей является необходимым условием постоянного контроля состояния УЗ-аппаратуры и оперативного устранения неисправностей, разработки новых типов УЗ-излучателей для терапии, для выбора наиболее оптимальных режимов УЗ-воздействия, связанных с пространственным распределением интенсивностей.
Существующие методы измерения параметров УЗ-полей обладают рядом серьезных недостатков. Они являются либо интегральными (дают информацию о средних интенсивностях, но не учитывают пространственное распределение локальных интенсивностей УЗ) либо позволяют проводить только локальные измерения, ограниченные размерами датчика (термопары, термисторы, гидрофоны), либо требуют дорогостоящей аппаратуры, доступной ограниченному кругу исследователей [1-3, 8-9].
Хорошо известно физическое явление - возникновение в УЗ-полях постоянной силы - радиационного давления, действующего на препятствия. Радиационное давление может быть измерено с большой точностью с использованием весовых методов. Оно однозначно связано с параметрами акустического поля, что применяется для измерений параметров, например, интенсивности, УЗ-полей. Недостатком весовых методов измерения интенсивности УЗ является зависимость показаний от формы фронта волн, падающих на отражающий рефлектор. При уменьшении поперечных размеров источника УЗ наблюдаются сильные искривления фронтов волн. Поэтому растет ошибка измерения. Одним из наиболее широко применяемых методов при калибровке терапевтических аппаратов является метод измерения интенсивности УЗ по радиационному давлению с помощью измерителей мощности УЗ типа ИМУ-3 [4-7].
Этих недостатков лишены калориметрические методы. Однако точность измерения мощностей терапевтического диапазона существенно затруднена по другим причинам. От термометрических устройств, при измерении даже средних (до 1 Вт) уровней мощности УЗ, требуется точность измерений в сотые и тысячные доли градуса. Эти недостатки были преодолены с помощью измерений теплосодержания жидкости, заключенной в замкнутую теплоизолированную оболочку. Тем не менее, калориметрические методы остались интегральными, не дающими картину распределений интенсивности в УЗ-пучках. Измерения с помощью гидрофонов также имеют ряд недостатков, обусловленных конечностью их размеров. При этом они интегрируют акустическое давление по своей апертуре, а не измеряют его в точке [8].
Измерения параметров УЗ-пучка с помощью термопар применяется в калориметрических методах измерения. Кроме того, применение дифференциальных термопар (один из спаев покрывается поглощающим УЗ веществом) может при одновременном помещении двух точечных спаев в поле дать картину локального изменения интенсивностей за счет разницы разогревов спаев. В терапевтическом диапазоне интенсивностей (до
3 Вт/см2) сохраняется линейная зависимость разности температур спаев от интенсивности. Однако для полной картины структуры УЗ-полей требуется время для сканирования в различных сечениях УЗ-пучков, и этим методом нельзя выявить тонкую структуру полей из-за конечного размера термопар и поглощающего слоя.
Качественно распределение энергии в УЗ-пучке можно оценить, используя ряд методов, например, оптические, термографические, жидкокристаллические, химические. Однако практически все эти методы являются либо крайне дорогостоящими
либо имеют большое время определения и регистрации этих распределений. Все они дают приближенные и не наглядные результаты. Тонких измерений пространственных распределений интенсивностей в УЗ-пучках на сегодняшний день не существует ни в одной акустической лаборатории мира. В связи с этим был разработан и применен для контроля УЗ-полей, используемых в исследованиях, простой метод контроля распределений интенсивностей в УЗ-пучках, генерируемых пьезопреобразователями различного типа, работающих на различных частотах [10]. В качестве индикатора используют красители (метиленовый синий, малахитовый зеленый и ряд других). В качестве индикаторных пластин можно взять любой тип бумаги. Распределение энергии в заданных сечениях УЗ-пучков получали через 5-60 с после включения генератора в зависимости от интенсивности УЗ.
Метод визуализации УЗ-полей. Визуализация УЗ-полей велась методом, разработанным авторами данной работы и заключающегося в том, что в растворах красителей (метиленового синего, малахитового зеленого и др.) помещали индикаторную пластинку, в качестве которой использовалась бумага. В растворе возбуждался УЗ, и через несколько секунд, в зависимости от интенсивности УЗ, на индикаторной пластине появлялось изображение распределения интенсивности, например, в ближней, начале дальней зоны излучателей (плоских, фокусирующих, одного или нескольких излучателей) [10-13]. Этот метод позволяет получить объемную картину распределения кавитирующих пузырьков в поле низкочастотных магнитострикционных излучателей.
Для проведения визуализации УЗ-поля готовили растворы красителей с концентрацией 50 мг/л. Размещали в растворе индикаторные пластины из пористого материала (бумаги) и возбуждали в растворе УЗ-колебания. Из-за увеличения скорости диффузии молекул красителя в материал индикаторной пластины, различной в разных точках поля и коррелирующей с локальной энергией в различных точках поля, получали изображение. По изображению наблюдали распределение интенсивности в разных сечениях УЗ-пучка. Исследования, проведенные в кювете с пьезопреобразователями от терапевтического генератора «Ультразвук Т-5», УЗТ-1.01Ф, работающих на частоте 0.88 МГц, и УЗТ-3.04 Д, работающего на частоте 2.64 МГц, при расположении индикаторной пластины размером 5x6 см параллельно поверхности пьезопреобразователя на расстоянии 2 см в растворе метиленового синего с концентрацией 50 мг/л показали, что временное разрешение способа составляет при средней по пространству и времени интенсивности (1$лтл) 0.05 Вт/см2 - 30 с, а при интенсивности 1.0 Вт/см2 - 5 с. В 1 л красителя можно качественно зафиксировать до 500 изображений.
Визуализация распределений интенсивностей в УЗ-пучках. Схема получения изображений и примеры регистрации распределений интенсивности в ультразвуковых полях различных пьезопреобразователей см. на рис. 1-3. Видно изменение структуры поля на различных расстояниях от излучателя, различие в структуре поля для излучателей с различными площадями.
Рис.1. Схема получения изображений, отражающих распределение интенсивностей в сечении УЗ_пучка.
1 - излучатель, 2 - кювета, 3 - индикаторная пластина, 4 - раствор красителя, 5 - поглотители УЗ
Количественная оценка локальных и средних интенсивностей в сечениях УЗ-пучков. Для определения соответствия изменений интенсивности в сечениях УЗ-пучков с картинами распределений интенсивности, полученными с помощью красителей, было проведено сканирование сечений УЗ-пучков на расстоянии, соответствующем расположению индикаторной пла-
Т.Н. Пашовкин, М.С. Пашовкина, Д.Г. Садикова и др.
стинки, с помощью дифференциальной термопары, калиброванной по интенсивности. Метод основан на помещении термопары, один спай которой покрыт слоем поглощающего УЗ вещества, в облучаемый раствор. За счет дифференциального измерения не требуется фиксировать температуру одного из спаев. В диапазоне средних по пространству и времени интенсивностей УЗ 02 Вт/см2 сохраняется линейная зависимость измеряемой с помощью термопары ЭДС от интенсивности УЗ (рис. 3). Измерение средних по пространству и времени интенсивностей УЗ велось весовым методом. Распределение интенсивностей в сечениях УЗ-пучков с помощью термопары см. на рис.4.
Рис. 2. Распределение интенсивности УЗ в сечении поля плоского излучателя, площадью 2 см 2 на расстоянии 2 см и 4 см от поверхности излучателя (ближняя зона излучателя) при интенсивности 1.0 Вт/см 2. Частота 0.88 МГц.
0 0.4 0.8 1.2 1.6 2.0
Интенсивность ультразвука, Вт/см2
Рис. 3 Зависимость термоЭДС от средней по пространству и времени интенсивности УЗ при калибровке дифференциальной термопары
Рис. 4. Распределение интенсивности по диаметру сечения УЗ-пучка (а), полученное с помощью дифференциальной термопары. (б) - распределение интенсивностей в сечении УЗ-пучка на расстоянии 4 см от излучателя. Isata = 1 Вт / см2 , f = 0.88 МГц; I sata - средняя по пространству и времени, I spta - пиковая по пространству средняя по времени интенсивности УЗ Из рис. 4 видно, что изменению плотности окраски соответствует изменение интенсивности УЗ (чем выше интенсивность, тем выше плотность прокрашивания). Результаты исследований физических процессов, обуславливающих визуализации УЗ-полей методом краска/бумага, отражены в работе [14]. В основе процессов визуализации лежит микрокавитация.
Рис. 5. Картина распределения микропузырьков при интенсивности УЗ (средней по пространству и времени - Тэлтл) 0.6 Вт/см2
Рис. 6. Приведенные к серой шкале значения оптических плотностей в зависимости от интенсивности ультразвука (пиковой) (от 0 до 3.27 Вт/см2) и распределение оптических плотностей в сечении ультразвукового пучка, при средней интенсивности ультразвука 1 Вт / см2. Пиковое значение в центре распределения соответствует 2.5 Вт / см2
V (пт) о 0
_ Б
Рис. 7. Трехмерное представление (Б) распределений локальных интенсивностей в сечении УЗ-пучка (А). Интенсивность - 1 Вт/см2, частота - 0.88 МГц. Время визуализации - 30 сек. Размеры изображения - 35х35 мм, расстояние индикаторной пластинки от излучателя - 5 мм
Рис. 5 отражает распределение кавитационных микропузырьков в сечении УЗ-пучка, при котором наблюдаются кольцевые зоны, аналогичные полученным с использованием красителя, с той разницей, что кавитационные пузырьки располагаются в узлах давления, что соответствует на картинах с красителями участкам с минимальным прокрашиванием, так как большие микропузырьки являются отражателями УЗ-волн.
Для получения полной картины распределений интенсивностей УЗ в объеме, мы сделали на основе метода визуализации 3-мерную реконструкцию УЗ-учка. Для этого была сделана серия изображений в виде сечений длиной 7 см с шагом 5 мм (рис. 9 на
Т.Н. Пашовкин, М.С. Пашовкина, Д.Г. Садикова и др.
4 стр. обложки), а также 3D-реконструкция распределения интенсивностей в УЗ-пучке плоского излучателя (рис. 10 на 4 стр. обложки). Дальнейшая разработка метода привела к возможности определения локальных интенсивностей УЗ непосредственно из картин распределений интенсивностей в сечении УЗ-пучка. Это было сделано путем привязки оптических плотностей к серой шкале с использованием сканеров и ЭВМ (рис. 6).
г) 1,5*1,5 мм
Рис. 8. Трехмерное представление распределений локальных интенсивностей в сечении ультразвукового пучка (А). Интенсивность - 1 Вт/см2, частота - 0.88 МГц. Время визуализации - 1 мин. (а-г) - размеры анализируемого сечения ультразвукового пучка, расстояние индикаторной пластинки от излучателя - 5 мм
В общем случае интенсивность прокрашивания зависит от ряда параметров: времени воздействия (1), температуры (Т), типа красителя (К), типа индикаторной пластинки (Р), концентрации красителя (С), интенсивности УЗ (1уз), расстояния от излучателя до индикаторной пластины (ё). Т.е. 1окр = f ( t , Т , С, К, Р, 1уз , ё). Учет всех этих переменных крайне затруднителен. Однако, зафиксировав часть этих переменных (время воздействия - 15 с, температуру - 20 оС, тип красителя - метиленовый синий, тип индикаторной пластинки - бумага типа Лв1;га1их или фиксирующая аналогичные картины распределений в той же шкале оптических плотностей мелованная бумага, концентрация красителя -50 мг/мл) можно соотнести (в терапевтическом диапазоне) интенсивность прокрашивания к интенсивности УЗ.
Изменение расстояния приводит лишь к изменению картины распределения интенсивностей, не влияя на интенсивность прокрашивания, зависящей от интенсивности УЗ. На основе предложенных авторами алгоритмов были разработаны программы для ЭВМ, позволяющие: а) зная средние интенсивности УЗ, определять распределение интенсивностей в профиле сечения УЗ-пучка (определять величину пиковых интенсивностей и место их локализации); б) определяя локальную интенсивность (например, дифференциальной термопарой или соотнося с серой шкалой оптических плотностей) вычислять по картине распределений интенсивностей в сечении УЗ-пучка среднее значение интенсивности УЗ с учетом фоновых значений оптических плотностей, получаемых вследствие прокрашивания индикаторных пластин без УЗ-воздействия за одно и то же время.
Наиболее точные расчеты средних интенсивностей можно получить, используя трехмерное построение картины распределения интенсивностей в УЗ-пучке (рис.7Б)
Распределение интенсивностей в сечениях УЗ-пучков были представлены в виде трехмерного распределения с двумя пространственными координатами и одной координатой интенсивности УЗ. Серая шкала представляет собой численные значения локальных интенсивностей. Метод состоит в том, что каждый пиксель изображения переводится в интенсивность УЗ-пучка и строится трехмерный график. Для этого мы написали программу в пакете МАТЛАБ, которая позволяет нам не только строить трехмерные графики распределений интенсивностей УЗ в различных сечениях УЗ-пучка, но и получить значение интенсивности в любой выбранной точке сечения. Достоинство такого анализа интенсивностей, в том, что он позволяет получать не только средние значения интенсивности по объему УЗ-пучка, но и проводить анализ в каждой точке поверхности на различных расстояниях от источника излучения. Этот метод позволяет оценить также тонкую структуру УЗ-полей. Последовательное увеличение размеров (уменьшение поверхности) анализируемого изображения (рис. 8) показало возможность обнаружения и локализации отдельных кавитационных пузырьков (рис.8г).
Выводы. Используя метод визуализации распределений интенсивностей в сечениях УЗ-пучков (краска/бумага) показано, что непосредственно из картин распределений интенсивностей, используя серую шкалу оптических плотностей, можно определять локальную интенсивность УЗ в любой точке пространственного распределения интенсивностей в сечении УЗ-пучка. Из картины распределений интенсивностей в сечении УЗ-пучка можно рассчитать среднее значение интенсивности УЗ. Трехмерное представление распределений интенсивностей в сечениях УЗ-пучков позволяет наглядно визуализировать эти распределения и определять зоны локальных интенсивностей, превышающих безопасные пределы при применении УЗ в физиотерапии. Проведена 3D-реконструкция распределений интенсивностей в УЗ-пучках при излучении УЗ в воду и водные растворы. Полученные данные полностью могут быть использованы для контроля интенсивностей и их распределения в УЗ-пучках, генерируемых аппаратурой для УЗ-терапии, фонофореза, гипертермии и диагностики, а также - для оценки распределений кавитационных зон низкочастотных излучателей, применяемых для препаративных работ, в УЗ-мойках, ультразвуковых хирургических аппаратах.
Литература
1. Бергман Л. Ультразвук и его применение в науке и технике.- М.: Иностранная литература.- 1954.- С. 131-212.
2. Розенберг // Акустич. ж.- 1955.- Т.1, вып. 2.- С. 99-109.
3. ХейронМ.Е. // ТИИЭР.- 1979.- Т. 67, № 4.- С. 10-24.
Статья
4. Леонтьев А.П. Измеритель мощности излучения ультразвука / В кн. Новости мед. техники.- М., 1970.- Т. 3.- С. 80-87.
5. ДомаркасВ.И. // Акустич. ж.- 1979.- Т. 25, № 3.- С. 470.
6. Lunt M.J., Ashley B. //. J. Med. Eng. and Technol. .- 1979.-№4.- С. 194-197.
7. Shotton K.S. // Ultrasound in Med. & Biol.- 1980.- Vol. 6, №2.- Р. 131-133.
8. Применение ультразвука в медицине / Под ред. К. Хилла.- М.: Мир, 1989.- С. 13-15, 93-121.
9. Almkvist M. et al. // Ultrasonics.- 2000.- Vol. 37, №8.-P. 565-575.
10. А.с. № 1206693.- 23.01.86 // Бюл.изобр.- .№3 / Пашов-кин Т.Н. и др. Способ визуализации ультразвукового поля.
11. Pashovkin T.N. et al.// Vortrage, Jahrestagung, Berlin.-1985.- Р. 89-91.
12. Pashovkin T.N. et al. //. In Ultrasonics International 85, Conf. proceedings, London, UK.- 2-4 July 1985.- Р. 324-328.
13. Пашовкин Т.Н. и др. // Тез. Всес. совещ. «Новые ультразвуковые методы и приборы для применения в биологии и медицине».- Великий Устюг.- 1986.- С. 60.
14. Watmough D.J et al. // Ultrasonics.- 1993.- Vol.30, №5.-Р. 325-331.
Работа выполнена при поддержке гранта 04-04-97276-р2004наукоград_а
INTENSITIES DISTRIBUTION IN ULTRASONIC BEAMS OF THERAPEUTIC TRANSDUCERS USING DYE: THREE-DIMENSIONAL REPRESENTATION OF INTENSITIES DISTRIBUTIONS IN CROSS-SECTIONS
OF ULTRASONIC BEAMS AND 3D-RECONSTRUCTION OF ULTRASONIC FIELDS IN WATER MEDIUM
D.G. SADIKOVA, M.S. PASHOVKINA, G.V. SHILNIKOV,
T.N. PASHOVKIN
Summary
The visualization of local intensities distributions in the ultrasonic beams generated by plane ultrasonic transducers of devices for ultrasonic therapy is considered. The examples of visualization of ultrasonic fields and their three-dimensional graphic representation are resulted. It is shown, that from pictures of distributions intensities in ultrasonic beams it is possible to determine quantitative sizes of average and local intensities in zones of images.
Key words: ultrasonic transducers, devices
УДК 547.96.004.13
ИССЛЕДОВАНИЕ БИОЛОГИЧЕСКИХ ЖИДКОСТЕЙ ЧЕЛОВЕКА В НОРМЕ И ПАТОЛОГИИ ПО ЭЛЕКТРОННЫМ СПЕКТРАМ ПОГЛОЩЕНИЯ
М.М. АСАБИНА*, С.В. ДЕЗОРЦЕВ *, М.Ю. ДОЛОМАТОВ**, Н.В. КА-ЛАШЧЕНКО ***, Г. У. КУЧУКОВА#, С.Н. ОЖГИХИН #
Введение. Способы оценки состояния здоровья человека основаны на лабораторных исследованиях крови, в которых электронная абсорбционная спектроскопия используется для определения отдельных химических соединений [1, 2]. В работах [3, 4] представлены методы электронной феноменологической спектроскопии (ЭФС) для определения электронных характеристик молекулярных веществ и сложных по составу смесей. В работах [5-7] эти методы применены для определения состояния биожидкостей по интегральным спектральным характеристикам, в частности, крови человека, в норме и патологии.
Феноменологический подход к организму человека предполагает [5-7]: описание состояния биожидкостей без определения отдельных ингредиентов независимо от характера заболевания, при этом кровь и ее составляющие рассматриваются как носитель информации о состоянии организма как единого целого; исследование средних интегральных физических характеристик организма как единой системы в норме и патологии по электронным спектрам в заданном интервале длин волн. Разница этих показателей между средними значениями для доноров и больными есть
Уфимская государственная академия экономики и сервиса, Россия, 4*50077, Уфа, ул. Чернышевского, 145; e-mail: [email protected]
**Башкирский институт социальных технологий, г. Уфа, Россия
Башкирский государственный медицинский университет, г. Уфа, Россия Республиканская клиническая больница им Г.Г. Куватова, г. Уфа, Россия
мера отклонения системы от здорового равновесного состояния. Электронные характеристики биообъектов отличаются от таковых для индивидуальных веществ и идеальных систем, т.к. в реальном объекте нельзя выделить отдельные элементы без разрушения имеющихся между ними связей и отношений [4, 8]. Сложность состава и непрерывность электронных спектров поглощения заставляет рассматривать кровь, плазму и сыворотку человека [5] как единую, неделимую, многокомпонентную, взаимодействующую с излучением систему, включающую все биоактивные вещества, которые поглощают в УФ- и видимом диапазоне длин волн. Сущность экспериментов заключается в определении общих для всего биообъекта интегральных свойств, таких как вероятность светопоглощения р, фактор интенсивности поглощения
2, параметр тонкой структуры ТС, интегральная сила осцилляторов (ИСО), которые несут информацию о свойствах многокомпонентной системы [4]. По видимым спектрам определяются такие известные интегральные характеристики, как координаты цвета по методу МКО [9, 10]. Применительно к биожидкостям эти характеристики несут информацию о состоянии биохимических процессов в системе организма [5-7, 11]. ИСО рассчитывается как площадь под кривой спектра и является мерой межмолеку-лярных взаимодействий всех поглощающих электромагнитное излучение компонентов биожидкости между собой и характеристикой реакционной способности системы в целом [3-5]. Рассчитываемые на основе ИСО (табл. 2) интегральные характеристики граничных орбиталей определены нами как эффективный потенциал ионизации (ЭПИ) и эффективное сродство к электрону (ЭСЭ) биосистемы.
Рис.1. Средние спектры растворов крови, плазмы и сыворотки доноров в УФ, видимой и ближней ИК-области
Цель работы - анализ возможности применения методов ЭФС и цветовых характеристик по стандартному методу МКО для анализа биожидкостей человека в норме и патологии в зависимости от состояния организма на основе обобщения данных [5-
7, 11]. Исследованы различия между рассчитанными по электронным спектрам поглощения средними интегральными физическими параметрами гемолизированной крови, плазмы и сыворотки доноров и больных. Работы вели в республиканской клинической больнице им. Г.Г. Куватова (г.Уфа).
Длина волны, нм
Доноры О Гнойные заболевания
Реанимационное состояние Ш Цирроз печени________________
Рис. 2. Средние спектры плазмы доноров и четырех групп больных
