CC BY
37
Раздел III
Ультразвуковые и акустические приборы в медико-биологической практике
Раздел III. Ультразвуковые и акустические приборы в медико-биологической практике
А.И. Солдатов, А.И. Чирьев, С.А. Цехановский, А.М. Сульдин
УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ДИАГНОСТИКА ВНУТРИТКАНЕВОГО ГИПЕРТЕНЗИОННОГО СИНДРОМА
Согласно современным представлениям травматические повреждения сопровождающиеся нарушением кровообращения (отморожения, синдром позиционного сдавления тканей, ожоги и др.), как правило, приводят к повышению внутритканевого давления (ВТД). Указанные патологические состояния сопровождаются выходом плазмы крови за пределы сосудистого русла. В результате этого происходит нарушение кровообращения, приводящее к частичной либо полной гибели пораженного сегмента тела. Известно, что нормальное кровообращение может осуществляться при значениях ВТД не более 30 мм. рт. ст.
В настоящее время ВТД определяют инвазивным способом (1), что не может быть рекомендовано в медицине катастроф при массовом поступлении больных. Кроме того, любое инвазивное исследование при отсутствии одноразовых приборов измерения опасно развитием инфекционного процесса (СПИД, гепатит).
Выход плазмы крови за пределы сосудистого русла приводит к изменениям в биологических тканях, которые могут быть зарегистрированы путем измерения скорости распространения ультразвука в них. Эти предположения легли в основу создания прибора для неинвазивного получения информации о скорости звука в мягких тканях. Структурная схема прибора содержит генератор ультразвуковых колебаний, усилитель, измерительный триггер, блок счетчиков, высокочастотный кварцевый генератор, микроконтроллер, блок индикации и блок ультразвуковых датчиков, размещенных на микрометре. Работой прибора управляет микроконтроллер. Ультразвуковой генератор вырабатывает короткий импульс возбуждения пьезоизлучателя. Объект исследования располагается между пьезоизлучателем и пьезоприемником. Принятый пьезоприемником ультразвуковой импульс усиливается усилителем и поступает на вход измерительного триггера. На выходе измерительного триггера формируется сигнал, длительность которого равна времени прохождения ультразвукового импульса через объект исследования. Измерение временного интервала осуществляется с помощью блока счетчиков. Для вычисления скорости измеренное расстояние вводится в микроконтроллер вручную с помощью клавиатуры.
С помощью разработанного прибора были проведены исследования на сегментах тканей животных и человека при различных значениях ВТД. В экспериментах на животных и у больных с отморожениями кистей и стоп определяли корреляционную зависимость между скоростью ультразвука в тканях и степенью поражения сегментов тела, которое определялось инвазивным методом путем прямого измерения ВТД. Было найдено, что степень поражения сегментов тела имеет прямую корреляцию со скоростью распространения ультразвуковой волны в исследуемой ткани. Данные исследования позволили провести клинические испытания сконструированного нами прибора у 30 больных. Из них 19 пациентов с отморожениями конечностей и 11 пациентов с синдромом позиционного сдавления (СПС).
Известия ТРТУ
Тематический выпуск
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Чирьев А.И., Крауиньш П.Я., Соколович Г.Е., Чирьев А.А. Патент РФ на изобретение №2161439 «Устройство для измерения внутритканевого давления » от 10.01.2001 г.
А.М. Гаврилов
ОСОБЕННОСТИ ПОВЕДЕНИЯ СИГНАЛЬНОЙ ВОЛНЫ ПРИ ВЫРОЖДЕННОМ ПАРАМЕТРИЧЕСКОМ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ
Задача вырожденного параметрического взаимодействия (ВПВ) двух акустических волн, частоты которых кратны и отличаются в два раза, давно привлекает к себе внимание [1—4]. Связано это как с попытками генерации и усиления слабых сигналов еще на этапе их распространения в среде [1-3], так и с возможностью исследовать влияние фазовых соотношений на происходящие нелинейные процессы [4]. Однако до последнего времени основное внимание при рассмотрении ВПВ обращалось исключительно на энергообмен между сигнальной волной и мощной накачкой, опуская особенности их распространения. В данной работе на примере сигнальной волны показана взаимосвязь энергообмена и нелинейной дисперсии, реализующихся посредством фазозависимых нелинейных процессов.
Рассмотрение поведения слабой сигнальной волны при ВПВ проведем для без-дисперсионной квадратично-нелинейной среды с диссипацией, распространение в которой плоских волн конечной амплитуды (ВКА) описывается уравнением Бюр-герса:
ди ди ^ д 2и
----и—т = г-----—, (1)
д2 д0' д0'2 ^
где и = у/у0 ; 0' = ю( - х/с0); г = (е/с0 )оу0х ; Г = 1/(2еЯе); Яе = с0р0У0/Ью - акустическое число Рейнольдса. В рамках задачи распространения слабой сигнальной волны (частота ю 1) совместно с мощной волной накачки (ю 2) граничное условие зададим в виде бигармонического колебания
, 2 = 0) = Уо! 8ш[(юг/ю) + фо! ] + Уо2 81п[(ю^ю)0' + ф02 ] =
= у01 в1п(0, + Ф01 ) + У02 вЦ20' + Ф02 ) , (2)
где у02 >> у01; ю1 = ю = ю2/2 . Выражение (2) удобно записать в виде
и(0,0) = У018ш(0 + ф0) + 8ш(20), (3)
где ^01 = Уо\1 У02 ; 0=ю( -х/с0); 1 = (/1'-ф02/2ю); Ф0 =(Ф01 -Ф02/2) - начальное значение фазового инварианта, характеризующее фазовые соотношения между исходными колебаниями.
В отличие от оптики, где частотная дисперсия ограничивает процессы генерации волн высших порядков и поэтому достаточно ограничиться рассмотрением двух-трех взаимодействующих волн, в акустике для описания распространения ВКА необходимо учитывать большое число Фурье-компонент. Поэтому использование спектрального подхода, предполагающего решение укороченных уравнений, записанных для комплексных амплитуд исходных и вторичных волн, в случае звуковых волн ограничено. Вызвано это необходимостью рассмотрения системы из большого числа связанных нелинейных уравнений, что не позволяет получить аналитическое решение. Тем не менее, данный подход позволяет описать начальный этап нелинейных процессов, где истощение накачки еще незначительно и им можно пренебречь. Следуя описанному в [1] подходу, решение уравнения (1) будем искать в виде
