Мощные ультразвуковые пучки - диагностика источников, самовоздействие ударных волн и воздействие на среду при литотрипсии (1097758), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Теоретический анализ эффектов самовоздействия ударных пилообразных волн вкубично-нелинейных средах с малой дисперсией.36. Нахождение симметрий уравнения Хохлова-Заболотской, обобщённого на случайпроизвольной нелинейности среды.Научная новизна1. Впервые показано, что классический метод лазерной виброметрии неприменим дляпрямого измерения смещения поверхности объектов, находящихся в жидкости.Причиной тому является акустооптическое взаимодействие в конденсированной среде.При пренебрежении указанным эффектом ошибка измерения смещения можетпревышать 100%.2.

Предложен и экспериментально обоснован новый метод акустической голографии дляопределения параметров источников и предсказания их полей в непрерывном иимпульсном режимах, базирующийся на записи характеристик волны на поверхности ирасчёте обратного распространения с использованием интеграла Рэлея.3. Предложен двухканальный режим записи сигналов при пассивной регистрациикавитации в поле ударной волны литотриптера, создан соответствующий двухканальныйприёмник и с его помощью впервые показано, что при литотрипсии инерционнаякавитация возникает не только в жидкости накопительной системы, но и в тканях почки.4. Впервые показано, что при воздействии ударной волны литотриптера на почечныйкамень преобладающую роль в создании разрушающих механических напряженийиграют не продольные волны, образующиеся на передней поверхности камня, асдвиговые волны, возникающие на его боковой поверхности.5.

Впервые теоретически предсказан эффект нелинейного насыщения пикового давленияпри фокусировке акустических импульсов и найдена оценка величины максимальнодостижимого давления.6. Впервые теоретически показано, что самофокусировка интенсивных волновых пучков вкубично-нелинейной среде без дисперсии не приводит к существенному ростуамплитуды.7. Впервые проведена групповая классификация эволюционного уравнения дляакустических пучков, полученного обобщением уравнения Хохлова-Заболотской (ХЗ) наслучай произвольной нелинейности среды.Совокупностьнаучныхрезультатовдиссертацииможетрассматриватьсякаксущественный вклад в актуальное научное направление «Физика мощныхакустических пучков», заключающийся в создании новых методов диагностики источникови установлении новых закономерностей дифракции ультразвуковых пучков высокойинтенсивности, их воздействия на среду и самовоздействия.4Практическая ценность работыПрактическая значимость работы определяется рядом полученных результатов.1.

Показано, что в большинстве практически важных случаев для расчёта полейпьезоэлектрических источников можно пользоваться интегралом Рэлея (хотя он и неявляется точным решением дифракционной задачи для неплоских источников).2. Разработан метод акустической голографии, который позволяет проводитьхарактеризацию ультразвуковых источников в жидкости – такой возможности раньше небыло.3. Выяснено, что кавитация при литотрипсии является очень важным фактором воздействияударной волны на биологическую ткань, и создан приёмник, позволяющийрегистрировать наличие кавитации с высоким пространственным разрешением.4. Показано, что использование в литотрипсии пучков с широкой фокальной перетяжкойявляется более предпочтительным с точки зрения разрушения конкрементов иминимизации вредного воздействия на окружающую ткань.5.

Предсказан эффект нелинейного насыщения пикового давления при фокусировкеимпульсов. Этот эффект важно учитывать при конструировании фокусирующих системмощного ультразвука.Основные положения, выносимые на защиту1. Интеграл Рэлея применим для расчёта полей вогнутых акустических источниковбольших волновых размеров. Ошибочно использовать распространённое в литературедопущение о равномерном распределении скорости на колеблющейся поверхности приописании ультразвукового излучения пьезоэлектрических источников, посколькууказанное распределение существенно искажается возникающими на краю источникаволнами Лэмба.2.

Разработанный в работе новый метод акустической голографии позволяет проводитьколичественное измерение параметров колебания поверхности ультразвуковыхисточников, помещённых в жидкость, и расчёт излучаемых акустических полей.Классический метод лазерной виброметрии не может быть применён для прямогоизмерения смещения поверхностей в жидкостях из-за маскирующего эффектаакустооптического взаимодействия на пути пробного лазерного луча.3. Акустические импульсы ударноволновых литотриптеров вызывают в жидкостикратковременную кавитацию инерционного типа, при которой вблизи коллапсирующихпузырьков возникают вторичные ударные волны с пиковым давлением, превышающимдавление в исходном импульсе.

Главной причиной создания в почечных камняхповышенных напряжений, приводящих к образованию макротрещин, являютсясдвиговые волны, которые возникают на боковой поверхности камня под действиемраспространяющейся в жидкости ударной волны.54. В мощных акустических пучках в режиме образования пилообразных волн возникаеттепловое самовоздействие вследствие диссипации энергии волны на ударных участках,причём указанный эффект значительно более выражен по сравнению с самовоздействиемгармонических волн той же амплитуды. При фокусировке мощных акустическихимпульсов возникает явление нелинейного насыщения, заключающееся в том, что сростом давления в излучаемой волне пиковое давление в фокусе ограничивается науровне, примерно равном произведению характерного внутреннего давления в жидкостина квадрат угла схождения исходного пучка.5. При распространении пучков пилообразных волн в кубично-нелинейных средах с малойдисперсией возникает эффект безынерционной самофокусировки, которая, в отличие отслучая сильной дисперсии, не приводит к существенному росту амплитуды из-запринципиально неустранимого поглощения на ударных фронтах.Апробация работыОсновные результаты исследований, представленных в диссертации, докладывались иобсуждались на следующих научных конференциях: 12th −15th International Symposiums onNonlinear Acoustics (Austin, USA, 1990; Bergen, Norway, 1993, Nanjing, China, 1996;Goettingen, Germany, 1999, Moscow, Russia, 2002, Penn State, USA, 2005),Всероссийскихшколах-семинарах «Волновые явления в неоднородных средах» (III, V, VI и VII 1992, 1996,1998 и 2000, п.

Красновидово, Московская обл.),IEEE Ultrasonics Symposiums(Cannes, France, 1994;Seattle, USA, 1995;Toronto, Canada, 1997;Atlanta, USA, 2001;Honolulu, USA, 2003; Montreal, Canada, 2004; Vancouver, Canada, 2006; New York, USA,2007); 2-й международной научной школе-семинаре «Динамические и стохастическиеволновые явления» (Нижний Новгород, 1994), World Congress on Ultrasonics (Berlin,Germany, 1995), 16th , 17th, and 19th International Congresses on Acoustics (Seattle, USA, 1998;Rome, Italy, 2001; Madrid, Spain, 2007), semi-annual meetings of the Acoustical Society ofAmerica (ежегодно, начиная с 1995 г.), 9th Congress of World Federation for Ultrasound inMedicine and Biology (Florence, Italy, 2000), XI, XV XIX сессиях Российского акустическогообщества (2001, 2004−2007),2-й международной конференции «Фундаментальныепроблемы физики» (Саратов, 2000), 1st, 3rd 6th International Symposiums on TherapeuticUltrasound (Chongqing, China, 2001; Lyon, France, 2003; Kyoto, Japan, 2004; Boston, USA,2005; Oxford, UK, 2006), International Congress on Cavitation CAV 2003 (Osaka, Japan, 2003),CAV 2006 (Wageningen, Netherlands, 2006), Ultrasonics International (Granada, Spain, 2003),1-м и 2-м Евразийских конгрессах по медицинской физике и инженерии «Медицинскаяфизика» (Москва, 2001 и 2005), международной конференции «Progress in Nonlinear Science»(Нижний Новгород, 2001), 2-й международной конференции «Frontiers of Nonlinear Physics»(Нижний Новгород, 2004), международном симпозиуме “Topical Problems of Nonlinear WavePhysics” (Нижний Новгород, 2005),Forum Acusticum (Budapest, Hungary, 2005),st1 International Urolithiasis Research Symposium (Indianapolis, USA, 2006), 10-й и 11-й школахпо моделям механики сплошных сред (Хабаровск, 1989; Владивосток, 1991), международнойконференции «Дни дифракции» (Санкт-Петербург, 1996), Ломоносовских чтениях (Москва,6МГУ, 1997).Кроме того, материалы диссертации неоднократно докладывались иобсуждались на семинарах кафедры акустики физического факультета МГУ, Акустическогоинститута, Института общей физики РАН, Института прикладной физики РАН, а такжепредставлялись на семинарах в следующих зарубежных научных центрах: The University ofTexas at Austin, Austin, USA (1996, 2000), Applied Physics Laboratory, University ofWashington, Seattle, USA (1998−2008), Department of Physics, Potsdam University, Potsdam,Germany (1999), Physics Department, Royal Marsden Hospital, Sutton, UK (1999), Université duMaine, Le Mans, France (2000), Department of Aerospace and Mechanical Engineering, BostonUniversity, Boston, USA (2000), Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale, Unité556, Lyon, France (2002), The University of Tokyo, Tokyo, Japan (2003), Laboratory of ParametricImaging, University Paris VI, Paris, France (2004), Applied Mathematics Department, University ofWashington, Seattle, USA (2005), Ecole Centrale de Lyon, Lyon, France (2006), IndianaUniversity, Indianapolis, USA (1997−2008).ПубликацииПо теме диссертации опубликовано 44 статьи в ведущих отечественных и зарубежныхнаучных журналах, из них 40 статей в журналах из списка ВАК (среди которых «Успехифизических наук», «Журнал экспериментальной и теоретической физики», «Акустическийжурнал», «Вестник Московского университета», «Квантовая электроника», «The Journal ofthe Acoustical Society of America», «IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, andFrequency Control», «Ultrasound in Medicine and Biology» и другие).

Характеристики

Список файлов диссертации