Диссертация (1104104), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Æèâûå è èíòåðåñíûå ñåìèíàðû ÒàòüÿíûÏåòðîâíû, ñîïðîâîæäàþùèåñÿ ÿðêèìè ôèçè÷åñêèìè äåìîíñòðàöèÿìè, îêàçàëè êëþ÷åâîåâëèÿíèå íà ìîé äàëüíåéøèé âûáîð ôèçè÷åñêîãî ôàêóëüòåòà ÌÃÓ. Ýòà äèññåðòàöèîííàÿðàáîòà ïîñâÿùàåòñÿ åé.5ÂâåäåíèåÀêòóàëüíîñòü ðàáîòûÏðîáëåìà îïèñàíèÿ ïðîñòðàíñòâåííî-âðåìåííîé ñòðóêòóðû àêóñòè÷åñêèõ ïîëåé, ñîçäàâàåìûõ ïðè íåëèíåéíîé ôîêóñèðîâêå âîëí ñ óäàðíûìè ôðîíòàìè (ðàçðûâíûõ âîëí) è èõîòðàæåíèè îò ãðàíèö ðàçëè÷íîãî òèïà, ÿâëÿåòñÿ âàæíîé äëÿ ìíîãèõ çàäà÷ àòìîñôåðíîé èìåäèöèíñêîé àêóñòèêè [17].  ìåäèöèíå ôîêóñèðîâàííûå óäàðíî-âîëíîâûå ïîëÿ ñòàëè øèðîêî èñïîëüçîâàòüñÿ îêîëî 30 ëåò íàçàä äëÿ ðàçðóøåíèÿ ïî÷å÷íûõ êàìíåé (ëèòîòðèïñèÿ)[3, 4].  íàñòîÿùåå âðåìÿ ïîÿâèëèñü íîâûå ìåäèöèíñêèå ïðèëîæåíèÿ, èñïîëüçóþùèå ôîêóñèðîâàííûå ðàçðûâíûå âîëíû - ýêñòðàêîðïîðàëüíàÿ óäàðíî-âîëíîâàÿ òåðàïèÿ, îñòàíîâêàâíóòðåííèõ êðîâîòå÷åíèé (óëüòðàçâóêîâîé ãåìîñòàçèñ), ðàçðóøåíèå îïóõîëåâûõ òêàíåé ñïîìîùüþ ìîùíîãî óëüòðàçâóêà [3, 4, 7].
Âñå óêàçàííûå ïðèëîæåíèÿ ñâÿçàíû ñ ðàñïðîñòðàíåíèåì èíòåíñèâíûõ (äî 30 êÂò/ñì 2 â ôîêàëüíîé îáëàñòè ïó÷êà) àêóñòè÷åñêèõ âîëíâ íåëèíåéíûõ ñðåäàõ, êîãäà â ïðîôèëå âîëíû îáðàçóþòñÿ óäàðíûå ôðîíòû, à âíîñèìûåáèîëîãè÷åñêèå ýôôåêòû âî ìíîãîì îïðåäåëÿþòñÿ àìïëèòóäîé óäàðíîãî ôðîíòà.  àýðîàêóñòèêå áîëüøîå âíèìàíèå ê çàäà÷àì ðàñïðîñòðàíåíèÿ ðàçðûâíûõ âîëí è èõ îòðàæåíèÿîò ãðàíèö îáóñëîâëåíî ïëàíàìè ïî ñîçäàíèþ íîâîãî ïîêîëåíèÿ ñàìîëåòîâ ñâåðõçâóêîâîéïàññàæèðñêîé àâèàöèè [8]. Èìïóëüñû çâóêîâîãî óäàðà, èëè N -âîëíû, îáðàçóþùèåñÿ ïðèïîëåòå ñàìîëåòîâ íà ñêîðîñòÿõ, ïðåâûøàþùèõ ñêîðîñòü çâóêà, ðàñïðîñòðàíÿþòñÿ â àòìîñôåðå äî ïîâåðõíîñòè çåìëè, îòðàæàþòñÿ îò íå¼ è ôîðìèðóþò àêóñòè÷åñêîå ïîëå ñ íåîäíîðîäíûì ðàñïðåäåëåíèåì äàâëåíèÿ.
Âûñîêèå è íèçêèå óðîâíè àêóñòè÷åñêîãî äàâëåíèÿìîãóò îêàçûâàòü âðåäíîå âîçäåéñòâèå íà ëþäåé è íà ñòðîåíèÿ. Óäàðíûå âîëíû ðàçëè÷íîéèíòåíñèâíîñòè ñîçäàþòñÿ òàêæå ïðè âçðûâàõ, ðàñêàòàõ ãðîìà, çåìëåòðÿñåíèÿõ, ñõëîïûâàíèè êàâèòàöèîííûõ ïóçûðüêîâ, ìîùíûõ ýëåêòðè÷åñêèõ ðàçðÿäàõ è äàæå â ñèìôîíè÷åñêîéìóçûêå ïðè ãðîìêîé èãðå íà íåêîòîðûõ äóõîâûõ èíñòðóìåíòàõ [5, 9]. Íåñìîòðÿ íà âíåøíååðàçëè÷èå ïðàêòè÷åñêèõ ïðèëîæåíèé, ýòè çàäà÷è ìåäèöèíñêîé ôèçèêè è àýðîàêóñòèêè èìåþò ìíîãî îáùåãî â ïëàíå òåîðåòè÷åñêèõ ìîäåëåé, ïîñêîëüêó ñâÿçàíû ñ ðàñïðîñòðàíåíèåì,íåëèíåéíîé ôîêóñèðîâêîé è îòðàæåíèåì îò ãðàíèö ðàçðûâíûõ àêóñòè÷åñêèõ âîëí.Òåîðåòè÷åñêèå ïîäõîäû ê îïèñàíèþ äàííûõ çàäà÷ äîñòàòî÷íî ñëîæíû, è ïîëó÷åíèåàíàëèòè÷åñêèõ ðåøåíèé ïðåäñòàâëÿåòñÿ âîçìîæíûì òîëüêî â ðàìêàõ óïðîù¼ííûõ ìîäåëåé. Äëÿ áîëåå ïîëíîãî îïèñàíèÿ ïðîñòðàíñòâåííî-âðåìåííîé ñòðóêòóðû ïîëåé ðàçðûâíûõâîëí èñïîëüçóþòñÿ ìåòîäû ÷èñëåííîãî ìîäåëèðîâàíèÿ ñîâìåñòíî ñ ïðîâåäåíèåì ìîäåëüíûõ ýêñïåðèìåíòàëüíûõ èññëåäîâàíèé.
Ñòîèò îòìåòèòü, ÷òî íàëè÷èå ðàçðûâà â ïðîôèëåâîëíû ñóùåñòâåííî óñëîæíÿåò êàê ÷èñëåííîå ìîäåëèðîâàíèå, òàê è èçìåðåíèÿ.  ïåðâîìñëó÷àå òðóäíîñòè èìåþò ñêîðåå òåõíè÷åñêèé õàðàêòåð è ñâÿçàíû ñ íåîáõîäèìîñòüþ èñïîëüçîâàíèÿ ìåëêèõ âðåìåííûõ è ïðîñòðàíñòâåííûõ øàãîâ ÷èñëåííîé ñåòêè è, êàê ñëåäñòâèå, ñïîâûøåííûìè òðåáîâàíèÿìè ê âû÷èñëèòåëüíûì ðåñóðñàì è îáú¼ìó îïåðàòèâíîé ïàìÿòè.Ìîäåëèðîâàíèå ïðàêòè÷åñêèõ çàäà÷ íåëèíåéíîé ôîêóñèðîâêè è ðàñïðîñòðàíåíèÿ ðàçðûâ6íûõ âîëí â ÷èñëåííîì ýêñïåðèìåíòå ñòàëî âîçìîæíûì òîëüêî â ïîñëåäíåå âðåìÿ áëàãîäàðÿñòðåìèòåëüíîìó ðàçâèòèþ ñóïåðêîìïüþòåðîâ è ìåòîäîâ ïàðàëëåëüíûõ âû÷èñëåíèé.Ñëîæíîñòè èçìåðåíèé ðàçðûâíûõ âîëí àêóñòè÷åñêèìè ìåòîäàìè èìåþò â áîëüøåéñòåïåíè ïðèíöèïèàëüíûé õàðàêòåð.
Âî-ïåðâûõ, ÷àñòîòíûå õàðàêòåðèñòèêè äàæå ñîâðåìåííûõ øèðîêîïîëîñíûõ èçìåðèòåëüíûõ ïðèáîðîâ, êîíäåíñàòîðíûõ ìèêðîôîíîâ è îïòîâîëîêîííûõ ãèäðîôîíîâ, îãðàíè÷åíû íà âûñîêèõ ÷àñòîòàõ, ÷òî âî ìíîãèõ ñëó÷àÿõ íå ïîçâîëÿåò êîððåêòíî èçìåðèòü øèðèíó óäàðíîãî ôðîíòà [10].
Âî-âòîðûõ, ïðè èñïîëüçîâàíèèìèêðîôîíîâ ôîðìà èçìåðåííîãî ñèãíàëà èñêàæàåòñÿ çà ñ÷¼ò äèôðàêöèè âîëíû íà åãîïîâåðõíîñòè [11]. Â-òðåòüèõ, ïðè ïðîâåäåíèè ïðåöèçèîííûõ èçìåðåíèé ñòðóêòóðû ôðîíòîâ, âîçíèêàþùåé ïðè îòðàæåíèè îò ïîâåðõíîñòåé, ïîìåùåíèå â èññëåäóåìóþ îáëàñòüìèêðîôîíà èñêàæàåò ñòðóêòóðó ïîëÿ, ïîñêîëüêó âíîñèò äîïîëíèòåëüíûå îòðàæåííûå îòìèêðîôîíà âîëíû.  ñâÿçè ñ ýòèì áîëüøîé èíòåðåñ â ýêñïåðèìåíòàëüíûõ èññëåäîâàíèÿõïðåäñòàâëÿåò âîçìîæíîñòü ïðèìåíåíèÿ àëüòåðíàòèâíûõ ìåòîäîâ, â ÷àñòíîñòè îïòè÷åñêèõ,ïîçâîëÿþùèõ ñ õîðîøèì âðåìåííûì ðàçðåøåíèåì èçìåðÿòü ðàçðûâíûå àêóñòè÷åñêèå âîëíû áåç èñêàæåíèÿ ïðîôèëÿ âîëíû è ñòðóêòóðû ïîëÿ.  äèññåðòàöèè îïòè÷åñêèå èçìåðåíèÿïðîôèëåé N -âîëíû ïðè å¼ ðàñïðîñòðàíåíèè è îòðàæåíèè îò ïîâåðõíîñòåé ïðîâîäèëèñü ñïîìîùüþ äâóõ îïòè÷åñêèõ ìåòîäîâ: øëèðåí-ìåòîäà [12, 13] è èíòåðôåðîìåòðèè ïî ñõåìåÌàõà-Öåíäåðà [1417].Ïðèñóòñòâèå óäàðíîãî ôðîíòà â ïðîôèëå ìîùíîãî àêóñòè÷åñêîãî ñèãíàëà ïðèâîäèò êâîçíèêíîâåíèþ ðÿäà îñîáåííîñòåé ïðîÿâëåíèÿ íåëèíåéíî-äèôðàêöèîííûõ ýôôåêòîâ ïðèôîêóñèðîâêå è îòðàæåíèè âîëíû.
Îäíèì èç êëàññè÷åñêèõ ýôôåêòîâ, îáóñëîâëåííûõ íàëè÷èåì ðàçðûâà, ÿâëÿåòñÿ ôîðìèðîâàíèå òðåõâîëíîâîé ñòðóêòóðû ïîëÿ âáëèçè îòðàæàþùåéïîâåðõíîñòè ïðè ìàëûõ óãëàõ ïàäåíèÿ âîëíû [18]. Ýòîò ýôôåêò, âïåðâûå ýêñïåðèìåíòàëüíî îáíàðóæåííûé Ý. Ìàõîì â 1868 ã. [19], õîðîøî èçó÷åí â ôèçèêå ñèëüíûõ óäàðíûõâîëí, êîãäà çíà÷åíèÿ àêóñòè÷åñêèõ ÷èñåë Ìàõà áëèçêè ê åäèíèöå, à ïðîôèëü âîëíû èìååòâèä ñòóïåíüêè. Òàêèå âîëíû õàðàêòåðíû äëÿ àýðîäèíàìèêè. Àêóñòè÷åñêèå âîçìóùåíèÿ ñóäàðíûìè ôðîíòàìè èìåþò áîëåå ñëîæíóþ âðåìåííóþ ñòðóêòóðó ( N -âîëíû, ïèëîîáðàçíûå âîëíû è äð.) è íà íåñêîëüêî ïîðÿäêîâ ìåíüøèå çíà÷åíèÿ àêóñòè÷åñêîãî ÷èñëà Ìàõà.Çàäà÷à îòðàæåíèÿ àêóñòè÷åñêèõ ðàçðûâíûõ âîëí îò ïîâåðõíîñòåé äî ñèõ ïîð îñòà¼òñÿ äîêîíöà íåèçó÷åííîé.  äèññåðòàöèè ýêñïåðèìåíòàëüíî èññëåäóåòñÿ íåëèíåéíîå îòðàæåíèåN -âîëíû, ñîçäàâàåìîé èñêðîâûì èñòî÷íèêîì â âîçäóõå, îò ïëîñêîé æ¼ñòêîé ïîâåðõíîñòè [13, 15, 17].Äðóãèì êëàññè÷åñêèì ÿâëåíèåì, îáóñëîâëåííûì ïðèñóòñòâèåì ðàçðûâà â ïðîôèëåâîëíû, ÿâëÿåòñÿ íàñûùåíèå ïàðàìåòðîâ àêóñòè÷åñêîãî ïîëÿ ïðè íåëèíåéíîé ôîêóñèðîâêå [5].
Ñóùåñòâîâàíèå ôèçè÷åñêîãî ïðåäåëà äëÿ ïèêîâûõ àêóñòè÷åñêèõ äàâëåíèé âàæíîó÷èòûâàòü â ìåäèöèíñêèõ ïðèëîæåíèÿõ, èñïîëüçóþùèõ ìîùíûå ôîêóñèðîâàííûå èçëó÷àòåëè. Àíàëèòè÷åñêèå îöåíêè äëÿ ðàñ÷¼òà äàâëåíèÿ â ôîêóñå è óðîâíåé åãî íàñûùåíèÿ ïîëó÷åíû â ðàáîòàõ [2024] è ìîãóò áûòü èñïîëüçîâàíû ïðè îöåíêå ðåæèìîâ ðàáîòû ìåäèöèíñêèõ èçëó÷àòåëåé.
Îäíàêî ýòè îöåíêè áûëè ïîëó÷åíû íà îñíîâå ðàçëè÷íûõ ïðèáëèæåíèé7è, ïîýòîìó, ÿâëÿþòñÿ íåòî÷íûìè. Áîëåå òî÷íîå è äåòàëüíîå èçó÷åíèå ïðåäåëüíûõ çíà÷åíèéïàðàìåòðîâ íåëèíåéíûõ ôîêóñèðîâàííûõ ïîëåé è èõ ïðîñòðàíñòâåííî-âðåìåííîé ñòðóêòóðû ñòàëî âîçìîæíûì ïîçäíåå ïðè èñïîëüçîâàíèè ìåòîäîâ ÷èñëåííîãî ìîäåëèðîâàíèÿ. ðàáîòàõ [2527] áûëà ÷èñëåííî èññëåäîâàíà ôîêóñèðîâêà àêóñòè÷åñêèõ ïó÷êîâ ïåðèîäè÷åñêèõ âîëí ñ ó÷¼òîì îäíîâðåìåííîãî âëèÿíèÿ íåëèíåéíî-äèôðàêöèîííûõ ýôôåêòîâ èïîãëîùåíèÿ. Ìîäåëèðîâàíèÿ íåëèíåéíîé ôîêóñèðîâêè óäàðíûõ èìïóëüñîâ ñ öåëüþ èññëåäîâàíèÿ ýôôåêòîâ íàñûùåíèÿ â èìïóëüñíûõ ïîëÿõ ðàíåå íå ïðîâîäèëîñü.  äèññåðòàöèè÷èñëåííî èññëåäóåòñÿ âëèÿíèå âðåìåííîé è ïðîñòðàíñòâåííîé ñòðóêòóðû ôîêóñèðîâàííîãî àêóñòè÷åñêîãî ïó÷êà íà ïðîÿâëåíèå ýôôåêòà íàñûùåíèÿ è ôîðìèðîâàíèÿ ñòðóêòóðòèïà ¾íîæêè¿ Ìàõà âáëèçè îñè ïó÷êà â åãî ôîêàëüíîé îáëàñòè [13, 28].Êàê óïîìèíàëîñü âûøå, èññëåäîâàíèå íåëèíåéíûõ ýôôåêòîâ â ôîêóñèðîâàííûõ ïîëÿõ ñîâðåìåííûõ ìåäèöèíñêèõ óñòðîéñòâ ÿâëÿåòñÿ âàæíîé çàäà÷åé ìåäèöèíñêîé àêóñòèêè.
Ïîíèìàíèå ïðîñòðàíñòâåííî-âðåìåííîé ñòðóêòóðû ïîëåé ìåäèöèíñêèõ èçëó÷àòåëåéíåîáõîäèìî êàê äëÿ ïëàíèðîâàíèÿ âûçûâàåìîãî òåðàïåâòè÷åñêîãî ýôôåêòà, òàê è äëÿðàçðàáîòêè îïòèìàëüíûõ ðåæèìîâ îáëó÷åíèÿ, îáåñïå÷èâàþùèõ íàèáîëåå ýôôåêòèâíîåâîçäåéñòâèå.  ïîñëåäíåå âðåìÿ ñòàëè àêòèâíî ðàçâèâàòüñÿ ìåòîäû ýêñòðàêîðïîðàëüíîéóäàðíî-âîëíîâîé òåðàïèè (ÝÓÂÒ), èñïîëüçóþùèå óäàðíî-âîëíîâûå ïîëÿ äëÿ ëå÷åíèÿ ïîâðåæäåíèé îïîðíî-äâèãàòåëüíîãî àïïàðàòà è äåãåíåðàòèâíî-äèñòðîôè÷åñêèõ çàáîëåâàíèéêîñòíî-ìûøå÷íûõ òêàíåé [2933]. Ïîëîæèòåëüíûé ýôôåêò ïðè ëå÷åíèè ÝÓÂÒ âûðàæàåòñÿ â óìåíüøåíèè èëè ïðåêðàùåíèè áîëåé, âîññòàíîâëåíèè âîçìîæíîñòè äâèæåíèÿ âñóñòàâàõ, óëó÷øåíèè ìåñòíîãî îáìåíà âåùåñòâ, âîññòàíîâëåíèè êðîâîîáðàùåíèÿ òêàíåé.Íåñìîòðÿ íà òî, ÷òî ÝÓÂÒ óæå èñïîëüçóåòñÿ â êëèíè÷åñêîé ïðàêòèêå, äî ñèõ ïîð îñòà¼òñÿ îòêðûòûì âîïðîñ î ïðè÷èíå ïîëîæèòåëüíîãî âîçäåéñòâèÿ íà òêàíè äàííîãî ìåòîäà èñòðóêòóðå åãî óäàðíî-âîëíîâîãî ïîëÿ.
Äðóãèì íîâûì ïåðñïåêòèâíûì ìåäèöèíñêèì ïðèëîæåíèåì ðàçðûâíûõ âîëí ÿâëÿåòñÿ èñïîëüçîâàíèå ðàäèàöèîííîé ñèëû óëüòðàçâóêîâîãîïó÷êà äëÿ âûòàëêèâàíèÿ ôðàãìåíòîâ ïî÷å÷íûõ êàìíåé èç ïî÷êè [34].  ïåðâûõ ýêñïåðèìåíòàõ ïî òîëêàíèþ êàìíåé èñïîëüçîâàëèñü äèàãíîñòè÷åñêèå óëüòðàçâóêîâûå äàò÷èêè(Philips ATL HDI C5-2 è ATL HDI P4-1), ðàáîòàþùèå íå â ðåæèìå âèçóàëèçàöèè, à â ðåæèìå èçëó÷åíèÿ äëèííûõ ìèëëèñåêóíäíûõ èìïóëüñîâ [35]. Äëÿ îïòèìèçàöèè ïàðàìåòðîâóëüòðàçâóêîâûõ èçëó÷àòåëåé è ïðîòîêîëîâ îáëó÷åíèÿ, îáåñïå÷èâàþùèõ ýôôåêòèâíîå âîçäåéñòâèå íà êàìåíü áåç ïîâðåæäåíèÿ ïî÷êè, íåîáõîäèìû èññëåäîâàíèÿ ïðîñòðàíñòâåííîâðåìåííîé ñòðóêòóðû íåëèíåéíûõ ïîëåé, ñîçäàâàåìûõ èñïîëüçóåìûìè íà äàííîì ýòàïåäèàãíîñòè÷åñêèìè äàò÷èêàìè.  äèññåðòàöèè äëÿ îïèñàíèÿ íåëèíåéíûõ ýôôåêòîâ â ïîëÿõñîâðåìåííûõ äèàãíîñòè÷åñêèõ è óäàðíî-âîëíîâûõ ìåäèöèíñêèõ óñòðîéñòâ èñïîëüçîâàëñÿêîìïëåêñíûé ïîäõîä [3638], îñíîâàííûé íà ñîâìåñòíîì ïðèìåíåíèè âçàèìîäîïîëíÿþùèõýêñïåðèìåíòàëüíûõ è ÷èñëåííûõ ìåòîäîâ: ãðàíè÷íîå óñëîâèå äëÿ ÷èñëåííîé ìîäåëè ñòàâèëîñü íà îñíîâå äàííûõ ýêñïåðèìåíòà [3941].ñòàëî ýêñïåðèìåíòàëüíîå è òåîðåòè÷åñêîå èññëåäîâàíèå îñîáåííîñòåé ïðîÿâëåíèÿ íåëèíåéíûõ ýôôåêòîâ ïðè îòðàæåíèè è ôîêóñèðîâêåÖåëüþ äèññåðòàöèîííîé ðàáîòû8ðàçðûâíûõ àêóñòè÷åñêèõ âîëí â ïðèëîæåíèè ê ïðîáëåìàì àýðîàêóñòèêè è çàäà÷àì äèàãíîñòè÷åñêîãî è òåðàïåâòè÷åñêîãî ìåäèöèíñêîãî óëüòðàçâóêà.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
