Мощные ультразвуковые пучки: диагностика источников, самовоздействие ударных волн и воздействие на среду при литотрипсии

• Автор: Сапожников, Олег Анатольевич
• Шифр специальности: 01.04.06
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 296 с. : ил.

Оглавление
Предисловие
Введение

Глава 1 Современные проблемы физики ультразвуковых пучков

1.1 Вводные замечания

1.2 Источники ультразвуковых пучков и их характеризация

1.3 Нелинейные импульсные пучки в экстракорпоральной

литотрипсии. Механизмы разрушения биоконкрементов

1.4 Самовоздействие акустических пучков

в нелинейных средах

Глава 2 О применимости интеграла Рэлея к расчёту полей фокусированных пьезокерамических и пьезокомпозитных излучателей ультразвука
2.1 Вводные замечания
2.2 Использованные методы расчёта поля
фокусированного излучателя
2.3 Экспериментальное исследование влияния краевых
условий на поле фокусированного излучателя
2.4 Заключительные замечания
Глава 3 Волны Лэмба в пьезоэлектрических фокусирующих преобразователях как причина аномальных пиков в структуре излучаемого акустического поля
3.1 Вводные замечания
3.2 Акустические измерения
3.3 Теоретический анализ излучения фокусированного
преобразователя с учётом возникающих в нём волн Лэмба
3.4 Исследование колебаний поверхности излучателя
методом оптической интерферометрии
3.5 Сравнение акустических полей, излучаемых
пьезокерамическими и пьезокомпозитными источниками
3.6 Заключительные замечания

Глава 4 Акустооптическое взаимодействие при лазерной виброметрии в жидкости
4.1 Вводные замечания
4.2 Экспериментальная демонстрация влияния
акустооптического взаимодействия
4.3 Теоретический анализ сигнала лазерного виброметра
с учётом акустооптического взаимодействия
4.4 Заключительные замечания
Глава 5 Акустическая голография как метод исследования колебаний поверхности акустических источников
5.1 Вводные замечания
5.2 Метод акустической голографии, основанный
на интеграле Рэлея
5.3 Примеры использования акустической голографии для
характеризации источников и создаваемых ими полей
5.4 Нестационарная акустическая голография
5.5 Заключительные замечания
Глава 6 Инерционная кавитация, вызываемая фокусированной ударной волной литотриптера
6.1 Вводные замечания
6.2 Экспериментальные средства и теоретическая модель
6.3 Результаты
6.4 Роль взаимодействия пузырьков: коллапс
цилиндрического облака пустых сферических полостей
6.5 Регистрация инерционной кавитации in vivo
6.6 Заключительные замечания
Г лава 7 Механизмы воздействия ударной волны литотриптера на почечные камни
7.1 Вводные замечания
7.2 Прямые механизмы возникновения механических
напряжений в камне под действием ударных волн
7.3 Непрямые механизмы воздействия ударных волн
на камень, обусловленные кавитацией
7.4 О моделировании фрагментации камней в литотрипсии
7.5 Теория
7.6 Использованные тесты для проверки механизмов
фрагментации камней
7.7 Установка и методика измерений
7.8 Результаты
7.9 Заключительные замечания

Глава 8 Фокусировка и самовоздействие пучков пилообразных волн и ударных импульсов. Групповой анализ обобщённого уравнения Хохлова-Заболотской
8.1 Вводные замечания
8.2 Фокусировка линейных импульсов
8.3 Роль нелинейной рефракции при фокусировке
мощных импульсов
8.4 Самовоздействие пучков пилообразных
ультразвуковых волн за счёт нагревания среды и формирования акустического ветра
8.5 Саморефракция слабых ударных волн
в квадратично-нелинейной среде
8.6 Безынерционное самовоздействие
в кубично-нелинейной среде
8.7 Нахождение симметрий обобщённого
уравнения Хохлова-Заболотской
8.8 Применение симметрий для генерации новых
решений и построения редуцированных уравнений
8.9 Законы сохранения обобщённого уравнения ХЗ
8.10 Результаты группового анализа уравнения
Хохлова-Заболотской-Кузнецова
8.11 Заключительные замечания
Заключение
Литература

случае, когда ширина ударного фронта сравнима и меньше размера клеток, волна может вызвать разрушение клетки.
Безопасность воздействия на среду определяется не только механическими напряжениями, вызываемыми в ткани ударной волной, но и соответствующим нагревом ткани. При воздействии на ткань непрерывным ультразвуком тепловой механизм является часто главным. Приведём оценки нагрева среды ударной волной литотриптеров [85]. Наибольший прирост температуры АТ связан с почти адиабатическим сжатием среды ударной волной: АГ = (дТ/др)$ Ар, где Ар - избыточное (акустическое) давление. Для Ар =50 МПа в воде при Т= 37°С получается АТ = 1.4 °С. Этот прирост температуры невелик; более того, он существует в данной точке среды лишь в течение времени прохождения по ней ударной волны, т.е. в пределах примерно 1 мкс. После прохождения волны температура всё же не возвращается полностью к своему исходному значению. Причиной этого является некоторый прирост энтропии в среде из-за вязкого поглощения на ударном фронте. В приближении слабых ударных волн, скачок энтропии имеет третий порядок малости: Ду = е Д/?3/(бр3с4г) [104]. После
прохождения ударной волны давление возвращается к своему исходному значению, поэтому приращение температуры, обусловленное указанным выше скачком энтропии, может быть рассмотрено как приращение при постоянном давлении: ЪТ = (57’/йу) Ду = ТАл/ср , где ср - удельная теплоёмкость среды при постоянном
давлении. Следовательно, ЪТ = е-Др3/(бр3с4с/г). Отметим, что указанный прирост температуры не зависит от вязкости и рассеивающих свойств среды, а определяется лишь скачком давления Ар на ударном фронте. Для типичного в литотрипсии скачка Ар =50 МПа получаем ЪТ =0.004 °С. Как видно, нагрев среды одиночной ударной волной литотриптера пренебрежимо мал, т.е. тепловым механизмом воздействия на ткань можно пренебречь.
1.3.4 Фокусировка ударных волн
Как влияет наличие ударного фронта на характер фокусировки акустических импульсов, используемых в литотрипсии? Как уже отмечалось, фронт ударных волн литотриптеров очень тонок. Отражение, преломление и рассеяние такого ударного фронта не зависит от его толщины, поскольку она много меньше характерных размеров препятствий. Это в некоторых случаях позволяет ограничиться рассмотрением лишь геометрии фронта и, тем самым, заметно упростить описание распространения ударной