Определение механических свойств мягких биологических тканей, моделирование и эксперимент

• Автор: Клишко, Александр Николаевич
• Шифр специальности: 03.00.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Пущино
• Количество страниц: 135 с.

Введение

1. Обзор литературы.

1.1 Особенности исследования механических свойств.

мягких биологических тканей.

1.1 А. Исследования свойств мягких биологических тканей с использованием поверхностных акустических волн к третьей главе
1.1 Б. Исследования возможности прямого определения упругих свойств мягких биологических тканей к четвертой главе.

1.2 Математические методы, необходимые для исследования

механических свойств мягких биологических тканей

1.2А. Исследования распространения волн в упругой среде к третьей главе

1.2Б. Статические контактные задачи теории упругости. Методы интегральных

преобразований для решения таких задач к четвертой главе.

1.2В. Динамические контактные задачи теории упругости к пятой главе
2. Описание экспериментальных установок, используемых при измерениях
2.1 Установка для экспериментов по вдавливанию штампа в упругую среду к четвертой главе .
2.2 Установка для исследования поверхностных акустических волн к третьей главе
3. Оценка упругих свойств моделей мягких биологических тканей при использовании поверхностных акустических воли
3.1 Экспериментальные исследования распространения поверхностных акустических волн в моделях мягких биологических тканей.
3.2 Теоретическое исследование скорости распространения поверхностных акустических возмущений в ближней зоне.
4. Оценка модуля сдвига тканевых образцов методом
вдавливания штампа.
4.1 Статическое воздействие штампа на упругий цилиндрический образец, заключенный в стакан со скользкой поверхностью
4.2 Статическое воздействие штампа на упругий цилиндрический образец со свободной боковой границей
4.3 Реконструкция модуля Юнга тканей молочной и предстательной желез человека по результатам данных о статическом воздействии штампа
5. Резонансный метод определения модуля сдвига.
упругого слоя
5.1 Задача о движении круглой тонкой пластинки при действии на нес осесимметричных периодических внешних сил. .
5.2 Задача о движении упругого слоя гтри воздействии на одну из его границ осесимметричной внешней силы.
5.3 Определение резонансных частот тонкой пластинки, лежащей на упругом слое и
нагруженной периодической внешней силой
Заключительные замечания.
Основные выводы
Дополнение 1.
Д1.1 Формальное решение плоской задачи Лэмба при действии на поверхность
упругого полупространства касательной силы.
Д1.2 Представление смещений контурными интегралами.XX
Дополнение 2.
Д2.1 Решение системы уравнений равновесия упругого цилиндра, заключенною в стакан со скользкой поверхностью.
Д2.2 Численное решение системы уравнений равновесия упругою цилиндра со
свободной боковой границей.
Дополнение
Д3.1 Решение системы уравнений движения упругого слоя при воздействии на одну из
его границ осесимметричной внешней силы .
Литература


На этот раз, кожа моделировалась как два различных вязкоупругих слоя ороговевший слой и дсрмис, которые располагались на вязкоупругом полупространстве, моделирующем подкожный жир. Выяснено, что хотя ороговевший слой очень тонкий микрон, ОН СИЛЬНО влияет на распространение сдвиговых волн изза высокой жесткости по отношению к дермису. Хотя нельзя отрицать важности пионерских работ i и его соавторов в этой области, нельзя и не заметить, что в приведенных формулах, по которым определялись механические свойства мягких биологических тканей и тканеподобных фантомов, использовались выражения для продольных волн. В годах В. В.Шороховым, Т. П.Пашопкиным, В. Н.Воронковым и автором изучалось распространение поверхностных акустических волн ПАВ как в модельных средах, так и в коже человека. Например, в работе В. Н. Воронкова проведено изучение закономерностей распространения поверхностных акустических волн ПАВ в коже человека, выявлены количественные соотношения параметров этих волн со структурой нормальной и патологически измененной ткани. В.В. Шороховым с соавторами изучалось влияние подлежащих слоев, их упругих свойств, анизотропии на скорость распространения ПАВ по упругому слою, лежащему на упругом
или жестком полупространстве. Вклад автора в эту работу изложен в первой части третьей главы. Однако, теоретически оставалась не ясной картина распространения ПАВ в ближней зоне. Не только для слоя, но и для полупространства оставалось непонятным, насколько отличается измеряемая скорость от скорости поверхностной волны в дальней зоне, поскольку в ближней зоне происходит само формирование волны Рэлея. Насколько измеряемая скорость близка к скорости волны Рэлея. Напомним, что по поверхности полупространства распространяется волна Рэлея, которая представляет собой суперпозицию поперечной и продольной волн с четко заданным соотношением между ними. Теоретически не кажется очевидным даже экспериментальный факт, полученный в этих работах постоянство скорости поверхностных возмущений в ближней зоне. Вторая часть третьей главы настоящей диссертации посвящена исследованию зависимости фазовой скорос ти поверхностных волн на полупространстве от расстояния до источника возмущений, частоты этого источника и упругих свойств полупространства. Б. Исследования возможности прямого определения упругих свойств мягких биологических тканей к четвертой главе. В литературе отсутствуют работы по прямому определению упругих свойств нормальных и патологически измененных мягких биологических тканей статическими методами, используемыми в настоящей диссертации. Однако, существует много работ, использующих ультразвуковое сканирование, показывающих, что различие упругих свойств нормальных и патологически измененных тканей существенно. Далее описан ряд таких статей. Целью УатакоБЫ с соавторами, в работе года 4 являлось создание систем визуализации, которые моуг показывать как амплитудные, так и фазовые карты внутренних вибраций мягких тканей при возбуждении в них низкочастотных колебаний. В этом методе колебания низкой частоты в несколько сотен герц возбуждаются на поверхности образца и результирующее движение в образце измеряется посредством измерения Допплеровского сдвига частоты одновременно проходящей пробной ультразвуковой волны. Основные эксперименты проводились для ультразвуковых волн при частоте 3 МГц. Начиная с года с соавторами, развивая идеи i в работах , , для определения различия механических характеристик нормальной мягкой ткани и твердых включений использовал методику, состоящую в измерении допплеровского спектра в ткани, подверженной воздействию механических колебаний низкой частоты Гц. При этом на некоторых частотах наблюдались заметные различия этого спектра для мягких и твердых участков исследуемого объекта. Однако точные величины упругих свойств мягких биологических тканей авторы определить при помощи этой методики ПС могли. Используемые в этой работе литературные данные о механических свойствах мягких биологических тканей чрезвычайно скудны и разрознены, хотя и представляют собой, повидимому, полную картину, известную на то время из публикаций. См.