Фізичні механізми взаємодії ультразвуку з біологічними структурами та їх моделями - Автореферат

Харківський національний університет ім. Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата фізико-математичних наукРобота виконана в Харківському національному університеті ім.В.Н.Каразіна МОН України. Науковий керівник - доктор фізико-математичних наук, професор Товстяк Володимир Васильович, Харківський національний університет ім.В.Н.Каразіна, зав. кафедри біологічної і медичної фізики. Офіційні опоненти: доктор фізико-математичних наук, старший науковий співробітник Чалий Олександр Васильович, Національний медичний університет ім. Київ), доктор фізико-математичних наук, старший науковий співробітник Осецький Олександр Іванович, Інститут проблем кріобіології і кріомедицини НАН України, провідний науковий співробітник (м. Захист відбудеться "14 "березня 2003 року о 1500 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д64.051.13 у Харківському національному університеті ім.Механізми впливу ультразвуку на біологічні структури, які призводять до виникнення біологічних ефектів, традиційно кваліфікувались як теплові та кавітаційні. Недооцінка ролі радіаційної сили при вивченні біологічних ефектів повязана із загальноприйнятим традиційним спрощенням при розгляді взаємодії ультразвуку з біологічними структурами: звичайно моделюють його взаємодією з рідиною. Детальне вивчення фізичних процесів, які є наслідком дії радіаційної сили, має важливе біологічне значення, оскільки, по-перше, збудження та поширення зсувної хвилі супроводжується появою локального зсуву у тканинах, що може призвести до їх ушкодження. Предметом дослідження були фізичні ефекти впливу ультразвуку терапевтичної інтенсивності на провідність бішарових ліпідних мембран та динаміка утворення іонних каналів, просторовий розподіл та динаміка релаксації зсувних деформацій у фантомах біологічних тканин і тканинах in vitro. Для досягнення поставленої мети були застосовані наступні методи дослідження: вимірювання електропровідності БЛМ, ультразвуковий доплерівський метод дослідження зсувних зміщень у тканинах.Експериментальні дані свідчать, що, незважаючи на відомі ефекти впливу ультразвуку на тканини, наприклад, тепловий нагрів, кавітацію, у нових методах ультразвукових діагностичних досліджень проявляється тенденція до використання більших інтенсивностей або тривалості ультразвукового випромінювання. Хоча раніше розгляд фізичних явищ, які виникають під дією радіаційної сили, було проведено як теоретично, так і експериментально, просторовий та часовий розподіл радіаційної сили поки ще слабо проаналізовано і потрібні детальні обчислення та експериментальні дослідження для уточнення теоретичних оцінок. Для вивчення впливу ультразвуку на дифузійні процеси було запропоновано використати процес вбудовування іонних каналів у БЛМ, що створюються димерами граміцидину “А”, та дослідити вплив ультразвукового випромінювання на швидкість цього процесу. Обчислення амплітуди зміщень та часу розповсюдження зсувної хвилі, які обумовлені пружними властивостями тканини, здійснювалися обробкою луна-сигналів із точок обєму, розташованих на променях зондуючого перетворювача. Зменшення амплітуди зсуву з віддаленням від фокуса обумовлено як поглинанням високочастотних складових пакета зсувних хвиль у матеріалі фантома, так і зменшенням амплітуди зсуву у циліндричній хвилі, що поширюється.Показано, що ультразвук терапевтичної потужності призводить до зміни дифузійного режиму на границі розподілу фаз, що обумовлено збудженням мікропотоків внаслідок нелінійних ефектів впливу ультразвуку на навколомембранні шари електроліту. Експериментально показано, що у вязкопружньому середовищі радіаційна сила зфокусованого ультразвукового випромінювання призводить до появи локальних зсувних деформацій, релаксація яких супроводжується виникненням та поширенням зсувних хвиль. Встановлені залежності амплітуди деформації зсуву тканини від інтенсивності випромінювання та тривалості імпульсів: залежність амплітуди індукованих зміщень у фантомах тканин від інтенсивності ультразвукового випромінювання має лінійний характер; для коротких імпульсів накачки спостерігається лінійне зростання амплітуди індукованих зміщень, котра зі збільшенням тривалості імпульсів виходить на насичення.

2. Основний зміст роботи