Раздел 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1. Контрольно-измерительное оборудование для исследования нелинейных эффектов
действия ультразвука
Для экспериментальных исследований эффектов воздействия терапевтического
ультразвука на проводимость бислойных липидных мембран и кинетику встраивания
ионных каналов была изготовлена установка для измерения проводимости БЛМ.
Исследования эффектов, связанных с действием радиационной силы ультразвукового
излучения, проводились с помощью разработанного экспериментального
ультразвукового доплеровского оборудования. Исследования на фантомах мягких
тканей и тканях in vitro, а также калибровка доплеровского оборудования
проводилась на изготовленном акустическом стенде.
2.1.1. Установка для исследования проводимости ионных каналов в бислойных
липидных мембранах
Блок-схема установки для исследования проводимости ионных каналов в БЛМ
приведена на рис. 2.1.
Ультразвуковая волна от ультразвукового излучателя попадала на мембрану через
тонкую пленку, и проходила дальше, поглощаясь в материале поглотителя.
Поскольку толщина пленок (0,1 мм) была гораздо меньше длины ультразвуковой
волны (), то отражением от пленок можно было пренебречь, и в ячейке
осуществлялся режим бегущей волны, что позволяло оценить интенсивность
ультразвука, действующего на БЛМ. Температуру в ячейке контролировали с помощью
медь – константановой термопары с точностью до 0,1°С. С целью уменьшения
нагрева среды в ячейке ультразвуком ее помещали в термостатируемый отсек. Во
время облучения мембрана находилась на расстоянии 40 мм от плоскости
излучателя. Проводимость БЛМ регистрировали электрометром ЭМ-1 в условиях
приложения постоянного напряжения с использованием хлорированных серебряных
электродов. Измерения проводили в симметричных электролитных условиях. В
качестве электролита использовали марки ОСЧ. Регистрацию тока осуществляли
самописцем Н-306. Установка позволяла измерять ток в пределах в полосе частот 0
– 10 Гц.
Рис 2.1. Блок – схема установки для изучения проводимости БЛМ в ультразвуковом
поле: 1–БЛМ, 2–электроды, 3–тонкие пленки ячейки, 4–термостатируемая жидкость,
5–термопара, 6–поглотитель, 7?излучатель.
Источником ультразвуковых колебаний служил стандартный медицинский генератор
ЛОР-3 с излучателями из пьезокерамики (рабочая частота 880кГц, интенсивность
0,1–1 Вт/см2, площадь поверхности излучения 3,14 см2).
Настройку генератора и определение средней интенсивности ультразвукового
излучения осуществляли при помощи калиброванного гидрофона. Относительные
измерения интенсивности ультразвука проводились с помощью дифференциальной
термопары, один из спаев которой был сенсибилизирован слоем эпоксидной смолы
[115]. Способ контроля интенсивности с помощью термопары имеет ряд
преимуществ:
в пределах интенсивности ультразвука от 0 до 2 Вт/см2 ее термо-ЭДС линейно
увеличивается при повышении интенсивности ультразвука (рис.2.2);
в силу малых размеров термопара не искажает форму поля;
Распределение интенсивности ультразвука вдоль диаметра преобразователя показано
на рис. 2.3.
При исследовании воздействия ультразвука на проводимость мембран температуру в
ячейке поддерживали равной 37° C.
Рис. 2.2. Калибровочный график термопары.
Рис. 2.3. Распределение интенсивности ультразвука по диаметру преобразователя.
2.1.2. Ультразвуковое доплеровское оборудование
Для изучения эффектов воздействия радиационной силы необходима разработка
соответствующих экспериментальных методик регистрации происходящих физических
процессов, в частности, прецизионное измерение небольших по амплитуде смещений,
возникающих при распространении сдвиговых волн в ткани. Структурная схема
созданного ультразвукового экспериментального оборудования отвечает основным
принципам построения современных ультразвуковых медицинских сканеров. Однако,
учитывая повышенные функциональные требования, определяемые характером
исследуемых эффектов, большинство блоков и узлов были модифицированы по
сравнению с конструкцией ультразвуковых сканеров. Общий вид разработанной и
изготовленной экспериментальной установки показан на Рис.2.4.
По своим техническим характеристикам и разработанному
программно-математическому обеспечению созданное ультразвуковое
экспериментальное оборудование, обеспечивает:
формирование вынужденных смещений исследуемой среды с помощью силы
радиационного давления мощного импульсного ультразвукового излучения с несущей
частотой 1,0 МГц и интенсивностью ;
варьирование продолжительности мощных ультразвуковых импульсов в пределах 0,1 -
100 мс и частоты их повторения в диапазоне 14 Гц – 1 кГц;
зондирование исследуемой среды импульсным ультразвуковым излучением с несущими
частотами 3,5 и 5,0 МГц;
регистрацию комплексного доплеровского сигнала, его программную обработку с
помощью специальных алгоритмов и отображение динамики релаксации сдвигового
возмущения в реальном времени;
вычисление амплитуды смещения среды и времени задержки распространения
сдвигового возмущения от фокуса ультразвукового преобразователя до точки
зондирования;
Рис.2.4. Экспериментальное ультразвуковое оборудование
Путем компьютерного моделирования было установлено, что когерентное накопление
данных комплексного доплеровского сигнала при малом отношении сигнал/шум имеет
существенные преимущества по сравнению с некогерентным накоплением, и может
существенно повысить точность измерений. Данная возможность была реализована в
блоке регистрации. Дополнительно было введено сглаживание зависимости
индуцированных смещений в режиме реального времени, которое также повышает
точность измерений с
- Київ+380960830922