АКУСТИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ НА ПОВЕРХНОСТИ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ТКАНИ
Клочков Б. Н.
Институт прикладной физики РАН, 603600 Н.Новгород
Экспериментально и теоретически
исследованы линейные и нелинейные поверхностные упругие волны
на биологической ткани, которая могла находиться в условиях с
различным уровнем кровоснабжения, механохимических процессов,
изменения слоистой структуры. Исследование и контроль механохимических
процессов, развития напряжения мышечными слоями ткани осуществлялось
при помощи измерения параметров "звуков мышцы" -
собственных, присущих внутреннему устройству ткани, акусто-эмиссионных
явлений. Использовали комплекс вибро-акустической аппаратуры фирм
Брюль и Къер, Роботрон. Вибрации задавались вибростендом, а измерялись
акселерометром в диапазоне частот 3-400 Гц. Акселерометрически
(или микрофоном) измерялась акусто-эмиссия от мышечных слоев.
Объектом исследования являлась поверхность предплечья руки человека.
Показано, что увеличение уровня акустической эмиссии от мышцы
руки при ее напряжении в "классическом" низкочастотном
диапазоне 20-50 Гц на 10-15 дБ увеличивает скорость распространения
поверхностной волны на ткани руки в 1.6-2.5 раза на частотах 120-200Гц.
Кроме того, при мышечном напряжении зависимость разности фаз от
частоты в двух точках поверхности ткани становится существенно
более монотонной, что связано с изменением толщины слоев ткани
и их механохимических параметров. Проведены расчеты ближних акустических
полей на поверхности такой слоистой реагирующей ткани, соответствующие
результатам измерений. Предложены алгоритмы определения структурных,
вязкоупругих и активных параметров ткани при помощи поверхностных
волн. Изучены характерные слоевые эффекты резонансного типа при
вибровоздействии на поверхность ткани. Развиты теоретические представления
о природе звуков мышцы, основанные на нелинейной механохимической
модели ткани, включающей взаимодействующие и развивающие силу
активные белки-осцилляторы. Сделанные оценки характерных параметров
акустической эмиссии, сопровождающей квазистатическое мышечное
напряжение, близки измеряемым. Исследовались нелинейные акустические
эффекты при воздействии на поверхность ткани двух вибраторов с
различными частотами (двухчастотное воздействие), причем ткань
могла находиться в различных состояниях: напряженном и расслабленном.
Измерялись уровни суммарной и разностной частоты. Показано, что
в случае f1=80Гц и f2=140Гц
относительный уровень f1+f2
уменьшался при напряжении (4кГ) из расслабленного состояния в
2.8 раза, а относительный уровень f2-f1,
наоборот, увеличивался в 1.3 раза. Аналогичные результаты получены
и на других парах частот. Для сравнения отметим, что при одночастотном
воздействии на поверхность ткани наибольший уровень гармоник однозначно
связан с расслабленным состоянием, при напряжении уровень гармоник
существенно падает; на определенных частотах были зарегистрированы
также параметрические эффекты как проявление нервно-мышечного
виброрефлекса. Работа выполнена при поддержке РФФИ (проект № 97-02-18612).