Российская Академия Наук
Институт прикладной физики

Отдел
Радиофизических
методов в медицине

Добро пожаловать !

Общие сведения
Направления исследований
Конференции и семинары
Новости сайта
English version
ИПФ РАН
E-mail:
603950, Нижний Новгород, ул. Ульянова 46
Телефон: (8312) 36-56-60 Факс: (8312) 36-37-92

НИЗКОЧАСТОТНЫЕ ВИБРОАКУСТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ.

Исторически первым возникло направление, связанное с количественными исследованиями виброакустической активности сердечно-сосудистой системы. Существенным успехом середины 70-х годов в этом направлении было измерение в наземных условиях и в космическом полете абсолютных значений спектральных компонент силы, действующей на тело человека при работе сердца. Разработанные для измерения колебаний тела в условиях невесомости пьезоакселерометры ПАМТ и их конструктивные элементы вплоть до настоящего времени используются не только в целях медицинской, но и технической вибродиагностики.

С 1980 г. в интересах клинической и космической медицины были начаты исследования вибраций тела человека, сопровождающих локомоционные акты. При этом было показано, что по спектрам сигналов, измеренных в соответствующих точках, можно оценить состояние суставных поверхностей, степень поражения костно-хрящевого аппарата, устойчивость вертикальной позы, выраженность болевого синдрома и др. Удалось зарегистрировать неизвестные ранее колебания статически напряженных мышц в диапазоне частот 3 кГц, вероятнее всего, связанные с движениями белковых макромолекул при мышечном сокращении.

В связи с возникновением проблемы интерфейсов для человеко-машинных систем и электронных протезов органов сформулированы идеи создания дополнительных сенсорных каналов и новые подходы к исследованию функций анализаторов, основанные на измерении случайных ошибок в их работе. Так, для бицепса человека продемонстрировано в эксперименте, что зависимость флуктуаций его напряжения от величины этого напряжения качественно совпадает с законом Вебера-Фехнера, описывающего основную для психофизики зависимость силы ощущения от величины стимула.

Исследования реологических характеристик биологических тканей, основанные на использовании низкочастотных (сдвиговых) акустических колебаний и волн, были начаты при решении метрологических проблем регистрации локальных колебаний тела человека контактными приемниками, в первую очередь акселерометрами ПАМТ. Очень быстро стало ясно, что эти исследования имеют большое самостоятельное значение для контроля тонких перестроек внутренней структуры биотканей в ходе естественных физиологических или патологических процессов, открывают новые возможности и для фундаментальных исследований нейрофизиологических механизмов контроля и управления состоянием органов и систем человека.
Основу работ, которые ведутся в этом направлении в ИПФ, составляет создание новых средств и методов исследования низкочастотных акустических волн в биотканях и эксперименты по исследованию сдвиговых линейных и нелинейных механоакустических свойств биотканей в различных условиях. Из разработанных средств измерений наиболее значимыми являются оригинальные портативные и компьютерные измерители деформационно-нагрузочных и
импедансных характеристик биотканей, контактные и дистанционные средства контроля параметров поверхностных волн и сдвиговых волн в глубине тканей. Они использованы для экспериментальных исследований препаратов легких, печени и почек кролика, ткани мозга человека во время операции, ожоговых рубцов, поверхностных мышц человека в условиях неповрежденного организма на взрослых и детях, на спортсменах, на больных с различными патологиями, на здоровых при внешней электрической стимуляции и в ходе реализации виброрефлекса и коленного рефлекса.
Для интерпретации измерений и анализа механо-акустических характеристик биотканей предложены модели формирования упругих полей вибрационного источника в биологической ткани, а также микроструктурные и континуальные модели формирования акустических характеристик биотканей.