Тема: Математическая модель первичного взаимодействия ультразвуковых волн с биологической тканью

На протяжении многих лет учёные всего мира принимают активное участие в изучении ультразвукового воздействия на живые организмы. За это время проводились многочисленные исследования по обнаружению положительных и отрицательных влияний высокочастотных звуковых колебаний на биологические ткани. Выяснилось, что с помощью ультразвуковой терапии возможно не только бороться с воспалениями, отёками, спазмами, но и ускорить регенеративные восстановительные процессы, изменить чувствительность рецепторов, повлиять на скорость проведения нервных импульсов, максимально устранить последствия травм органов опорно-двигательного аппарата. Ультразвук терапевтической частоты (800 - 3000 кГц) осуществляет микромассаж клеток, облегчает транспортировку в ткани организма лекарственных препаратов, позволяет повысить проницательность клеточной мембраны. К тому же стало известно, что с его помощью можно улучшать работу сосудов мозга, а значит, обострять память и внимательность, бороться с хронической усталостью. Совсем недавно в университете Вирджинии ученые получили доказательство еще одного положительного влияния высокочастотных колебаний на мозг — их использование позволило обострить осязательные возможности человека[1].
Актуальность данной темы обусловлена важностью и относительно малой изученностью механизмов влияния ультразвука и современных ультразвуковых технологий, применяемых в биологии и медицине, на ткани живого организма.
В наши дни высокочастотные колебания имеют широкую сферу применения не только в биологии и медицине, но и в промышленной деятельности, а также при проведении комплексных научных исследований на стыке различных научных направлений, с применением нанотехнологий. Так, например, совсем недавно российские учёные научились использовать кремниевые наночастицы для уничтожения раковых клеток с помощью ультразвука, не затрагивая здоровые ткани[2].
Понимание процессов распространения УЗ волн в биологических тканях и механизмов их взаимодействия с живыми клетками играет важнейшую роль при создании и оптимизации новейшего ультразвукового медицинского оборудования. Однако, несмотря на обилие фактического материала, касающегося влияния ультразвуковых волн на биологические ткани, в литературе практически отсутствуют полезные математические модели, описывающие комплексное воздействие ультразвука на живые клетки человеческого организма. Отчасти это связано с особенностями и мультипараметричностью выбранной модельной системы. Построить наиболее точную математическую модель влияния ультразвуковых процессов на тканевом и клеточном уровнях, найти не только аналитическое её описание, но и численное решение - насущная научная проблема, имеющая не только теоретическое, но и важное практическое значение.
Целью настоящего исследования является построение математической модели, описывающей механизмы первичного взаимодействия ультразвука терапевтического диапазона интенсивностей с тканями человеческого организма.

Купить

1. Ультразвук оказывает различные типы воздействия на биологическую ткань: механическое, физико-химическое, тепловое. Степень влияния ультразвука на биологическую ткань зависит от природы и параметрических характеристик ультразвуковых волн.
2. Построена математическая модель первичного взаимодействия ультразвуковых волн с биологической тканью, представляющая собой систему дифференциальных уравнений, которая описывает взаимосвязь интенсивности ультразвукового излучения с температурой нагреваемого участка биологической ткани, а также скорость изменения концентрации живых клеток.
3. Представлена программа более тщательного исследования модели (5), позволяющая наблюдать динамический процесс изменения значения функции управления Ip, характеризующей интенсивность, которая зависит от температуры нагреваемой ткани в каждый конкретный момент времени.
Представлен графический интерфейс программы ( Рис. 5, 6), начальные данные и момент выполнения алгоритма, описывающего систему (5).

Купить