№ 8 (2019)

Рассматриваются особенности применения акустических излучающих параметриче-ских антенн для акустического зондирования вертикального распределения температуры в атмосфере. Известные акустические локаторы, применяемые для этих целей, имеют раз-личные характеристики направленности на разных частотах. Параметрические излучаю-щие антенны в силу особенностей формирования виртуальной антенны сохраняют одина-ковую характеристику направленности на всех частотах генерируемых в среде волн. Од-нако неоднородность среды взаимодействия волн накачки влияет на амплитуду генерируе-мых волн. Целью работы является оценка влияния изменения скорости распространения акустических волн при различных температурах среды на параметры образованных в ре-зультате взаимодействия волн. В работе ставится задача определения влияния изменения скорости звука на характеристики параметрической антенны на основе решения уравне-ния Хохлова-Заболотской-Кузнецова для неоднородной среды. В качестве неоднородностей выбрано изменение скорости распространения акустических волн в среде с изменяющейся по трассе взаимодействия волн накачки температурой. Для решения поставленной задачи в статье рассматриваются возможные методы акустического определения вертикально-го распределения температуры в атмосфере, оцениваются преимущества и недостатки существующих методов и делается вывод о возможности использования излучающей аку-стической параметрической антенны для определения вертикального распределения тем-пературы в атмосфере. Для определения влияния изменения скорости распространения волн на характеристики параметрической антенны на основе модифицированного уравне-ния Хохлова-Заболотской-Кузнецова для неоднородной среды приводится решение, в кото-ром в явном виде обозначено изменение скорости распространения по пути распростране-ния волн. Приводятся оценки изменения и делается вывод о несущественном влиянии на амплитуду генерируемого сигнала.

В настоящее время положение дел по промыслу биологических ресурсов Мирового океана кардинально меняется. Работы связанные с экологическим мониторингом морских акваторий проводятся на федеральном, региональном, территориальном и локальном уровнях. Основной целью мониторинга состояния акваторий водоемов, является обеспече-ние компетентных органов и природопользователей информацией о количественном и ви-довом составе обитающих организмов, а также информационная поддержка процедур принятия решений в области природоохранной деятельности и экологической безопасно-сти. Систематическое обобщение информации о Мировом океане, биологических явлениях в совокупности знаний, необходимы для понимания распределения, численности и наличия рыб. Для того, чтобы не подорвать биологические запасы гидробионтов Мирового океана необходимо регулярно проводить наблюдение и научно-исследовательскую работу по коли-чественному учету биологических ресурсов, регулировать квоты на вылов рыбы и моллю-сков. В связи со сложностью учета биологических ресурсов в мелководных районах Миро-вого океана при помощи ныне существующих приборов, рассмотрены вопросы связанные с разработкой и исследованием гидролокатора траверзного обзора для мониторинга мор-ских гидробионтов на мелководье, поскольку данная тема является актуальной, и остро стал вопрос о сохранении биологического разнообразия водоемов. Технология траверзного обзора с применением гидролокатора характеризуется высокой степенью автоматизации, информативностью, оперативностью исследований и низкими трудозатратами по срав-нению с традиционными способами, основанными на использовании тралов, волокуш. Так-же необходимо отметить, что благодаря использованию данного метода не происходит травмирования обитателей водоемов, поскольку зачастую травмированные гидробионты погибают. В гидролокаторе траверзного обзора в параметрическом режиме формируется «безлепестковая» узконаправленная диаграмма направленности в вертикальной плоскости, что позволяет увеличить дальность действия до 700 метров и более. А в горизонтальной плоскости для увеличения эхоконтакта и производительности поиска формируется широ-кая диаграмма направленности (30-40 град) за счет использованием нескольких антенн накачки установленных под определенным углом относительно друг друга. Разработка и дальнейшее применение вышеуказанного гидроакустического прибора позволит создать своего рода базу данных с информацией о территориальном распределении рыбных скопле-ний в мелководных районах. Однако для практической реализации и создания таких слож-ных технических устройств требуется проведение целого комплекса прикладных научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ. Грандиозность всего, что связано с представлением человека об океане, послужила основанием для широкого распространенного мнения о неограниченности и неистощимости ресурсов Мирового океана. Однако это мнение неправомочно в отношении биологических ресурсов. Об этом свидетельствуют признаки истощения запасов рыб и других объектов промысла в нерационально облавли-ваемых районах океана.

Приведена актуальность экологического мониторинга водоемов. Описана продук-тивность различных районов Мирового океана. Предложено создание комплекса экологиче-ского мониторинга акватории. Представлена структура комплекса экологического мони-торинга водоемов, состоящего из широкополоного гидролокатора бокового обзора, пара-метрического профилографа, параметрического гидролокатора бокового обзора и пара-метрической системы мониторинга мелководных водоемов на протяженных трассах. Приведено описание широкополосных гидролокаторов бокового обзора, параметрического профилографа, параметрического гидролокатора траверзного обзора и мощной высокона-правленной широкополосной излучающей параметрической системы стационарного типа. Представлены диаграммы направленоости широкополосного гидролокатора бокового об-зора в горизонтальной и вертикальной плоскости в диапазоне рабочих частот (77, 100, 127 и 155 кГц). Приведена эхограмма обследования портового сооружения. Для параметриче-ского профилографа представлены варианты исполнения антенн накачки (забортное ис-полнение (с обтекателем) и исполнение для необитаемых аппаратов), диаграммы направ-ленности на частоте накачки (150 кГц) и на разностных частотах (10, 15, и 20 кГц), а также приведена профилограмма мелководного водоема. Для широкополосного парамет-рического гидролокатора траверзного обзора приведены преимущества прибора и пред-ставлена 3D-модель. В описании мощных высоконаправленных широкополосных излучающих параметрических систем стационарного типа представлены перспективы их приме-нения и приведено описание проведения эксперимента в Черном и Азовском морях. Стацио-нарные гидроакустические системы на основе нелинейной акустики являются перспектив-ным средством для исследования распространения акустических сигналов в морских условиях (морских волноводах), построения виртуальных акустических барьеров, создания систем управления и навигации подводными роботами (аппаратами и системами). Парамет-рические системы стационарного типа могут стать перспективным устройством для исследований временного сжатия акустических сигналов в мелком море и в волноводах, создания так называемых «виртуальных акустических барьеров», построения сети систем подводной навигации и управления движением подводных роботов и аппаратов, и построения высокопроизводительных морских зондирующих устройств в экологических целях для обнаружения погруженных объектов и неоднородностей.

Известно, что ультразвуковые методы визуализации внутренних структур биологи-ческих объектов являются более безопасными по сравнению с рентгеновской и магнитно-резонансной томографией и характеризуются меньшим количеством ограничений для про-ведения исследования. Однако существенным недостатком таких методов является не-достаточно высокая разрешающая способность. Это объясняется тем, что большинство существующих ультразвуковых диагностических систем основаны на законах линейной акустики. Одним из перспективных направлений исследований является разработка мето-дов визуализации внутренних структур биологических объектов и определения размеров и границ неоднородностей на основе нелинейного взаимодействия акустического поля с биотканями. В работе рассмотрен способ повышения точности процесса локализации неод-нородности в биообъекте. Для решения поставленной задачи используется метод замеще-ния, основанный на вычислении отношения распределения амплитуды давления вторичного поля акустического волны, прошедшей через биологический объект, имеющий патологиче-ские включения к давлению вторичного поля волны, прошедшей через однородную среду с известными нелинейными характеристиками. В статье представлено выражение, описы-вающее распределение акустического давления поля вторичных источников, на основе ко-торого были выполнены расчеты. Для проведения математического моделирования использовалась модель биообъекта состоящего из мышечной ткани и патологических включений (миомы). В рамках выполненного исследования вычислено отношение изменения давления вторичного поля для данной модели и однородной эталонной среды с известными характеристиками. Полученные данные представлены в виде контурных графиков, отражающих расположение неоднородности. Результаты расчетов показали большую эффективность использования метода замещения для процесса определения местоположения неоднородных включений в модели биообъекта по сравнению с методами визуализации, основанными на восстановлении распределения давления вторичного акустического поля. Показано, что использование метода замещения позволяет более точно определить границы неоднородностей. Поэтому метод замещения может быть использован для получения проекционных данных и восстановления распределения акустического нелинейного пара-метра в плоском срезе биологического объекта.

Рассматривается выбор оптимальных параметров акустической волны для ультразвуковой визуализации на основе нелинейных эффектов ее взаимодействия с биологическими тканями. Рассчитаны изменения давления второй гармоники при раз-личных значениях частоты и давления первой гармоники. В качестве модели рассмат-ривалась среда, состоящая из следующих биотканей: жировая ткань, мышечная ткань, цельная печень, кровь, патологическая ткань (миома). Для жировой и мышечной тканей проведен расчет изменения расстояния разрыва акустической волны при различных параметрах зондирующего импульса основной частоты. Расчет значений расстояний разрыва выполнялся с целью определения наиболее оптимального соотношения начальных характеристик ультразвуковой волны и уровня второй гармоники акустического сигнала, позволяющего визуализировать распределение акустического нелинейного параметра.

Поддержание вертикальной позы, осанки и координации являются важнейшими ней-рофизиологическими функциями, нарушение которых может свидетельствовать как о неврологических проблемах в организме, так и различных травмах опорно-двигательного аппарата. Постуральная стабильность – это способность поддерживать тело в равнове-сии. Постуральное колебание определяется как постоянное отклонение и коррекция поло-жения центра тяжести в результате высокого центра тяжести и малой опоры основа-ния в ортостатическом положении, что приводит тело в неустойчивое равновесие. Вме-сте с соматосенсорной и вестибулярной системами зрительная система обрабатывает информацию об относительном положении сегментов тела и величине сил, действующих на тело, необходимых для поддержания равновесия. Без адекватного взаимодействия ме-жду этими системами организм не может приобрести способность правильно исследо-вать и взаимодействовать с окружающей средой. Показано, что важное значение в меха-низмах постуральной регуляции играет положение центра давления, в некоторых случаях совпадающего с центром масс испытуемого объекта. Исследована возможность применения технологий стабилометрии в спорте высших достижений. Отмечена эффективность методов стабилометрии в посттравматической реабилитации и адаптации спортсменов. Были проведены исследования группы детей, занимающихся в спортивной секции тхэквон-до по методике «Допусковый контроль» до и после тренировок. Базовым показателем в методике является показатель «Качество функции равновесия», позволяющий быстро оценивать состояние спортсмена. На основе обработки экспериментальных данных получена и проанализирована динамика качества функции равновесия, на основе которой можно сделать вывод об объективности оценки равновесия и о высокой эффективности данно-го метода применимо к спорту высших достижений.

Цель: провести анализ электроэнцефалографических параметров у пациентов с ар-териальной гипертензией и с когнитивными жалобами, получающих стандартную анти-гипертензивную терапию, не имеющих сопутствующей сердечно-сосудистой патологии, с целью ранней диагностики поражения головного мозга, как основного органа мишени при артериальной гипертензии. Материалы и методы: в рамках работы было обследовано 135 человек (95 человек с артериальной гипертензией и 43 потенциально здоровых). Сред-ний возраст пациентов 63±8,2 года. В результате диагностики испытуемых разделили натри основные группы. В первую группутвошли лица без когнитивных нарушений (82 челове-ка – 60,7 % от всех испытуемых). Во вторую группу вклчали пациентов с легкими когни-тивными нарушениями (32 человека – 23,7 % от всех испытуемых). В третью группу во-шли лица с умеренными когнитианвыми нарушениями (21 человек – 15,6 %). Исследования проводились на аппарате «Энцефалан-ЭЭГР-19/26». Результаты: После проведенного лечения у большинства пациентов отмечалось редукция предьявляемых жалоб, нарастание по «Монреальской шкале» от 1 до 2 баллов, уменьшение тревоги и депрессии по «Госпи-тальной шкале», увеличение индексов по SF-36. По данным ЭЭГ отмечалось повышение частоты основного альфа-ритма и общей биоэлектрической мощности ритмики, появле-ние выраженного спектрального пика в альфа диапазоне, уменьшение мощности медленно-волновой ритмики в передних отделах, что также свидетельствует о положительной динамике, которая коррелирует с клиническими данными и данными тестов. Выводы: проведенное исследование установило диагностическую ценность количественном обработки электроэнцефалограммы (частоты основного ритма, мощности ритмов тета- и дельта-диапазона в передних отделах, общей мощности б.э.а.), которые позволяют предположить необходимость назначения дополнительной терапии к стандартному антигипертензивному лечению.

Рассматриваются вопросы оценки и контроля уровня функционирования системы управления движениями спортсменами высокой квалификации. Цель статьи заключается в проверке гипотезы о влиянии разных факторов на систему управления телом при выполне-нии движений следящего типа спортсменами высокой квалификации в рамках концепции внутренних моделей. В качестве инструментальной методики проведения тестирования использовался биомеханический комплекс с биологической обратной связи Стабилан-02 (ОКБ «Ритм», Таганрог). Специальная программа тестирования, а также разработанный алгоритм обработки экспериментальных данных, позволил собрать значительную базу данных ведущих спортсменов страны в течение 10 лет наблюдений. В данном эксперимен-те приняло участие свыше 100 спортсменов по биатлону и горным лыжам. Эксперимен-тальные данные, представленные в статье, показывают влияние выбранных фактора спортивной специализации на изменение показателей, характеризующих уровень координационных способностей у спортсменов высокой квалификации. Показано влияние трениро-вочного процесса, связанного со спецификой выполнения основного соревновательного уп-ражнения. Результаты исследования показали, что разработанная методика оценки и расчета данных, связанных с сенсомоторными коррекциями, позволяет использовать ее в практике тренировочного процесса для контроля состояния системы управления движе-ниями спортсменов. Результаты тестирования по предложенной методике позволяют повысить эффективность управление тренировочным процессом и значительно углубить понимание процессов, напрямую связанную с технической подготовкой спортсменов различной спортивной специализации и квалификации.

Электроимпедансная томография – перспективный метод медицинской визуализации, позволяющий на основании электрических измерений на поверхности проводящего объекта реконструировать поле проводимости внутри объекта (или его изменение). Для этого через исследуемый объект пропускают высокочастотный электрический ток малой амплитуды и одновременно регистрируют потенциалы на поверхности исследуемого объекта. Чувстви-тельность метода определяется чувствительностью измерительного канала устройства сбо-ра и передачи данных для электроимпедансной томографии. В работе приведено исследование чувствительности измерительного канала устройства сбора и передачи данных для электро-импедансной томографии. В работе представлено устройства сбора и передачи данных для электроимпедансной томографии, построенное на базе платы ввода/вывода L-CARD E502, а также измерительного канала данного устройства. Измерительный канал состоит из пары измерительных мультиплексоров, программируемого дифференциального усилителя и аналого-во-цифрового преобразователя. Произведена оценка влияния сопротивления мультиплексора на результат измерения разностей потенциалов. Произведена оценка теоретического предела чувствительности устройства на основании разрядности аналогово-цифрового преобразова-теля и максимального коэффициента усиления программируемого дифференциального усилите-ля. Теоретический предел чувствительности измерительного канала в составе устройствасбора и передачи данных для электроимпедансной томографии составил 1,22 мОм. Описаны причины невозможности достижения теоретического предела чувствительности на примере тестовой нагрузки. В качестве тестовой нагрузки рассмотрено кольцо из резисторов, а также кольцо из резисторов с дополнительным узлом в центре, соединяющим через резистор узлы на переферии. На основании схемотехнического моделирования тестовой нагрузки в среде схемо-технического моделирования MicroCAP приведена оценка реального предела чувствительности устройства, которое составило 35 мОм. В ходе эксперимента проводилось изменение резистора в области регистрации потенциалов с последующей оценкой изменения напряжения в области регистрации потенциалов. Повышение чувствительности возможно двумя путями: повышением разрядности аналогово-цифрового преобразователя или повышением коэффициента усиления измерительного канала путем введения дополнительных усилительных каскадов.

Первая запись Эйнтховена об электрокардиограмме (ЭКГ), выпущенная в 1904 году, будет свидетельствовать о том, что электрокардиограмма станет одним из наиболее ценных диагностических инструментов в медицине. В наш век сложных технологий визуа-лизации коронарной ангиографии такого рода технологии используются в диагностике и лечении ишемической болезни сердца. В этой связи очень важно вести учет формы волны и электрокардиограммы с помощью записывающего оборудования. В работе рассмотрена проблема разработки генератора эталонных сигналов электрокардиографии на базе мик-роконтроллеров (МК) семейства STM32. Задачами исследования является подготовка ма-тематического описания сигналов на основе пакета MATLAB для последующей передачи данных сигналов на отладочную плату МК. Предлагается аппаратное решение для созда-ния программируемого генератора сигналов для многоканального электрокардиографа с использованием микроконтроллера STM32F407VGT6. Данный микроконтроллер семейства STM32 применяется для реализации метода прямого цифрового синтеза. Созданный гене-ратор может быть использован как часть системы для контроля технического состояния многоканальных ЭКГ-аппаратов без необходимости участия человека или дополнительных затрат на тестирование. Отличительной особенностью разработанного генератора является высокая точность воспроизведения формы ЭКГ-сигнала без увеличения аппаратных средств и технической сложности. Система может использоваться для формирования других тестовых сигналов, таких как, например, синусоидальные, прямоугольные и другие сигналы в соответствии с необходимыми потребностями. Применение данного генератора сигналов ЭКГ имеет ряд преимуществ, в числе которых стоит отметить возможность формирования сигналов специальной и произвольной форм с высокой точностью и стабильностью из одного опорного колебания, наличие цифрового интерфейса с микроконтроллерным управлением частотой и фазой выходного сигнала, а также воспроизведение сигналов ЭКГ без необходимости применения дорогостоящих методов.