Научная тема: «МОЩНЫЕ УЛЬТРАЗВУКОВЫЕ ПУЧКИ: ДИАГНОСТИКА ИСТОЧНИКОВ, САМОВОЗДЕЙСТВИЕ УДАРНЫХ ВОЛН И ВОЗДЕЙСТВИЕ НА СРЕДУ ПРИ ЛИТОТРИПСИИ»
Специальность: 01.04.06
Год: 2008
Основные научные положения, сформулированные автором на основании проведенных исследований:
  1. Интеграл Рэлея применим для расчёта полей вогнутых акустических источников больших волновых размеров. Ошибочно использовать распространённое в литературе допущение о равномерном распределении скорости на колеблющейся поверхности при описании ультразвукового излучения пьезоэлектрических источников, поскольку указанное распределение существенно искажается возникающими на краю источника волнами Лэмба.
  2. Разработанный в работе новый метод акустической голографии позволяет проводить количественное измерение параметров колебания поверхности ультразвуковых источников, помещённых в жидкость, и расчёт излучаемых акустических полей. Классический метод лазерной виброметрии не может быть применён для прямого измерения смещения поверхностей в жидкостях из-за маскирующего эффекта акустооптического взаимодействия на пути пробного лазерного луча.
  3. Акустические импульсы ударноволновых литотриптеров вызывают в жидкости кратковременную кавитацию инерционного типа, при которой вблизи коллапсирующих пузырьков возникают вторичные ударные волны с пиковым давлением, превышающим давление в исходном импульсе. Главной причиной создания в почечных камнях повышенных напряжений, приводящих к образованию макротрещин, являются сдвиговые волны, которые возникают на боковой поверхности камня под действием распространяющейся в жидкости ударной волны.
  4. В мощных акустических пучках в режиме образования пилообразных волн возникает тепловое самовоздействие вследствие диссипации энергии волны на ударных участках, причём указанный эффект значительно более выражен по сравнению с самовоздействием гармонических волн той же амплитуды. При фокусировке мощных акустических импульсов возникает явление нелинейного насыщения, заключающееся в том, что с ростом давления в излучаемой волне пиковое давление в фокусе ограничивается на уровне, примерно равном произведению характерного внутреннего давления в жидкости на квадрат угла схождения исходного пучка.
  5. При распространении пучков пилообразных волн в кубично-нелинейных средах с малой дисперсией возникает эффект безынерционной самофокусировки, которая, в отличие от случая сильной дисперсии, не приводит к существенному росту амплитуды из-за принципиально неустранимого поглощения на ударных фронтах.
Список опубликованных работ
1.Пономарев А.Е., Булатицкий С.И., Сапожников О.А. Компрессия и усиление ультразвукового импульса, отраженного от одномерной слоистой структуры. – Акуст. журн., 2007, т. 53, № 2, с. 157–167.

2.Сапожников О.А., Пономарев А.Е., Смагин М.А. Нестационарная акустическая голография для реконструкции скорости поверхности акустических излучателей. – Акуст. журн., 2006, т.52, №3, с. 385–392.

3.Смагин М.А., Нагулин Н.Е., Пономарёв А.Е., Сапожников О.А. Влияние дискретизации задержки в диаграммоформирующих устройствах ультразвуковых диагностических систем на качество фокусировки. – Биомедицинские технологии и радиоэлектроника, 2006, № 1-2, с. 85-88.

4.Пономарёв А.Е., Смагин М.А., Булатицкий С.И., Сапожников О.А. Временное обращение волн в задачах компрессии импульсов и нестационарное акустической голографии. – В сб. «Акустика неоднородных сред», под ред. С.А. Рыбака, М., 2005, с. 69-89.

5.Руденко О.В., Сапожников О.А. Явления самовоздействия пучков волн, содержащих ударные фронты. - Успехи физ. наук, 2004, т. 174, № 9, с. 973-989.

6.Сапожников О.А., Пищальников Ю.А., Морозов А.В. Восстановление распределения нормальной скорости на поверхности ультразвукового излучателя на основе измерения акустического давления вдоль контрольной поверхности. - Акуст. журн., 2003, т. 49, № 3, с. 416-424.

7.Сапожников О.А., Синило Т.В.. Акустическое поле вогнутой излучающей поверхности при учете дифракции на ней. - Акуст. журн., 2002, т. 48, № 6, с. 813-821.

8.Пищальников Ю.А., Сапожников О.А., Синило Т.В. Повышение эффективности генерации сдвиговых волн в желатине при нелинейном поглощении фокусированного ультразвукового пучка. - Акуст. журн., 2002, т. 48, № 2, с. 253-259.

9.Сапожников О.А., Кудрявцев А.Г. Симметрии и связанные с ними свойства обобщенного уравнения Хохлова-Заболотской. – Сборник трудов семинара научной школы проф. В.А. Красильникова, Москва, 2002, с. 145-158.

10.Катиньоль Д., Сапожников О.А. О применимости интеграла Рэлея к расчету поля вогнутого фокусирующего излучателя. - Акуст. журн., 1999, т. 45, № 6, с. 816-824.

11.Гайдуков Ю.П., Данилова Н.П., Сапожников О.А. Моды колебаний изотропного диска, слабо зависящие от его толщины. - Акуст. журн., 1999, т. 45, № 2, с. 195-203.

12.Сапожников О.А., Синило Т.В. Повышение эффективности нагрева жидкости мощным ультразвуковым пучком за счет формирования ударных участков в профиле волны. -Известия Академии Наук, серия физическая, 1998, т. 62, № 12, с. 2371-2374.

13.Кудрявцев А.Г., Сапожников О.А. Некоторые свойства интенсивных звуковых пучков, описываемых обобщенным уравнением Хохлова-Заболотской. - Акуст. журн., 1998, т. 44, № 6, с. 808-813.

14.Кудрявцев А.Г., Сапожников О.А.Симметрии обобщенного уравнения Хохлова-Заболотской. - Акуст. журн., 1998, т. 44, № 5, с. 628-633.

15.Руденко О.В., Сапожников О.А. Волновые пучки в кубично-нелинейных средах без дисперсии. - ЖЭТФ, 1994, т. 106, № 2 (8), с. 395-413.

16.Руденко О.В., Сапожников О.А. Безынерционная самофокусировка недиспергирующих волн с широким спектром. - Квантовая электроника, 1993, т. 20, № 10, с. 1028-1030.

17.Мусатов А.Г., Сапожников О.А. Фокусировка слабых акустических импульсов. -Вест. Моск. ун-та, сер. 3, физ.-астр., 1993, т. 34, № 4, с. 94-97.

18.Дубровский А.Н., Сапожников О.А. Наблюдение нелинейной эволюции акустических импульсов в отсутствие дифракции. - Вест. Моск. ун-та, сер. 3, физ.-астр., 1993, т. 34, № 4, с. 67-73.

19.Мусатов А.Г., Сапожников О.А. Нелинейные эффекты при фокусировке акустических импульсов с ударным фронтом. - Акуст. журн., 1993, т. 39, № 3, с. 510-516.

20.Мусатов А.Г., Сапожников О.А. Фокусировка мощных акустических импульсов при различных углах раскрытия волнового фронта. - Акуст. журн., 1993, т. 39, № 2, с. 315-320.

21.Андреев В.Г., Вероман В.Ю., Денисов Г.А., Руденко О.В., Сапожников О.А. Нелинейно-акустические аспекты экстракорпоральной литотрипсии. - Акуст. журн., 1992, т. 38, № 4, с. 588-593.

22.Мусатов А.Г., Руденко О.В., Сапожников О.А. Учет нелинейной рефракции и нелинейного поглощения при фокусировке мощных импульсов. - Акуст. журн., 1992, т. 38, № 3, с. 502-510.

23.Сапожников О.А. Фокусировка мощных акустических импульсов. - Акуст. журн., 1991, т. 37, № 4, с. 760-769.

24.Руденко О.В., Сапожников О.А. Мощные акустические пучки: самовоздействие разрывных волн, фокусировка импульсов и экстракорпоральная литотрипсия. -Вест. Моск. ун-та, сер. 3, физ.-астр., 1991, т. 32, № 1, с. 3-17.

25.Руденко О.В., Сагатов М.М., Сапожников О.А. Тепловая самофокусировка пилообразных волн. - ЖЭТФ, 1990, т. 98, № 3 (9), с. 808-818.

26.Карабутов А.А., Руденко О.В., Сапожников О.А. Тепловая самофокусировка слабых ударных волн. - Акуст. журн., 1989, т. 35, № 1, с. 67-70.

27.Руденко О.В., Сапожников О.А. Теоретическое описание тепловой самофокусировки пилообразных звуковых волн. - Вест. Моск. ун-та, сер. 3, физ.-астр., 1988, т. 29, № 6, с. 91-92.

28.Карабутов А.А., Руденко О.В., Сапожников О.А. Теория тепловой самофокусировки с учетом формирования ударных волн и акустических течений. - Акуст. журн., 1988, т. 34, № 4, с. 644-650.

29.Карабутов А.А., Руденко О.В., Сапожников О.А. Система уравнений для описания тепловой самофокусировки звука в жидкости. - Вест. Моск. ун-та, сер. 3, физ.-астр., 1988, т. 29, № 4, с. 63-66.

30.Sapozhnikov, O.A., Maxwell, A.D., MacConaghy, B., and Bailey, M.R. A mechanistic analysis of stone fracture in lithotripsy. - J. Acoust. Soc. Am., 2007, v. 112, no. 2, pp. 1190-1202.

31.Owen, N.R., Bailey, M.R., Crum, L.A., Sapozhnikov, O.A., and Trusov, L.A. The use of resonant scattering to identify stone fracture in shock wave lithotripsy. - J. Acoust. Soc. Am., 2007, v. 121, no. 1, Express Letters, pp. EL41-EL47.

32.Sapozhnikov, O.A., Bailey, M.R., Maxwell, A.D., MacConaghy, B., Cleveland, R.O., McAteer, J.A., and Crum, L.A. Advantage of a broad focal zone in SWL: synergism between squeezing and shear. - in “Renal Stone Disease” (Proceedings of the 1st International Urolithiasis Research Symposium, Indianapolis, 2006), ed. by A.P. Evan, J.E. Lingeman, and J.C. Williams, American Institute of Physics, Melville, NY, 2007, pp. 351-355.

33.Pishchalnikov, Y.A., Sapozhnikov, O.A., Bailey, M.R., Pishchalnikova, I.V., Williams Jr., J.C., and McAteer, J.A. Cavitation selectively reduces the negative-pressure phase of lithotripter shock pulses. - Acoustics Research Letters Online (ARLO), 2005, v. 6, no. 4, pp. 280-286.

34.Cleveland, R.O., and Sapozhnikov, O.A. Modeling elastic wave propagation in kidney stones with application to shock wave lithotripsy. - J. Acoust. Soc. Am., 2005, v. 118, no. 4, pp. 2667-2676.

35.Crum, L.A., Bailey, M.R., Guan, J., Hilmo, P.R., Kargl, S.G., Matula, T.J., and Sapozhnikov, O.A. Monitoring bubble growth in supersaturated blood and tissue ex vivo and the relevance to marine mammal bioeffects. - Acoustics Research Letters Online (ARLO), 2005, v. 6, no. 3, pp. 214-220.

36.Lafon, C., Zderic, V., Noble, M.L., Yuen, J.C., Kaczkowski, P.G., Sapozhnikov, O.A., Chavrier, F., Crum, L.A., and Vaezy, S. Gel phantom for use in high-intensity focused ultrasound dosimetry. - Ultrasound Med. Biol., 2005, v. 31, no. 10, pp. 1383-1389.

37.Bailey, M.R., Pishchalnikov, Y.A., Sapozhnikov, O.A. Cleveland, R.O. McAteer, J.A. Miller, N.A. Pishchalnikova, I.V. Connors, B.A. Crum, L.A. and Evan, A.P. Cavitation detection during shock wave lithotripsy. - Ultrasound Med. Biol., 2005, v. 31, no. 9, pp. 1245-1256.

38.Sapozhnikov, O.A., Morozov, A.V., Ponomarev, A.E., and Smagin, M.A. Characterization of therapeutic and diagnostic ultrasound sources using acoustic holography and optical schlieren method. – Proceedings of International Symposium “Topical Problems of Nonlinear Wave Physics” (NWP-2005), Russian Academy of Sciences, Institute of Applied Physics, Nizhny Novgorod, 2005, pp. 91-92.

39.Sapozhnikov, O.A., Morozov, A.V., and Cathignol, D. Acoustic holography and laser vibrometry to characterize vibration of piezoceramic and piezocomposite transducers used in ultrasound therapy. – in “High Intensity acoustic waves in modern technological and medical applications” (Proceedings of Joint Workshop of Russian Acoustical Society and French Acoustical Society, Moscow, 2005), Moscow, GEOS, 2005, pp. 20-29.

40.Sapozhnikov, O.A., Trusov, L.A., Owen, N.R., Bailey, M.R., and Cleveland, R.O. Detecting fragmentation of kidney stones in lithotripsy by means of shock wave scattering. – in “Therapeutic Ultrasound” (Proceedings of 5th International Symposium on Therapeutic Ultrasound, Boston, 2005), ed. by G.T. Clement, N.J. McDannold, and K. Hynynen, AIP Conference Proceedings, v. 829, p. 308-312.

41.Sapozhnikov, O.A., Morozov, A.V., and Cathignol, D. Piezoelectric transducer surface vibration characterization using acoustic holography and laser vibrometry. – Proceedings of 2004 IEEE UFFC 50th Anniversary Joint Conference (Montreal, Canada, August 23-27, 2004), pp. 161-164.

42.Sapozhnikov, O.A., Bailey, M.R., Maxwell, A.D., MacConaghy, B., Cleveland, R.O., and Crum, L.A. Assessing the mechanism of kidney stone comminution by a lithotripter shock pulse. - Proceedings of 4th International Symposium on Therapeutic Ultrasound (September 18-20, 2004, Kyoto, Japan), ed. by G.R. ter Haar and I. Rivens, AIP Conference Proceedings, v. 754, pp. 164-166.

43.Brysev, A.P., Lyakhov, G.A., Maslov, I.A., Oppengeim, V.D., Petnikov, V.G., Pereselkov, S.A., Korshak, B.A., Sapozhnikov, O.A., Rybak, S.A., and Serebryanny, A.N. Acoustic methods for sounding of natural media. - Physics of Wave Phenomena, 2003, v. 11, no. 4, pp. 177-219.

44.Pishchalnikov, Y.A., Sapozhnikov, O.A., Bailey, M.R., Williams Jr., J.C., Cleveland, R.O., Colonius, T., Crum, L.A., Evan, A.P., and McAteer, J.A. Cavitation bubble cluster activity in the breakage of kidney stones by lithotripter shockwaves. - Journal of Endourology, 2003, v. 17, no. 7, pp. 435-446.

45.Sapozhnikov, O.A., Cleveland,R.O., Bailey, M.R., and Crum, L.A. Modeling of stresses generated by lithotripter shock wave in cylindrical kidney stone. - Proceedings of 3rd International Symposium on Therapeutic Ultrasound (Lyon, France, 2003), edited by J.Y. Chapelon and C. Lafon, INSERM, Lyon, 2003, pp. 323-328.

46.Sapozhnikov, O.A., Khokhlova, V.A., Bailey, M.R., Williams, Jr., J.C., McAteer, J.A., Cleveland, R.O., and Crum, L.A. Effect of overpressure and pulse repetition frequency on cavitation in shock wave lithotripsy. - J. Acoust. Soc. Am., 2002, v. 112, no. 3, Pt. 1, pp. 1183-1195.

47.Morozov, A.V., Sapozhnikov, O.A., and Pishchalnikov, Y.A. Method of measurements of vibrational velocity on ultrasonic source surface: Numerical analysis of accuracy. - Physics of Vibrations, 2002, v. 10, no. 2, pp. 93-99.

48.Sapozhnikov, O.A., Bailey, M.R., Crum, L.A., Miller, N.A., Cleveland, R.O., Pishchalnikov, Y.A., Pishchalnikova, I.V., McAteer, J.A., Connors, B.A., Blomgren, P.M., and Evan, A.P. Ultrasound-guided localized detection of cavitation during lithotripsy in pig kidney in vivo. - Proceedings of 2001 IEEE Ultrasonics Symposium (Atlanta, Georgia, October 7-10, 2001), v. 2, pp. 1347-1350.

49.Cleveland, R.O., Sapozhnikov, O.A., Bailey, M.R., and Crum, L.A. A dual passive cavitation detector for localized detection of lithotripsy-induced cavitation in vitro. - J. Acoust. Soc. Am., 2000, v. 107, no. 3, pp. 1745-1758.

50.Chapelon, J.-Y., Cathignol, D., Cain, C., Ebbini, E., Kluiwstra, J.-U., Sapozhnikov, O.A., Fleury, G., Berriet, R., Chupin, L., and Guey, J.-L. New piezoelectric transducers for therapeutic ultrasound. - Ultrasound in Medicine and Biology, 2000, v. 26, no. 1, pp. 153-159.

51.Cathignol, D., Sapozhnikov, O.A., and Theillere, Y. Comparison of acoustic fields radiated from piezoceramic and piezocomposite focused radiators. - J. Acoust. Soc. Am., 1999, v. 105, no. 5, pp. 2612-2617.

52.Tavakkoli, J., Cathignol, D., Souchon, R., and Sapozhnikov, O.A. Modeling of pulsed finite-amplitude focused sound beams in time domain. - J. Acoust. Soc. Am., 1998, v. 104, № 4, pp. 2061-2072.

53.Cathignol, D., Sapozhnikov, O.A., and Zhang, J. Lamb waves in piezoelectric focused radiator as a reason for discrepancy between O’Neil formula and experiment.- J. Acoust. Soc. Am., 1997, v. 101, № 3, pp. 1286-1297.

54.Dupenloup, F., Chapelon, J.Y., Cathignol, D.J., and Sapozhnikov, O.A. Reduction of the grating lobes of annular arrays used in focused ultrasound surgery. - IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control, 1996, v. 43, № 6, pp. 991-998.