Моделирование процесса распространения звука в грудной клетке человека. Часть 3. Учет прохождения звука по бронхиальному дереву

Abstract

На основе ранее разработанных математических моделей грудной клетки и бронхиального дерева предложен обобщенный метод, который позволяет количественно оценивать на поверхности грудной клетки уровни звука, прошедшего от трахеи двумя путями - "структурным" (через средостение) и "воздушным" (через бронхиальное дерево). Результаты численного анализа показали, что уровни звука на поверхности грудной клетки в основном определяются той частью звука, который прошел через бронхиальное дерево. Установлено, что частотная зависимость колебательной скорости на поверхности грудной клетки имеет три характерных пика. Низкочастотный максимум обусловлен резонансом между паренхимой легких и реберно-мышечным слоем, а среднечастотный и высокочастотный - резонансными явлениями в столбе воздуха в бронхиальном дереве.

На базі побудованих раніше математичних моделей грудної клітки й бронхіального дерева запропоновано узагальнений метод, який дозволяє кількісно оцінити на поверхні грудної клітки рiвнi звуку, що пройшов від трахеї двома шляхами - "структурним" (крізь середостіння) й "повiтряним" (крiзь бронхіальне дерево). Результати чисельного аналізу показали, що рівні звуку на поверхні грудної клітки в основному визначаються тією частиною звуку, що пройшла крізь бронхіальне дерево. Встановлено, що частотна залежність коливальної швидкості на поверхні грудної клітки має три характерні піки. Низькочастотний пік обумовлений резонансом поміж паренхімою легенів та реберно-м'язовим шаром, а середньочастотний і високочастотний піки обумовлені резонансними явищами у стовпі повітря у бронхіальному дереві.

On the basis of previously developed mathematical models of the thorax and bronchial tree, a generalized method is proposed which allows the quantitative assessment of level of the sound propagating from the trachea to chest surface in two ways: the "structural" (through the mediastinum) and "air" one (through the bronchial tree). The results of numerical analysis have shown that sound levels at the chest surface are predominantly determined by the sound passed through the bronchial tree. It was found that frequency dependence of the vibrational velocity on the chest surface has three characteristic peaks. The low frequency maximum is caused by a resonance between the pulmonary parenchyma and the rib-muscle layer, while the mid- and low-range ones occur due to resonance phenomena of air column in the bronchial tree.