Teoretisk model, der beskriver bevægelsen af ​​ultralydsbølger i nærværelse af flere bobler

Forskere fra Graduate School of Systems and Information Engineering ved University of Tsukuba skabte en teoretisk model til at beskrive bevægelsen af ​​ultralydsbølger i nærværelse af flere bobler. Dette arbejde kan hjælpe læger med at designe nye diagnostiske og terapeutiske anvendelser af ultralydsteknologi.

Fokuserede medicinske ultralydsbehandlinger til ablation af tumorer eller opbrydning af nyresten med chokbølgelitotripsi kan tilbyde chancen for forbedrede patientresultater uden udsættelse for elektromagnetisk eller partikelstråling. Disse metoder er imidlertid afhængige af en forståelse af, hvordan ultralydsbølger bevæger sig gennem komplekse miljøer, såsom levende væv. Dette gælder især for tumorablationsterapi, som virker ved at dirigere varmen fra ultralyden til at ødelægge syge celler. Mere komplette bølgeudbredelsesligninger er nødvendige for at sikre, at disse modaliteter implementeres korrekt.

Nu har forskere ved University of Tsukuba udvidet den konventionelle model for lydbølgeudbredelse til at omfatte flere bobler. Khokhlov-Zabolotskaya-Kuznetsov (KZK) ligningen er tidligere blevet brugt som en forenklet model for den ikke-lineære udbredelse af fokuseret ultralyd i en ren væske. At være i stand til at skrive en enkelt ligning til at modellere ikke-lineær ultralyd, bobleoscillationer og temperaturudsving på en konsistent måde åbner vejen mod mikrobobleforstærkede medicinske applikationer.

"En matematisk model for medicinske anvendelser, der bruger bobler, bør beskrive ikke-lineariteten af ​​både ultralydsudbredelse og bobleoscillation," siger forfatter professor Tetsuya Kanagawa. Forskerne brugte en metode til at kombinere flere størrelsesskalaer ved at beregne de volumetriske gennemsnitlige basisligninger for boblende væsker. De resulterende ligninger havde udtryk for ikke-lineære effekter, lydspredning, spredning og fokusering. Især afhang selve spredningsbegrebet af tre faktorer:grænsefladevæskeviskositet, væskekompressibilitet og den termiske ledningsevne af gas inde i bobler.

"I fremtidige forbedringer kan vi tilføje teoretiske udvidelser af KZK-ligningen, der inkorporerer de viskøse virkninger af bulkvæske, elasticiteten af ​​kropsvæv og varmeoverførsel," siger professor Kanagawa. En tidlig anvendelse er brugen af ​​mikrobobler som kontrastmidler til at forbedre opløsningen af ​​ultralydsbilleder. De kan dog også udvides til indgreb, der udfører den målrettede ablation af væv. + Udforsk yderligere

Direkte lydprint er en potentiel game-changer inden for 3D-print, ifølge forskere