Wetenschappers van de Graduate School of Systems and Information Engineering aan de Universiteit van Tsukuba hebben een theoretisch model ontwikkeld voor het beschrijven van de beweging van ultrasone golven in de aanwezigheid van meerdere bellen. Dit werk kan artsen helpen bij het ontwerpen van nieuwe diagnostische en therapeutische toepassingen van ultrasone technologie.

Gerichte medische ultrasone behandelingen voor het wegnemen van tumoren of het opbreken van nierstenen met schokgolflithotripsie kunnen de kans bieden op verbeterde patiëntresultaten zonder blootstelling aan elektromagnetische of deeltjesstraling. Deze methoden zijn echter afhankelijk van een goed begrip van de manier waarop ultrasone golven door complexe omgevingen, zoals levend weefsel, bewegen. Dit geldt met name voor tumorablatietherapie, die werkt door de warmte die door de echografie wordt gecreëerd, te richten om zieke cellen te vernietigen. Er zijn meer complete golfvoortplantingsvergelijkingen nodig om ervoor te zorgen dat deze modaliteiten correct worden geïmplementeerd.

Nu hebben wetenschappers van de Universiteit van Tsukuba het conventionele model van geluidsgolfvoortplanting uitgebreid met meerdere bubbels. De Khokhlov-Zabolotskaya-Kuznetsov (KZK) vergelijking is eerder gebruikt als een vereenvoudigd model voor de niet-lineaire voortplanting van gefocusseerde ultrageluid in een zuivere vloeistof. In staat zijn om een ​​enkele vergelijking te schrijven om niet-lineaire echografie, bellenoscillaties en temperatuurschommelingen op een consistente manier te modelleren, opent de weg naar medische toepassingen met verbeterde microbellen.

"Een wiskundig model voor medische toepassingen waarbij bellen worden gebruikt, zou de niet-lineariteit van zowel ultrasone voortplanting als bellenoscillatie moeten beschrijven", zegt auteur professor Tetsuya Kanagawa. De wetenschappers gebruikten een methode om schalen met meerdere maten te combineren door de volumetrische gemiddelde basisvergelijkingen voor bubbelende vloeistoffen te berekenen. De resulterende vergelijkingen hadden termen voor niet-lineaire effecten, geluidsdissipatie, dispersie en focussering. In het bijzonder hing de dissipatieterm zelf af van drie factoren:grensvlak vloeibare viscositeit, vloeistof samendrukbaarheid en de thermische geleidbaarheid van gas in bellen.

"In toekomstige verfijningen kunnen we theoretische uitbreidingen van de KZK-vergelijking toevoegen die de viskeuze effecten van bulkvloeistof, de elasticiteit van lichaamsweefsels en warmteoverdracht bevatten", zegt professor Kanagawa. Een vroege toepassing is het gebruik van microbellen als contrastmiddel voor het verbeteren van de resolutie van ultrasone beelden. Ze kunnen echter ook worden uitgebreid tot interventies die de gerichte ablatie van weefsels bewerkstelligen. + Verder verkennen

Direct geluidsprinten is een potentiële game-changer in 3D-printen, volgens onderzoekers