Forskare från Graduate School of Systems and Information Engineering vid University of Tsukuba skapade en teoretisk modell för att beskriva rörelsen av ultraljudsvågor i närvaro av flera bubblor. Detta arbete kan hjälpa läkare att utforma nya diagnostiska och terapeutiska tillämpningar av ultraljudsteknik.

Fokuserade medicinska ultraljudsbehandlingar för att ablatera tumörer eller bryta upp njursten med chockvågslitotripsi kan erbjuda chansen till förbättrade patientresultat utan exponering för elektromagnetisk eller partikelstrålning. Men dessa metoder förlitar sig på en förståelse för hur ultraljudsvågor rör sig genom komplexa miljöer, såsom levande vävnad. Detta gäller särskilt för tumörablationsterapi, som fungerar genom att styra värmen som skapas från ultraljudet för att förstöra sjuka celler. Mer kompletta vågutbredningsekvationer behövs för att säkerställa att dessa modaliteter implementeras korrekt.

Nu har forskare vid University of Tsukuba utökat den konventionella modellen för ljudvågsutbredning till att omfatta flera bubblor. Ekvationen Khokhlov—Zabolotskaya—Kuznetsov (KZK) har tidigare använts som en förenklad modell för ickelinjär utbredning av fokuserat ultraljud i en ren vätska. Att kunna skriva en enda ekvation för att modellera olinjärt ultraljud, bubbeloscillationer och temperaturfluktuationer på ett konsekvent sätt öppnar vägen mot mikrobubblor förbättrade medicinska tillämpningar.

"En matematisk modell för medicinska tillämpningar som använder bubblor bör beskriva olinjäriteten hos både ultraljudsutbredning och bubbeloscillation", säger författaren professor Tetsuya Kanagawa. Forskarna använde en metod för att kombinera skalor av flera storlekar genom att beräkna de volymetriska genomsnittliga grundläggande ekvationerna för bubbliga vätskor. De resulterande ekvationerna hade termer för icke-linjära effekter, ljudavledning, dispersion och fokusering. Speciellt berodde själva spridningstermen på tre faktorer:gränsytans vätskeviskositet, vätskekompressibilitet och den termiska ledningsförmågan hos gas inuti bubblor.

"I framtida förbättringar kan vi lägga till teoretiska förlängningar av KZK-ekvationen som inkluderar de viskösa effekterna av bulkvätska, elasticiteten hos kroppsvävnader och värmeöverföring", säger professor Kanagawa. En tidig tillämpning är användningen av mikrobubblor som kontrastmedel för att förbättra upplösningen av ultraljudsbilder. De kan emellertid också utvidgas till interventioner som åstadkommer den riktade ablationen av vävnader. + Utforska vidare

Direkt ljudutskrift är en potentiell spelväxlare inom 3D-utskrift, enligt forskare