Распространения ультразвуковых волн в жидкостях, содержащих инкапсулированные пузырьки
Ученые из Университета Цукуба получили новое теоретическое уравнение распространения ультразвуковых волн через жидкости, содержащие инкапсулированные пузырьки. Они обнаружили, что включение сжимаемости оболочки пузыря было жизненно важным для точного предсказания поведения звуковых волн. Эта работа может привести к улучшению разрешения ультразвуковых изображений на основе разработки улучшенных контрастных веществ. Работа опубликована в журнале Physics of Fluids.
Распространение ультразвука в жидкости, содержащей множество сферических микропузырьков, покрытых вязкоупругой оболочкой.
Авторы и права: Физика жидкостей (2022 г.). DOI: 10.1063/5.0101219
Ультразвук стал жизненно важным инструментом в современном здравоохранении, потому что он может предоставить врачам подробные диагностические изображения безопасно и неинвазивно. Технология работает, отправляя высокочастотные звуковые волны от преобразователя и слушая эхо, создаваемое на границе между тканями различной плотности.
Основываясь на времени, которое требуется для возвращения эха, компьютер может реконструировать изображение. Однако одним из основных недостатков УЗИ является его низкое разрешение, что означает, что контрастные вещества, такие как микропузырьки, используются для эхокардиограммы или сканирования печени. Лучшее теоретическое понимание физики взаимодействия между инкапсулированными микропузырьками, обладающими толстой оболочкой, и звуковыми волнами по-прежнему необходимо для создания лучших контрастных агентов.
Теперь исследователи из Университета Цукубы вывели новые нелинейные уравнения, которые учитывают сжимаемость слоя оболочки, чтобы расширить их применимость к множеству пузырьков. Исследователи выбрали этот путь, потому что предыдущая работа не моделировала реалистичные свойства поверхности пузыря. «Мы смоделировали оболочку как вязкоупругий объект, что оказалось важным фактором в анализе», — говорит автор, профессор Тецуя Канагава.
Сжимаемость измеряет относительное изменение объема жидкости или твердого вещества в ответ на увеличение или уменьшение давления. Другие исследовательские проекты, как правило, были сосредоточены на деформации внутренней части пузыря, пренебрегая самим пузырем. Исследователи обнаружили, что эффект включения оболочки в расчеты привел к увеличению коэффициента затухания (диссипации).
«Наша работа помогает проложить путь к будущим усовершенствованиям теории затухания звука в жидкостях», — говорит профессор Канагава. Микропузырьки, изучаемые в этом проекте, также могут быть использованы в терапевтических целях, таких как адресная доставка лекарств. В этом случае звуковые волны могут привести к тому, что пузырьки лопнут в определенное время или в определенном месте тела, высвобождая лекарство.
