Efectos de la propagación no lineal de ultrasonido enfocado en la cavitación estable de una burbuja única
Autores: Bakhtiari-Nejad, Marjan; Shahab, Shima
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2018
Acceso abierto
Artículo científico
Categoría
Artes
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 23
Citaciones: Sin citaciones
Muchas aplicaciones biomédicas, como la entrega de fármacos dirigida por ultrasonido, la terapia génica y la imagenología molecular, implican problemas de manipulación de microburbujas mediante un campo de presión de ultrasonido focalizado de alta intensidad (HIFU); a saber, la cavitación estable. En un campo acústico de alta intensidad, las burbujas demuestran inestabilidad translacional, el conocido movimiento errático de baile, que es causado por las oscilaciones de forma de las burbujas que son excitadas por sus oscilaciones de volumen. La literatura sobre la dinámica de burbujas en el campo de HIFU se centra principalmente en experimentos, careciendo de un estudio sistemático para determinar el umbral para las oscilaciones de forma y el movimiento translacional. En este trabajo, ampliamos la plataforma de modelado matemático multifísico existente sobre la dinámica de burbujas para tener en cuenta (1) la compresibilidad del líquido, que nos permite aplicar un campo acústico de alta intensidad; (2) las interacciones mutuas de la pulsación de volumen, los modos de forma y el movimiento translacional; así como (3) los efectos de la no linealidad, la difracción y la absorción de HIFU para incorporar la no linealidad acústica debido a la cinemática de ondas o medio, todo en un solo modelo. Se examinan los efectos de la no linealidad acústica en las pulsaciones radiales, los modos axisimétricos de oscilaciones de forma y el movimiento translacional de una burbuja, sometida a excitación en resonancia y fuera de resonancia y diversas presiones acústicas. Los resultados revelan la importancia de considerar todos los armónicos involucrados y la distorsión de ondas en la dinámica de burbujas, para predecir con precisión las oscilaciones, las trayectorias translacionales y el umbral para la cavitación inercial (inestable). Este resultado es de interés para comprender los comportamientos dinámicos de las burbujas observados experimentalmente en el campo de HIFU.
Descripción
Muchas aplicaciones biomédicas, como la entrega de fármacos dirigida por ultrasonido, la terapia génica y la imagenología molecular, implican problemas de manipulación de microburbujas mediante un campo de presión de ultrasonido focalizado de alta intensidad (HIFU); a saber, la cavitación estable. En un campo acústico de alta intensidad, las burbujas demuestran inestabilidad translacional, el conocido movimiento errático de baile, que es causado por las oscilaciones de forma de las burbujas que son excitadas por sus oscilaciones de volumen. La literatura sobre la dinámica de burbujas en el campo de HIFU se centra principalmente en experimentos, careciendo de un estudio sistemático para determinar el umbral para las oscilaciones de forma y el movimiento translacional. En este trabajo, ampliamos la plataforma de modelado matemático multifísico existente sobre la dinámica de burbujas para tener en cuenta (1) la compresibilidad del líquido, que nos permite aplicar un campo acústico de alta intensidad; (2) las interacciones mutuas de la pulsación de volumen, los modos de forma y el movimiento translacional; así como (3) los efectos de la no linealidad, la difracción y la absorción de HIFU para incorporar la no linealidad acústica debido a la cinemática de ondas o medio, todo en un solo modelo. Se examinan los efectos de la no linealidad acústica en las pulsaciones radiales, los modos axisimétricos de oscilaciones de forma y el movimiento translacional de una burbuja, sometida a excitación en resonancia y fuera de resonancia y diversas presiones acústicas. Los resultados revelan la importancia de considerar todos los armónicos involucrados y la distorsión de ondas en la dinámica de burbujas, para predecir con precisión las oscilaciones, las trayectorias translacionales y el umbral para la cavitación inercial (inestable). Este resultado es de interés para comprender los comportamientos dinámicos de las burbujas observados experimentalmente en el campo de HIFU.