弱非线性聚焦超声波在含有多个气泡的粘弹性介质中

科学领域:

• 声学 声学 在声学方面
• 生物物理学的生物物理.
• 医学物理 医学物理

背景情况:

• 聚焦超声波和气泡动力学对于癌症治疗等医疗应用至关重要.
• 软组织粘弹性和泡相互作用的建模是复杂的.
• 现有的模型往往简化了液体特性或泡行为.

研究的目的:

• 开发一个全面的数学模型,用于聚焦超声波传播在具有多个气泡的粘弹性介质中.
• 为了研究组织粘性弹性对超声波非线性传播和泡振荡的影响.
• 分析弹性的冲击波形成和波生成的影响.

主要方法:

• 理论推导使用扰动扩张和多个尺度方法.
• 对于具有气泡的粘弹性介质,霍赫洛夫-扎博洛茨卡亚-库兹涅佐夫 (KZK) 方程的扩展.
• 对压力波动和频谱的数值解决方案和快速里叶变换 (FFT) 分析.
• 纳入泽纳粘弹性模型和凯勒-米克西斯泡方程.

主要成果:

• 液体弹性降低了超声波的非线性,消散和分散.
• 弹性增加了超声波相速和泡振荡的自然频率.
• 组织弹性抑制了高波的产生,并保留了基本的频率组件.
• 对水和肝脏组织进行了空间压力分布和频率分析.

结论:

• 开发的模型准确地描述了在具有多个气泡的粘弹性介质中的超声波传播.
• 组织粘性弹性在改变超声波特征方面发挥着重要作用.
• 弹性抑制了冲击波的形成,提高了聚焦超声波治疗的安全性和有效性.