Электронный журнал «Техническая акустика» ISSN 1819-2408

А. Клотц, К. Хайненен

Моделирование модификаций Девайна и Зудина уравнения Рэлея-Плессе динамики пузырька в трубке

язык: английский

получена 20.05.2010, опубликована 30.06.2010

Скачать статью (PDF, 360 кб, ZIP), используйте команду браузера "Сохранить объект как..."
Для чтения и распечатки статьи используйте «Adobe Acrobat© Reader» версии 4.0 или выше. Эта программа является бесплатной, ее можно получить на веб-сайте компании Adobe© (http://www.adobe.com/).

АННОТАЦИЯ

Микроскопические пузырьки используются в качестве контрастного вещества в ультразвуковых медицинских исследованиях. При моделировании поведения свободных пузырьков (находящихся в свободном пространстве) с использованием уравнения Рэлея-Плессе их динамика внутри сосуда остаётся недостаточно ясной. В статье динамика микропузырьков в цилиндрической трубке моделируется двумя модифицированными уравнениями Рэлея-Плессе. Одно из уравнений получено Ю. Б. Зудиным в 1991 г., другое - Ч. Девайном в 1961. Результаты моделирования сопоставлены друг с другом, с аналитическими решениями и с экспериментальными данными Установлено, что обе модели показывают снижение резонансной частоты и амплитуды колебаний пузырьков при уменьшении радиуса трубки.

Ключевые слова: ультразвук, контрастное вещество, пузырёк, трубка, сосуд, уравнение Рэлея-Плессе

15 страниц, 6 иллюстраций

Как сослаться на статью: А. Клотц, К. Хайненен. Моделирование модификаций Девайна и Зудина уравнения Рэлея-Плессе динамики пузырька в трубке. Электронный журнал "Техническая акустика", http://ejta.org, 2010, 11.

ЛИТЕРАТУРА

[1] J. C. Atkisson. Models for acoustically driven bubbles in channels. Ph.D. Dissertation, 2008.
[2] J. L. Bull. The application of microbubbles for targeted drug delivery. Expert Opinion on Drug Delivery, 4(5):475–493, 2007. PMID: 17880272.
[3] C. F. Caskey, D. E. Kruse, P. A. Dayton, T. K. Kitano, and K. W. Ferrara.Microbubble oscillation in tubes with diameters of 12, 25, and 195 microns. Applied Physics Letters, 88(3), 2006.
[4] C. F. Caskey, S. M. Stieger, S. Qin, P. A. Dayton, and K. W. Ferrara. Direct observations of ultrasound microbubble contrast agent interaction with the microvessel wall. The Journal of the Acoustical Society of America, 122(2):1191–1200, 2007.
[5] M. Devaud, T. Hocquet, J.-C. Bacri, and V. Leroy. The Minnaert bubble: an acoustic approach. European Journal of Physics, 29(6):1263–1285, 2008.
[6] C. Devin. Resonant frequencies of pulsating air bubbles generated in short, open-ended pipes. US Navy Technical Report, 1961.
[7] J. B. Freund. Suppression of shocked-bubble expansion due to tissue con_nement with application to shock-wave lithotripsy. The Journal of the Acoustical Society of America, 123(5):2867–2874, 2008.
[8] X. Geng, H. Yuan, H. N. Oguz, and A. Prosperetti. The oscillation of gas bubbles in tubes: Experimental results. The Journal of the Acoustical Society of America, 106(2):674–681, 1999.
[9] K. Hynynen, N. McDannold, N. Vykhodtseva, and F. A. Jolesz. Noninvasive MR Imaging-guided Focal Opening of the Blood-Brain Barrier in Rabbits. Radiology, 220(3):640–646, 2001.
[10] N. W. Jang, S. M. Gracewski, B. Abrahamsen, T. Buttaccio, R. Halm, and D. Dalecki. Natural frequency of a gas bubble in a tube: Experimental and simulation results. The Journal of the Acoustical Society of America, 126(1):EL34–EL40, 2009.
[11] A. R. Klotz, L. Lindvere, B. Stefanovic, and K. Hynynen. Temperature change near microbubbles within a capillary network during focused ultrasound. Physics in Medicine and Biology, 55(6):15–49, 2010.
[12] W. Lauterborn and H. Bolle. Experimental investigations of cavitation-bubble collapse in the neighbourhood of a solid boundary. Journal of Fluid Mechanics, 72:391–399, 1975.
[13] T. Leighton. Derivation of the Rayleigh-Plesset equation in terms of volume. ISVR Technical Reports, 1994.
[14] T. G. Leighton and R. E. Apfel. The acoustic bubble. The Journal of the Acoustical Society of America, 96(4), 1994.
[15] P. Marmottant and S. Hilgenfeldt. A bubble-driven microuidic transport element for bioengineering. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 101(26):9523–9527, 2004.
[16] H. Miao and S. Gracewski. Coupled fem and bem code for simulating acoustically excited bubbles near deformable structures. Computational Mechanics, 42:95–106, April 2008.
[17] H. Miao, S. Gracewski, and D. Dalecki. Ultrasonic excitation of a bubble inside a deformable tube: Implications for ultrasonically induced hemorrhage J. Acoust. Soc. Am., 124:2374–2384, October 2008.
[18] H. N. Oguz and A. Prosperetti. The natural frequency of oscillation of gas bubbles in tubes. The Journal of the Acoustical Society of America,103(6):3301–3308, 1998.
[19] S. Qin and K. W. Ferrara. Acoustic response of compliable microvessels containing ultrasound contrast agents. Physics in Medicine and Biology, 51:5065–5088, Oct. 2006.
[20] S. Qin and K. W. Ferrara. The natural frequency of nonlinear oscillation of ultrasound contrast agents in microvessels. Ultrasound in Medicine and Biology, 33(7):1140–1148, 2007.
[21] E. Sassaroli and K. Hynynen. Resonance frequency of microbubbles in small blood vessels: a numerical study. Physics in Medicine and Biology, 50(22):5293–5305, 2005.
[22] E. Sassaroli and K. Hynynen. On the impact of vessel size on the threshold of bubble collapse. Applied Physics Letters, 89(12), 2006.
[23] E. Sassaroli and K. Hynynen. Cavitation threshold of microbubbles in gel tunnels by focused ultrasound. Ultrasound in Medicine and Biology, 33(10):1651–1660, 2007.
[24] J. D. Sherwood. Potential flow around a deforming bubble in a venturi. International Journal of Multiphase Flow, 26(12):2005–2047, 2000.
[25] E. Stride and N. Safari. Theoretical and experimental investigation of the behaviour of ultrasound contrast agent particles in whole blood. Ultrasound in Medicine and Biology, 30(11):1495–1509, 2004.
[26] Wu. J. Theoretical study on shear stress generated by microstreaming surrounding contrast agents attached to living cells. Ultrasound in Medicine and Biology, 28:125–129(5), January 2002.
[27] T. Ye and J. L. Bull. Microbubble expansion in a flexible tube. Journal of Biomechanical Engineering, 128(4):554–563, 2006.
[28] Y. B. Zudin. Analog of the Rayleigh equation for the problem of bubble dynamics in a tube. Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 63:672–675, July 1992.

		Александр Клотц - аспирант на кафедре физики университета в Монреале (Канада). Окончил Королевский университет. Исследованиями динамики пузырьков с целью использования в медицине занимается в медицинском центре г. Торонто. e-mail: klotza(at)physics.mcgill.ca
		Куливерто Хайненен - директор отдела исследования изображений медицинского центра г. Торонто, профессор кафедры медицинской биофизики университета Торонто. Университет окончил в Финляндии, диссертацию защитил в Абердинском университете (Великобритания). Научные интересы - применение ультразвука в медицине.