Wassersprudler mit Wasseranschluss

Die Untersuchung der Wechselwirkung von Blasen mit Stoßwellen und Ultraschall wird auch als „akustische Kavitation“ bezeichnet. Sie ist für viele biomedizinische Anwendungen mit Schallwellen wichtig. Der Einsatz von Stoßwellen und Ultraschall bei medizinischen Behandlungen ist wegen ihrer Nicht-Invasivität attraktiv. In diesem Überblick stellen wir eine Vielzahl von akustischen Blasenwechselwirkungen vor, wobei der Schwerpunkt auf der Stoßwellen-Blasenwechselwirkung und Blasenwolkenphänomenen liegt.

Die Dynamik einer einzelnen sphärisch oszillierenden Blase ist ziemlich gut verstanden. Wenn jedoch eine nahe Oberfläche vorhanden ist, kollabiert die Blase häufig mit einem Hochgeschwindigkeitsstrahl nicht-sphärisch. Die Richtung des Strahls hängt vom „Widerstand“ der Grenze ab: Die Luftblase strahlt in Richtung einer starren Grenze, spaltet sich in der Nähe einer elastischen Grenze und strahlt von einer freien Oberfläche weg. Das Vorhandensein einer Schockwelle verkompliziert die Blasendynamik zusätzlich. Wir diskutieren sowohl experimentelle Studien mit Hochgeschwindigkeitsfotografie als auch numerische Simulationen mit Stoßwellen-Blasen-Interaktion.

Bei biomedizinischen Anwendungen entstehen oft Wolken von Luftblasen (bestehend aus vielen einzelnen Luftblasen) anstelle einer einzelnen Luftblase. Die Dynamik einer solchen Blasenwolke ist noch komplexer. Wir werden einige Phänomene zeigen, die in einem hochintensiven gerichteten Ultraschallfeld (HIFU) beobachtet wurden. Der nichtlineare Charakter des Schallfeldes und die komplexe Wechselwirkung zwischen den Luftblasen in einer Wolke sind eine Herausforderung für ein umfassendes Verständnis der Physik der Luftblasenwolke in HIFU. Wir schließen den Artikel mit einigen Bemerkungen zu den Herausforderungen, die vor uns liegen.