Inter-Particle Effects with a Large Population in Acoustofluidics

The ultrasonic manipulation of cells and bioparticles in a large population is a maturing technology. There is an unmet demand for improved theoretical understanding of the particle–particle interactions at a high concentration. In this study, a semi-analytical method combining the Jacobi–Anger expansion and two-dimensional finite element solution of the scattering problem is proposed to calculate the acoustic radiation forces acting on massive compressible particles. Acoustic interactions on arrangements of up to several tens of particles are investigated. The particle radius ranges from the Rayleigh scattering limit (ka«1) to the Mie scattering region (ka≈1). The results show that the oscillatory spatial distribution of the secondary radiation force is related to the relative size of co-existing particles, not the absolute value (for particles with the same radius). In addition, the acoustic interaction is non-transmissible for a group of identical particles. For a large number of equidistant particles arranged along a line, the critical separation distance for the attraction force decreases as the number of particles increases, but eventually plateaus (for 16 particles). The range of attraction for the formed cluster is stabilized when the number of aggregated particles reaches a certain value.

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On the Calculation of Radiation Force on Spheres Due to Arbitrary Spatially Distributed Acoustic Beams

Volume 1: 20th Biennial Conference on Mechanical Vibration and Noise, Parts A, B, and C ◽

10.1115/detc2005-85660 ◽

2005 ◽

Author(s):

Glauber T. Silva ◽

Mostafa Fatemi

Keyword(s):

Acoustic Radiation ◽

Scattering Problem ◽

Plane Waves ◽

Acoustic Scattering ◽

Radiation Force ◽

Solid Sphere ◽

Force Function ◽

Cross Section Area ◽

Spatially Distributed ◽

Sphere Radius

This work presents a theory for the acoustic radiation force exerted on a solid sphere by an arbitrary spatially distributed beam. The theory is developed for an sphere suspended in an ideal fluid. We assume that the acoustic beam can be decomposed in a set of plane waves with same frequency, propagating in different directions. The sphere radius is considered to be much smaller than the wavelength of the beam. Bulk properties of the sphere such as shear and compressional sound speed are taken into account. The radiation force is obtained by solving the linear acoustic scattering problem for the sphere. Theoretically, the radiation force depends on the sphere cross section area, the radiation force function, and the vector energy flux upon the sphere. The radiation force function is related to the sphere scattering properties. We apply the developed theory to study the radiation force produced by an spherical concave transducer. The generated radiation force can be decomposed into two components, namely, axial and transverse with respect to the wave propagation direction. The ratio between the transverse and axial components of the force depends on the transducer F-number and wave frequency. Results show that this ratio for a 2 MHz transducer with 3.5 F-number on the focal plane is less than 5%.

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Rationale Abklärung von Lebererkrankungen

Therapeutische Umschau ◽

10.1024/0040-5930/a000889 ◽

2017 ◽

Vol 74 (3) ◽

pp. 79-86

Author(s):

Leona von Köckritz ◽

Andrea De Gottardi

Keyword(s):

Acoustic Radiation ◽

Radiation Force ◽

Acoustic Radiation Force ◽

Acoustic Radiation Force Impulse ◽

Alkalische Phosphatase ◽

Gamma Glutamyltransferase ◽

Alpha 1 Antitrypsin

Zusammenfassung. Im klinischen Alltag werden häufig erhöhte Leberwerte beobachtet. In der Regel erfordern sie weitere Abklärungen bezüglich der möglichen Ätiologie und des Schweregrad einer akuten oder chronischen Lebererkrankung. Die Abklärung sollte dabei neben einer gezielten Anamnese und sorgfältigen klinischen Untersuchung, auch die Bestimmung von laborchemischen Markern für Cholestase und Leberfunktionsstörungen (wie Alkalische Phosphatase, gamma-Glutamyltransferase, Bilirubin, Albumin und Gerinnungsfaktoren) umfassen. Die Bestimmung weiterer Parameter wie Ferritin und Transferrinsättigung, Autoimmunantikörper, Virusserologien, alpha-1 Antitrypsin und Coerulolasmin können weitere Hinweise für die kausalen Zusammenhänge der Leberfunktionsstörung liefern. Bei Patienten mit Lebererkrankungen ist eine sonografische Beurteilung der Leber obligat. Ergänzend zur Sonografie werden heute weitere nicht-invasive Methoden wie Fibroscan, Acoustic Radiation Force Impulse Elastometrie und Magnet-Resonanz-Elastografie zur Beurteilung der Leberfibrose eingesetzt. In ausgewählten Fällen ist eine Leberbiopsie notwendig, um den Grad der Fibrose und die Ätiologie der Lebererkrankung zu eruieren. Mithilfe eines Fallbeispiels, diskutieren die Autoren im Folgenden die rationale Anwendung diagnostischer Tests und deren korrekte Interpretation und schlagen eine Orientierungshilfe zur rationalen Abklärung von Patienten mit Lebererkrankungen vor.

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Neue Horizonte bei der Lebersonographie

Praxis ◽

10.1024/1661-8157/a001112 ◽

2012 ◽

Vol 101 (18) ◽

pp. 1161-1166

Author(s):

Hagara ◽

Schwarzenbach ◽

Cerny

Keyword(s):

Acoustic Radiation ◽

Radiation Force ◽

Acoustic Radiation Force ◽

Acoustic Radiation Force Impulse

Dank technologischer Verbesserungen und einer immer besser werdenden klinischen Evidenzlage wird der diagnostische Ultraschall im Vergleich zu den Röntgen- und Magnetresonanzverfahren vermehrt eingesetzt. Dies nicht nur aus Kostengründen, sondern auch um der Zunahme der Strahlenbelastung der Bevölkerung durch diagnostische ionisierende Strahlen entgegenzuwirken. In der folgenden Übersichtsarbeit versuchen die Autoren die neuesten Entwicklungen im Bereich des Leberultraschalls vorzustellen. Bemerkenswert sind Verfahren, die eine dynamische Untersuchung der Leberdurchblutung mittels Kontrastmittelultraschall (Schwefelhexafluorid SonoVue®) und damit Verbesserungen bei der Charakterisierung von fokalen Leberläsionen wie Metastasen extrahepatischer Tumoren, Regeneratsknoten bei Leberzirrhose, fokaler nodulärer Hyperplasie, hepatozellu-lärem Karzinom, Leberhämangiom, Leberadenom sowie fokaler Mehr- oder Minderverfettung ermöglichen. Ebenfalls wichtig sind Techniken, die eine Bestimmung der Gewebekonsistenz mittels transienter Elastographie (Fibroscan), ARFI (Acoustic Radiation Force Impulse) oder Echtzeit-Gewebe-Elastographie erlauben. Die Quantifizierung des Steatosegrads ist für Diagnose und Verlaufsbeurteilung von Leberpathologien unabdingbar.

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