Nonlinear model of acoustical attenuation and speed of sound in a bubbly medium
Notice bibliographique
Résumé
The presence of microbubbles (MBs) in a medium changes the medium's acoustic properties and increases the attenuation of the bubbly medium. Current models of ultrasound attenuation in a bubbly medium are based on linear approximations; that is MB undergoes very small amplitude oscillations. Thus linear models of attenuation are not valid in many regimes used in diagnostic and therapeutic ultrasound applications. In this study, a model is developed that incorporates the nonlinear attenuation and sound speed by deriving the complex wave number from the Calfish model for the propagation of acoustic waves in a bubbly medium. Using the methods of nonlinear dynamics, we have classified the behavior of MBs for a wide range of frequencies and applied pressures. The results of the bubble oscillations are visualized using the bifurcation diagrams of the radial oscillations of the MBs as a function of the incident pressure. It is shown that depending on the frequency of the ultrasound wave, the nonlinear oscillations of the MBs can be classified into 5 main categories in which the MBs oscillations exhibit: 1. Linear resonance (fr), 2. Pressure-dependent resonance (fs), 3. Sub Harmonic (SH) resonance (fSH), 4. Pressure-dependent SH resonance (fpSH) and 5. Higher order SH resonance oscillations (fn). Results show that when MBs are sonicated by their fr, the effective attenuation of the medium can potentially decrease as the pressure increases, which is in good agreement with experimental observations. When sonicated with their fs, the effective attenuation of the medium is smaller than in the case of fr. This happens only below a pressure threshold that corresponds to the saddle node bifurcation in the corresponding bifurcation diagram. Above this pressure, the effective attenuation and sound speed increase abruptly by ~5 and ~2 folds, respectively. In the other classified sonication regimes (fSH, fsSH and fn) (3-5), the attenuation and sound speed changes are negligible below the pressure threshold corresponding to the SH oscillations. As soon as the pressure increases above the threshold for SH oscillations (e.g. period doubling in the bifurcation diagram), the effective attenuation increases abruptly (~ up to 3 fold), however the maximum exhibited attenuation is ~10 to 50 folds smaller than the maximum attenuation in case of sonication with fr and fs.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».