Las imágenes por ultrasonido son uno de los caballos de batalla en un hospital moderno. Golpea la trifecta de ser relativamente barato, portátil y no invasivo. La capacidad de hacer que los futuros padres se emocionen un poco con las imágenes del feto también es una ventaja apreciada.
Pero la ecografía tiene sus limitaciones. Su resolución a menudo está limitada por la longitud de onda acústica, que es bastante larga, en comparación con las longitudes de onda ópticas. Esto se ve agravado por las limitaciones de los transductores acústicos: generalmente están optimizados para un pequeño rango de acústicafrecuencias, lo que limita la resolución de las mediciones de tipo de tiempo de vuelo. Luego está el problema de hacer que las ondas de sonido entren y salgan del cuerpo. La gran falta de coincidencia entre las propiedades acústicas del cuerpo humano y el aire o un micrófono sólidopuede provocar grandes pérdidas. Para superar este problema, los científicos e ingenieros han encontrado algunas soluciones bastante creativas, como sumergir parcialmente al paciente en un baño para mejorar la adaptación acústica. Ser capaz de colocar fuentes acústicas en cualquier parte del cuerpo con una buena adaptación acústicaevitaría estos problemas, pero la tecnología actual no lo permite porque los transductores requieren una fuente de energía voluminosa.
Lan y colegas, informando en la revista de acceso abierto revisada por pares Fotónica avanzada , han desarrollado un transductor de ultrasonido inalámbrico que es eficientemente excitado por microondas. El resultado es un simple parche lleno de aceite que se puede colocar en cualquier parte del cuerpo. Sin baterías, sin cables y sin baño.
El bucle de alambre induce buenas vibraciones
El principio básico se basa en el uso de la absorción de microondas para generar ondas de sonido. Las microondas son un excelente compromiso entre las imágenes fotoacústicas, que tienen alta resolución pero poca profundidad de imagen, y las imágenes de ultrasonido tradicionales. Las microondas resultan en una resolución más baja en comparación con los sistemas ópticos,pero la dispersión también es mucho más baja, por lo que la profundidad de excitación ya no es un problema. Pero la absorción de las microondas en el cuerpo también es muy baja, por lo que las ondas de sonido generadas son muy débiles.
La potencia absorbida es proporcional a la amplitud de las microondas. Un microondas de alta amplitud inducirá una onda acústica más fuerte. El desafortunado efecto secundario es que puede cocinar inadvertidamente a la persona que está imaginando. Para evitar cocinar accidentalmente, las microondas deben concentrarsejusto donde se necesitan. Esto es lo que hace el dispositivo que Lan y sus colegas han desarrollado.
La técnica se basa en las propiedades del resonador de anillo dividido. Un resonador de anillo dividido es un bucle de alambre que se rompe. Cuando se expone a las microondas, fluye una corriente en el anillo. Pero, debido a que el anillo no está completo, la carga"se acumula" en el espacio, creando un gran voltaje entre los extremos del cable. Este gran voltaje oscilante significa que, justo en el espacio, la potencia absorbida es alta y se producen eficientemente ondas acústicas inducidas termoelásticamente.
Ahora, un resonador implica que es más eficiente a una frecuencia particular de radiación. Los resonadores de anillo dividido no son una excepción: la frecuencia de resonancia está controlada por el diámetro del anillo de alambre y el medio en el que se coloca. Lan y colegaseligió un diámetro de aproximadamente 13 mm, que resuena a aproximadamente 2.3 GHz en aire y 2.5 GHz en aceite. Pero, la característica más importante es el ancho de banda del resonador. Aquí, los investigadores se enfrentan a una elección. Aumentar la cantidad de absorciónpotencia, es beneficioso tener un resonador que tenga un ancho de banda muy estrecho. Sin embargo, para producir pulsos de sonido muy cortos, el ancho de banda debe ser muy amplio. Los investigadores terminaron con un resonador de anillo dividido con un ancho de banda de aproximadamente 200 MHz, aproximadamente 10-20 veces mayor que la de un transductor piezoeléctrico tradicional.
resonador inalámbrico conforme
La flexibilidad del resonador de anillo dividido se demostró mediante una serie de experimentos que demostraron que podía usarse para generar mezclas de frecuencias de ultrasonido pulsando la excitación de microondas. Se produjeron frecuencias acústicas de hasta aproximadamente 2.5 MHz, pero, según la resonanciaancho del resonador de anillo dividido, es probable que se puedan producir frecuencias más altas.
Probablemente el mayor beneficio es que el resonador es solo un anillo de cobre. Al colocar el anillo en una envoltura de plástico con algo de aceite el aceite absorbe las microondas y coincide con las propiedades acústicas del cuerpo, el anillo se puede colocar en cualquier lugarel cuerpo y excitado de forma remota. Los investigadores demuestran esto usando un fantasma de seno. El anillo se colocó debajo del seno y el equipo de detección en la parte superior. Las señales de ultrasonido excitado de forma inalámbrica eran fuertes, y los investigadores muestran que tan solo 10 mW de potencia promediose requiere para obtener una señal de ultrasonido.
Ahora que se ha demostrado la prueba de principio, el siguiente paso debe ser construir un sistema de imágenes.
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