Investigadores de Helmholtz Zentrum München y la Universidad Técnica de Múnich TUM han desarrollado el detector de ultrasonido más pequeño del mundo. Se basa en circuitos fotónicos miniaturizados en la parte superior de un chip de silicio. Con un tamaño 100 veces más pequeño que un cabello humano promedio,el nuevo detector puede visualizar características que son mucho más pequeñas de lo que era posible anteriormente, lo que lleva a lo que se conoce como imágenes de superresolución.
Desde el desarrollo de las imágenes médicas por ultrasonido en la década de 1950, la tecnología de detección de núcleos de ondas de ultrasonido se ha centrado principalmente en el uso de detectores piezoeléctricos, que convierten la presión de las ondas de ultrasonido en voltaje eléctrico. La resolución de la imagen lograda con el ultrasonido depende del tamaño deel detector piezoeléctrico empleado. Reducir este tamaño conduce a una resolución más alta y puede ofrecer matrices de ultrasonido unidimensionales o bidimensionales más pequeñas y densamente empaquetadas con una capacidad mejorada para discriminar características en el tejido o material de la imagen. Sin embargo, reducir aún más el tamaño de los detectores piezoeléctricos afecta su sensibilidaddramáticamente, haciéndolos inutilizables para aplicaciones prácticas.
Uso de tecnología de chip de computadora para crear un detector óptico de ultrasonidos
La tecnología fotónica de silicio se usa ampliamente para miniaturizar componentes ópticos y empaquetarlos densamente en la pequeña superficie de un chip de silicio. Si bien el silicio no exhibe piezoelectricidad, su capacidad para confinar la luz en dimensiones más pequeñas que la longitud de onda óptica ya ha sido ampliamente explotadapara el desarrollo de circuitos fotónicos miniaturizados.
Los investigadores de Helmholtz Zentrum Mu? Nchen y TUM aprovecharon las ventajas de esos circuitos fotónicos miniaturizados y construyeron el detector de ultrasonido más pequeño del mundo: el detector de etalones de guía de ondas de silicio, o SWED. En lugar de registrar el voltaje de los cristales piezoeléctricos, SWED monitorea los cambios enintensidad de la luz que se propaga a través de los circuitos fotónicos miniaturizados.
"Esta es la primera vez que se usa un detector más pequeño que el tamaño de una célula sanguínea para detectar ultrasonido usando la tecnología fotónica de silicio", dice Rami Shnaiderman, desarrollador de SWED. "Si un detector piezoeléctrico se miniaturizara a la escala deSWED, sería 100 millones de veces menos sensible ".
imágenes de superresolución
"El grado en el que pudimos miniaturizar el nuevo detector manteniendo una alta sensibilidad debido al uso de fotónica de silicio fue impresionante", dice el profesor Vasilis Ntziachristos, director del equipo de investigación. El tamaño del SWED es de aproximadamente la mitad de unmicrón = 0,0005 milímetros. Este tamaño corresponde a un área que es al menos 10,000 veces más pequeña que los detectores piezoeléctricos más pequeños empleados en aplicaciones de imágenes clínicas. El SWED también es hasta 200 veces más pequeño que la longitud de onda de ultrasonido empleada, lo que significaque se puede utilizar para visualizar características que son más pequeñas que un micrómetro, lo que lleva a lo que se llama imágenes de superresolución.
económico y potente
Dado que la tecnología aprovecha la robustez y la facilidad de fabricación de la plataforma de silicio, se pueden producir grandes cantidades de detectores a una pequeña fracción del costo de los detectores piezoeléctricos, lo que hace factible la producción en masa. Esto es importante para desarrollar una serie de detectores diferentesaplicaciones basadas en ondas de ultrasonido. "Continuaremos optimizando cada parámetro de esta tecnología: la sensibilidad, la integración de SWED en arreglos grandes y su implementación en dispositivos portátiles y endoscopios", agrega Shnaiderman.
Desarrollo y aplicaciones futuras
"El detector se desarrolló originalmente para impulsar el rendimiento de las imágenes optoacústicas, que es un enfoque principal de nuestra investigación en Helmholtz Zentrum München y TUM. Sin embargo, ahora prevemos aplicaciones en un campo más amplio de detección e imágenes", dice Ntziachristos.
Si bien los investigadores apuntan principalmente a aplicaciones en diagnóstico clínico e investigación biomédica básica, las aplicaciones industriales también pueden beneficiarse de la nueva tecnología. El aumento de la resolución de las imágenes puede llevar al estudio de detalles ultrafinos en tejidos y materiales. Una primera línea de investigaciónimplica imágenes optoacústicas fotoacústicas de superresolución de células y microvasculatura en tejidos, pero el SWED también podría usarse para estudiar las propiedades fundamentales de las ondas ultrasónicas y sus interacciones con la materia en una escala que antes no era posible.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Helmholtz Zentrum München - Centro alemán de investigación para la salud ambiental . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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