GDY ULTRADŹWIĘKI OMIJAJĄ WARSTWY ABERRACYJNE

Diagnostyka ultradźwiękowa jest podobna do działania sonaru. Wykorzystując beamformer ultradźwiękowy o wysokiej częstotliwości, system diagnostyczny wytwarza i kieruje fale akustyczne na badany obszar. Odbijając się od narządów wewnętrznych, ich tkanek i naczyń krwionośnych, fale zmieniają swoje właściwości, co jest odbierane przez aparat USG i automatycznie przekształcane w obraz graficzny.

Jakie są ograniczenia standardowego ultrasonografu

Obrazowanie ultradźwiękowe jest możliwe, ponieważ fale akustyczne przenikają przez tkankę mięśniową i narządy, ale nie są w stanie przeniknąć przez kości i metal, dlatego możliwości sprzętu ultradźwiękowego są ograniczone. Twarde materiały, takie jak metalowe płytki chirurgiczne i ludzkie kości, blokują wiązkę ultradźwięków, poważnie zniekształcając fale. W medycynie takie materiały są powszechnie określane jako warstwy aberracyjne.

Uniwersytet Północnej Karoliny stworzył całkowicie nową maszynę ultradźwiękową

Inżynierowie od dawna zmagali się z problemem warstw aberracyjnych, próbując opracować technologię, która może ominąć fizyczne właściwości materiałów aberracyjnych i pozwolić promieniowaniu ultradźwiękowemu przenikać przez metalowe obiekty i kości. Jako pierwsi zauważalny rezultat w tej dziedzinie osiągnęli pracownicy amerykańskiego Uniwersytetu Północnej Karoliny. Naukowcom udało się stworzyć strukturę wykonaną z metamateriałów, która znacznie zwiększy wydajność ultradźwięków.

Naukowcy z Północnej Karoliny proponują wykorzystanie unikalnego metamateriału o strukturze rurowej i membranach o sztucznie zdefiniowanych właściwościach, które mogą anulować efekt warstwy aberracyjnej poprzez wielokrotne wzmacnianie sygnału akustycznego. «Wynaleźliśmy unikalny metamateriał, który pozwoli sonografom znacznie rozszerzyć zakres urządzeń ultradźwiękowych w diagnostyce ultrasonograficznej i praktyce terapeutycznej. Będziemy w stanie ocenić przepływ krwi w różnych częściach mózgu i wykryć guzy nowotworowe w odpowiednim czasie za pomocą konwencjonalnej maszyny ultradźwiękowej", mówi Terry Chen Shen, kierownik badań i doktorant na University of North Carolina. "Do tej pory nie było to możliwe, ponieważ kości czaszki nie pozwalały na przenikanie fal ultradźwiękowych bez zniekształcania wizualizowanego obrazu".

 

Metamateriały ulepszyły konwencjonalny aparat USG

Wyniki symulacji komputerowej innowacyjnych metamateriałów przeznaczonych do zastosowania w czujnikach ultradźwiękowych wykazały fenomenalne rezultaty - zastosowanie konwencjonalnych czujników wykazało, że tylko 28% fal akustycznych przechodzi przez duże kości, podczas gdy sprzęt z metamateriałami zapewnił przejście sygnału z 88% czystością. Według współautora badania, dr Yun Jinga, jest to wystarczające do pokonania warstwy aberracji. "Technologia ta będzie poszukiwana zarówno do obrazowania diagnostycznego, jak i do celów terapeutycznych. Z jej pomocą diagnostyka guzów mózgu zostanie znacznie uproszczona" - jest przekonany ekspert.

Naukowcy mają nadzieję, że obiecujący rozwój otrzyma wsparcie, ponieważ będzie wykorzystywany nie tylko w stacjonarnych urządzeniach ultradźwiękowych, ale także w skanerach przemysłowych, w szczególności w inżynierii lotniczej.

Oleksiy Stakhiv, MD, BiMedis