Material único mejora calidad del ultrasonido

Los científicos han encontrado una manera de superar una de las mayores limitaciones del ultrasonido, la mala resolución de la imagen.

Uno de los límites del ultrasonido es que el detalle obtenido es la frecuencia del sonido. Las leyes fundamentales de la física dictan que los objetos más pequeños que uno puede ver son de aproximadamente la longitud de onda de las ondas de sonido. Para el ultrasonido de los tejidos profundos en el cuerpo, por ejemplo, las ondas de sonido son típicamente de 1 MHz - 5 MHz—mucho más alto que lo que los humanos pueden oír—lo cual impone una limitación de resolución de aproximadamente 1 mm.

En un artículo que aparece en-línea en Noviembre de 2010 en la revista Nature Physics, físicos de la Universidad de California, Berkeley (UCB) y la Universidad Autónoma de Madrid (España) demuestran como captar las ondas evanescentes que rebotan en un objeto para reconstruir el detalle tan pequeño como de apenas un quinto de la longitud de onda de las ondas de sonido. Las ondas de sonido evanescentes son vibraciones cerca del objeto que se debilitan a una distancia muy corta, en contraposición a las ondas de propagación, que pueden recorrer una distancia larga.

"Con nuestro dispositivo, podemos recoger y transmitir las ondas evanescentes, que contienen una fracción sustancial de la información de la ultra-sublongitud de onda del objeto, de modo que podemos darnos cuenta de la imaginología acústica de súper-resolución", dijo el primer autor Dr. Jie Zhu, un estudiante de postgrado en el Centro de Nano-Fabricación Integrada y Escalable (SINAM), un Centro de Ingeniería y Ciencias a Nanoescala patrocinado por la Fundación Nacional de Ciencias en la UCB.

Los investigadores se refieren a su dispositivo para captar ondas evanescentes como un metamaterial estructurado hueco, tridimensional. Consta de 1.600 tubos de cobre huecos incluidos en una barra de 16-cm con una sección de cruzada cuadrada de 6,3 cm. Colocada junto a un objeto, la estructura capta las ondas evanescentes y las conduce al extremo opuesto.

En un dispositivo práctico, según el Dr. Zhu, el metamaterial puede ser montado al final de una sonda de ultrasonido para mejorar la resolución de la imagen. El dispositivo también mejoraría la sonografía bajo el agua, o sonar, así como también la evaluación no destructiva en las aplicaciones industriales.

"Para la detección de ultrasonido, la resolución de la imagen está generalmente en el rango de milímetros", dijo el coautor Dr. Xiaobo Yin. "Con este dispositivo, la resolución está solo limitada por el tamaño de los huecos".

En el estudio de los investigadores, los huecos en los tubos de cobre, eran de aproximadamente 1 mm en diámetro. Usando ondas acústicas de aproximadamente 2 kHz, la resolución de una imagen normalmente estaría limitada por la longitud de onda, o 200 mm. Con su metamaterial estructurado perforado, pueden resolver el tamaño tan pequeño como de 4 mm, o un quinto de una longitud de onda. "Sin el metamaterial, sería imposible detectar un objeto a tal profundidad de sublongitud de onda en absoluto", declaró el Dr. Yin.


Enlaces relacionados:

University of California, Berkeley
Universidad Autónoma de Madrid