Nueva tecnología con ultrasonido penetra hueso y metal

Los investigadores han desarrollado una técnica que permite que el ultrasonido penetre el hueso y el metal, utilizando estructuras personalizadas que compensan la distorsión que suelen producir estas denominadas capas aberrantes.

“Hemos diseñado metamateriales complementarios que harán que sea más fácil para los profesionales de la medicina utilicen el ultrasonido para aplicaciones terapéuticas y para el diagnóstico, tales como el monitoreo del flujo sanguíneo en el cerebro o para el tratamiento de tumores cerebrales”, comentó Tarry Chen Shen, estudiante de doctorado de la Universidad Estatal de Carolina del Norte (NC) (Raleigh, EUA) y autor principal de un artículo sobre el estudio, que fue publicado el 18 de noviembre de 2014, en la revista Physical Review Letters. “Esto ha sido difícil en el pasado debido a que el cráneo distorsiona el campo acústico del ultrasonido”.

“Con el uso de esta nueva tecnología, es como si la capa aberrante ni siquiera existiese. Estos metamateriales podrían utilizarse también en aplicaciones industriales”, afirmó el Dr. Yun Jing, profesor asistente de ingeniería mecánica y aeroespacial de la Universidad Estatal de Carolina del Norte y autor principal del artículo. “Por ejemplo, nos permitiría utilizar el ultrasonido para detectar grietas en las alas de un avión por debajo del recubrimiento metálico del ala”.

La obtención de imágenes por ultrasonido se logra mediante la emisión de ondas acústicas de alta frecuencia. Cuando esas ondas rebotan sobre un objeto, regresan a la unidad de ultrasonido, que luego convierte las ondas en una imagen. Sin embargo, algunas sustancias, tales como el metal o el hueso, tienen características físicas que bloquean o distorsionan las ondas acústicas del ultrasonido. Estos materiales se denominan capas aberrantes. Los investigadores abordaron este obstáculo mediante el diseño de estructuras metamateriales personalizadas que toman en cuenta y contrarrestaran las características acústicas de la capa aberrante. La estructura metamaterial utiliza una serie de membranas y tubos pequeños para lograr las características acústicas deseadas.

Los investigadores han evaluado esta técnica utilizando simulaciones por computador y se encuentran en el proceso de desarrollo y prueba de un prototipo físico. En las simulaciones, sólo el 28% de la energía de la onda de ultrasonido logra sobrepasar una capa aberrante de hueso cuando no está colocada la estructura metamaterial. Pero con la estructura metamaterial, la simulación muestra que 88% de la energía de la onda de ultrasonido pasa a través de la capa aberrante. “En efecto, es como si la capa aberrante ni siquiera existiese”, dijo el doctor Jing.

La técnica se puede utilizar para imágenes de ultrasonido, así como para fines terapéuticos, tales como emplear el ultrasonido para aplicar energía a los tumores cerebrales con el fin de destruirlos.

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North Carolina State University