A imagem de ultrassom é um dos cavalos de batalha em um hospital moderno. Ele atinge a tríade de ser relativamente barato, portátil e não invasivo. Fazer com que os futuros pais fiquem um pouco emocionados com as imagens do feto também é uma vantagem apreciada.

Mas a ultrassonografia tem suas limitações. Sua resolução é muitas vezes limitada pelo comprimento de onda acústica, que é bastante longo, em comparação com os comprimentos de onda ópticos. Isso é agravado pelas limitações dos transdutores acústicos:eles são normalmente otimizados para uma pequena faixa de frequências acústicas, que limita a resolução das medições do tipo tempo de voo. Depois, há a questão de fazer as ondas sonoras entrarem e saírem do corpo. A grande incompatibilidade entre as propriedades acústicas do corpo humano e do ar (ou de um microfone sólido) pode causar grandes perdas. Para superar esse problema, cientistas e engenheiros criaram algumas soluções bastante criativas, como imergir parcialmente o paciente em um banho para melhorar a combinação acústica. Ser capaz de colocar fontes acústicas em qualquer lugar do corpo com uma boa combinação acústica evitaria esses problemas. Mas a tecnologia atual não permite isso porque os transdutores requerem uma fonte de energia volumosa.

Lan e colegas, relatórios no jornal de acesso aberto revisado por pares Fotônica Avançada , desenvolveram um transdutor de ultrassom sem fio que é eficientemente excitado por microondas. O resultado é um adesivo simples cheio de óleo que pode ser colocado em qualquer parte do corpo. Sem baterias, sem fios, e sem banho.

O laço de arame induz boas vibrações

O princípio básico é baseado no uso de absorção de microondas para gerar ondas sonoras. As microondas são um excelente compromisso entre a imagem fotoacústica, que tem alta resolução, mas baixa profundidade de imagem, e imagens de ultrassom tradicionais. Microondas resultam em resolução mais baixa em comparação com sistemas ópticos, mas a dispersão também é muito menor, então a profundidade de excitação não é mais um problema. Mas, a absorção de microondas pelo corpo também é muito baixa, portanto, as ondas sonoras geradas são muito fracas.

A potência absorvida é proporcional à amplitude das microondas. Um microondas de alta amplitude induzirá uma onda acústica mais forte. O infeliz efeito colateral é que você pode inadvertidamente cozinhar a pessoa que está imaginando. Para evitar cozinhar inadvertidamente, as microondas devem ser concentradas apenas onde são necessárias. É isso que faz o dispositivo que Lan e seus colegas desenvolveram.

A técnica depende das propriedades do ressonador de anel dividido. Um ressonador de anel dividido é um loop de fio que está quebrado. Quando exposto a microondas, uma corrente flui no anel. Mas, porque o anel não está completo, a carga "se acumula" na lacuna, criando uma grande tensão entre as pontas do fio. Esta grande tensão oscilante significa que, apenas na lacuna, a potência absorvida é alta, e as ondas acústicas induzidas termoelasticamente são produzidas de forma eficiente.

Agora, um ressonador implica que ele é mais eficiente em uma determinada frequência de radiação. Ressonadores de anel dividido não são exceção:a frequência ressonante é controlada pelo diâmetro do anel de arame e o meio no qual ele é colocado. Lan e colegas escolheram um diâmetro de cerca de 13 mm, que ressoa em cerca de 2,3 GHz no ar, e 2,5 GHz em óleo. Mas, o recurso mais importante é a largura de banda do ressonador. Aqui, os pesquisadores enfrentam uma escolha. Para aumentar a quantidade de energia absorvida, é benéfico ter um ressonador com largura de banda muito estreita. Contudo, para produzir pulsos de som muito curtos, a largura de banda precisa ser muito ampla. Os pesquisadores acabaram com um ressonador de anel dividido com uma largura de banda de cerca de 200 MHz, cerca de 10 a 20 vezes maior do que um transdutor piezoelétrico tradicional.

Ressonador sem fio conformal

A flexibilidade do ressonador de anel dividido foi demonstrada por uma série de experimentos mostrando que ele poderia ser usado para gerar misturas de frequências de ultrassom pulsando a excitação de microondas. Frequências acústicas de até cerca de 2,5 MHz foram produzidas, mas, com base na largura de ressonância do ressonador de anel dividido, frequências mais altas provavelmente podem ser produzidas.

Provavelmente, o maior benefício é que o ressonador é apenas um anel de cobre. Ao colocar o anel em um envelope plástico com um pouco de óleo (o óleo absorve as microondas e combina com as propriedades acústicas do corpo), o anel pode ser colocado em qualquer parte do corpo e excitado remotamente. Os pesquisadores demonstram isso usando um fantasma de mama. O anel foi colocado sob o peito, e o equipamento de detecção no topo. Os sinais de ultrassom sem fio excitados eram fortes, e os pesquisadores mostram que apenas 10mW de potência média são necessários para obter um sinal de ultrassom.

Agora que a prova de princípio foi mostrada, a próxima etapa deve ser construir um sistema de imagem.