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    El anillo caliente produce pulsos de ultrasonido alimentados por microondas de forma inalámbrica

    Imágenes termoacústicas de generación de ondas de ultrasonido desde el resonador de anillo dividido, de Lan et al. 2020, Figura 3 (doi 10.1117 / 1.AP.2.3.036006) Crédito:SPIE

    La ecografía es uno de los caballos de batalla de un hospital moderno. Golpea la trifecta de ser relativamente barato, portátil y no invasivo. Hacer que los futuros padres se emocionen un poco con las imágenes del feto también es una ventaja apreciada.

    Pero la ecografía tiene sus limitaciones. Su resolución suele estar limitada por la longitud de onda acústica, que es bastante largo, en comparación con las longitudes de onda ópticas. Esto se ve agravado por las limitaciones de los transductores acústicos:generalmente están optimizados para un pequeño rango de frecuencias acústicas, que limita la resolución de las mediciones del tipo de tiempo de vuelo. Luego está el problema de hacer que las ondas sonoras entren y salgan del cuerpo. El gran desajuste entre las propiedades acústicas del cuerpo humano y el aire (o un micrófono sólido) puede generar grandes pérdidas. Para superar este problema, científicos e ingenieros han encontrado algunas soluciones bastante creativas, como sumergir parcialmente al paciente en un baño para mejorar la adaptación acústica. Ser capaz de colocar fuentes acústicas en cualquier parte del cuerpo con una buena adaptación acústica evitaría estos problemas. Pero la tecnología actual no lo permite porque los transductores requieren una fuente de alimentación voluminosa.

    Lan y colegas, Informes en la revista de acceso abierto revisada por pares. Fotónica avanzada , han desarrollado un transductor de ultrasonido inalámbrico que se excita eficazmente con microondas. El resultado es un parche simple lleno de aceite que se puede colocar en cualquier parte del cuerpo. Sin pilas sin cables, y sin baño.

    El bucle de alambre induce buenas vibraciones.

    El principio básico se basa en utilizar la absorción de microondas para generar ondas sonoras. Las microondas son un excelente compromiso entre imágenes fotoacústicas, que tiene alta resolución pero baja profundidad de imagen, e imágenes de ultrasonido tradicionales. Las microondas dan como resultado una resolución más baja en comparación con los sistemas ópticos, pero la dispersión también es mucho menor, por lo que la profundidad de excitación ya no es un problema. Pero, La absorción corporal de microondas también es muy baja. por lo que las ondas sonoras generadas son muy débiles.

    La potencia absorbida es proporcional a la amplitud de las microondas. Un microondas de alta amplitud inducirá una onda acústica más fuerte. El desafortunado efecto secundario es que, sin darte cuenta, puedes cocinar a la persona que estás imaginando. Para evitar cocciones involuntarias, las microondas deben concentrarse justo donde se necesitan. Esto es lo que hace el dispositivo que han desarrollado Lan y sus colegas.

    La técnica se basa en las propiedades del resonador de anillo dividido. Un resonador de anillo dividido es un bucle de cable que está roto. Cuando se expone a microondas, una corriente fluye en el anillo. Pero, porque el anillo no esta completo, la carga "se acumula" en la brecha, creando un gran voltaje entre los extremos del cable. Este gran voltaje oscilante significa que, solo en la brecha, la potencia absorbida es alta, y las ondas acústicas inducidas termoelásticamente se producen de manera eficiente.

    Ahora, un resonador implica que es más eficiente a una frecuencia de radiación particular. Los resonadores de anillo dividido no son una excepción:la frecuencia de resonancia está controlada por el diámetro del anillo de alambre y el medio en el que se coloca. Lan y sus colegas eligieron un diámetro de aproximadamente 13 mm, que resuena a unos 2,3 GHz en el aire, y 2,5 GHz en aceite. Pero, la característica más importante es el ancho de banda del resonador. Aquí, los investigadores se enfrentan a una elección. Para aumentar la cantidad de potencia absorbida, es beneficioso tener un resonador que tenga un ancho de banda muy estrecho. Sin embargo, para producir pulsos de sonido muy cortos, el ancho de banda debe ser muy amplio. Los investigadores terminaron con un resonador de anillo dividido con un ancho de banda de aproximadamente 200 MHz, aproximadamente de 10 a 20 veces mayor que la de un transductor piezoeléctrico tradicional.

    Resonador inalámbrico conformal

    La flexibilidad del resonador de anillo dividido se demostró mediante una serie de experimentos que demostraron que podría usarse para generar mezclas de frecuencias de ultrasonido pulsando la excitación de microondas. Se produjeron frecuencias acústicas de hasta aproximadamente 2,5 MHz, pero, basado en el ancho de resonancia del resonador de anillo dividido, Es probable que se produzcan frecuencias más altas.

    Probablemente el mayor beneficio es que el resonador es solo un anillo de cobre. Colocando el anillo en un sobre de plástico con un poco de aceite (el aceite absorbe las microondas y coincide con las propiedades acústicas del cuerpo), el anillo puede colocarse en cualquier parte del cuerpo y excitarse de forma remota. Los investigadores lo demuestran utilizando un fantasma de mama. El anillo se colocó debajo del pecho, y el equipo de detección en la parte superior. Las señales de ultrasonido excitadas inalámbricamente eran fuertes, y los investigadores muestran que se requieren tan solo 10 mW de potencia promedio para obtener una señal de ultrasonido.

    Ahora que se ha demostrado la prueba de principio, el siguiente paso debe ser construir un sistema de imágenes.


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