Исследователи разработали сверхчувствительный широкополосный прозрачный ультразвуковой преобразователь

«Ультразвуково-фотоакустическая двухмодальная система визуализации» сочетает в себе контрастность молекулярной визуализации с ультразвуковой визуализацией и может визуализировать молекулярную и структурную информацию внутри тела в режиме реального времени без какого-либо ионизирующего излучения. Это преимущество дает возможность улучшить медицинскую диагностику, предоставляя разнообразную физиологическую и гистологическую информацию, обеспечивая большую точность и безопасность для пациентов.

Однако интеграция оптического и ультразвукового путей всегда снижает производительность системы в обычных ультразвуковых преобразователях. Поэтому новый преобразователь, который может обеспечить простую и плавную интеграцию, имеет решающее значение для практического применения.

Профессор Чулхонг Ким (факультет электротехники, факультет конвергентной ИТ-инженерии, факультет машиностроения и Школа конвергентных наук и технологий), доктор Сонхи Чо (факультет электротехники) и доктор философии. кандидат Минсу Ким (факультет конвергентной ИТ-инженерии) в Университете науки и технологий Пхохана (POSTECH) решил проблемы, присущие традиционным ультразвуковым фотоакустическим системам, разработав новый прозрачный ультразвуковой преобразователь (TUT), демонстрирующий высокие характеристики.

Результаты их исследований были опубликованы в Природные коммуникации.

Ультразвуковой датчик передает или принимает ультразвук. Обычные ультразвуковые преобразователи обычно изготавливаются с использованием нескольких непрозрачных слоев для максимизации акустических характеристик, и их невозможно легко интегрировать в световые пути. Это фундаментальное ограничение всегда снижает производительность как оптических, так и ультразвуковых систем.

Хотя во многих недавних исследовательских проектах активно изучается использование прозрачных материалов в TUT для решения этой проблемы, достижение прозрачности и наилучших акустических характеристик во всех слоях преобразователя по-прежнему остается проблемой.

Это исследование демонстрирует прозрачный материал с использованием диоксида кремния (SiO₂)-эпоксидный композит и применил его к новому TUT. Новый TUT демонстрирует исключительную оптическую прозрачность (>80%) и поддерживает ту же полосу пропускания (±30% на центральной частоте), что и традиционные непрозрачные ультразвуковые преобразователи.

Использование нового TUT в ультразвуково-фотоакустической двухмодальной системе привело к достижению отношения глубины к разрешению, превышающего 500 для ультразвуковой визуализации и 370 для фотоакустической визуализации. Эти соотношения в три-шесть раз выше, чем у традиционных фотоакустических одиночных систем. Примечательно, что это исследование нарушает общепринятый предел отношения глубины к разрешению в 200 в фотоакустических исследованиях, достигая 370.

Эта система визуализации также легко позволяет выполнять сложную структурную и функциональную визуализацию живых животных и людей.

Профессор POSTECH Ким выразил свой оптимизм, заявив: «Применение этой технологии распространяется на различные медицинские устройства, охватывая такие задачи, как использование световой стимуляции для манипуляций с клетками, использование лазерной хирургии для удаления опухоли и использование ультразвука для исследования остаточной ткани. Наше стремление заключается в том, что это исследование будет полезно в различных областях, в том числе в тех, где используются ультразвуковые и оптические датчики, такие как мобильные устройства и робототехника».