Метаматериал для ультразвуковой диагностики

Видео: Ультразвуковая диагностика животных

Исследователи из Университета Северной Каролины (США) разработали уникальную технологию, которая позволяет ультразвуковым волнам проникать сквозь кости и металл благодаря специально подбираемым структурам из метаматериала.

Эти структуры компенсируют искажения при прохождении ультразвука через так называемые «аберрирующие слои».

«Мы разработали специальные метаматериалы, которые расширят возможности ультразвука в диагностике и лечении, в том числе при мониторинге кровообращения и лечении опухолей головного мозга. Это было затруднительно в прошлом, потому что кости черепа искажают ультразвуковые волны», - пишет ведущий автор исследования доктор Терри Шен Чен (Tarry Chen Shen), выпускник NC State.



«Эти метаматериалы могут быть использованы и в промышленности, и в аэрокосмической отрасли. Например, они позволили бы выявлять трещины глубоко в структуре металлической конструкции», - добавляет доктор Юн Джинг, преподаватель аэрокосмического инжиниринга в Университете Северной Каролины, соавтор статьи.

Ультразвуковая диагностика основана на использовании звуковых волн высокой частоты, которые проникают в ткани и отражаются от внутренних структур тела, генерируя изображение на экране. Когда звуковая волна наталкивается на некоторые препятствия, такие как кость или металл, изображение искажается. Такие препятствия называют «аберрирующими слоями».

Американские исследователи решили эту проблему с помощью индивидуально подбираемых структур из метаматериала, которые позволяют учесть акустические свойства аберрирующего слоя и свести к минимуму его влияние. В структурах из метаматериала используется серия мембран и мелких трубочек с необходимыми акустическими характеристиками.

Ученые тестировали новую технологию пока лишь во время компьютерной симуляции, а физический прототип устройства только в проекте. Во время симуляции только 28% энергии ультразвука проходило через кость, если метаматериал не использовался. С метаматериалом около 88% энергии ультразвуковых волн проникало сквозь аберрирующий слой и достигало цели.



Технологию планируют применять в первую очередь для медицинских устройств. Прежде всего, это позволит ультразвуковым волнам проникать сквозь кости черепа для лечения («сжигания») опухолей мозга.