Transductor de ultrasonido transparente de banda ancha ultrasensible mejora diagnóstico médico

El sistema de imágenes de modo dual ultrasonido-fotoacústico combina el contraste de imágenes moleculares con imágenes de ultrasonido. Puede mostrar detalles moleculares y estructurales dentro del cuerpo en tiempo real sin utilizar radiación ionizante. Esta característica lo hace prometedor para mejorar los diagnósticos médicos al ofrecer una variedad de detalles fisiológicos e histológicos, lo que conduce a una atención al paciente más precisa y segura. Sin embargo, la integración de vías ópticas y de ultrasonido a menudo reduce la eficiencia de los transductores de ultrasonido tradicionales. Por lo tanto, desarrollar un transductor que sea capaz de una integración simple y perfecta es vital para su aplicación en el mundo real. Los investigadores ahora han abordado estos problemas que enfrentan los sistemas fotoacústicos de ultrasonido convencionales mediante el desarrollo de un transductor ultrasónico transparente (TUT) y de alto rendimiento.

Un transductor de ultrasonido transmite o recibe ultrasonido. Los transductores de ultrasonido convencionales están hechos de varias capas opacas para optimizar el rendimiento acústico, pero este diseño no se puede integrar perfectamente en los conductos de luz. Esta restricción reduce la eficacia tanto del sistema óptico como del de ultrasonido. Aunque estudios recientes han investigado el uso de materiales transparentes para que los TUT resuelvan este problema, encontrar un equilibrio entre la transparencia y el rendimiento acústico óptimo en las capas del transductor sigue siendo un desafío. En una nueva investigación realizada en la Universidad de Ciencia y Tecnología de Pohang (POSTECH, Pohang, Corea del Sur), los investigadores demostraron un material transparente hecho de una mezcla de dióxido de silicio (SiO2) y epoxi, que utilizaron para crear el nuevo TUT.

Imagen: Estructura del transductor de ultrasonido transparente propuesto y su transmitancia óptica (Fotografía cortesía de POSTECH)

Este TUT de vanguardia demuestra una claridad óptica notable (más del 80 %) y mantiene el mismo ancho de banda (±30 % en la frecuencia central) que los transductores de ultrasonido opacos convencionales. Cuando se utilizó en el sistema dual modal fotoacústico de ultrasonido, el novedoso TUT logró relaciones de profundidad a resolución superiores a 500 para imágenes por ultrasonido y 370 para imágenes fotoacústicas, tasas de tres a seis veces mayores que los sistemas fotoacústicos anteriores. Es importante destacar que este estudio supera el límite tradicional de relación profundidad-resolución de 200 en la investigación fotoacústica, alcanzando 370. Además, este sistema de imágenes realizó con éxito imágenes estructurales y funcionales detalladas en animales vivos y humanos, lo que indica su amplio potencial de aplicación.

"La aplicación de esta tecnología se extiende a varios dispositivos médicos, abarcando tareas como el uso de estimulación luminosa para la manipulación celular, el empleo de cirugía láser para la extirpación de tumores y el empleo de ultrasonido para el examen de tejido residual", dijo el profesor Chulhong Kim de POSTECH. "Nuestra aspiración es que esta investigación será beneficiosa en diversos campos, incluidos aquellos que emplean ultrasonido y sensores ópticos, como dispositivos móviles y robótica".

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