Новая технология позволит ультразвуку почти беспрепятственно проникать через кости и металл

Ультразвуковая визуализация основана на использовании акустических волн высокой частоты. Они отражаются от различных объектов, меняя свои свойства, а ультразвуковое оборудование преобразует волны в изображение с учетом этих изменений. Но некоторые материалы, такие как кость или металл, обладают физическими характеристиками, которые блокируют или искажают акустические волны. Их называют аберрирующими слоями. Исследователи из Университета Северной Каролины решили эту проблему, разработав структуры из метаматериала с заданными свойствами. Такие структуры практически нивелируют влияние аберрирующего слоя. Метаматериал представляет собой комбинацию мембран и мелких трубочек, которые обеспечивают необходимые акустические свойства.

​

Комплементарный метаматериал

"Мы разработали комплементарные метаматериалы, которые позволят медикам шире применять ультразвук в терапии и диагностике, в частности, оценивать кровоток в различных отделах мозга и лечить опухоли мозга", — рассказывает Тэрри Чэнь Шэнь (Tarry Chen Shen), аспирант университета Северной Каролины и ведущий автор исследования. — "Раньше это было проблематично, поскольку кости черепа искажают ультразвуковое поле."

"Также эти метаматериалы можно использовать и в промышленности", — говорит соавтор работы доктор Юнь Цзин (Yun Jing), старший преподаватель машиностроения и аэрокосмического инжиниринга, Университет Северной Каролины. — "С их помощью, к примеру, можно выявлять трещины крыльев самолета в глубинных слоях металла."

Ученые протестировали новую технологию с помощью компьютерной симуляции и теперь занимаются созданием физического прототипа. Во время симуляции без использования метаматериала через кость проходило только 28% энергии ультразвуковых волн. С метаматериалом этот показатель повышался до 88%.

"Это означает, что воздействие аберрирующего слоя стало почти незаметным", — говорит Цзин.

Данная технология может применяться как для диагностической визуализации, так и в терапевтических целях, в частности, для ультразвуковой абляции опухолей мозга.