Исследователи из Корейского института стандартов и науки (Korea Research Institute of Standards and Science, KRISS) разработали съёмную акустическую линзу, позволяющую точно регулировать фокусировку ультразвукового сигнала. По аналогии со сменными объективами в фотокамерах, новая технология обеспечивает настройку разрешения для конкретных задач диагностики и контроля. Ожидается, что разработка существенно повысит точность как в медицинской визуализации, так и в промышленной безопасности.
Результаты исследования опубликованы в журнале «Measurement Science and Technology».
Принцип работы ультразвуковой визуализации
Ультразвуковая визуализация основана на передаче звуковых волн в тело человека или объект, а затем на анализе отражённого сигнала, с помощью которого строится изображение внутренних структур. Среди различных методов наиболее высоким разрешением обладает C-сканирование, применяемое для диагностики опухолей и в неразрушающем контроле (NDT) — например, при проверке целостности компонентов самолётов и промышленных трубопроводов.
Для получения детализированного изображения требуется усилить интенсивность передаваемых и отражённых ультразвуковых волн и точно контролировать фокусировку. Эту задачу обычно выполняют фокусированные ультразвуковые преобразователи, концентрирующие энергию на заданной области. Однако у таких устройств есть ограничение — фиксированная фокусная длина.
Ограничения существующих технологий
Использование преобразователей с фиксированной фокусировкой требует наличия нескольких устройств с различными фокусными расстояниями, что значительно увеличивает стоимость. Кроме того, изменить фокусировку в зависимости от формы или положения объекта сложно, что мешает получить оптимальное изображение.
Новое решение от KRISS
Чтобы преодолеть эти ограничения, группа Акустических, ультразвуковых и вибрационных измерений при Корейском институте стандартов и науки (Acoustics, Ultrasound and Vibration Metrology Group at KRISS)разработала технологию съёмной акустической линзы. Новинка легко крепится к фокусированному ультразвуковому преобразователю и позволяет изменять фокусное расстояние без замены всего оборудования. Это обеспечивает точную настройку разрешения в зависимости от задачи.
Важной особенностью является форма линзы — вместо традиционной сферической формы, вызывающей искажения (сферическую аберрацию), разработчики применили асферическую конструкцию, которая позволяет сфокусировать сигнал более чётко. Кроме того, линза обладает складной конструкцией, благодаря чему может адаптироваться к различным по размеру поверхностям.
Результаты испытаний
При использовании новой линзы в C-сканирующем ультразвуковом устройстве, исследователи протестировали её на фантоме, имитирующем человеческое тело. Линза позволила визуализировать структуры размером до 25 микрометров — это примерно в 1,5 раза выше разрешения по сравнению с устройством без линзы при том же фокусном расстоянии.
Кроме того, даже при использовании с плоским преобразователем низкого разрешения новая линза обеспечивает уровень визуализации, сопоставимый с фокусированными преобразователями.
Перспективы применения
Ким Ён Тэ (Kim Yong Tae), научный сотрудник и руководитель группы Акустических, ультразвуковых и вибрационных измерений при Корейском институте стандартов и науки (KRISS), отметил:
«Мы планируем расширить применение этой технологии линз не только в C-сканирующих системах, но и в других типах ультразвуковых методов визуализации».
Заключение
Съёмная асферическая акустическая линза от KRISS открывает новые возможности для повышения точности и гибкости ультразвуковой диагностики. Её применение может существенно снизить затраты на оборудование и повысить качество изображений как в медицинской диагностике, так и в промышленной проверке объектов.
Литература:
Bernadette Carolina Fritzie Elmina et al, Comprehensive evaluation of lens and planar circular ultrasonic transducer combinations to enhance C-scan imaging: a phantom study at 10 and 15 MHz, Measurement Science and Technology (2024). DOI: 10.1088/1361-6501/ad9ecc
Ведущий специалист отдела организации клинических исследований, терапевт, врач ультразвуковой диагностики ООО «ВеронаМед» (г. Санкт-Петербург), главный редактор, учредитель сетевого издания Medical Insider, а также автор статей.
E-mail для связи – [email protected];
