Ultrassom ganha ultraprecisão

Este metamaterial tridimensional melhora a resolução da ultrassonografia por um fator de 50, prometendo melhores imagens médicas.
[Imagem: Xiang Zhang/UC Berkeley]

Nas pesquisas em busca da criação de "mantos da invisibilidade", os cientistas criaram uma nova categoria de materiais artificiais, que não existem na natureza, que eles chamaram de metamateriais.

Mas os metamateriais não servem apenas para criar mantos da invisibilidade.

Bem ao contrário, cientistas descobriram que esses materiais artificiais podem resolver um dos grandes problemas do ultrassom: a baixa qualidade das imagens.

Limites da ultrassonografia

Todas as grávidas se encantam com as primeiras imagens de seu bebê ainda no útero, embora todo o restante da humanidade ache as mesmas imagens um tanto "impressionistas".

Um dos maiores limites da ultrassonografia - que determina os detalhes que podem ser identificados na imagem - é a frequência do som. As leis básicas da física ditam que os menores objetos que se pode "ver" são aproximadamente do tamanho do comprimento de onda das ondas sonoras.

Para o ultrassom de tecidos profundos do corpo, por exemplo, as ondas sonoras usadas estão tipicamente na faixa de 1 a 5 megahertz, o que impõe um limite de resolução de cerca de um milímetro - nada menor do que isto será visto.

Agora, um grupo de pesquisadores da Universidade de Berkeley, nos Estados Unidos, e da Universidade Autônoma de Madri, na Espanha, descobriram como aumentar essa resolução para até 1/50 do comprimento de onda das ondas sonoras utilizadas.

Ondas evanescentes

A técnica utiliza um metamaterial para capturar as ondas evanescentes que se projetam de um objeto, utilizando-as para reconstruir a imagem.

A letra E da esquerda é o objeto real, intencionalmente pequeno demais para os equipamentos de ultrassom atuais. A imagem do meio foi gerada por um ultrassom convencional. A da direita, pelo ultrassom utilizando o novo metamaterial.
[Imagem: Jie Zhu/UC Berkeley, Johan Christensen/Universidad Autonoma de Madrid.]

Ondas sonoras evanescentes são vibrações nas proximidades do objeto que se desfazem em distâncias muito curtas, ao contrário das ondas de propagação, que viajam a longas distâncias - chegando até nossos ouvidos, por exemplo.

"Com o nosso dispositivo, podemos captar e transmitir as ondas evanescentes, que contêm uma fração substancial das informações do objeto, e usá-las para criar uma imagem acústica com super-resolução," explica Jie Zhu, principal autor da pesquisa.

O metamaterial para a captura das ondas evanescentes é formado por 1.600 tubos quadrados de cobre, reunidos na forma de uma barra de 6,3 centímetros de lado e 16 centímetros de comprimento.

Ao ser colocado nas proximidades de um objeto, o metamaterial captura as ondas evanescentes e as canaliza até sua extremidade oposta, onde elas podem ser captadas e utilizadas.

Ultrassom de alta resolução

Enquanto no ultrassom tradicional, a resolução da imagem está limitada à faixa dos milímetros, usando o metamaterial essa resolução é limitada apenas pelo tamanho dos buracos na estrutura, ou seja, pelo diâmetro interno dos tubos de cobre.

Na demonstração realizada pelos pesquisadores, os tubos de cobre tinham diâmetros internos de um milímetro. Utilizando ondas sonoras de cerca de 2 kHz, a resolução de uma imagem seria limitada ao comprimento de onda, ou 200 milímetros. Usando o metamaterial eles puderam definir características do objeto medindo apenas 4 mm, ou um quinquagésimo (1/50) do comprimento de onda.

Segundo Zhu, em um equipamento pronto para uso, o metamaterial poderia ser montado na ponta da sonda do equipamento de ultrassom, aumentando muito a qualidade da imagem.

A estrutura tridimensional tem ainda outras aplicações, como na sonografia subaquática, ou sonar, e na avaliação não-destrutiva de amostras, muito útil na indústria.

Fonte: Metamateriais melhoram imagens de ultrassom em 50 vezes