Miniaturiseret rørorgan kunne hjælpe medicinsk billeddannelse

En miniaturiseret version af et musikinstrument, der kunne bruges til at forbedre kvaliteten af ​​medicinske billeder, er blevet fremstillet af forskere ved University of Strathclyde.

Science and Engineering-forskerne har skabt et miniaturiseret rørorgel, baseret på det brede udvalg af rør, der ses i instrumentet i fuld størrelse.

Enheden er designet til at forbedre billeder, såsom fostre, fra scannere ved at udvide rækken af ​​frekvenser, der bruges til at udsende lydbølger. Forskerne har demonstreret sin evne til at producere disse frekvenser og har skabt de bedste designs til orgelet ved at bruge en 3-D printer.

Undersøgelsen er blevet offentliggjort i tidsskriftet IEEE-transaktioner på ultralyd, Ferroelektrik, og Frekvenskontrol .

Professor Tony Mulholland, Leder af Strathclydes Institut for Matematik &Statistik og partner i forskningen, sagde:"Musikinstrumenter har en bred vifte af designs, men de har alle én ting til fælles - de udsender lyd over en bred vifte af frekvenser. Så der er en skatkammer af designideer til fremtidige medicinske billedsensorer, der ligger og venter på at blive opdaget blandt dette store udvalg af designs.

"Omkring 20 % af de medicinske scanninger udføres ved hjælp af ultralyd. Scanneren skaber billeder ved at udsende lydbølger med en frekvens, der ligger over menneskelig hørelse. Scanneren opererer ved en enkelt frekvens - svarende til et klaver, der kun kan spille en tone - og dette skyldes til dels den relativt dårlige opløsning, som man ser på ultralydsbilleder.

"Hvis vi havde en scanner, der kunne udsende bølger over en bred vifte af frekvenser, dette ville give en markant forbedring af billeddannelsesevnen."

Prof James Windmill, fra Strathclyde's Center for Ultrasonic Engineering, som også er medforfatter til forskningen, sagde:"Udvikling af ultralydssystemer med bred båndbredde kan give betydelige forbedringer i billeddannelseskapaciteten. Brug af højopløsnings 3D-printere giver os mulighed for at prøve nye, tredimensionelle enhedsdesign med meget hurtigere udviklingscyklusser.

"Musikinstrumenter skaber lyde over en bred vifte af frekvenser og er blevet omhyggeligt designet gennem århundreder for at være meget effektive til at gøre det. Det er velkendt, at de højeste frekvensrør er de mindste i længden, som i, for eksempel, en piccolo, så for at realisere frekvenser, der ligger uden for menneskelig hørelse – ultralydsbølger – skal længden være meget lille, på millimeter i længden.

"Dette ville være ekstremt vanskeligt at konstruere ved hjælp af traditionelle fremstillingsteknikker som dem, der bruges til at bygge musikinstrumenter, men nøglen er at bruge en høj opløsning 3-D printer."

Det tværfaglige team af forskere udviklede og testede designs ved hjælp af matematiske modeller og computersimuleringer for at fremskynde designprocessen.

Mens udviklingen er på et tidligt stadium, teknologien kan også have betydelige implikationer i design af høreapparater, i undervands-ekkolod og den ikke-destruktive afprøvning af sikkerhedskritiske strukturer såsom atomkraftværker.