Не хуже микроскопа: создан самый маленький в мире детектор для УЗИ

Новый детектор ультразвука может открыть перед медиками невиданные возможности.

Новый детектор ультразвука может открыть перед медиками невиданные возможности.
Иллюстрация Pixabay.

Кремниевый чип размером около 3 мм x 6 мм с несколькими детекторами, которые даже не видны невооружённым глазом.

Кремниевый чип размером около 3 мм x 6 мм с несколькими детекторами, которые даже не видны невооружённым глазом.
Фото Helmholtz Zentrum Munchen.

Новый детектор ультразвука может открыть перед медиками невиданные возможности.
Кремниевый чип размером около 3 мм x 6 мм с несколькими детекторами, которые даже не видны невооружённым глазом.

Физики создали ультразвуковой детектор рекордно малого размера. Он в сто раз меньше толщины человеческого волоса. Новинка может сделать ультразвуковые изображения почти такими же подробными, как если бы они были сделаны в микроскоп.

Достижение описано в научной статье, опубликованной в журнале Nature.

Ультразвуковые сканеры верно служат медицине и технике уже около 70 лет. Обычно в таких аппаратах применяются пьезоэлектрические датчики. Они вырабатывают ток в ответ на деформацию, вызванную ультразвуковой волной.

Чем меньше сенсор, тем более подробное изображение можно получить. Однако ультразвуковые датчики трудно уменьшать: вместе с габаритами падает и их чувствительность к ультразвуку. Поэтому самые маленькие подобные устройства имеют размер около одного миллиметра.

Поэтому авторы нового исследования использовали другой физический принцип. Они создали кремниевый сенсор, в котором по специально отведённому пути путешествует световая волна. Когда ультразвук деформирует датчик, это влияет на интенсивность света.

Физики назвали своё детище кремниевым волноводно-эталонным детектором (silicon waveguide-etalon detector, или SWED). Он невероятно мал: его размеры не превышают 0,5 микрометра. То есть он меньше эритроцита – клетки крови, переносящей кислород.

"Впервые для обнаружения ультразвука используется <…> детектор, который по размеру меньше клетки крови, – утверждает первый автор статьи Рами Шнайдерман (Rami Shnaiderman) из Мюнхенского технического университета. – Если бы пьезоэлектрический детектор был уменьшен до масштаба SWED, он был бы в сто миллионов раз менее чувствительным [чем SWED]".

Кремниевый чип размером около 3 мм x 6 мм с несколькими детекторами, которые даже не видны невооружённым глазом.

Новый сенсор в двести раз (!) меньше длины волны ультразвука. Это позволит сканеру, оснащённому набором из множества таких детекторов, получать невероятно подробные изображения. Изображения, получаемые во время ультразвуковой диагностики, позволят рассмотреть внутренние органы словно под микроскопом. Трудно представить, сколько всего нового мы узнаем о живых организмах благодаря этой новейшей технологии.

Но SWED пригодится не только медикам. Он позволит проводить ультразвуковое обследование тончайших технических устройств. Кроме того, устройство позволит изучать физику ультразвука в микроскопических масштабах.

Отметим, что технология изготовления кремниевых чипов хорошо отлажена (такой чип сегодня трудится в каждом электронном устройстве). Поэтому новинку сравнительно легко внедрить в массовое производство.

К слову, ранее Вести.Ru рассказывали о термометре для измерения температуры отдельных клеток, и о компьютере, который можно внедрить в раковую опухоль. Писали мы и о рекордно тонком эндоскопе, проникающем глубоко в мозг.