L'imagerie par ultrasons est l'un des chevaux de bataille dans un hôpital moderne. Il frappe le tiercé d'être relativement bon marché, portable et non invasif. Faire en sorte que les futurs parents deviennent un peu émotifs à propos des images de fœtus est également un avantage apprécié.

Mais l'imagerie par ultrasons a ses limites. Sa résolution est souvent limitée par la longueur d'onde acoustique, ce qui est assez long, par rapport aux longueurs d'onde optiques. Ceci est aggravé par les limites des transducteurs acoustiques :ils sont généralement optimisés pour une petite gamme de fréquences acoustiques, ce qui limite la résolution des mesures de type temps de vol. Ensuite, il y a le problème de faire entrer et sortir des ondes sonores du corps. Le grand décalage entre les propriétés acoustiques du corps humain et de l'air (ou d'un microphone solide) peut entraîner des pertes importantes. Pour surmonter ce problème, les scientifiques et les ingénieurs ont proposé des solutions plutôt créatives, comme immerger partiellement le patient dans un bain pour améliorer l'adaptation acoustique. Pouvoir placer des sources acoustiques n'importe où sur le corps avec une bonne adaptation acoustique permettrait d'éviter ces problèmes. Mais la technologie actuelle ne le permet pas car les transducteurs nécessitent une source d'alimentation encombrante.

Lan et collègues, reportage dans la revue en libre accès à comité de lecture Photonique avancée , ont développé un transducteur à ultrasons sans fil qui est efficacement excité par les micro-ondes. Le résultat est un simple patch rempli d'huile qui peut être placé n'importe où sur le corps. Pas de piles, pas de fils, et pas de bain.

La boucle de fil induit de bonnes vibrations

Le principe de base est basé sur l'utilisation de l'absorption des micro-ondes pour générer des ondes sonores. Les micro-ondes sont un excellent compromis entre l'imagerie photoacoustique, qui a une haute résolution mais une faible profondeur d'imagerie, et l'imagerie échographique traditionnelle. Les micro-ondes entraînent une résolution inférieure par rapport aux systèmes optiques, mais la diffusion est également beaucoup plus faible, la profondeur d'excitation n'est donc plus un problème. Mais, l'absorption des micro-ondes par le corps est également très faible, les ondes sonores générées sont donc très faibles.

La puissance absorbée est proportionnelle à l'amplitude des micro-ondes. Une micro-onde de grande amplitude induira une onde acoustique plus forte. L'effet secondaire malheureux est que vous pouvez cuisiner par inadvertance la personne que vous imaginez. Pour éviter une cuisson par inadvertance, les micro-ondes doivent être concentrés là où ils sont nécessaires. C'est ce que fait l'appareil développé par Lan et ses collègues.

La technique repose sur les propriétés du résonateur à anneau fendu. Un résonateur à anneau fendu est une boucle de fil qui est cassée. Lorsqu'il est exposé aux micro-ondes, un courant circule dans l'anneau. Mais, car la bague n'est pas complète, la charge "s'accumule" à l'écart, créant une grande tension entre les extrémités du fil. Cette grande tension oscillante signifie que, juste dans l'écart, la puissance absorbée est élevée, et des ondes acoustiques induites de manière thermo-élastique sont produites efficacement.

Maintenant, un résonateur implique qu'il est le plus efficace à une fréquence particulière de rayonnement. Les résonateurs à anneau fendu ne font pas exception :la fréquence de résonance est contrôlée par le diamètre de l'anneau de fil et le milieu dans lequel il est placé. Lan et ses collègues ont choisi un diamètre d'environ 13 mm, qui résonne à environ 2,3 GHz dans l'air, et 2,5 GHz dans le pétrole. Mais, la caractéristique la plus importante est la bande passante du résonateur. Ici, les chercheurs sont confrontés à un choix. Pour augmenter la puissance absorbée, il est avantageux d'avoir un résonateur qui a une bande passante très étroite. Cependant, produire des impulsions sonores très brèves, la bande passante doit être très large. Les chercheurs se sont retrouvés avec un résonateur en anneau fendu avec une bande passante d'environ 200 MHz, environ 10 à 20 fois celle d'un transducteur piézoélectrique traditionnel.

Résonateur sans fil conforme

La flexibilité du résonateur en anneau fendu a été démontrée par une série d'expériences montrant qu'il pouvait être utilisé pour générer des mélanges de fréquences ultrasonores en pulsant l'excitation micro-ondes. Des fréquences acoustiques jusqu'à environ 2,5 MHz ont été produites, mais, sur la base de la largeur de résonance du résonateur à anneau fendu, des fréquences plus élevées peuvent probablement être produites.

Le plus grand avantage est probablement que le résonateur n'est qu'un anneau de cuivre. En plaçant la bague dans une enveloppe en plastique avec un peu d'huile (l'huile absorbe les micro-ondes et correspond aux propriétés acoustiques du corps), l'anneau peut être placé n'importe où sur le corps et excité à distance. Les chercheurs le démontrent à l'aide d'un fantôme de sein. L'anneau était placé sous la poitrine, et l'équipement de détection sur le dessus. Les signaux ultrasonores excités sans fil étaient puissants, et les chercheurs montrent qu'il faut aussi peu que 10 mW de puissance moyenne pour obtenir un signal ultrasonore.

Maintenant que la preuve de principe a été démontrée, la prochaine étape doit être de construire un système d'imagerie.