Une nouvelle méthode pratique de production de faisceaux Airy pourrait améliorer les ultrasons

Des chercheurs de l’Université de Washington à St. Louis ont récemment inventé une technique pour générer des ondes ultrasonores qui peuvent s’auto-plier, comme l’arc-en-ciel.

Les faisceaux aérés sont une classe d’ondes acoustiques qui se déplacent sur une trajectoire incurvée en forme d’arc et peuvent se concentrer automatiquement autour des obstacles qui se trouvent directement sur le trajet du faisceau, ce qui les rend bien adaptés aux applications ultrasonores en imagerie biomédicale, thérapie, non destructives essais et manipulation de particules.

Cependant, la génération de faisceaux d’Airy dans l’eau nécessite des équipements volumineux et coûteux, ce qui a limité leurs larges applications en ultrasons.

Hong Chen, professeur agrégé de génie biomédical à la McKelvey School of Engineering et de radio-oncologie à la WashU School of Medicine, et les membres de son laboratoire d’échographie ont conçu et imprimé en 3D un outil flexible et polyvalent connu sous le nom de métasurfaces acoustiques binaires activées par faisceau Airy ( AB-BAM) pour la manipulation du faisceau d’ultrasons. Ils ont ensuite démontré la capacité d’AB-BAM dans l’eau. Ils ont rendu compte de leurs découvertes le 22 juillet à Examen physique appliqué.

Selon Zhongtao Hu, associé de recherche postdoctoral et premier auteur de l’article, leur équipe est la première à développer les AB-BAM imprimés en 3D pour générer avec succès des faisceaux Airy pour la focalisation des ultrasons.

« Les faisceaux aérés sont uniques car nous pouvons régler la taille de la région focale », a-t-il déclaré. « Ces AB-BAM imprimés en 3D peuvent être utilisés dans de nombreuses applications, y compris l’ablation de tumeurs par ultrasons ou l’administration de médicaments. »

Leurs AB-BAM imprimés en 3D permettent une manipulation flexible et polyvalente du faisceau ultrasonore, y compris un faisceau orientable, accordable et fortement focalisé, qui est utile pour diverses applications ultrasonores.

Par exemple, la thérapie par ultrasons focalisés de haute intensité (HIFU) nécessite un faisceau court qui peut générer une chaleur intense en un seul point pour détruire une tumeur cancéreuse sans endommager les tissus sains voisins. D’autre part, l’imagerie par ultrasons régulière utilisée pour diagnostiquer la maladie nécessite un faisceau avec des dimensions focales latérales étroites pour améliorer la résolution.

En plus de Chen et Hu, d’autres membres de l’équipe de recherche comprennent les étudiants diplômés de WashU Yaoheng Yang et Lu Xu, ainsi que Yun Jing, membre du corps professoral du programme d’études supérieures en acoustique de la Penn State University.