Сферическая антенна из пьезополимера позволила наблюдать за кровотоком в реальном времени

Ученые из Института прикладной физики имени А.В. Гапонова-Грехова РАН совместно с зарубежными коллегами усовершенствовали метод оптоакустической томографии. Они разработали первую в мире многоэлементную высокочувствительную широкополосную сферическую антенну на основе пьезополимера — поливинилиденфторида (PVDF).
Авторы создали сферический массив из тончайшей пленки поливинилиденфторида, на поверхности которого сформировали 512 пьезоэлементов площадью менее 1 квадратного миллиметра каждый. Сегодня это мировой рекорд по плотности упаковки пьезополимерных ультразвуковых антенн. Сначала нижегородцы сформировали полусферическую поверхность радиусом 15 мм, содержащую 512 сигнальных электродов. Затем к электродной преформе были приклеены миниатюрные пьезополимерные элементы. Авторы сформировали общий земляной электрод, а также защитное покрытие. Сигналы с электродов обрабатывались специальной согласующей электроникой и цифровой системой сбора данных, которая способна одновременно записывать данные со всех элементов на частоте 100 МГц. В результате, каждый элемент принимал ультразвуковые сигналы независимо, что и позволило антенне обеспечить возможность мгновенной трехмерной томографической визуализации. Предложенная архитектура позволила достичь полосы пропускания от 0,3 до 40 МГц, что на порядок превышает параметры традиционных систем.

В ходе экспериментов на человеческих тканях технология впервые позволила одновременно видеть сосуды разного масштаба: от крупных, диаметром до 10 миллиметров, до мельчайших капилляров, сравнимых с размером одного эритроцита (около 10 микрометров). Улучшенная скорость и детализация позволили взглянуть на структуру микроскопических пор. Также впервые показана транскраниальная визуализация мозга мыши с высоким разрешением без инвазивных вмешательств.