High resolution biomedical imaging using ultrasonic metamaterials
使用超声波超材料的高分辨率生物医学成像
基本信息
- 批准号:EP/N034163/1
- 负责人:
- 金额:$ 49.84万
- 依托单位:
- 依托单位国家:英国
- 项目类别:Research Grant
- 财政年份:2016
- 资助国家:英国
- 起止时间:2016 至 无数据
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
Ultrasound biomedical imaging is used routinely for the diagnosis of many diseases. It has the ability show detailed structures of soft tissues, and has the advantage over other imaging methods, such as CT or MRI imaging, of being relatively cheap and portable. It is thus a good method for many diagnostic clinical settings. The current resolution of ultrasonic imaging in the body is determined by various factors, including transducer design, frequency of operation, and depth of penetration required. However, there is a fundamental limit to the imaging performance of such systems - namely the diffraction limit. This sets the minimum spot size that a focused beam can achieve by conventional means, even in a perfect propagation medium. The present proposal aims to improve this by the use of metamaterials, which will be incorporated within an ultrasonic transducer system. These exotic materials are, in fact, made up of a complicated geometry, where the internal structure contains many sub-wavelength features. These can act together to make the material behave in a way that is totally different from normal structures. The result is that they can, for example, have a negative refractive index, noting that for conventional materials the value is always positive. Thus, a plate with flat parallel sides can focus ultrasound, provided it is designed correctly.The research will identify the best designs that can be used at biomedical ultrasound frequencies, which in the present case will be 1-5 MHz. To date, acoustic metamaterials have been designed typically for much lower frequency, and for use in air. In this project, novel new designs are proposed, which will first be modelled theoretically, and then constructed using high-resolution additive manufacturing (3D printing) techniques. Once built, the new structures will be tested with biomedical ultrasound transducers, and their performance in imaging systems determined. In this way, it is hoped to produce a new approach to diagnostic ultrasound, with resolution enhancement that could be useful for cardiovascular disease, prostate and skin cancer diagnosis.
超声生物医学成像通常用于诊断许多疾病。它的能力显示了软组织的详细结构,并且比其他成像方法(例如CT或MRI成像)具有相对便宜且便携式的其他成像方法的优势。因此,这是许多诊断临床环境的好方法。人体超声成像的当前分辨率取决于各种因素,包括换能器设计,操作频率和所需的穿透深度。但是,这种系统的成像性能是一个基本限制 - 即衍射极限。这设置了聚焦光束可以通过常规手段实现的最小斑点,即使在完美的繁殖介质中也是如此。本提案旨在通过使用超声传感器系统中的超材料来改善这一点。实际上,这些外来材料由复杂的几何形状组成,其中内部结构包含许多次波长特征。这些可以共同行动以使材料以与正常结构完全不同的方式行为。结果是,例如,它们可以具有负折射率,并指出对于常规材料,值始终是正面的。因此,只要设计正确设计,具有平行平行侧面的板就可以聚焦超声。研究将确定可在生物医学超声频率上使用的最佳设计,在本情况下,该设计将为1-5 MHz。迄今为止,原声超材料通常用于较低的频率,并用于空气中。在这个项目中,提出了新的新设计,该设计将首先以理论上的建模,然后使用高分辨率添加剂制造(3D打印)技术进行构建。一旦建造,新结构将通过生物医学超声传感器进行测试,并确定成像系统的性能。通过这种方式,希望能够产生一种新的诊断超声检查方法,并具有可改善的分辨率,这可能对心血管疾病,前列腺癌和皮肤癌诊断有用。
项目成果
期刊论文数量(9)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Holey-structured tungsten metamaterials for broadband ultrasonic sub-wavelength imaging in water.
- DOI:10.1121/10.0005483
- 发表时间:2021-07
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:Lorenzo Astolfi;D. Hutchins;P. Thomas;R. Watson;Luzhen Nie;S. Freear;A. Clare;M. Ricci;S. Laur
- 通讯作者:Lorenzo Astolfi;D. Hutchins;P. Thomas;R. Watson;Luzhen Nie;S. Freear;A. Clare;M. Ricci;S. Laur
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- DOI:10.1109/ultsym.2019.8926236
- 发表时间:2019
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:Astolfi L
- 通讯作者:Astolfi L
Additive manufacturing of metamaterials: A review
- DOI:10.1016/j.addma.2020.101562
- 发表时间:2020-12-01
- 期刊:
- 影响因子:11
- 作者:Askari, Meisam;Hutchins, David A.;Clare, Adam T.
- 通讯作者:Clare, Adam T.
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- DOI:10.48550/arxiv.2002.02212
- 发表时间:2020
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:Laureti S
- 通讯作者:Laureti S
High-resolution acoustic imaging at low frequencies using 3D-printed metamaterials
- DOI:10.1063/1.4968606
- 发表时间:2016-12-01
- 期刊:
- 影响因子:1.6
- 作者:Laureti, S.;Hutchins, D. A.;Ricci, M.
- 通讯作者:Ricci, M.
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