Onderzoekers van de Universiteit van Strathclyde hebben een miniatuurversie gemaakt van een muziekinstrument dat kan worden gebruikt om de kwaliteit van medische beelden te verbeteren.

De Science and Engineering-onderzoekers hebben een geminiaturiseerd pijporgel gemaakt, gebaseerd op het brede scala aan pijpen dat te zien is in het instrument op ware grootte.

Het apparaat is ontworpen om beelden te verbeteren, zoals die van foetussen, van scanners door het frequentiebereik te verbreden dat wordt gebruikt om geluidsgolven uit te zenden. De onderzoekers hebben aangetoond dat ze deze frequenties kunnen produceren en hebben de beste ontwerpen voor het orgel gemaakt met behulp van een 3D-printer.

De studie is gepubliceerd in het tijdschrift IEEE-transacties op ultrasoon, Ferro-elektriciteit, en frequentieregeling .

Professor Tony Mulholland, Hoofd van Strathclyde's Department of Mathematics &Statistics en een partner in het onderzoek, zei:"Muziekinstrumenten hebben een grote verscheidenheid aan ontwerpen, maar ze hebben allemaal één ding gemeen:ze zenden geluid uit over een breed frequentiebereik. Er ligt dus een schat aan ontwerpideeën voor toekomstige medische beeldsensoren die wachten om ontdekt te worden tussen dit enorme scala aan ontwerpen.

"Ongeveer 20% van de medische scans wordt uitgevoerd met behulp van echografie. De scanner maakt beelden door geluidsgolven uit te zenden met een frequentie die boven het menselijk gehoor ligt. De scanner werkt op een enkele frequentie - vergelijkbaar met een piano die slechts één noot kan spelen - en dit is gedeeltelijk verantwoordelijk voor de relatief slechte resolutie die men ziet in echografiebeelden.

"Als we een scanner hadden die golven over een breed frequentiebereik zou kunnen uitzenden, dit zou een duidelijke verbetering van de beeldvormingscapaciteit opleveren."

Prof James Windmolen, van Strathclyde's Centrum voor Ultrasone Engineering, die ook co-auteur is van het onderzoek, zei:"De ontwikkeling van ultrasone systemen met een brede bandbreedte kan aanzienlijke verbeteringen opleveren in de beeldvormingscapaciteit. Door gebruik te maken van 3D-printers met hoge resolutie kunnen we nieuwe, driedimensionale apparaatontwerpen met veel snellere ontwikkelingscycli.

"Muziekinstrumenten creëren geluiden over een breed frequentiebereik en zijn door de eeuwen heen zorgvuldig ontworpen om dit zeer efficiënt te doen. Het is algemeen bekend dat de pijpen met de hoogste frequentie de kleinste lengte hebben, als in, bijvoorbeeld, een piccolo, dus om frequenties te realiseren die buiten het menselijk gehoor liggen - ultrageluidsgolven - moet de lengte inderdaad erg klein zijn, van millimeters lang.

"Dit zou buitengewoon moeilijk zijn om te bouwen met behulp van traditionele productietechnieken zoals die worden gebruikt om muziekinstrumenten te bouwen, maar de sleutel is om een ​​3D-printer met hoge resolutie te gebruiken."

Het multidisciplinaire team van onderzoekers ontwikkelde en testte de ontwerpen met behulp van wiskundige modellen en computersimulaties om het ontwerpproces te versnellen.

Hoewel de ontwikkeling ervan zich nog in een vroeg stadium bevindt, de technologie kan ook belangrijke implicaties hebben voor het ontwerp van hoortoestellen, in onderwatersonar en het niet-destructief testen van veiligheidskritieke constructies zoals kerncentrales.