Con un tamaño que es unas 100 veces menor que el grosor medio de un cabello humano, un nuevo detector de ultrasonidos es ahora el más pequeño del mundo.

Este avance tecnológico es obra de científicos del Centro Helmholtz de Múnich y la Universidad Técnica de Múnich, ambas instituciones en Alemania. El nuevo detector se llama SWED, por las siglas en inglés de “Silicon Waveguide-Etalon Detector”.

Desde el desarrollo de las primeras técnicas de captación de imágenes médicas por ultrasonidos en la década de 1950, la tecnología básica de este tipo se ha centrado principalmente en el uso de sistemas piezoeléctricos, que convierten la presión de las ondas de ultrasonido en voltaje eléctrico y a partir de aquí el resultado final se suele representar gráficamente, como una especie de fotografía. La resolución alcanzada con los ultrasonidos depende del tamaño del detector piezoeléctrico empleado. La reducción de este tamaño conduce a una mayor resolución y puede ofrecer conjuntos de ultrasonidos unidimensionales o bidimensionales más pequeños y densos, con una mayor capacidad para diferenciar características en el tejido o material fotografiado. Sin embargo, si se reduce aún más el tamaño de los detectores piezoeléctricos, su sensibilidad se ve drásticamente mermada y ya no resultan de utilidad.

El equipo de Vasilis Ntziachristos, Rami Shnaiderman y otros ha desarrollado el detector de ultrasonidos SWED valiéndose de los últimos avances en el campo de los circuitos fotónicos. En vez de registrar el voltaje de los cristales piezoeléctricos, el SWED monitoriza los cambios en la intensidad de la luz que se propaga a través de circuitos fotónicos miniaturizados, que están instalados en un chip de silicio.

El nuevo detector puede captar detalles que son mucho más pequeños de lo que era posible anteriormente, dando lugar a una capacidad de resolución muchísimo mayor.

Chip de silicio, de aproximadamente 3 x 6 milímetros, con múltiples detectores. Los finos grabados negros en la superficie del chip son los circuitos fotónicos que interconectan los detectores (no visibles a ojo desnudo). En el fondo, un circuito fotónico de mayor escala en una oblea de silicio. (Foto: © Helmholtz Zentrum Muenchen / Roman Shnaiderman)

“Esta es la primera vez que un detector más pequeño que una célula sanguínea se utiliza para detectar ultrasonidos mediante tecnología fotónica de silicio”, destaca Shnaiderman. “Si un detector piezoeléctrico se miniaturizara a la escala del SWED, su sensibilidad sería 100 millones de veces menor”.

El tamaño del SWED es de aproximadamente medio micrón. Este tamaño corresponde a un área que es al menos 10.000 veces más pequeña que los detectores piezoeléctricos más pequeños empleados en aplicaciones de imágenes clínicas. El SWED es también hasta 200 veces más pequeño que la longitud de onda de los ultrasonidos con los que trabaja.

Como el nuevo detector se basa en tecnología ya desarrollada, madura y cuyos costos de producción se han abaratado ya mucho, será factible fabricar en grandes cantidades detectores como el SWED a una pequeña fracción del costo de los detectores piezoeléctricos. Todo esto hace viable la producción de detectores SWED a escala industrial.