Acústica invertida en el tiempo para captación de imágenes biomédicas
Un sonido se puede describir en cualquier punto del espacio mediante una cantidad escalar y una cantidad vectorial. La cantidad escalar, la presión de sonido, se puede medir mediante transductores. Sin embargo, la velocidad de partícula acústica vectorial solo se ha podido determinar recientemente gracias al desarrollo de sensores acústicos vectoriales. El objetivo del proyecto VECTRA (High-resolution and robust time reversal acoustics using vector sensor arrays) era demostrar que es posible aprovechar la información adicional que se registra con estos nuevos sistemas acústicos para controlar la propiedad del sonido a través de medios complejos y mejorar la detección de dianas. Los investigadores desarrollaron algoritmos y técnicas para mejorar la acústica invertida en el tiempo utilizando matrices de sensores acústicos vectoriales. El método utilizado implica invertir el sonido en el tiempo y retransmitirlo de nuevo en el medio. La señal retransmitida se propaga hacia el origen y se enfoca en él. Para medir las mejoras de rendimiento con la acústica invertida en el tiempo, se utilizaron tres métricas clave: la resolución temporal y espacial del enfoque mediante inversión en el tiempo, la razón señal-ruido en el foco y la velocidad de convergencia, que muestra con qué rapidez se consigue el enfoque. En particular, con los nuevos algoritmos y técnicas, los investigadores lograron mejorar la relación señal-ruido hasta en un factor quince y la velocidad de convergencia en un factor diez. Además, se desarrolló un nuevo método de procesamiento de señales para matrices hasta un 75-80 % más pequeñas sin reducir el rendimiento. El rendimiento de los algoritmos y las técnicas desarrolladas se probó mediante simulaciones numéricas y experimentos específicos. Es importante resaltar que se pudo demostrar la corrección de la hipótesis inicial planteada por el equipo de VECTRA, que decía que la acústica invertida en el tiempo podía mejorar de forma importante mediante sensores acústicos vectoriales. Se espera que los resultados de VECTRA beneficien a la captación de imágenes biomédicas. Los nuevos conocimientos adquiridos gracias a la investigación para este proyecto se aplicarán en el contexto de un nuevo proyecto destinado a mejorar las técnicas de evaluación del cáncer de mama y aumentar la resolución espacial y temporal. También se prevén aplicaciones para sistemas de ocio en casa, en los cuales se puede utilizar la acústica invertida en el tiempo para caracterizar el entorno interior y localizar a personas.
Palabras clave
Acústica invertida en el tiempo, captación de imágenes biomédicas, sensores acústicos vectoriales, sonido, VECTRA