En miniatyriserad version av ett musikinstrument som skulle kunna användas för att förbättra kvaliteten på medicinska bilder har tillverkats av forskare vid University of Strathclyde.

Science and Engineering-forskarna har skapat en miniatyriserad piporgel, baserat på det breda utbudet av rör som finns i instrumentet i full storlek.

Enheten har utformats för att förbättra bilder, såsom foster, från skannrar genom att bredda utbudet av frekvenser som används för att avge ljudvågor. Forskarna har visat sin förmåga att producera dessa frekvenser och har skapat de bästa designerna för orgeln genom att använda en 3D-skrivare.

Studien har publicerats i tidskriften IEEE-transaktioner på ultraljud, Ferroelektrik, och Frekvenskontroll .

Professor Tony Mulholland, Chef för Strathclydes institution för matematik &statistik och en partner i forskningen, sa:"Musikinstrument har ett brett utbud av design men de har alla en sak gemensamt – de avger ljud över ett brett spektrum av frekvenser. Så det finns en skattkammare av designidéer för framtida medicinska bildsensorer som ligger och väntar på att bli upptäckt bland detta stora utbud av mönster.

"Omkring 20 % av de medicinska skanningarna utförs med hjälp av ultraljud. Skannern skapar bilder genom att sända ut ljudvågor med en frekvens som ligger ovanför den mänskliga hörseln. Skannern arbetar med en enda frekvens - liknar ett piano som bara kan spela en ton - och detta förklarar delvis den relativt dåliga upplösningen som man ser på ultraljudsbilder.

"Om vi ​​hade en skanner som kunde sända ut vågor över ett brett spektrum av frekvenser, detta skulle ge en markant förbättring av avbildningsförmågan."

Prof James Windmill, från Strathclyde's Center for Ultrasonic Engineering, som också är medförfattare till forskningen, sa:"Att utveckla ultraljudssystem med bred bandbredd kan ge betydande förbättringar av bildkapaciteten. Genom att använda högupplösta 3D-skrivare kan vi prova nya, tredimensionella enhetsdesigner med mycket snabbare utvecklingscykler.

"Musikinstrument skapar ljud över ett brett spektrum av frekvenser och har designats noggrant genom århundradena för att vara mycket effektiva på att göra det. Det är välkänt att de högsta frekvensrören är de minsta i längd, som i, till exempel, en piccolo, så för att inse frekvenser som ligger bortom mänsklig hörsel – ultraljudsvågor – måste längden verkligen vara väldigt liten, på millimeter långa.

"Detta skulle vara extremt svårt att konstruera med traditionella tillverkningstekniker som de som används för att bygga musikinstrument, men nyckeln är att använda en högupplöst 3D-skrivare."

Det multidisciplinära teamet av forskare utvecklade och testade designen med hjälp av matematiska modeller och datorsimuleringar för att påskynda designprocessen.

Även om dess utveckling är i ett tidigt skede, tekniken kan också ha betydande implikationer i designen av hörapparater, i undervattensekolod och oförstörande testning av säkerhetskritiska strukturer såsom kärnkraftverk.