Una matriz en fase ultrasónica es una tecnología de ultrasonido que proporciona enfoque dinámico electrónico [1] , es decir, permite cambiar la ubicación del foco sin mover la matriz en sí, y también crear, si es necesario, varios focos al mismo tiempo [ 2] [3] . Se utiliza en medicina para diagnósticos por ultrasonido [1] , intervención invasiva, en sistemas industriales de pruebas no destructivas .
Para la cirugía y la terapia con ultrasonidos se utilizan dos tipos de rejillas: extracorpóreas, que se instalan fuera del cuerpo del paciente, y rejillas, que se introducen en el cuerpo. Los primeros de ellos no tienen restricciones de tamaño (se conocen rejillas semiesféricas para cirugía con un diámetro de 30 cm), y por lo tanto se pueden hacer bidimensionales. Las rejillas del segundo tipo con una potencia acústica significativa deben tener las dimensiones transversales más pequeñas posibles (preferiblemente no más de 20 a 25 mm) y, por lo tanto, son lineales.
Las áreas potenciales de aplicación clínica de la tecnología Phased Array son: oncología , destrucción del tejido prostático ( próstata), cirugía de fibromioma uterino , litotricia, estimulación de estructuras nerviosas receptoras. Se muestran las perspectivas del uso de rejillas bidimensionales en cardiología , para el tratamiento del glaucoma , para la neuromodulación de estructuras cerebrales y para influir en tumores intracerebrales a través de un cráneo sin abrir, así como en cirugía plástica y cosmetología [2] [3]. .
El desarrollo de arreglos en fase bidimensionales para la hipertermia tumoral, y luego con fines quirúrgicos, comenzó a mediados de la década de 1980 bajo la dirección del profesor C. Cain de la Universidad de Michigan . Las primeras rejillas desarrolladas se distinguieron por una amplia variedad de diseños. Algunos de ellos usaron enfoque geométrico, otros usaron enfoque electrónico. Algunos fueron diseñados para moverse a través del espacio de un solo foco, mientras que otros fueron diseñados para sintetizar un campo más complejo con una configuración específica para cubrir inmediatamente el volumen tumoral requerido. En un principio, para simplificar la electrónica y reducir su tamaño, se minimizó el número de canales [4] [5] . Sin embargo, los diseños posteriores de celosías con geometría plana, esférica o cilíndrica asumieron el uso de todos los elementos [6] [7] . En particular, se desarrolló el diseño de una rejilla de sector-vórtice [8] , que hizo posible crear un foco anular de varios diámetros.
A principios de la década de 1990, se propuso un diseño de celosía con elementos montados sobre una parte de una superficie esférica [9] . Esto hace posible combinar el método de enfoque electrónico con el geométrico y, por lo tanto, lograr la mayor ganancia de rejilla. Desde entonces, este diseño se ha convertido en el más popular de todas las opciones disponibles para rejillas bidimensionales terapéuticas.
En 1988, se mostró por primera vez la posibilidad de crear dos o más focos simultáneamente con la ayuda de una red [9] [10] . La posibilidad de crear un foco de calentamiento o destrucción utilizando un conjunto de focos especialmente sintetizados ha determinado un especial interés en el posible uso de potentes rejillas bidimensionales en cirugía e hipertermia . Sin embargo, el cálculo de las fases y amplitudes de las señales excitatorias requeridas para esto en elementos, cuyo número en los arreglos terapéuticos modernos puede exceder los 1000, requiere el desarrollo de algoritmos de cálculo especiales. Este problema fue resuelto en [10] , donde se presentó un método para sintetizar campos ultrasónicos multifocales, que permite determinar las fases y amplitudes de las señales necesarias para crear un cierto nivel de campo en una serie de "puntos de control" en un volumen dado. El significado físico de este método, que se llama "pseudo-inverso" [10] , es el siguiente. Los focos M se presentan como fuentes de sonido imaginarias ubicadas en un determinado plano, y luego se calcula la distribución total de amplitud y fase en el centro de los elementos del arreglo, que se obtiene al encender simultáneamente estas fuentes. Si ahora aplicamos señales con la distribución amplitud-fase indicada a los elementos del arreglo, cambiando el signo de la fase, obtendremos los M focos requeridos en el plano indicado. En principio, utilizando el método "pseudo-inverso", es posible crear un área de influencia de cualquier tamaño y configuración. En el cálculo de campos ultrasónicos multifocales se utilizan métodos de optimización que permiten obtener un determinado número de focos con las mismas amplitudes en todos los elementos y así conseguir la máxima potencia acústica del array [10] .
La justificación de la posibilidad de utilizar una matriz en fase lineal intracavitaria para el tratamiento quirúrgico de la próstata se expuso en un trabajo teórico [11] . La esencia de este enfoque se basa en el uso de la energía emitida por todos los elementos de la matriz para generar uno o (raramente) varios focos que se mueven electrónicamente en el espacio tridimensional.
A fines de la década de 1990, comenzó a desarrollarse activamente la ideología de la aleatorización de la disposición de los elementos en la superficie de la rejilla, lo que condujo a una mejora significativa en la calidad de los campos acústicos creados por la rejilla [12] [13] .
La aplicación más conocida de las matrices en fase lineales en medicina es el tratamiento quirúrgico de enfermedades de la glándula prostática (próstata). El objetivo es destruir el tumor de próstata, o al menos reducir significativamente su volumen. La rejilla se inserta a través del recto (transrectalmente), mientras que se usa un globo de goma de paredes delgadas lleno de agua para crear un contacto acústico entre la rejilla y los tejidos. La distancia desde la pared del recto hasta el sitio requerido de destrucción en la próstata es de 2 a 5 cm, y el tamaño transversal de la próstata generalmente no excede los 4 cm. Se sabe que los dispositivos Sonablate [14] y Ablatherm [15] se utilizan para destruir los tejidos de la próstata, cuyo elemento de trabajo es un transductor de enfoque de un solo elemento con una distancia focal fija.
. Esto significa que si es necesario cambiar la profundidad de influencia, es necesario cambiar un emisor por otro, que tenga una distancia focal diferente, y reconfigurar el sistema de enfoque. Obviamente, las matrices en fase son mucho más flexibles y prometedoras en este sentido, lo que le permite mover electrónicamente el foco a través del tejido de la próstata, así como crear varios focos si es necesario. La posibilidad de utilizar una matriz en fase lineal intracavitaria para el tratamiento quirúrgico de la próstata fue puesta en práctica de forma independiente por dos grupos: estadounidense [16] [17] y anglo-ruso [18] [19] . En este último caso, la matriz constaba de 70 elementos de 1 mm de ancho, 15 mm de largo y espesor, correspondientes a una frecuencia de funcionamiento de 1 MHz (1,72 mm) [19] .
. El arreglo estaba equipado con una antena de resonancia magnética (MR), que permitía visualizar el área afectada.
Estudios experimentales han demostrado [19] que el uso de una matriz lineal con los parámetros especificados permite que el foco se mueva dentro de al menos 30 a 60 mm en la dirección axial y ± 20 mm en la dirección perpendicular a él, lo que corresponde a la Tamaño de la próstata. En este caso, el nivel de máxima intensidad secundaria en el plano focal fue significativamente inferior al 10 % de la intensidad máxima en el foco y no superior al 10 % cerca de la superficie del dispositivo.
Los diseños de otros enrejados para la cirugía de próstata se describen en varios trabajos [20] [21] [22] [23] y se analizan en detalle en libros [2] [3] .
Hasta principios de la década de 2000, la mayoría de las celosías bidimensionales eran regulares, es decir, los elementos que contenían se instalaban en la superficie de la celosía de manera regular: en forma de cuadrados, anillos o hexágonos. La disposición de elementos en forma de cuadrados, que, como han demostrado estudios posteriores, puede reconocerse como quizás la forma más desafortunada de colocar elementos, fue durante muchos años el más popular de todos los métodos utilizados [9] [24] [25 ] [26] [27 ] [28] .
Así, a fines de la década de 1990, se desarrolló, fabricó y probó un arreglo en condiciones in vivo en forma de una parte de una capa esférica con un radio de curvatura de 10 cm y un diámetro de 12 cm a una frecuencia de 1,1 MHz, que constaba de 256 elementos dispuestos en forma de cuadrados [29] [30] . A diferencia de los diseños anteriores de rejillas bidimensionales esféricas [9] , la rejilla no estaba hecha de elementos individuales, sino de una sola pieza de material piezocompuesto con conectividad 1-3.
Desde principios de la década de 2000, el uso de ultrasonido enfocado para influir en los tejidos profundos del cerebro humano a través del cráneo intacto se ha desarrollado significativamente para tratar una serie de enfermedades neurológicas y neuromodular las estructuras nerviosas centrales. Para ello se desarrollaron varias modificaciones de sistemas de enfoque, realizadas en forma de hemisferio en el que se coloca la cabeza humana. Por ejemplo, en [31] se describió y estudió un arreglo axisimétrico para una frecuencia de 0.665 MHz en forma de hemisferio con un radio de curvatura de 15 cm y un diámetro de 30 cm, que consta de 64 elementos del mismo tamaño ( el área de cada uno de ellos era de ~22 cm2 ) .
En 1999 se fundó la empresa InSightech (Israel), cuyo objetivo era desarrollar tecnologías basadas en el uso de potentes ultrasonidos focalizados bajo control de resonancia magnética. Se han creado y comercializado varios sistemas de enfoque ultrasónico: ExAblate 2000, 3000, 4000 y ExAblate Neuro . Contienen 512-1024 elementos y tienen la forma de un hemisferio con un diámetro de 30 cm Las frecuencias de diferentes modificaciones son las siguientes: 220-230 kHz, 650-660 kHz, 1 y 2,3 MHz [3] . La potencia acústica es de al menos 800 vatios. Las celosías se hacen axisimétricas. El sistema ExAblate Neuro está diseñado para influir en las estructuras profundas del cerebro a través de un cráneo sin abrir y, por lo tanto, utiliza frecuencias más bajas del rango especificado.
Una tarea importante en el desarrollo de todos los arreglos en fase es reducir el nivel de máximos de intensidad secundaria en el campo creado por él. Su naturaleza física está relacionada en gran medida con la presencia de elementos dispuestos discretamente en el arreglo, lo que equivale a colocar una sola rejilla o transductor de rejilla frente a la superficie. La aparición de tales máximos puede dar lugar a la aparición de un "punto caliente" lejos del lugar del impacto y al sobrecalentamiento indeseable e incluso a la destrucción de estructuras fuera del área de impacto especificada. La receta clásica para deshacerse de los lóbulos laterales en el patrón de radiación es que la distancia entre los centros de los elementos del arreglo debe ser igual o menor que λ /2 [32] , donde λ es la longitud de onda, es decir, por ejemplo, ≤ 0,5 mm a la frecuencia de 1,5 MHz. Este requisito es imposible de cumplir en potentes grillas terapéuticas, ya que para su implementación sería necesario utilizar una elevadísima cantidad de elementos y canales electrónicos. Se sabe que el nivel de los lóbulos laterales en el patrón de radiación de la matriz puede reducirse reduciendo la amplitud de los elementos de la matriz desde su centro hacia la periferia [32] . Sin embargo, el papel de este efecto no es tan grande que, en aras de su implementación, la potencia acústica de la rejilla deba reducirse drásticamente. En los trabajos [16] [33] se estudió un método basado en el uso de celosías lineales con distancias desiguales entre los centros de los elementos. Resultó que la disminución en el nivel de los máximos de intensidad secundarios esperados debido a la aperiodicidad de los elementos de una matriz lineal puede alcanzar un 30-45% en comparación con matrices con distancias iguales entre los elementos. El uso de señales de banda ancha para alimentar los elementos del arreglo [34] tampoco es muy eficiente y aún no se ha utilizado en diseños de arreglos reales.
Uno de los primeros trabajos en los que los autores se propusieron averiguar si la violación de la regularidad de la disposición de los elementos permite mejorar la calidad de las distribuciones de intensidad en el campo creado por la rejilla fue el trabajo de Goss ( Goss ) con colegas [12] . Calcularon el campo de la red con una disposición aleatoria de elementos en su superficie, pero el efecto obtenido fue pequeño. La razón fue que la relación entre el diámetro del elemento y la longitud de onda λ elegida por los autores de este trabajo era demasiado grande: 11,2. En otras palabras, el patrón de radiación de tal elemento era muy estrecho. La influencia de los tamaños de los elementos (y, en consecuencia, su direccionalidad) en la capacidad de las rejillas para mover el foco se discutió en [35] . Las recomendaciones de los autores se redujeron a la necesidad de reducir el tamaño de los elementos y, al mismo tiempo, aumentar su número si el diámetro del volumen calentado debe alcanzar 1 cm.
Un método para mejorar la calidad de los campos acústicos generados por potentes rejillas bidimensionales, basado en el uso de rejillas "adelgazadas" con elementos ubicados aleatoriamente en la superficie de la rejilla, fue fundamentado y estudiado en detalle en [13] [36] . Se concluyó que se puede lograr una distribución de intensidad de ultrasonido de alta calidad bajo dos condiciones: una disposición aleatoria de elementos en la superficie de una matriz bidimensional y un patrón de radiación suficientemente amplio del elemento. Las estimaciones han demostrado [13] [36] que el tamaño máximo de los elementos, en el que todavía es posible lograr una calidad satisfactoria del campo, no es más de 5 λ . Naturalmente, cuanto menor sea el tamaño de onda del elemento, mayor será la capacidad de la rejilla para mover el foco en el espacio.
En [13] [36] se compararon las características de los campos ultrasónicos generados por matrices aleatorias y regulares (en forma de cuadrados, anillos y hexágonos) en una amplia gama de valores de parámetros (frecuencia, número de elementos, matriz diámetro, etc). Resultó que la calidad de los campos generados por las rejillas, evaluada por la capacidad de mover uno o más focos, así como por la amplitud de los máximos de intensidad secundarios que surgieron en este caso, fue significativamente mayor para las rejillas aleatorias. En los mismos trabajos se desarrollaron criterios que permiten comparar la calidad de campos de distintas redes [13] [36] .
Se dedicó una serie separada de trabajos al estudio de la capacidad de las redes para crear y mover en el espacio una gran cantidad de focos (por ejemplo, 16 o 25) [36] [37] , [38] , que es especialmente importante para hipertermia tumoral. Los métodos numéricos para calcular campos acústicos de foco único y de foco múltiple se detallan en una serie de trabajos [13] [36] [37] . Recientemente se ha desarrollado un método de cálculo express basado en la aplicación de una solución analítica en el campo lejano de cada uno de los elementos [39] .
Los primeros diseños reales de redes aleatorias se realizaron y estudiaron experimentalmente en la Universidad de París [40] y en el Imperial College de Londres [41] .
. Los parámetros de estas redes son cercanos entre sí y a los propuestos en [13] [36] [37] . Philips Healthcare también utilizó la aleatorización de la distribución de elementos en una red bidimensional al crear un sistema de enfoque de elementos múltiples para su uso en la clínica [42] [43] .
Entre las diversas tecnologías basadas en el uso de ultrasonido focalizado de alta intensidad en medicina, en la década del 2000. apareció una nueva tecnología, nombrada por su autor prof. Kane por histotricia por analogía con la litotricia [44] . La histotricia se implementa utilizando pulsos ultrasónicos extremadamente intensos y cortos (generalmente no más de 3 a 10 períodos), que permiten el fraccionamiento del área del tejido objetivo utilizando una nube de burbujas de cavitación. En este caso, si la amplitud de los lóbulos laterales en el campo de rejilla no alcanza el umbral de cavitación, entonces la destrucción ocurre solo en el máximo principal. Esto es especialmente valioso cuando se realiza una terapia a través de un cráneo sin abrir. Además, el uso de esta tecnología evita el sobrecalentamiento de los huesos del cráneo cuando los atraviesan potentes ultrasonidos. Se ha descrito un sistema de enfoque de alto rendimiento para el impacto transcraneal en estructuras cerebrales mediante el método de histotricia [45] [46] .
En un trabajo reciente, se propuso un diseño de arreglo bidimensional que permite combinar la aleatorización en la disposición de los elementos del arreglo con una alta densidad de su empaquetamiento y, por lo tanto, con la máxima potencia acústica posible del arreglo [47] . Esto se logra disponiendo elementos en la superficie de la red en forma de espirales.
La discusión de los resultados de los estudios teóricos y experimentales, que indican un potencial significativo para el uso de poderosas rejillas terapéuticas en medicina, es el tema de cientos de artículos y varios libros [2] [3] . Las áreas prometedoras de aplicación clínica de rejillas son: oncología, destrucción de tejidos de próstata (próstata), cirugía para fibromas uterinos, litotricia, hipertermia, estimulación de estructuras nerviosas receptoras. Se muestran las posibilidades del uso de rejillas bidimensionales en cardiología, para el tratamiento del glaucoma y el impacto en los tejidos ubicados detrás del tórax, así como en cirugía plástica y cosmetología [2] [3] .
Los arreglos en fase se han utilizado con éxito para atacar tumores intracerebrales con ultrasonido enfocado a través de un cráneo sin abrir, así como para neuromodular estructuras cerebrales. Algunas de las nuevas funciones ya se han confirmado en ensayos preclínicos, mientras que otras aún se están estudiando en los laboratorios. Las matrices en fase hemisféricas ya se han utilizado en clínicas neurológicas para el tratamiento del dolor neuropático [48] , el tratamiento del temblor esencial [49] y la enfermedad de Parkinson. Se han obtenido resultados alentadores sobre el uso de ultrasonido enfocado para la destrucción de un tumor intracerebral: glioblastoma [50] , neuralgia del trigémino [51] , así como hemorragias intracerebrales [52] y enfermedad de Alzheimer . También se ha demostrado la posibilidad de utilizar ultrasonidos enfocados de alta potencia para influir en la barrera hematoencefálica del cerebro, así como la capacidad de fortalecer el sistema inmunitario humano para combatir el cáncer [2] [3] .
Ensayos no destructivos ( END ) es un nombre común para una serie de tecnologías que hacen posible establecer la integridad interna de varias estructuras y materiales sin su destrucción y, a menudo, incluso sin desmantelar. Y algunas tareas de NDT se pueden resolver sin detener el proceso de producción.
Los ensayos no destructivos son la solución tecnológica más importante en la producción y operación de instalaciones y estructuras industriales especialmente críticas: en energía nuclear, transporte de petróleo y gas, producción química y almacenamiento de sustancias peligrosas, en la industria aeronáutica y de cohetes, en la producción de unidades altamente cargadas (por ejemplo, turbinas eólicas) y muchos otros.
La capacidad de identificar defectos amenazantes en estas y otras áreas similares, tanto en la etapa de producción como durante la operación, aumenta drásticamente la confiabilidad y seguridad de las personas, estructuras e industrias potencialmente peligrosas, pero absolutamente necesarias.
Hoy en día, hay bastantes tecnologías capaces de resolver tales problemas, incluso una simple enumeración tomará mucho espacio y tiempo. Así que en resumen:
Radiación : el objeto bajo estudio es translúcido con radiación (la mayoría de las veces, rayos X). Bueno, al igual que la fluorografía, a la que nos sometemos con regularidad (después de todo, todos deberían tener un pasaporte fluorográfico con marcas anuales de paso). Una fuente de rayos X funciona frente al objeto que se está revisando, y detrás hay una película o un panel digital que captura la imagen. Si todo está limpio en la imagen, no hay defectos, el paciente está sano (al menos por ahora), si los defectos son visibles ... Bueno, por supuesto, comuníquese con un especialista especializado.
La desventaja de este método es que en la industria uno tiene que lidiar no con materiales que son casi transparentes a los rayos X, como nuestro tórax, sino más a menudo con metales (generalmente acero). Al aumentar la potencia de la fuente, es posible iluminar acero, pero de un espesor razonable. Y nuevamente, debe haber acceso para el equipo NDT en ambos lados de la estructura que se está probando, que no siempre está disponible en la realidad. Además, el trabajo con fuentes de radiación requiere la implementación de medidas especiales de seguridad para el personal.
Sustancias penetrantes (capilares): tratamiento del producto de prueba con un líquido especial (penetrante), que tiene la capacidad de penetrar en los defectos más finos del producto, si corresponde. El método es bueno para tanques críticos (entonces se llama detección de fugas; no entiendo por qué aún no se ha utilizado en la ISS para buscar fugas de aire del módulo Zvezda). El método es conveniente para detectar grietas que salen a la superficie, pero, desafortunadamente, es impotente para buscar defectos internos. Y también requiere el cumplimiento de medidas de seguridad, porque hay que pulverizar una cantidad importante de diferentes productos químicos.
Corriente de Foucault : el objeto de estudio está expuesto al campo magnético de un emisor de inducción (bobina), que genera corrientes de Foucault (corrientes de Foucault) en él. El efecto ahora es bien conocido por muchos que usan cocinas de inducción. Tal estufa no calienta el quemador, pero calienta los platos instalados en él, precisamente debido a la excitación de estas mismas corrientes de Foucault en este plato.
Los dispositivos para ensayos no destructivos por corrientes de Foucault no calientan la pieza en estudio, ya que se utilizan corrientes muy pequeñas. La fuerza de las corrientes utilizadas solo es suficiente para excitar corrientes de Foucault en el material en estudio. Las corrientes de Foucault excitadas en el material, a su vez, crean un campo magnético, al analizarlo, se puede determinar sin ambigüedades la desviación de las lecturas normales. El método es especialmente efectivo para detectar defectos superficiales, incluso las grietas más microscópicas que no son visibles a simple vista. Y una gran ventaja: sin radiación peligrosa ni productos químicos rociados.
La desventaja es la misma que la de las cocinas de inducción de cocina: no todos los platos se pueden usar en ellas. Los platos hechos de aluminio y sus aleaciones, la mayoría de los grados de acero inoxidable, y aún más el cobre, la cerámica, etc. no funcionan. Aunque los dispositivos de prueba no destructivos modernos funcionan con una gama mucho más amplia de materiales, solo son conductores de electricidad.
Ultrasónico : la parte bajo estudio es translúcida con vibraciones ultrasónicas y se analiza el eco de este ultrasonido. Bueno, como en las películas de detectives: el detective golpea las baldosas del parquet, el eco es sonoro, lo que significa que no hay nada. Y de repente una respuesta sorda: ese es el caché encontrado.
La radiación ultrasónica es creada por un transductor piezoeléctrico (PT), un producto hecho de un material especial que cambia de tamaño bajo la influencia de un campo eléctrico que se le aplica. El suministro de una tensión alterna de alta frecuencia provoca la vibración de la sonda con esta frecuencia, y si este transductor tiene contacto físico con la pieza que se está probando, estas vibraciones se propagan en ella.
El principio del control ultrasónico es esencialmente la ecolocalización, como en delfines o murciélagos. Las vibraciones de sonido en el material probado se reflejan desde los límites de este material y, si los hay, desde los defectos en él. La peculiaridad del material del que está hecha la sonda es que no solo “tiembla” cuando se le aplica un voltaje alterno, sino que, exactamente al contrario, genera impulsos eléctricos cuando se expone a ondas sonoras reflejadas.
El análisis de estos impulsos de respuesta permite comprender si hay un "caché" en el área bajo prueba que necesita ser abierto.
El desarrollo de la tecnología ha llevado al uso de arreglos en fase (PA) en tales dispositivos. Tal dispositivo consiste en un conjunto (matriz) de transductores piezoeléctricos. Aplicar tensión a los elementos de esta matriz no todos a la vez, sino elemento por elemento según la fórmula correspondiente, equivale a la radiación de un elemento “grande” por un haz con las características requeridas. Además, el programa de control puede cambiar rápidamente la dirección de este haz de forma electrónica. Esto puede ser un escaneo lineal para buscar corrosión en el área máxima o enfocarse en un punto donde, por ejemplo, el operador necesita usar más potencia al inspeccionar un área de soldadura compleja.
Por lo tanto, un detector de fallas ultrasónico con una matriz en fase puede verificar en una sola pasada no un área pequeña debajo de él, sino toda el área de la pieza que se está verificando.
Los detectores de fallas de DP son ahora los más prometedores: son dispositivos universales capaces de "ver a través" y analizar detalles y estructuras hechas de una amplia variedad de materiales y una variedad de tamaños y configuraciones. Son seguros de usar, le permiten guardar todos los datos de control y permiten evaluar los parámetros de los defectos en tres dimensiones.
Los métodos de ensayo ultrasónico no destructivo están en constante desarrollo. En 1975 se publicó la técnica TOFD (Time-of-flight difraction). Este método también se llama método de "tiempo de vuelo", traduciendo literalmente el nombre en inglés, aunque en ruso sería "método de difracción de tiempo" sería correcto. En la segunda mitad de los años 80 del siglo pasado, comenzó a ganar popularidad debido al advenimiento de computadoras lo suficientemente potentes, pero al mismo tiempo portátiles, capaces de procesar los resultados de las mediciones directamente en el sitio de control.
La esencia del método es que TOFD analiza el tiempo de tránsito de un pulso ultrasónico para determinar la posición y el tamaño de la fuente de reflexión. La medida convencional de la señal reflejada es un método relativamente poco fiable para determinar el tamaño de los defectos, ya que la amplitud de esta señal depende significativamente de la orientación de la fisura y de la dirección del haz ultrasónico del emisor PET.
En el caso de TOFD, se colocan un par de sondas ultrasónicas en lados opuestos del objeto que se analiza (por ejemplo, una soldadura). Una de las sondas, el transmisor, emite un pulso ultrasónico, que es captado por la sonda del otro lado, el receptor. En objetos intactos, la sonda receptora recibe señales de dos ondas: una que viaja a lo largo de la superficie y la otra que se refleja en la pared del fondo. En presencia de una fisura se produce la difracción de una onda ultrasónica, que se refleja principalmente en las puntas de la fisura. Usando el tiempo de tránsito conocido (medido y calculado) del pulso, la profundidad del borde de la grieta se puede calcular con mucha precisión usando trigonometría simple y automáticamente usando una computadora.
En los dispositivos modernos, ni siquiera se requiere un par de receptor-transmisor en ambos lados del objeto escaneado, un transmisor y un receptor "inteligentes" son suficientes en un lado, desde el lado del escaneo.
Olympus, uno de los principales fabricantes mundiales de instrumentos de prueba no destructivos, produce dispositivos, en particular, la familia Omniscan, en la que se implementan todos los métodos NDT modernos. Las "campanas y silbatos" como el GPS incorporado, una gran cantidad de memoria para registrar los resultados no son lo más importante. Y lo que es realmente importante, estos dispositivos combinan la máxima fiabilidad, una potente funcionalidad y una excelente ergonomía.