Ultrasounds for Biological Applications and Materials Science

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Ofertamos contrato FPI: Autoenfoque en Imagen Ultrasónica Tridimensional

Oferta de tema de investigación para contrato predoctoral para
la formación de doctores 2019

Contacto : j.camacho@csic.es
Proyecto: Autoenfoque en Imagen Ultrasónica Tridimensional
Referencia : RTI2018-099118-A-I00
Inv. principal: Jorge Camacho Sosa-Dias

INTRODUCCIÓN
La imagen ultrasónica es la técnica de diagnóstico más extendida en medicina
(ecografía) y una de las herramientas más utilizadas para la evaluación no destructiva de
materiales y componentes. En el sector industrial, se utiliza para encontrar defectos de
fabricación o en servicio de forma rápida y no invasiva.
Un buen ejemplo de la importancia de esta técnica es el sector aeronáutico, donde el
100% de los componentes estructurales deben ser inspeccionados antes de entrar en
servicio. Existe, por tanto, una importante demanda de nuevos sistemas de inspección,
más rápidos, precisos y fiables.
El desarrollo de sistemas ultrasónicos involucra diversas disciplinas: física (propagación
de ondas), transductores, procesamiento de señal, electrónica, robótica y software. Es un
campo exigente y atractivo, tanto a nivel académico como empresarial, con una gran
variedad de aplicaciones: medicina, aeronáutica, automoción, industria naval, ferrocarril,
generación de energía, industria alimentaria, etc.
EL PROYECTO
Con este proyecto buscamos responder la siguiente pregunta: ¿Es posible desarrollar
sistemas de imagen ultrasónica tridimensional auto-enfocada?
A diferencia de la imagen óptica donde el auto-enfoque es una técnica convencional,
obtener una imagen ultrasónica enfocada no es trivial. Un transductor ultrasónico está
formado por centenares de pequeños elementos, para los que hay que conocer con
precisión el tiempo de vuelo del sonido a cada píxel de la imagen (leyes focales). Para
ello hace falta conocer las características del medio (geometría, velocidad de
propagación, etc.) y en la mayoría de los casos industriales son necesarios cálculos
iterativos complejos.
Siguiendo con el ejemplo aeronáutico: Un robot recorre a gran velocidad el ala de un
avión portando un transductor ultrasónico con el que generar imágenes de su interior.
Para conseguir una imagen enfocada hay que conocer con precisión la geometría de la
pieza en cada momento y la posición exacta del transductor, lo cual, en grandes
componentes con tolerancias de fabricación, no es posible. La alternativa es que sea el
propio sistema de ultrasonidos quien detecte la geometría de la pieza, calcule las leyes
focales y reprograme la electrónica de adquisición (auto-enfoque), todo ello en tiempo
real y a una tasa elevada para no limitar la velocidad del robot.

Nuestro grupo ha resuelto este problema para imagen 2D, combinando algoritmos que
simplifican el cálculo de los retardos con una electrónica de altas prestaciones [1-7],
pero no es suficiente. La industria demanda sistemas automáticos de imagen ultrasónica
tridimensional (3D) que se adapten a la geometría de la pieza en todas las direcciones, y
ese es el objetivo del proyecto: Generar una tecnología de imagen ultrasónica 3D
auto-enfocada en tiempo real para aplicaciones industriales.
METODOLOGÍA
1. Investigar en nuevos métodos y algoritmos para imagen ultrasónica 3D. Se trata de
generalizar los resultados anteriores del grupo para imagen 2D e investigar en nuevas
formas de generar imagen 3D que permitan el enfoque automático en tiempo real.
2. Validar los algoritmos desarrollados mediante experimentos con piezas de referencia
y componentes reales.
3. Implementar los métodos de imagen desarrollados en un hardware dedicado para
operar en tiempo real, que servirá como demostrador para la transferencia a la industria
de los resultados del proyecto.
NUESTRO GRUPO
El Grupo de Sistemas y Tecnologías Ultrasónicas (GSTU) del CSIC está formado en la
actualidad por 8 investigadores, un equipo multi-disciplinar con experiencia en diversas
disciplinas relacionadas con los ultrasonidos: física de propagación de ondas, materiales
y transductores, métodos de formación de imagen, electrónica analógica y digital,
software y procesamiento de señal y mecánica y robótica.
De 2000 a 2018, el GSTU se financió con 60 Proyectos y 77 contratos, y generó 30
patentes y 300 artículos (170, en 2009-19) en revistas SCI y libros con ISBN. El grupo
transfiere activamente tecnologías y resultados a la industria y creó 2 empresas spin-off
(EBT). En los últimos 10 años ha dirigido 7 tesis doctorales y 3 tesis de maestría.

EL CONTRATO
Las ayudas para contratos predoctorales para la formación de doctores tienen como
objetivo principal incrementar la cantidad y la calidad de los nuevos doctores, a través
de la realización de sus tesis doctorales en el marco de los mejores proyectos de
investigación de grupos de investigación con solvencia científica y académica
pertenecientes a universidades, organismos públicos de investigación y otros centros de
investigación.
Cada ayuda tiene una duración de cuatro años y se instrumenta a través de la
modalidad contractual de contrato predoctoral. Asimismo, en el marco de estas ayudas
se incluye una dotación adicional que financia, por un lado, la realización de estancias
por parte del personal investigador en formación, en centros de I+D diferentes a los
que estén adscritos, con el fin de que dicho personal pueda realizar actividades
beneficiosas para mejorar su formación e impulsar el desarrollo de su tesis y, por otro
lado, los gastos de matrícula derivados de las enseñanzas de doctorado.
Instituto de Tecnologías Físicas y de la Información
c/ Serrano 144, 28006, Madrid
Tel: +34 915618806
REFERENCIAS
[1] J. F. Cruza; J. Camacho; R. Mateos; C. Fritsch. A new beamforming method and hardware
architecture for real time two way dynamic depth focusing. Ultrasonics. 99, Elsevier, 07/2019,
JCR Q1.
[2] J. Brizuela; J. Camacho; G. Cosarinsky; J.M. Iriarte; J.F. Cruza. Improving elevation
resolution in phased-array inspections for NDT. NDT & E International. 101, pp. 1 – 16.
Elsevier, 10/2018, JCR Q1.
[3] J.F. Cruza; J. Camacho. Total focusing method with virtual sources in the presence of
unknown geometry interfaces. IEEE Trans. on Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency
Control. 63 – 10, pp. 1581 – 1592. IEEE, 07/2016. JCR Q1.
[4] J. Camacho; J.F. Cruza. Auto-focused Virtual Source Imaging with arbitrarily shaped
interfaces. IEEE Trans. on Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control. 62 – 11, pp. 1944
– 1956. JCR Q1.
[5] J.F. Cruza; J. Camacho; J. M. Moreno; C. Fritsch. Ultrafast hardware-based focal law
calculator for automatic focusing. Ndt & e International. 74, pp. 1 – 7. 09/2015. JCR Q1.
[6] J. Camacho; J.F. Cruza; J. Brizuela; C. Fritsch. AUTOMATIC DYNAMIC DEPTH
FOCUSING FOR NDT. IEEE Trans. on Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control. 61 –
4, pp. 673 – 684, 01/2014, JCR Q1.
[7] J.F. Cruza; J. Camacho; L. Serrano-Iribarnegaray; C. Fritsch. NEW METHOD FOR REALTIME DYNAMIC FOCUSING THROUGH INTERFACES. IEEE Trans. on Ultrasonics,
Ferroelectrics and Frequency Control. 60 – 4, pp. 739 – 751, 4/2013, JCR Q2.

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