Личный кабинет
Компания Imec создала оптико-механический ультразвуковой датчик на кремниевом фотонном чипе, обладающий беспрецедентной чувствительностью благодаря инновационному оптико-механическому волноводу.
Из-за этого высокочувствительного волновода маленький датчик с размером 20 мкм имеет предел обнаружения на два порядка лучше, чем пьезоэлектрические элементы того же размера.
Низкий предел обнаружения датчика делает возможным новые клинические и биомедицинские применения ультразвуковой и фотоакустической визуализации, такие как глубокая маммография и исследование васкуляризации или иннервации потенциально опухолевой ткани.
Томографическая ультразвуковая и фотоакустическая визуализация позволяют создавать двух- или трехмерные изображения с использованием массива ультразвуковых датчиков.
Однако современные пьезоэлектрические ультразвуковые датчики имеют свои ограничения. Во-первых, предел обнаружения обратно пропорционально зависит от размера датчиков, что является проблемой для получения изображений с высоким разрешением с небольшими длинами акустических волн.
Для изображений с высоким разрешением требуются небольшие пьезоэлектрические датчики, которые по своей сути имеют более высокий предел обнаружения, что приводит к зашумлению изображения. Во-вторых, пьезоэлектрические датчики полагаются на свой механический резонанс для увеличения амплитуды сигнала.
Это означает, что они работают в небольшом диапазоне резонансной частоты, чтобы избежать высоких пределов обнаружения. Наконец, матрицы пьезоэлектрических датчиков требуют одного провода для каждого чувствительного элемента, что затрудняет, например, применение катетеров.
«Датчик, который мы продемонстрировали, изменит правила игры при визуализации глубоких тканей в непрозрачных тканях, таких как кожа или мозг. Для таких приложений, как визуализация подкожной меланомы или маммография, он позволяет более детально изучить опухоль и васкуляризацию вокруг, помогая в более детальной диагностике », — говорит Ксавье Роттенберг, коллега по волновым датчикам и исполнительным элементам в imec.
Решение Imec основано на высокочувствительном оптико-механическом волноводе с разделенными ребрами, изготовленном с использованием новой КМОП-совместимой обработки. Чувствительность на два порядка больше, чем у современного устройства.
Низкий предел обнаружения может улучшить компромисс между разрешением изображения и глубиной для ультразвуковых приложений и имеет решающее значение для фотоакустической визуализации, где давление на три порядка ниже, чем в традиционных методах ультразвуковой визуализации.
Кроме того, это может позволить использовать приложения с низким давлением, такие как функциональная визуализация мозга через череп, который страдает от сильного ослабления ультразвука в кости.
Наконец, мелкодисперсная (30 мкм) матрица этих крошечных (20 мкм) датчиков может быть легко интегрирована на кристалле с фотонными мультиплексорами. Это открывает возможность для новых применений, таких как миниатюрные катетеры, поскольку для сенсорных матриц требуется всего несколько оптических волокон, которые необходимо подключить вместо одного электрического соединения на элемент в случае пьезоэлектрических датчиков.
«Сенсорная технология составляет основу фотоакустической дорожной карты, разработанной в imec и далее тестируемой на выбранных партнерских сайтах», — добавляет Ксавье Роттенберг.
Загрузка