IMEC研發(fā)可檢測生物組織的光機械超聲傳感器

據(jù)麥姆斯咨詢報道，全球領(lǐng)先的納米電子學和數(shù)字技術(shù)研究與創(chuàng)新中心imec，提出了一種基于硅光子芯片的光機械超聲傳感器，得益于創(chuàng)新的光機械波導，該傳感器具有前所未有的靈敏度。憑借這種高靈敏度波導，其20 μm小型傳感器的檢測限優(yōu)于同尺寸壓電元件兩個數(shù)量級。

該傳感器的低檢測限使得超聲和光聲成像在臨床和生物醫(yī)學領(lǐng)域的新應(yīng)用成為可能，例如：深部組織X光攝影，以及潛在腫瘤組織的血管形成或神經(jīng)支配研究等。

新型光機械超聲傳感器概念和創(chuàng)新的分脊（split-rib）波導

斷層掃描超聲和光聲成像利用超聲傳感器陣列構(gòu)建二維或三維圖像。然而，即使目前最先進的壓電超聲傳感器也有其局限性。

首先，檢測限與傳感器的尺寸成反比，這是小波長高分辨率成像需要面對的一個問題。高分辨率圖像需要小尺寸壓電傳感器，這些傳感器本質(zhì)上具有較高的檢測限，從而導致圖像噪聲。其次，壓電傳感器依靠機械諧振來增強信號的振幅。這意味著它們要在諧振頻率附近的小范圍內(nèi)工作，以避免高檢測限。最后，壓電傳感器矩陣對于每個傳感元件都需要一根導線連接，從而阻礙了醫(yī)學導管等應(yīng)用。

專門開發(fā)的CMOS制造工藝

“我們展示的這款創(chuàng)新型傳感器，將成為皮膚或大腦等生物組織深層成像的突破性技術(shù)。對于皮下黑色素瘤成像或乳房X光攝影等應(yīng)用，它可以更詳細地查看腫瘤和周圍的血管形成，有助于更準確的診斷?！眎mec基于波的傳感器和執(zhí)行器研究員Xavier Rottenberg說。

imec的解決方案基于一種CMOS兼容新工藝制作的高靈敏度分脊光機械波導。其靈敏度比目前最先進的器件高兩個數(shù)量級。低檢測限可以改善超聲應(yīng)用中成像分辨率和深度之間的權(quán)衡，這對于光聲成像來說至關(guān)重要，光聲成像的壓力比傳統(tǒng)超聲成像技術(shù)低了三個數(shù)量級。此外，它還可以實現(xiàn)貫穿顱骨的功能性大腦成像等低壓應(yīng)用，此前這類應(yīng)用會受到顱骨的強超聲衰減影響。

最后，這些微型傳感器（20 μm）的精細間距（30 μm）矩陣可以很容易地與光子多路復用器集成在芯片上。得益于這種傳感器矩陣只需要很少的光纖連接，而不像傳統(tǒng)壓電傳感器中每個元件都需要一個電氣連接，為微型導管等新應(yīng)用開辟了可能性。