一種基于硅光子芯片的光機械超聲傳感器，在醫學領域的新應用

據麥姆斯咨詢報道，全球領先的納米電子學和數字技術研究與創新中心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于同尺寸壓電元件兩個數量級。

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學領域的新應用成為可能，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支配研究等。

新型光機械超聲傳感器概念和創新的分脊（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，從而阻礙了醫學導管等應用。

專門開發的CMOS制造工藝

“我們展示的這款創新型傳感器，將成為皮膚或大腦等生物組織深層成像的突破性技術。對于皮下黑色素瘤成像或乳房X光攝影等應用，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量級。低檢測限可以改善超聲應用中成像分辨率和深度之間的權衡，這對于光聲成像來說至關重要，光聲成像的壓力比傳統超聲成像技術低了三個數量級。此外，它還可以實現貫穿顱骨的功能性大腦成像等低壓應用，此前這類應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，為微型導管等新應用開辟了可能性。
編輯：lyn