用于光声显微层析成像的硅光子声学探测器

       医学超声和光声成像通常依靠波束形成和层析成像的概念进行成像，由压电阵列换能器实现，其元件尺寸与所需分辨率相当。然而，由于压电元件在小型化后的效率降低，对于超过100 µm的分辨率，声信号的层析测量变得越来越不切实际。对于更高的分辨率，首选显微镜方法，如单个聚焦超声换能器逐点成像对象，但这种方法的庞大设备和长采集时间限制了临床应用。

       近日，来自以色列理工学院的Yoav Hazan等人报告了一种小型化硅光子声学探测器（SPADE），并展示了其在体内光声显微层析成像的能力。他们的平台基于硅波导中的π相移布拉格光栅（π-BG）谐振器，硅波导涂有弹性体聚二甲基硅氧烷（PDMS），并结合用于信号读出的低噪声干涉测量装置。PDMS涂层提高了灵敏度并降低了声表面波（SAW）的寄生效应，这种效应限制了以前硅光子学探测器的成像能力。SPADE的噪声等效压力（NEP）低至2.2 mPa Hz−1/2，带宽高于 200 MHz，对应于理论上可实现的~6 µm轴向分辨率。针对点源测试了用于光声显微层析成像的SPADE的性能，揭示了宽度低于20 µm的横向和轴向扩展函数，以及25 µm的典型两点分辨率。在分辨率目标上进行测试时，他们的成像系统成功地解析了每毫米高达22.6条线的结构。SPADE 实现的成像分辨率可与最先进的声分辨光声显微镜（AR-PAM）实现相媲美，在光声层析成像（OAT）领域是无与伦比的，不仅由于其先进的技术特性，而且由于其易于破译的信号，相对没有寄生效应，主要受飞行时间原则支配。相关研究工作发表在《Nature Communications》上。（詹若男）

        文章链接：Yoav Hazan et al. Silicon-photonics acoustic detector for optoacoustic micro-tomography. Nature Communications (2022) 13:1488 https://doi.org/10.1038/s41467-022-29179-7