電容式微機(jī)械超聲換能器（CMUT）具有頻帶寬、制造成本低、易與電路集成等優(yōu)點(diǎn)，在醫(yī)學(xué)成像領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)于高密度CMUT器件的制備并不完善，高密度CMUT的應(yīng)用研究也相對(duì)落后，急需開(kāi)展通過(guò)稀疏陣元實(shí)現(xiàn)高密度、高質(zhì)量成像的研究。
據(jù)麥姆斯咨詢(xún)報(bào)道，針對(duì)該問(wèn)題，中北大學(xué)、北京宇航系統(tǒng)工程研究所的研究團(tuán)隊(duì)基于32陣元的CMUT環(huán)形陣列，搭建了超聲成像驗(yàn)證平臺(tái)，并驗(yàn)證了所制備的CMUT環(huán)形陣列在超聲成像中的可行性。該研究為進(jìn)一步研制基于高密度CMUT換能器的超聲成像系統(tǒng)提供了參考。相關(guān)研究成果以“基于CMUT環(huán)形陣列的反射超聲成像方法”為題發(fā)表在《微納電子技術(shù)》期刊上。
CMUT高密度陣元、低制造成本的特點(diǎn)使其擁有制備超聲環(huán)形陣列獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。這項(xiàng)研究工作所提出的32陣元CMUT環(huán)形陣列探頭如圖1所示，主要由32個(gè)CMUT陣元、透聲匹配層、殼體、電纜和轉(zhuǎn)接頭組成。CMUT環(huán)形陣列配置形式如圖2所示，將32個(gè)陣元等間距地分布在直徑為20 cm的圓環(huán)上，并通過(guò)電纜連接到連接頭上，便于后續(xù)與超聲系統(tǒng)連接。
圖1 本研究提出的32陣元CMUT環(huán)形陣列探頭
圖2 CMUT環(huán)形陣列配置形式
研究人員對(duì)所提出的基于CMUT環(huán)形陣列的反射式超聲成像方法進(jìn)行了驗(yàn)證，搭建了基于CMUT的超聲成像系統(tǒng)，該平臺(tái)通過(guò)旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)稀疏陣元的超聲成像：由Verasonics多通道超聲研究平臺(tái)控制CMUT環(huán)形陣列中每個(gè)陣元對(duì)目標(biāo)體依次發(fā)射超聲波，采集回波數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)；再用反射式超聲成像算法處理旋轉(zhuǎn)得到的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)圖像重建。
圖3 基于CMUT的超聲成像系統(tǒng)原理圖
圖4 基于CMUT環(huán)形陣列超聲成像的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)
圖像重建結(jié)果表明，該反射成像算法可獲得目標(biāo)體圖像，且目標(biāo)體直徑測(cè)試值為6.14 cm，與目標(biāo)體直徑實(shí)際值6.00 cm相比，成像誤差為2.33%，誤差可能是由測(cè)試介質(zhì)的聲速在不同溫度下不同引起的，驗(yàn)證了CMUT環(huán)形陣列在超聲成像中應(yīng)用的可行性。
圖5 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的掃描變換結(jié)果
圖6 目標(biāo)體中心所在的水平位置的一維電壓幅值分布
綜上所述，這項(xiàng)研究工作搭建了基于32陣元CMUT環(huán)形陣列的超聲成像驗(yàn)證平臺(tái)，通過(guò)旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)了稀疏陣元的反射式超聲成像，驗(yàn)證了CMUT環(huán)形陣列在超聲成像中應(yīng)用的可行性，該研究也為基于高密度CMUT換能器的超聲成像研究提供了重要參考。
論文信息：
DOI: 10.13250/j.cnki.wndz.24010502
