超级分辨率成像：世界上最小的超声探测器显影 - 小于血细胞

硅芯片（约3mm x 6 mm），具有多个探测器。芯片表面上的细小黑色雕刻是互连探测器（裸眼不可见的光子电路）。在背景技术中，硅晶片上的更大刻度光子电路。

HelmholtzZentrumMünchen和慕尼黑技术大学的研究人员开发了世界上最小的超声探测器。它基于硅芯片顶部的小型光子电路。尺寸小于平均人的头发的100倍，新探测器可以可视化比以前可能的特征，导致所谓的超分辨率成像。

自20世纪50年代中医学超声成像的发展以来，超声波的核心检测技术主要集中在使用压电检测器，该压电检测器将来自超声波的压力转换为电压。通过超声实现的成像分辨率取决于所用压电检测器的尺寸。减少该尺寸导致更高的分辨率，并且可以提供更小的，密集的一个或二维超声阵列，其具有改进的鉴别成像组织或材料中的特征的能力。然而，进一步降低压电检测器的尺寸急剧地损害了它们的灵敏度，使它们无法使用，以便实际应用。

使用计算机芯片技术创建光学超声检测器

硅光态技术广泛用于小型化学部件，并密集地将它们包装在硅芯片的小表面上。虽然硅不表现出任何压电性，但其在小于光波长的尺寸上限制光的能力已经被广泛利用用于小型化光子电路的开发。

HelmholtzZentrumMünchen的研究人员和大块资本化了那些小型光子电路的优势，并建造了世界上最小的超声探测器：硅波导 - 标准乐探测器或瑞典。除了从压电晶体中记录电压，SWED监测器通过小型光子电路传播的光强度变化。

“这是第一次使用小于血液细胞尺寸的检测器来使用硅光子技术来检测超声波，”瑞典开发商的开发人员Rami Shnaiderman说。“如果压电检测器小型化为瑞瑞的规模，则将敏感的程度为1亿倍。”

超级分辨率成像

“我们能够将新探测器小型化的程度，同时由于使用硅光子学引起的高灵敏度令人叹为观止，”Vasilis Ntziachristos教授，研究团队的领导教授说。SWED尺寸约为半米（= 0,0005毫米）。该尺寸对应于比在临床成像应用中采用的最小压电检测器小的至少10,000倍的区域。SWED也比采用超声波波长小的200倍，这意味着它可以用于可视化小于一微米的特征，导致所谓的超分辨率成像。

廉价且强大

由于技术大写硅平台的稳健性和易于可制造性，因此可以在压电探测器的成本的小部分中产生大量的检测器，使得批量生产可行。这对于基于超声波开发许多不同的检测应用是重要的。“我们将继续优化这项技术的每个参数 - 敏感性，大阵列中瑞典的整合，以及其在手持设备和内窥镜中的实现，”加入Shnaiderman。

未来的发展和应用

“探测器最初是为推动光声成像的性能而开发的，这是我们在HelmholtzZentrumMünchen和Tum进行研究的主要关注点。然而，我们现在预见到更广泛的传感和成像领域的应用，“Ntziacchristos说。

虽然研究人员主要针对临床诊断和基本生物医学研究的应用，但工业应用也可能受益于新技术。增加的成像分辨率可能导致在组织和材料中研究超细细节。第一线调查涉及细胞和微脉管系统在组织中的超分辨率光声（光声）成像，但是瑞典也可以用于研究超声波的基本性质及其与以前不可能的规模的相互作用。 。

###

参考：“超声波检测亚型硅硅 - 绝缘体谐振器”由Rami Shnaiderman，Georg Wissmeyer，Okanülgen，Qutaiba Mustafa，Andriy Chmyrov和Vasilis Ntziachristos，Natile.Doi（Qutaiba），Andriy Chmyrov和Vasilis Ntziachristos
10.1038 / s41586-020-2685-y

合作和专利

HelmholtzZentrumMünchen的生物学和医学成像研究所，在肿瘤中的生物成像椅，翻译 - Tums大学医院Klinikum Rechts der Isar中央翻译癌症研究所，同样为这项新技术进行了贡献期刊自然。保护这项技术的智力方面正在进行中。

HelmholtzZentrumMünchen.

HelmholtzZentrumMünchen是一项研究中心，可让任务发现人性化医疗解决方案，用于对环境引发的疾病预防和治疗，并在快速改变的世界中促进更健康的社会。HelmholtzZentrumMünchen总部位于慕尼黑北部的Neuherberg，拥有约2,500名员工。它是亥姆霍兹协会的成员，是德国最大的科学组织，19名研究中心拥有超过40,000名员工。