imec與Pulsify Medical打造用于心臟監(jiān)測的概念驗證醫(yī)療貼片

通過向人體發(fā)射高頻聲波并將其回波轉換為電信號，可以構建體內實時圖像。通過超聲成像對子宮內的胎兒進行非侵入性可視化已得到廣泛認可。除了醫(yī)學成像，超聲波還可以應用于汽車、虛擬現(xiàn)實（VR）/增強現(xiàn)實（AR）應用以及其他領域的生物識別和手勢識別。

目前，超聲換能器通常采用硅基半導體設備來生產。對于大面積覆蓋的高分辨率醫(yī)學成像，需要大尺寸傳感器，這對于硅基傳感器來說具有挑戰(zhàn)性，因為其每平方毫米的成本很高。

用于大面積成像的PMUT陣列

2021年，比利時微電子研究中心（imec）推出了一種與平板顯示器（FPD）工藝技術兼容的壓電式微機械超聲換能器（PMUT）陣列。得益于其由基于硅晶圓的工藝轉向FPD兼容工藝，有望推動超聲換能器的成本效益升級。

具體來說，由于其與現(xiàn)有薄膜晶體管背板的兼容性，并且這種換能器技術不受晶圓尺寸限制，因此，PMUT陣列的大面積處理成為可能。不過，這種聚合物壓電材料的性能還不足以實現(xiàn)高質量的醫(yī)學成像。

據(jù)麥姆斯咨詢報道，現(xiàn)在，imec展示了采用另一種壓電材料——氮化鋁鈧（AlScN）的第二代PMUT陣列。隨著早期使用玻璃基板取代晶體硅基板，面積限制已被解決。此外，與上一代相比，第二代PMUT陣列的聲壓提高了10倍。

采用壓電材料AlScN制成的第二代PMUT陣列

該陣列采用AlScN壓電層，可在10 cm的水中實現(xiàn)了令人印象深刻的圖像采集和波束控制。這一進步為曲面上的復雜超聲應用鋪平了道路，有望變革醫(yī)學成像和監(jiān)測應用。

柔性超聲成像的前景

下一步研究包括使技術更加成熟，并將器件調諧到特定頻率。在此過程中，這項技術將能夠在曲面上（例如人體或汽車儀表板上）實現(xiàn)大尺寸超聲換能器陣列，從而有助于在大型非平面表面上集成超聲波功能。由此，令人興奮的超聲波創(chuàng)新應用機遇即將興起。

imec通過與Pulsify Medical合作，打造了一款用于心臟監(jiān)測的概念驗證醫(yī)療貼片，為醫(yī)院外的非侵入性縱向監(jiān)測鋪平了道路。因此，雙方的合作使無需醫(yī)生操作的非侵入性心臟監(jiān)測向現(xiàn)實邁進了一大步。

PMUT器件特性圖，插圖顯示了所制造的PMUT顯微鏡圖像以及相應的腔體剖面圖

作為歐盟資助的“Listen2Future”項目的一部分，這種柔性超聲貼片的進一步開發(fā)正在進行中。Listen2future是由歐盟資助的項目，由英飛凌科技（Infineon Technology）負責協(xié)調，與來自7個國家的27個合作伙伴一起解決壓電聲學換能器挑戰(zhàn)并進行基準測試。

審核編輯：彭菁