第一台将声波信号直接转换为光的超声成像设备

声音转化为光：新设备将超声直接转化为光。(来源：Shutterstock / FusionMS)

美国北卡罗来纳州立大学的Hyeonggeun Yu及其同事创建了第一台将声波信号直接转换为光的超声成像设备。该器件是通过将有机LED沉积到压电晶体上而制成的，无需信号处理即可产生实时图像。这种方法可以大大降低先进的超声成像技术的成本，从而使它们在包括工程和医学在内的应用中更容易获得。

超声波是一种越来越流行的用于对物体内部(无生命和无生命)进行成像的技术。它的工作原理是使用压电换能器将声波传输到物体中，然后使用同一换能器拾取物体内部结构反射的声音。然后，换能器中产生的电压被转换成电信号，计算机可以从中重建图像。由于超声无需昂贵的磁体或电离辐射即可实现低成本，实时成像，因此与磁共振成像和X射线扫描等方法相比，它具有明显的优势。

最近，对超声技术的改进已经用超过10,000个设备的大型阵列代替了单个可移动换能器，从而允许以更高的分辨率和更高的图像生成速度进行扫描。但是，这些较新的技术涉及更复杂的硬件，并且与以前的方法相比，需要更为复杂的信号处理方法。这显着提高了超声成像的成本，使许多受益于该技术的人群无法使用超声成像。

PZT上的OLED

在他们的研究中，Yu的团队发现了一种在钛酸锆酸铅(PZT)压电晶体之上制造分层有机LED(OLED)来避免信号处理的方法。在最终的“ p-OLED”中，由超声波感应的电压直接转换为光，并显示在换能器本身的屏幕上，从而无需进行信号处理。

Yu及其同事通过将8×8的p-OLED传感器阵列浸入水中来证明了这一概念，每个传感器在最终的超声图像中产生了1×1 cm的像素。有机LED屏幕的总厚度仅为120 nm，具有高发光度和低开启电压，同时显示出机械能和光能之间的高转换效率。

该小组现在希望，通过相对简单的设置改进，他们将能够产生分辨率高达500×500像素的图像。他们还相信，他们很快将能够以大约100美元的价格制造其p-OLED，这比以前的换能器阵列的价格有了明显的提高，该价格可能会超过100,000美元。最终，这些改进将使高级超声成像可用于那些提供高要求医疗服务的人员，例如胎儿成像，药物输送和早期癌症检测。在其他地方，它可能会导致工程师以更具成本效益的方式来监视建筑物和基础设施的结构健康。

新设备在ACS Applied Materials&Interfaces中进行了描述。