Nature子刊：新材料，创造出超柔超声检查仪；既可超小、又能大面积、还可穿戴，检测质量亦提供提高

关键词：压电聚合物；柔性超声换能器；Nature Communications

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（如需原文，请加微信healsanq获取，备注20240330NC）

研究设计和结果

🔷  新型超声波换能器技术：

本研究开发了一种基于生物相容性无铅压电聚合物 P(VDF-TrFE) 薄膜的柔性超声换能器技术。

🔷  高密度柱状结构：

通过热压纹技术与箔层压技术相结合，制造出了宽约 40 μm、高约 80 μm的高密度支柱结构（>64%）。根据电极布局的不同，每个支柱可单独处理或分组处理。

支柱结构的两大优点：①在机械上隔离了相邻阵元，这大大降低了相邻声学元件之间的声学串扰；②增加了整个阵列的机械灵活性。

🔷  调谐操作频率：

通过改变P(VDF-TrFE)柱的高度，可以调节工作频率。研究者们专注于5-10 MHz的频率范围，这一频率范围也被广泛用于常规超声检测和内窥镜超声应用中，此外还特别针对颈动脉进行了研究。

🔷  性能评估：

• 良好的人体组织匹配性：本研究制造出的PillarWave超声换能器总厚度仅为100μm，其压电性能与人体组织具有很好的匹配性。P(VDF-TrFE)柱的声阻抗值为3.7MRayl，接近人体组织声阻抗。P(VDF-TrFE)裸片对组织的透射系数为 0.58；而普通压电材料裸片则为35MRayl和0.082。因此，无需匹配层或衬底就能达到医学成像的典型带宽，而且换能器的振铃非常小。

• 超声成像性能：集成到包含 2×64 个阵元线性阵列中，使用商用仿组织体模评估了线性阵列的成像性能，获得了高分辨率的超声图像，并从中提取了重要的参数，如轴向和横向分辨率。

• 机械灵活性和面积可扩展性：通过将换能器功能性集成到一个半径为3mm的内窥镜探头和一个大面积（91.2×14 mm²）的非侵入性血压传感器中，展示了换能器的机械灵活性和大面积阵列制造潜力，并在颈动脉模型和志愿者身上展示了其性能。

  
  

图1. PillarWave 技术

图2. 单个阵元特征

图3. 128 阵元柔性聚合物阵列传感器特性

图4. 128 阵元柔性换能器对组织体模进行高分辨率成像

图5.大面积柔性超声血压传感器‍‍

编者按：

研究启示：

本研究成功开发的柔性大面积超声波阵列技术，不仅在医疗超声领域实现了创新，还因其能产生高质量的二维超声图像而显著提高了临床诊断的准确性。

此外，该技术具有低成本、可扩展性、灵活性和无铅材料等优点，非常适合于临床和家庭医疗监测等新兴应用场景，如全科医生的预防性检查、(极限)运动中的监测或家庭环境中的监测(如孕妇)，并有望通过进一步的集成和优化，实现大规模生产和广泛的市场应用，来推动医疗超声技术的进一步发展。

随着全球人口老龄化和生活方式变化，对便携式和家庭医疗设备的需求日益增长，这也为本研究提供了强烈的社会需求和市场潜力。

通过开发这种新型超声换能器，可以为患者提供更加舒适、便捷的健康监测和管理工具，同时也有望降低医疗成本，提高医疗服务的可及性和效率。