用于光声乳腺断层成像的优化超声探测器

光声成像已被证明能够检测与肿瘤相关的血管化驱动的光吸收对比度。为了检测位于组织深处几厘米的乳腺肿瘤，灵敏的超声探测器对于光声乳腺摄影至关重要。此外，由于预期的光声频率带宽（几 MHz 到几十 kHz）与光吸收结构的尺寸（0.5 到 10+ mm）成反比，因此必须对材料和几何形状进行适当选择，并在设计中进行适当考量，以制造最优的光声探测器。在本研究中，我们设计并评估了一种用于光声乳腺摄影的专用超声探测器。基于所需的探测器灵敏度及其频率响应，选择了活性材料和匹配层及其几何形状，从而构建了功能性探测器模型。通过在探测器性能模拟、功能模型的制造和实验表征之间进行迭代，实现并评估了优化的实施方案。设计的第一和第二功能探测器的实验结果与模拟相符。在随后的裸压电样品中，解决了横向共振效应，并通过子切割样品将其影响最小化。因此，利用模拟设计了最终优化的探测器，其中心频率为 1 MHz，-6 dB 带宽约为 80%。测得的最小可探测压力为 0.5 Pa，这将有助于比当前系统更深的成像。该探测器应能够以 1-2 mm 的分辨率检测血管化肿瘤。通过适当的电气接地和屏蔽以及将此设计实施为阵列探测器，将进一步推动光声乳腺摄影的临床应用。