SPIE李宇春 热声成像的超声波产生的开环谐振器，从兰等人
2020年，图3 (doi 10
1117/1
美国联合通讯社(Associated Press)
2
三
036006)信用:SPIE 超声成像是现代医院的主要工作之一
它达到了相对便宜、便携和无创的三个优点
让未来的父母对胎儿图像有点情绪化也是一种受欢迎的额外津贴
但是超声成像确实有其局限性
它的分辨率经常受到声波波长的限制，与光波相比，声波波长相当长
声学传感器的局限性使这一问题更加复杂:它们通常针对小范围的声学频率进行优化，这限制了飞行时间类型测量的分辨率
接下来的问题是让声波进出身体
人体和空气(或固体麦克风)的声学特性之间的巨大不匹配会造成巨大的损失
为了解决这个问题，科学家和工程师们想出了一些颇有创意的解决方案，比如将患者部分浸入浴缸中以改善声学匹配
能够将声源放置在身体上具有良好声学匹配的任何地方将会避免这些问题
但是目前的技术不允许这样做，因为传感器需要庞大的电源
兰和他的同事在同行评议的开放存取期刊《高级光子学》上报道，他们开发了一种能被微波有效激发的无线超声换能器
结果是一个简单的充油贴片，可以放在身体的任何地方
没有电池，没有电线，没有浴缸
线环会产生良好的振动 基本原理是利用微波吸收产生声波
微波是光声成像和传统超声成像的完美结合，光声成像具有高分辨率但成像深度低
与光学系统相比，微波导致分辨率较低，但散射也低得多，因此激发深度不再是一个问题
但是，人体对微波的吸收也很低，所以产生的声波非常微弱
吸收的功率与微波的振幅成正比
高振幅的微波会产生更强的声波
不幸的副作用是你可能会不经意间把你想象中的人煮熟
为了避免不经意的烹饪，微波应该集中在需要的地方
这就是兰和他的同事开发的设备所做的
该技术依赖于开环谐振器的特性
开环谐振器是一个断开的线环
当暴露于微波时，电流在环中流动
但是，因为环不是完整的，电荷“堆积”在间隙中，在导线的两端产生很大的电压
这个大的振荡电压意味着，就在间隙中，吸收的功率高，并且有效地产生热弹性感应声波
现在，谐振器意味着它在特定的辐射频率下效率最高
开环谐振器也不例外:谐振频率由线环的直径和放置线环的介质控制
兰和他的同事选择了一个直径约13毫米，共振约2
空气中为3千兆赫，2
油中5千兆赫
但是，更重要的特征是谐振器的带宽
在这里，研究人员面临一个选择
为了增加吸收的功率量，具有非常窄带宽的谐振器是有益的
然而，为了产生非常短的声音脉冲，带宽需要非常宽
研究人员最终得到了一个带宽约为200兆赫的开环谐振器，约为传统压电换能器的10至20倍
共形无线谐振器 通过一系列实验证明了开口环谐振器的灵活性，这些实验表明它可以通过脉冲微波激励来产生超声频率的混合
声音频率高达约2
5兆赫，但是，基于开口环谐振器的谐振宽度，可能产生更高的频率
最大的好处可能是谐振器只是一个铜环
通过将环放在一个装有一些油的塑料封套中(油吸收微波并匹配身体的声学特性)，环可以放在身体的任何地方并远程激发
研究人员用乳房模型证明了这一点
戒指放在乳房下面，检测设备放在上面
无线激发的超声波信号很强，研究人员表明，获得一个超声波信号只需要10毫瓦的平均功率
既然已经证明了原理，下一步必须是建立一个成像系统
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