中山大学李朝辉/沈乐成团队开发光学超声传感器阵列的光声断层扫描技术

近日，中山大学电子与信息工程学院、广东省光电信息处理芯片与系统重点实验室的李朝晖、沈乐成团队合作在Nature Communications发表题为“Parallel interrogation of the chalcogenide-based micro-ring sensor array for photoacoustic tomography”的研究论文，该研究使用包含15个元件的基于硫族化物的微环形传感器阵列演示PAT，而每个元件支持175 MHz（-6 dB）的带宽，噪声等效压力低至2.2 mPaHz^-1/2。

通过合成数字光学频率梳（DOFC），该研究进一步开发了一种对该传感器阵列并行询问的有效方法。作为概念验证，该传感器阵列演示了仅使用一个光源和一个光接收器进行PAT的并行询问，提供快速移动的物体，叶脉和活斑马鱼的图像。基于硫族化物的微环形传感器阵列的卓越性能和支持DOFC的并行询问的有效性为推进PAT应用提供了广阔的前景。

生物医学成像是生命科学中探索人类和动物行为和识别之谜的有效工具。在各种生物医学成像模式中，光声断层扫描是一种结合了光学激发和超声检测的混合成像方式。这种结合克服了超声成像对比度低和光学成像深度浅的缺点，使PAT成为体内深层组织高分辨率结构和功能成像的有前途的工具。目前，PAT已经在许多临床前和临床应用中取得了巨大成功。在这些演示中，通常采用包含许多商用压电超声传感器的传感器阵列。然而，这些体积传感器的接收角度、灵敏度和频率带宽有限，会降低成像质量并导致重建伪影。此外，高帧率三维PAT需要大量元件，导致复杂的电气互连导致系统复杂性巨大。为了克服这一挑战，具有小尺寸、大接收角、高灵敏度和宽频率带宽的光学超声传感器正在成为有前途的替代品。

这项工作提出了一种基于硫族化物的微环传感器阵列及其兼容的DOFC并行询问，是将光学超声传感器阵列推向PAT临床前和临床应用的重要里程碑。

论文共同第一作者为中山大学电子与信息工程学院博士后潘竞顺（现为华南师范大学信息光电子科技学院的特聘副研究员）、博士研究生李强，共同通讯作者为中山大学电子与信息工程学院的李朝晖与沈乐成教授。其他合作者包括中山大学张斌和陈军教授，钟锐峰博士研究生，傅志豪、杨水仙、孙伟元工程师，以及南方海洋科学与工程广东实验室（珠海）的冯耀明、隋琪工程师。该研究工作得到科技部重点研发计划（2019YFA0706301）、国家自然科学基金项目（U2001601, 62105379, 12004446, 92150102）、南方海洋科学与工程广东实验室（珠海）(No. SML2022007)的资助。