电容式微机械超声换能器（CMUT）具有频带宽、制造成本低、易与电路集成等优点，在医学成像领域具有广阔的应用前景。目前，国内外对于高密度CMUT器件的制备并不完善，高密度CMUT的应用研究也相对落后，急需开展通过稀疏阵元实现高密度、高质量成像的研究。
据麦姆斯咨询报道，针对该问题，中北大学、北京宇航系统工程研究所的研究团队基于32阵元的CMUT环形阵列，搭建了超声成像验证平台，并验证了所制备的CMUT环形阵列在超声成像中的可行性。该研究为进一步研制基于高密度CMUT换能器的超声成像系统提供了参考。相关研究成果以“基于CMUT环形阵列的反射超声成像方法”为题发表在《微纳电子技术》期刊上。
CMUT高密度阵元、低制造成本的特点使其拥有制备超声环形阵列独特的优势。这项研究工作所提出的32阵元CMUT环形阵列探头如图1所示，主要由32个CMUT阵元、透声匹配层、壳体、电缆和转接头组成。CMUT环形阵列配置形式如图2所示，将32个阵元等间距地分布在直径为20 cm的圆环上，并通过电缆连接到连接头上，便于后续与超声系统连接。
图1 本研究提出的32阵元CMUT环形阵列探头
图2 CMUT环形阵列配置形式
研究人员对所提出的基于CMUT环形阵列的反射式超声成像方法进行了验证，搭建了基于CMUT的超声成像系统，该平台通过旋转实现稀疏阵元的超声成像：由Verasonics多通道超声研究平台控制CMUT环形阵列中每个阵元对目标体依次发射超声波，采集回波数据并存储；再用反射式超声成像算法处理旋转得到的数据，实现图像重建。
图3 基于CMUT的超声成像系统原理图
图4 基于CMUT环形阵列超声成像的实验平台
图像重建结果表明，该反射成像算法可获得目标体图像，且目标体直径测试值为6.14 cm，与目标体直径实际值6.00 cm相比，成像误差为2.33%，误差可能是由测试介质的声速在不同温度下不同引起的，验证了CMUT环形阵列在超声成像中应用的可行性。
图5 实验数据的扫描变换结果
图6 目标体中心所在的水平位置的一维电压幅值分布
综上所述，这项研究工作搭建了基于32阵元CMUT环形阵列的超声成像验证平台，通过旋转实现了稀疏阵元的反射式超声成像，验证了CMUT环形阵列在超声成像中应用的可行性，该研究也为基于高密度CMUT换能器的超声成像研究提供了重要参考。
论文信息：
DOI: 10.13250/j.cnki.wndz.24010502
