2024 年 2 月 16 日，浦项科技大学 Chulhong Kim 团队在《Nature Communications》上发表 “An ultrasensitive and broadband transparent ultrasound transducer for ultrasound and photoacoustic imaging in-vivo” 文章，用于体内超声和光声成像的超灵敏宽带透明超声换能器。透明超声换能器（TUT）可以无缝集成光学和超声元件，但声阻抗不匹配使得现有的透明超声换能器无法替代传统的不透明超声换能器（OUT）。本研究提出了一种基于二氧化硅-环氧树脂复合材料的透明粘合剂，用于制造声阻抗分别为 7.5 和 4-6 MRayl 的匹配层和底层。开发出一种超灵敏、宽带 TUT，在单一共振频率下具有 63% 带宽和大于 80% 的高光学透明度，可与传统的不透明超声换能器相媲美。TUT 可以在活体动物和人体中进行高对比度、高清晰度的双模态超声和光声成像，成像深度均大于 15 毫米。此研究为 TUT 树立了新标准，推动了传感器融合的可能性。要制造出具有与 OUT 相媲美的声学性能的实用 TUT，有三个先决条件：1) 声阻抗为 7-9 MRayl 的透明匹配层，以最大限度地提高传输效率；2) 5 MRayl 以上的透明背衬材料，通过平衡电 Q 因子和声 Q 因子来消除振铃；3) 所有层之间的牢固连接，缝隙会降低传感器的质量。在这项工作中，为了同时满足这三个要求，利用实验和模拟设计了一种材料，以提供所需的声学、流变学和光学特性。所提出的粘合剂复合材料具有优化的光学透明度、声阻抗和流动性。在此基础上，开发出了宽带和超灵敏 TUT，同时保持了光学透明度。将这种高性能 TUT 应用于活体动物和人体的全集成双模式显微超声成像和光声成像。使用 TUT，超声成像的轴向分辨率为 32.6 μm，光声成像的轴向分辨率为 40.4 μm。这一重大进步实现了真正的超声/光声双模式，首次同时提供高清晰度超声和光声成像。所提出 TUT、传统 OUT 和传统 TUT 的比较
陶瓷-环氧树脂复合材料的声学、流变学和光学特性
TUT 结构及其光学透射率
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TUT 集成超声/光声显微系统示意图及其成像性能
活体小鼠的容积超声（US）和光声（PA）图像
人体手掌的容积超声（US）和光声（PA）图像
IR-1048 染料在活体动物体内的灌注运动学监测
https://doi.org/10.1038/s41467-024-45273-4Cho, S., Kim, M., Ahn, J. et al. An ultrasensitive and broadband transparent ultrasound transducer for ultrasound and photoacoustic imaging in-vivo. Nat Commun 15, 1444 (2024).
