聲音轉化為光：新設備將超聲直接轉化為光。(來源：Shutterstock / FusionMS)

美國北卡羅來納州立大學的Hyeonggeun Yu及其同事創建了第一臺將聲波信號直接轉換為光的超聲成像設備。該器件是通過將有機LED沉積到壓電晶體上而制成的，無需信號處理即可產生實時圖像。這種方法可以大大降低先進的超聲成像技術的成本，從而使它們在包括工程和醫學在內的應用中更容易獲得。

超聲波是一種越來越流行的用于對物體內部(無生命和無生命)進行成像的技術。它的工作原理是使用壓電換能器將聲波傳輸到物體中，然后使用同一換能器拾取物體內部結構反射的聲音。然后，換能器中產生的電壓被轉換成電信號，計算機可以從中重建圖像。由于超聲無需昂貴的磁體或電離輻射即可實現低成本，實時成像，因此與磁共振成像和X射線掃描等方法相比，它具有明顯的優勢。

最近，對超聲技術的改進已經用超過10,000個設備的大型陣列代替了單個可移動換能器，從而允許以更高的分辨率和更高的圖像生成速度進行掃描。但是，這些較新的技術涉及更復雜的硬件，并且與以前的方法相比，需要更為復雜的信號處理方法。這顯著提高了超聲成像的成本，使許多受益于該技術的人群無法使用超聲成像。

PZT上的OLED

在他們的研究中，Yu的團隊發現了一種在鈦酸鋯酸鉛(PZT)壓電晶體之上制造分層有機LED(OLED)來避免信號處理的方法。在最終的“ p-OLED”中，由超聲波感應的電壓直接轉換為光，并顯示在換能器本身的屏幕上，從而無需進行信號處理。

Yu及其同事通過將8×8的p-OLED傳感器陣列浸入水中來證明了這一概念，每個傳感器在最終的超聲圖像中產生了1×1 cm的像素。有機LED屏幕的總厚度僅為120 nm，具有高發光度和低開啟電壓，同時顯示出機械能和光能之間的高轉換效率。

該小組現在希望，通過相對簡單的設置改進，他們將能夠產生分辨率高達500×500像素的圖像。他們還相信，他們很快將能夠以大約100美元的價格制造其p-OLED，這比以前的換能器陣列的價格有了明顯的提高，該價格可能會超過100,000美元。最終，這些改進將使高級超聲成像可用于那些提供高要求醫療服務的人員，例如胎兒成像，藥物輸送和早期癌癥檢測。在其他地方，它可能會導致工程師以更具成本效益的方式來監視建筑物和基礎設施的結構健康。

新設備在ACS Applied Materials&Interfaces中進行了描述。