[发明专利]一种电容式MEMS传感器阵列

说明书

技术领域

本发明涉及一种电容式MEMS传感器阵列，用于实现对待检组织的异常进行检测诊断和治疗，属医疗器械制作技术领域。

背景技术

人类对体表和可触及的组织进行检查的最常用方法是触诊。利用压力传感器阵列模拟排布于人类皮肤内的meisner触觉小体进行仿生触诊，即可实现对待检组织的异常进行甄别检测的过程。

压力传感器的长期可靠性、温湿度稳定性、重复性、零点漂移等静态特性，传感器厚度及其力敏材料的力学性能，都是影响压力传感器性能的重要因素。要探测弹性压力分布就需要相同的单个压力传感器构成的阵列来完成，而每个压力传感器的均质性和传感器间距的均一性、阵列的层合结构预紧等因素都会影响压力传感器阵列的应用效果。针对待检物的外形和弹性模量的不同，还需要对压力传感器阵列进行柔性处理，而要实现压力传感器阵列的柔性化，每个压力传感器的均质性、传感器间距的均一性、阵列的层合结构预紧等因素在传统柔性压力传感器阵列上体现的问题很多。

基于MEMS工艺，由美国斯坦福大学Haller 和Khuri Yakub 研究小组最早提出的CMUT（Capacitive micro-machined ultrasound transducer/电容式微机械超声传感器）,利用微加工工艺制备出微薄膜，利用微薄膜的振动和桡曲实现了超声波的发射和接收。与传统PZT超声探头相比，CMUT在结构上省却了必须的匹配层和背衬、更加适合阵列化；在功能上可提高频带宽度、频率控制更灵活、灵敏度更高、发射功率可更高。但实际临床工作中，对于可触及组织的病变，进行触诊是最便捷而有效的方法。利用超声对可触及组织病变，尤其是实体肿瘤，进行检测会发生敏感度不佳，局部超声产热的问题。对可触组织的病变进行诊断，较为理想的方法是先进行触诊检查，待扪及肿块并需要进一步了解其囊、实性质或在组织内的深度等信息时，再综合超声进行检测，会得到更多的诊断信息。一旦确定组织内肿块的硬度、大小、外形、深度等信息，再及时进行HIFU治疗，会更高效地解决诊治效果。将乳房中病变肿块以三维形式展示，对于患者来说，能更加直观、清晰地了解诊疗者的健康状况，也可以辅助医护人员进行病情评估。

本发明制备的融合触压检测和超声功能的电容式MEMS传感器阵列，将传统极距变化型电容式压力传感器替换为CMUT/电容式微机械超声传感器，可提高个体压力传感器的均一性和传感器间距的均一性以及陈列的层合结构预紧。利用这种传感器阵列，整合偏置电压和激励电压电路,可构建成融和触压检测功能和超声检测功能的MEMS传感器阵列。此阵列再结合触压检测功能和超声检测功能的检测模块和显示模块，即可构建为一体式探头，用于检测和治疗可触及组织的异常。本发明制备的融合触压检测功能和超声检测功能的电容式MEMS传感器阵列，解决了单一压力传感器只能检测组织内肿瘤的硬度、大小、外形，而难以判断肿瘤在组织内的深度、肿瘤的囊性或实体性质、肿瘤的整体形状等问题，还可以通过聚焦镜的作用，实现高频超声治疗功能。

本发明优选硅基电容式MEMS单一轴向柔性化的阵列结构，次选PDMS柔性低频CMUT阵列。该阵列可以背衬式、镶嵌式、指套式方法应用在任何形状的探头表面、手指端表面、手术器械上，用于检测治疗局部组织的病变。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电容式MEMS传感器阵列，包括至少3个纵向排列乘以至少3个横向排列的电容式MEMS传感器，所述电容式MEMS传感器包括聚焦层，上电极，上电极引出线，上电极引出板，上电极数据复合引入板，震动薄膜，间隙空腔，支撑层，绝缘层，下电极，下电极引出线，下电极引出板，下电极数据复合引入板，阵列基底层，所述聚焦层位于上电极上层，整体外表面呈平展形状，所述上电极与下电极垂直对应，所述震动薄膜选用Si/Si₃N₄/SiO₂复合膜，保证其平展性，所述下电极与阵列基底层紧密贴合，所述阵列基底层外侧面整体呈平展形状，阵列基底层内侧面呈间断式规律的倒置去尖顶金字塔形状或者研钵体形状。该电容式MEMS传感器阵列还包括自动切换单元和成像信号整合单元，所述自动切换单元控制电容式MEMS传感器在触压功能状态与超声功能状态之间切换，控制电容式MEMS传感器采集触压信号或者超声信号；所述成像信号整合单元接收每个电容式MEMS传感器输出的触压信号和/或超声信号，并将触压信号采集的横截面大小、形状数据信号与超声信号采集的距离皮肤深度、囊实性数据信号整合，输出立体的三维形态数据信号。