تطوير تكنولوجيا محولات الطاقة الخزفية الكهرضغطية بالموجات فوق الصوتية

 1. تقنية التصوير الطبي بالموجات فوق الصوتية هي تقنيات التصوير الطبي الأربعة لتكنولوجيا التصوير الطبي الحديثة، وقد تم استخدامها على نطاق واسع في أمراض القلب والتوليد وطب العيون والكبد والكلى والمرارة ونظام الأوعية الدموية. بالمقارنة مع تقنيات التصوير الأخرى، تتمتع تقنية التصوير بالموجات فوق الصوتية بمزايا فريدة تتمثل في الأداء الجيد في الوقت الفعلي، وعدم حدوث ضرر والتكلفة المنخفضة،القرص الخزفي السلكي بالموجات فوق الصوتية على نطاق واسع في الممارسة السريرية العملية. يستخدم تقنية التصوير بالموجات فوق الصوتية هي تقنية لمعالجة التصوير باستخدام الموجات فوق الصوتية المنبعثة من محولات الطاقة فوق الصوتية للدخول إلى الأنسجة البشرية وتعكس الصدى عند حدود الأنسجة المختلفة لجسم الإنسان. محول الطاقة بالموجات فوق الصوتية هو جهاز إرسال بالموجات فوق الصوتية وجهاز استقبال الصدى. وهو المكون الصوتي الأكثر أهمية في أنظمة التصوير الطبي بالموجات فوق الصوتية وهو ضمان للحصول على صور عالية الجودة. إن ولادة العديد من وظائف وأساليب التصوير الجديدة لا يمكن فصلها أيضًا عن ابتكار تكنولوجيا محولات الطاقة. تتناول هذه الورقة تطور وآفاق تكنولوجيا محول التصوير بالموجات فوق الصوتية.

2. محول مركب كهرضغطية

    في الوقت الحالي، السيراميك الكهرضغطي هو المواد الأكثر استخدامًا في محولات التصوير بالموجات فوق الصوتية، والتي تتمتع بكفاءة تحويل كهروميكانيكية عالية. من السهل مطابقتها مع الدوائر، والأداء المستقر، والمعالجة السهلة والتكلفة المنخفضة، ويتم استخدامها على نطاق واسع. وفي الوقت نفسه، تتمتع مواد السيراميك الكهربائية أيضًا بمقاومة صوتية كبيرة، وهو ليس من السهل أن تتطابق مع المقاومة الصوتية للأنسجة الرخوة البشرية والماء؛ الجودة الميكانيكية، العامل العالي، عرض النطاق الترددي الضيق، الهشاشة العالية، قوة الشد المنخفضة، من الصعب تشكيل مكونات كبيرة المساحة، وتحويل عالي التردد رفيع للغاية. الجهاز ليس من السهل معالجته وعيوب أخرى. في السبعينيات، بدأ الأمريكيان R.ENewnham وLE.Cross وآخرون بمعالجة البيض. وفي دراسة المواد المركبة، تعتمد المواد المركبة على اتصال معين بين السيراميك الكهرضغطي ومواد البوليمر. ويتم الجمع بين نسبة الحجم والتوزيع الهندسي المكاني للمساحة. أكثر المركبات الكهرضغطية التي تمت دراستها على نطاق واسع هي مركبات كهرضغطية من النوع 1-3، والتي تتميز بحساسية عالية ومقاومة صوتية منخفضة وعامل جودة ميكانيكية منخفض ومعالجة سهلة. يمكن لمحولات الطاقة بالموجات فوق الصوتية المركبة تحقيق التصوير متعدد الترددات والتصوير التوافقي والتصوير غير الخطي الآخر، وأدائها أفضل بكثير من أداء المواد الخزفية الكهرضغطية . في الوقت الحاضر، تم استخدام بعض تحويلات النطاق العريض المصنوعة من مواد مركبة كهرضغطية. يتم تطبيق جهاز الطاقة على التصوير السريري متعدد التردد والتصوير التوافقي. ومع ذلك، نظرًا لتأثير استخدام مواد البوليمر في محول الطاقة المركب، والمنطقة الفعالة للسيراميك الانضغاطي، والمقاومة الصوتية وعملية التصنيع المعقدة، لا يزال محول الطاقة متعدد المصفوفات أحادي البعد مُصنعًا لاستخدام السيراميك الكهرضغطي.

3. محول كريستال واحد كهرضغطية

بدأت شركة نومورا اليابانية في البحث عن المواد البلورية الكهرضغطية. في منتصف التسعينيات، جذبت المواد البلورية الكهرضغطية اهتمامًا واسعًا من الباحثين نظرًا لخصائصها الكهرضغطية الممتازة. حاليًا، تتبع محولات الطاقة البلورية الكهرضغطية محولات طاقة مركبة. إن معاملها الكهروإجهادي ومعامل الاقتران الكهروميكانيكي أعلى بكثير من المواد الخزفية الكهرضغطية PzT شائعة الاستخدام. تتميز مجموعة محولات الطاقة المصممة بمواد بلورية كهرضغطية بحساسية وعرض نطاق ترددي أعلى بكثير من تلك التي تحتوي عليها محولات الطاقة الخزفية الكهرضغطية . في عام 1999، قامت شركة Toshiba اليابانية بتطوير محول طاقة بالموجات فوق الصوتية PZNTgl/9 بتردد 3.5 ميجاهرتز، والذي حقق دقة عالية وقدرة اختراق قوية وتم استخدامه في الممارسة السريرية. في عام 2003، قامت جامعة جنوب كاليفورنيا في الولايات المتحدة بتطوير محول كريستال أحادي كهروضغطي عالي التردد مصنوع من مادة السلفونات (LiNbO3)، والذي حصل على عمق اختراق جيد ونسبة إشارة إلى ضوضاء الصورة. ومع ذلك، بما أن عملية نمو البلورة المفردة أكثر تعقيدًا بكثير من عملية تحضير السيراميك، فلا يمكن إنتاج أفلام أحادية البلورية كهرضغطية مماثلة للسيراميك الكهروضغطي في الوقت الحاضر، ولا يُستخدم سوى عدد صغير من محولات الطاقة البلورية المفردة الكهرضغطية في التطبيقات السريرية.

4. محول النطاق العريض

    تشير العلامات المبكرة على مسبار الموجات فوق الصوتية مثل 2.5، 3.5، 5، 7، 10 ميجا هرتز وترددات التشغيل الأخرى عمومًا إلى تردد القلب، الذي يبلغ عرض نطاقه حوالي 1 ميجا هرتز، ويمكن تسميته بمحول طاقة ضيق النطاق بتردد أحادي المركز ولا يزال كبيرًا. والتي لديها فقدان كبير للإشارة عالية التردد إلى صدى الأنسجة العميقة، مما يؤثر على حدة وحساسية درجة صورة الموجات فوق الصوتية في منتصف الثمانينات، بناءً على توهين الموجات فوق الصوتية في الأنسجة البيولوجية وخرائط الموجات فوق الصوتية الخاصة بها. تأثير الصورة هو تطوير محول النطاق العريض، مثل التردد المركزي لعرض النطاق الترددي الفعال 3.5 ميجا هرتز يمكن أن يصل إلى حوالي 3 ميجا هرتز، والذي يستخدم التردد العالي مستشعر الضرب الكهرضغطي لتحسين الدقة عند اكتشاف الأنسجة السطحية، ويشكل التردد المنخفض إشارة صدى مع توهين أقل، مما يؤدي إلى عرض صورة أكثر وضوحًا لبنية الأنسجة العميقة. في التسعينيات، تم استخدام محولات الطاقة عريضة النطاق ذات التردد المتغير ومحولات الطاقة ذات النطاق العريض للغاية في التشخيص السريري. إذا كان من الممكن تحويل نفس محول الطاقة لتوليد موجات فوق صوتية بتردد مركزي يبلغ 2.5 و3.5 و6 ميجا هرتز، فإن عرض النطاق الترددي يمكن أن يصل النطاق إلى أكثر من 5 ميجا هرتز. تمكنت محولات الطاقة ذات النطاق العريض للغاية من توليد الموجات فوق الصوتية من 1.8 إلى 12 ميجا هرتز. التيار تم أيضًا تطوير تقنية التصوير التوافقي المستخدمة على نطاق واسع في السرير على أساس محولات الطاقة ذات النطاق العريض. مثل التكنولوجيا. نظرًا لأن محول الطاقة واسع النطاق قادر على استقبال التوافقيات المتعددة الناتجة عن الموجات الصوتية في الأنسجة، فإن عبوته تحتوي على كمية كبيرة من معلومات جسم الإنسان، والتي يمكن أن تحسن الدقة المحورية للصورة، ويمكن أن تحسن روح نظام التصوير بالموجات فوق الصوتية.