Nyheder

Du er her: Hjem / Nyheder / Ultralydstransduceroplysninger / Udvikling af ultralydstransducerteknologi

Udvikling af ultralydstransducerteknologi

Visninger: 13 Forfatter: Webstedsredaktør Udgivelsestid: 18-04-2019 Oprindelse: websted

Spørge

1.Udvikling af ultralyds piezoelektriske transducermaterialer : (1) Piezoelektriske komposittransducere: På nuværende tidspunkt er piezoelektrisk keramik de mest almindeligt anvendte materialer i ultralydsbilledtransducere, med elektromekanisk konverteringseffektivitet, let at matche med kredsløb og ubestemt ydeevne. Fordelene ved nem behandling og lave omkostninger er meget udbredt. Samtidig har piezoelektriske keramiske materialer også høj akustisk impedans, hvilket ikke er let at matche den akustiske impedans af menneskeligt blødt væv og vand. Den mekaniske kvalitetsfaktor er høj, båndbredden er smal, skørheden er stor, trækstyrken er lav, dannelsen af store arealkomponenter er vanskelig, og den ultratynde højfrekvente transducer er svær at behandle. I 1970'erne begyndte USA at studere kompositmaterialer. Kompositmaterialer er sammensat af piezoelektrisk keramik og polymermaterialer i en bestemt forbindelsestilstand, et vist volumenforhold og en vis rumlig geometrisk fordeling. I øjeblikket er forskningen og anvendelsen de mest udbredte. Det er et piezoelektrisk kompositmateriale af 1 ~ 3 type med høj følsomhed, lav akustisk impedans, lav mekanisk kvalitetsfaktor og nem behandling. Sammensatte ultralydstransducere er aktiveret til multi-frekvens billeddannelse. Harmonisk billeddannelse og anden ikke-lineær billeddannelse, hvis ydeevne i væsentlig grad skyldes transduceren lavet af piezoelektrisk keramisk materiale. Bredbåndstransducere er lavet af kompositmaterialer i nogle harmoniske billeddannelsessystemer, der bruges i kliniske applikationer, og brugen af polymermaterialer i komposittransducerne påvirker det effektive areal og den akustiske impedans af keramik. Ud over komplicerede fremstillingsprocesser bruges piezoelektrisk keramik stadig i endimensionelle multi-array-transducere.

(2) Piezoelektriske enkeltkrystaltransducere : Nomura begyndte forskning i piezoelektriske enkeltkrystalmaterialer i 1969, i 1990'erne. Mid-term piezoelektriske enkeltkrystalmaterialer har tiltrukket bred opmærksomhed fra forskere på grund af deres fremragende piezoelektriske egenskaber. På nuværende tidspunkt er piezoelektriske enkeltkrystaltransducere fremragende forskningshotspots efter komposittransducere. For eksempel har en ny type afslappet ferroelektrisk enkeltkrystaltransducer repræsenteret af blylanthanzinkcitrat-blytitanat og blyvismutsilikat-blytitanat meget højere piezoelektrisk koefficient og elektromekanisk koblingskoefficient end PZT keramiske materiale. Transducer-arrayet designet med piezoelektrisk enkeltkrystalmateriale har meget højere følsomhed og båndbredde end den piezoelektriske keramiske erstatningsenhed. I 1999 udviklede Toshiba Corporation i Japan 3,5MHZ PZNT91/9 ultralydstransduceren, som opnåede høj opløsning og stærk gennemtrængende kraft og blev anvendt og klinisk. I 2003 udviklede University of Southern California en højfrekvent, men elementær piezoelektrisk krystaltransducer lavet af lithiumtantalatmateriale, som opnåede en god penetrationsdybde og billedsignal-til-støj-forhold. Enkeltkrystalvækstprocessen er dog meget mere kompliceret end den keramiske fremstillingsproces. På nuværende tidspunkt er det ikke muligt at producere piezoelektriske enkeltkrystaller til en pris, der kan sammenlignes med keramik, og kun et lille antal transducere lavet af piezoelektriske enkeltkrystaller anvendes og klinisk.

2, Bredbåndstransducer: tidligt markeret på ultralydssonden såsom 2,5, 3,5, 5, 7, 10MHz osv. Driftsfrekvensen piezoelektrisk cylinderkomponent refererer generelt til dens centerfrekvens, dens båndbredde er omkring 1MHz, denne type sonde kan kaldes enkelt centerfrekvens smalbånd. Transduceren er stadig privat i lang tid, og den har et stort tab af højfrekvent signal til det dybe vævsekko, hvilket påvirker klarheden og følsomheden af ultralydsmønsteret. I midten af 1980'erne udviklede man på baggrund af dæmpningsloven for ultralyd i biologiske væv og dens indflydelse på ultralydsbilleder en bredbåndstransducer, såsom en transducer med en centerfrekvens på 3,5 MHz og en effektiv båndbredde på omkring 3 MHz. Overfladisk væv bruger høj frekvens til at forbedre opløsning, mens dybt væv bruger lav frekvens til at danne mindre dæmpede ekkosignaler, hvilket resulterer i en klarere billedvisning af dybe vævsstrukturer. I 1990'erne blev variabel frekvens bredbåndstransducere og ultrabredbåndstransducere brugt i klinisk diagnostik. Harmonisk billedteknologi er meget udbredt i klinisk praksis, er også en billedteknologi udviklet på basis af bredbåndstransducere. Da bredbåndstransduceren kan modtage flere harmoniske, der genereres af den indfaldende ultralyd i fundamentet af vævet, indeholder den en stor mængde menneskelig kropsinformation, kan forbedre den aksiale opløsning af billedet og kan forbedre følsomheden af ultralydsbilleddannelsessystemet.

3, Tredimensionel ultralydsbilledtransducer: Sammenlignet med traditionel todimensionel ultralydsbilleddannelse har tredimensionel ultralydsbilleddannelse fordelene ved intuitiv billedvisning, nøjagtig måling af volumen og området af målet og den tid, der kræves for at forkorte lægens diagnose. Ultralydsbilleddannelse har været i fokus for nuværende applikationer og udvikling. På nuværende tidspunkt er der hovedsageligt to metoder til at opnå tredimensionelle ultralydsbilleder. Den ene er at opnå en serie af todimensionelle ultralydsbilleder med kendte rumlige positioner ved at bruge det eksisterende endimensionelle fasede linjearray og derefter udføre tredimensionel rekonstruktion på billederne for at opnå todimensionelle billeder hovedsageligt gennem mekanisk drevet scanning og magnetfeltrum. positioneringsscanningsmetode. Den mekaniske drevscanningsmetode er at opnå et todimensionalt billede ved at fastgøre transduceren på en computerstyret mekanisk arm til blæser-fejning eller roterende scanning. På grund af kompliceret udstyr og høje tekniske krav bruges metoden til Pzt piezo krystaller i øjeblikket mindre; rumlig positionering af magnetfelt. Scanningsmetoden er at fastgøre magnetfeltpositionssensoren på den konventionelle ultralydstransducer og måle ændringen af transducerens rumlige position under prøvetagningen; den tilfældige scanning kan udføres som en konventionel sonde, og bevægelsessporet for computerfølingssonden samples. Metoden er fleksibel i drift og kan udføre en bred vifte af scanning. Ulempen er, at systemet skal kalibreres før hver brug, og scanningsprocessen skal være jævn og langsom, hvilket er meget påvirket af menneskelige faktorer. Derudover er den eksisterende en-dimensionelle lineære array-transducer sammensat af en flerhed af små elementer i én dimension, og elektronisk fokusering i billedplanet kan opnås. Der er dog kun ét array-element i en rumlig position med en vis tykkelse fra billedplanet, og elektronisk fokusering kan ikke realiseres. I fremtiden realiseres tredimensionel rekonstruktion, og fokus opnås normalt ved at bruge en akustisk linse i billedplanets tykkelsesretning, men fokus er fast på grund af linsens fokus. Samtidig er rekonstruktionen af det tredimensionelle billede af det todimensionale billede for lang, og opløsningen af det tredimensionelle billede er ofte lavere end det todimensionale billedes. Da de todimensionelle billeder erhverves på forskellige tidspunkter, er de rekonstruerede tredimensionelle billeder vanskelige at realisere realtidsvisning af levende væv og organer. Den piezokeramiske sensor skal bruge den todimensionelle områdearray-sonde til at styre ultralydsstrålen til at fokusere i den tredimensionelle rumafbøjningsretning, opnå tredimensionelle rumlige data i realtid og derefter rekonstruere det tredimensionelle billede.

4, Kapacitiv mikrobearbejdningstransducer: Kapacitiv mikrobearbejdningstransducer er en vigtig trend i udviklingen af ultralydsbilledtransducere. Den bruger fabrikationsteknologien af integrerede kredsløb i stor skala, med siliciummateriale som substrat og et lag af vækst på toppen. en understøtning, der har et mellemrum, og derefter dækker understøtningen med en film, således at der dannes et luftgab mellem filmen og siliciumlegemet, og en metalelektrode er henholdsvis dannet på filmen og siliciumlegemet for at danne en kondensator med en vibrationsfilm. piezo cylinder keramisk transducer af cMUT har høj følsomhed, bred båndbredde, nem fremstilling og lille størrelse. Den har et bredt driftstemperaturområde og er let at implementere elektronisk integration. Det er velegnet til fremstilling af storskala 2D-område array-prober og højfrekvente sonder. Den har god båndbredde og penetration sammenlignet med konventionelle piezoelektriske keramiske transducere. I 2002 arbejdede Stanford University og USA meget på dette område, udviklede en-dimensionel og to-dimensionel cMUT og simulerede lydfeltet i cMUT. I øjeblikket er cMUT stadig i laboratorieforskningsstadiet og er ikke blevet brugt i klinisk praksis.