توسعه فناوری مبدل سرامیکی پیزوالکتریک اولتراسوند

 1. فناوری تصویربرداری اولتراسوند پزشکی چهار فناوری تصویربرداری پزشکی از فناوری مدرن تصویربرداری پزشکی است و به طور گسترده در قلب، زنان و زایمان، چشم پزشکی، کبد، کلیه، کیسه صفرا و سیستم عروقی استفاده می شود. در مقایسه با سایر فن آوری های تصویربرداری، فناوری تصویربرداری اولتراسوند دارای مزایای منحصر به فرد عملکرد خوب در زمان واقعی، بدون آسیب و هزینه کم است.دیسک سرامیکی سیمی اولتراسونیک به طور گسترده در عمل بالینی عملی استفاده می شود. فناوری تصویربرداری اولتراسوند تکنیکی برای پردازش تصویر با استفاده از امواج اولتراسونیک ساطع شده از مبدل‌های اولتراسونیک برای ورود به بافت انسان و بازتاب پژواک در مرزهای بافتی مختلف بدن انسان است. مبدل اولتراسونیک هم فرستنده اولتراسونیک و هم گیرنده اکو است. این مهم ترین جزء آکوستیک در سیستم های تصویربرداری اولتراسوند پزشکی است و تضمینی برای به دست آوردن تصاویر با کیفیت بالا است. تولد توابع و روش های مختلف تصویربرداری جدید نیز از نوآوری فناوری مبدل جدایی ناپذیر است. این مقاله توسعه و چشم انداز فناوری مبدل تصویربرداری اولتراسوند را مورد بحث قرار می دهد.

2. مبدل کامپوزیت پیزوالکتریک

    در حال حاضر، سرامیک های پیزوالکتریک رایج ترین مواد مورد استفاده در مبدل های تصویربرداری اولتراسونیک هستند که دارای راندمان تبدیل الکترومکانیکی بالایی هستند. تطبیق آسان با مدارها، عملکرد پایدار، پردازش آسان و هزینه کم، به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می گیرد. در عین حال، مواد سرامیکی الکتریکی همچنین دارای امپدانس صوتی بزرگی هستند که مطابقت با امپدانس صوتی بافت نرم انسان و آب آسان نیست. کیفیت مکانیکی، فاکتور بالا، پهنای باند باریک، شکنندگی بالا، استحکام کششی کم، شکل دادن به اجزای مساحت بزرگ و تبدیل فرکانس بالا بسیار نازک دشوار است. پردازش دستگاه و سایر نقص ها آسان نیست. در دهه 1970، آر. گسترده ترین کامپوزیت های پیزوالکتریک مورد مطالعه، کامپوزیت های پیزوالکتریک نوع 1-3 هستند که دارای حساسیت بالا، امپدانس آکوستیک پایین، ضریب کیفیت مکانیکی پایین و پردازش آسان هستند. مبدل های اولتراسونیک کامپوزیت می توانند به تصویربرداری چند فرکانس، تصویربرداری هارمونیک و سایر تصویربرداری های غیر خطی دست یابند و عملکرد آنها به طور قابل توجهی بهتر از مواد سرامیکی پیزوالکتریک در حال حاضر، برخی از تبدیل های پهن باند ساخته شده از مواد مرکب پیزوالکتریک استفاده شده است. دستگاه انرژی برای تصویربرداری چند فرکانس بالینی و تصویربرداری هارمونیک استفاده می شود. با این حال، به دلیل تأثیر استفاده از مواد پلیمری در مبدل کامپوزیت، ناحیه مؤثر سرامیک پیزو، امپدانس صوتی و فرآیند ساخت پیچیده، مبدل چند آرایه یک بعدی هنوز برای استفاده از سرامیک های پیزوالکتریک ساخته می شود.

3. مبدل تک کریستالی پیزوالکتریک

Nomura ژاپن شروع به تحقیق در مورد مواد کریستالی پیزوالکتریک کرد. در اواسط دهه 1990، مواد کریستالی پیزوالکتریک به دلیل خواص پیزوالکتریک عالی، توجه گسترده محققان را به خود جلب کردند. در حال حاضر، مبدل های کریستالی پیزوالکتریک توسط مبدل های کامپوزیت دنبال می شوند. ضریب پیزوالکتریک و ضریب جفت الکترومکانیکی آن بسیار بالاتر از مواد سرامیکی پیزوالکتریک PzT است که معمولاً استفاده می شود. آرایه مبدل طراحی شده با مواد کریستال پیزوالکتریک دارای حساسیت و پهنای باند بسیار بالاتری نسبت به مبدل های سرامیکی پیزوالکتریک . در سال 1999، شرکت توشیبا ژاپن یک مبدل اولتراسونیک 3.5 مگاهرتز PZNTgl/9 را توسعه داد که به وضوح بالا و قدرت نفوذ قوی دست یافت و در عمل بالینی مورد استفاده قرار گرفت. در سال 2003، دانشگاه کالیفرنیای جنوبی در ایالات متحده یک مبدل پیزوالکتریک تک کریستالی با فرکانس بالا ساخته شده از مواد سولفونات (LiNbO3) را توسعه داد که عمق نفوذ و نسبت سیگنال به نویز تصویر را به دست آورد. با این حال، از آنجایی که فرآیند رشد تک کریستال بسیار پیچیده‌تر از فرآیند آماده‌سازی سرامیکی است، در حال حاضر نمی‌توان فیلم‌های مونو کریستالی پیزوالکتریک را در مقایسه با سرامیک‌های پیزوالکتریک تولید کرد و تنها تعداد کمی از مبدل‌های تک کریستالی پیزوالکتریک در کاربردهای بالینی استفاده می‌شوند.

4. مبدل پهن باند

    نشانه‌های اولیه روی پروب اولتراسوند مانند 2.5، 3.5، 5، 7، 10 مگاهرتز و سایر فرکانس‌های عملیاتی عموماً به فرکانس قلب اشاره دارد که پهنای باند آن حدود 1 مگاهرتز است، می‌توان آن را مبدل باند باند فرکانس تک مرکزی نامید و هنوز هم بزرگ است. که بر اساس تضعیف امواج فراصوت در بافت‌های بیولوژیکی و نقشه‌های اولتراسوند آن‌ها، بر وضوح و حساسیت درجه تصویر فراصوت در اواسط دهه 1980 تأثیر می‌گذارد. تأثیر تصویر ایجاد یک مبدل پهن باند، مانند فرکانس مرکزی باند 3.5MH می‌تواند مؤثر باشد. از فرکانس بالا استفاده می کند حسگر ضربه ای پیزوالکتریک برای بهبود وضوح در هنگام تشخیص بافت سطحی، و فرکانس پایین یک سیگنال اکو را با تضعیف کمتر تشکیل می دهد، که منجر به نمایش تصویر واضح تر از ساختار بافت عمیق می شود. در دهه 1990، مبدل های باند پهن فرکانس متغیر و مبدل های باند فوق العاده گسترده در تشخیص بالینی مورد استفاده قرار گرفتند. 3.5 و 6 مگاهرتز، پهنای باند باند می تواند به بیش از 5 مگاهرتز برسد. مبدل های باند فوق العاده قادر به تولید اولتراسوند از 1.8 تا 12 مگاهرتز هستند. جریان فن آوری تصویربرداری هارمونیک که به طور گسترده در بستر استفاده می شود نیز بر اساس مبدل های باند پهن توسعه یافته است. مثل تکنولوژی. از آنجایی که مبدل پهن باند قادر به دریافت هارمونیک های متعدد تولید شده توسط امواج صوتی در بافت است، بسته آن حاوی مقدار زیادی اطلاعات بدن انسان است که می تواند وضوح محوری تصویر را بهبود بخشد و روح سیستم تصویربرداری اولتراسوند را بهبود بخشد.