Pengembangan teknologi transduser ultrasonik

(2) Transduser kristal tunggal piezoelektrik : Nomura memulai penelitian tentang bahan kristal tunggal piezoelektrik pada tahun 1969, pada tahun 1990an. Bahan kristal tunggal piezoelektrik jangka menengah telah menarik perhatian luas para peneliti karena sifat piezoelektriknya yang sangat baik. Saat ini, transduser kristal tunggal piezoelektrik adalah pusat penelitian yang sangat baik setelah transduser komposit. Misalnya, jenis baru transduser kristal tunggal feroelektrik santai yang diwakili oleh timbal lantanum seng sitrat-timbal titanat dan timbal bismut silikat-timah titanat memiliki koefisien piezoelektrik dan koefisien kopling elektromekanis yang jauh lebih tinggi daripada bahan keramik PZT. Susunan transduser yang dirancang dengan bahan kristal tunggal piezoelektrik memiliki sensitivitas dan bandwidth yang jauh lebih tinggi dibandingkan perangkat pengganti keramik piezoelektrik. Pada tahun 1999, Toshiba Corporation Jepang mengembangkan transduser ultrasonik 3,5MHZ PZNT91/9, yang mencapai resolusi tinggi dan daya tembus yang kuat, serta diterapkan dan secara klinis. Pada tahun 2003, University of Southern California mengembangkan transduser kristal piezoelektrik berfrekuensi tinggi namun berelemen yang terbuat dari bahan litium tantalat, yang memperoleh kedalaman penetrasi dan rasio signal-to-noise gambar yang baik. Namun, proses pertumbuhan kristal tunggal jauh lebih rumit dibandingkan proses preparasi keramik. Saat ini, tidak mungkin untuk memproduksi kristal tunggal piezoelektrik dengan harga yang sebanding dengan keramik, dan hanya sejumlah kecil transduser yang terbuat dari kristal tunggal piezoelektrik yang diterapkan dan secara klinis.

2, Transduser broadband: ditandai awal pada probe ultrasound seperti 2,5, 3,5, 5, 7, 10MHz, dll. Frekuensi operasi komponen silinder piezoelektrik umumnya mengacu pada frekuensi pusatnya, bandwidthnya sekitar 1MHz, jenis probe ini dapat disebut pita sempit frekuensi pusat tunggal. Transduser masih bersifat pribadi untuk waktu yang lama, dan kehilangan banyak sinyal frekuensi tinggi ke gema jaringan dalam, yang mempengaruhi kejelasan dan sensitivitas pola ultrasound. Pada pertengahan 1980-an, berdasarkan hukum redaman USG pada jaringan biologis dan pengaruhnya terhadap gambar USG, dikembangkan transduser pita lebar, seperti transduser dengan frekuensi tengah 3,5 MHz dan bandwidth efektif sekitar 3 MHz. Jaringan superfisial menggunakan frekuensi tinggi untuk meningkatkan resolusi, sedangkan jaringan dalam menggunakan frekuensi rendah untuk membentuk sinyal gema yang lebih sedikit dilemahkan, sehingga menghasilkan tampilan gambar struktur jaringan dalam yang lebih jelas. Pada tahun 1990-an, transduser broadband frekuensi variabel dan transduser pita lebar ultra digunakan dalam diagnostik klinis. Teknologi pencitraan harmonik banyak digunakan dalam praktik klinis, juga merupakan teknologi pencitraan yang dikembangkan berdasarkan transduser broadband. Karena transduser broadband dapat menerima banyak harmonik yang dihasilkan oleh kejadian USG di dasar jaringan, transduser ini berisi sejumlah besar informasi tubuh manusia, dapat meningkatkan resolusi aksial gambar, dan dapat meningkatkan sensitivitas sistem pencitraan USG.

3, transduser pencitraan USG tiga dimensi: Dibandingkan dengan pencitraan USG dua dimensi tradisional, pencitraan USG tiga dimensi memiliki keunggulan tampilan gambar yang intuitif, pengukuran volume dan area target yang akurat, dan waktu yang diperlukan untuk mempersingkat diagnosis dokter. Pencitraan USG telah menjadi fokus aplikasi dan pengembangan saat ini. Saat ini, ada dua metode utama untuk memperoleh gambar USG tiga dimensi. Salah satunya adalah memperoleh serangkaian gambar ultrasonik dua dimensi dengan posisi spasial yang diketahui dengan menggunakan susunan garis bertahap satu dimensi yang ada, dan kemudian melakukan rekonstruksi tiga dimensi pada gambar tersebut untuk mendapatkan gambar dua dimensi terutama melalui pemindaian yang digerakkan secara mekanis dan ruang medan magnet. metode pemindaian posisi. Metode pemindaian penggerak mekanis adalah memperoleh gambar dua dimensi dengan memasang transduser pada lengan mekanis yang dikendalikan komputer untuk pemindaian kipas atau pemindaian berputar. Karena peralatan yang rumit dan persyaratan teknis yang tinggi, metode kristal piezo Pzt saat ini lebih sedikit digunakan; penentuan posisi spasial medan magnet. Metode pemindaiannya adalah dengan memasang sensor posisi medan magnet pada transduser ultrasonik konvensional, dan mengukur perubahan posisi spasial transduser selama operasi pengambilan sampel; pemindaian acak dapat dilakukan seperti probe konvensional, dan jalur gerak probe penginderaan komputer diambil sampelnya. Metode ini fleksibel dalam pengoperasiannya dan dapat melakukan berbagai macam pemindaian. Kerugiannya adalah sistem harus dikalibrasi sebelum digunakan, dan proses pemindaian harus merata dan lambat, yang sangat dipengaruhi oleh faktor manusia. Selain itu, transduser array linier satu dimensi yang ada terdiri dari sejumlah elemen kecil dalam satu dimensi, dan pemfokusan elektronik pada bidang pencitraan dapat dicapai. Namun, hanya ada satu elemen susunan dalam posisi spasial dengan ketebalan tertentu dari bidang pencitraan, dan pemfokusan elektronik tidak dapat diwujudkan. Di masa depan, rekonstruksi tiga dimensi diwujudkan, dan fokus biasanya dicapai dengan menggunakan lensa akustik dalam arah ketebalan bidang pencitraan, namun fokusnya tetap karena fokus lensa. Pada saat yang sama, rekonstruksi gambar tiga dimensi dengan gambar dua dimensi terlalu lama, dan resolusi gambar tiga dimensi seringkali lebih rendah dibandingkan gambar dua dimensi. Karena gambar dua dimensi diperoleh pada waktu yang berbeda, gambar tiga dimensi yang direkonstruksi sulit untuk menampilkan tampilan jaringan dan organ hidup secara real-time. Sensor keramik piezo menggunakan probe susunan area dua dimensi untuk mengontrol sinar ultrasonik agar fokus pada arah defleksi ruang tiga dimensi, memperoleh data spasial tiga dimensi waktu nyata, dan kemudian merekonstruksi gambar tiga dimensi.