Pengembangan teknologi transduser keramik piezoelektrik ultrasonik

 1. Teknologi pencitraan USG medis adalah empat teknologi pencitraan medis dari teknologi pencitraan medis modern, dan telah banyak digunakan dalam kardiologi, kebidanan, oftalmologi, hati, ginjal, kandung empedu, dan sistem pembuluh darah. Dibandingkan dengan teknologi pencitraan lainnya, teknologi pencitraan ultrasound memiliki keunggulan unik berupa kinerja real-time yang baik, tidak ada kerusakan dan biaya rendah,cakram keramik kabel ultrasonik banyak digunakan dalam praktik klinis praktis. Teknologi pencitraan ultrasonik adalah suatu teknik pemrosesan pencitraan dengan menggunakan gelombang ultrasonik yang dipancarkan dari transduser ultrasonik untuk memasuki jaringan manusia dan memantulkan gema pada batas jaringan tubuh manusia yang berbeda. Transduser ultrasonik adalah pemancar ultrasonik dan penerima gema. Ini adalah komponen akustik paling penting dalam sistem pencitraan USG medis dan merupakan jaminan untuk memperoleh gambar berkualitas tinggi. Lahirnya berbagai fungsi dan metode pencitraan baru juga tidak lepas dari inovasi teknologi transduser. Tulisan ini membahas perkembangan dan prospek teknologi transduser pencitraan USG.

2. transduser komposit piezoelektrik

    Saat ini, keramik piezoelektrik adalah bahan yang paling umum digunakan dalam transduser pencitraan ultrasonik, yang memiliki efisiensi konversi elektromekanis yang tinggi. Mudah dicocokkan dengan sirkuit, kinerja stabil, pemrosesan mudah, dan biaya rendah, banyak digunakan. Pada saat yang sama, bahan keramik listrik juga memiliki impedansi akustik yang besar, yang tidak mudah untuk menandingi impedansi akustik jaringan lunak manusia dan air; kualitas mekanik, faktor tinggi, bandwidth sempit, kerapuhan tinggi, kekuatan tarik rendah, sulit untuk membentuk komponen area besar, dan konversi frekuensi tinggi ultra-tipis. Perangkat tidak mudah diproses dan cacat lainnya. Pada tahun 1970-an, American R.ENewnham dan LE.Cross dan lainnya mulai mengolah telur. Dalam studi material komposit, material komposit didasarkan pada hubungan tertentu antara keramik piezoelektrik dan bahan polimer. Rasio volume dan distribusi geometris spasial ruang digabungkan. Komposit piezoelektrik yang paling banyak dipelajari adalah komposit piezoelektrik tipe 1-3, yang memiliki sensitivitas tinggi, impedansi akustik rendah, faktor kualitas mekanik rendah dan pemrosesan mudah. Transduser ultrasonik komposit dapat mencapai pencitraan multi frekuensi, pencitraan harmonik, dan pencitraan non-linier lainnya, dan kinerjanya jauh lebih baik daripada bahan keramik piezoelektrik . Saat ini, beberapa konversi broadband yang terbuat dari material komposit piezoelektrik telah digunakan. Perangkat energi diterapkan pada pencitraan multi-frekuensi klinis dan pencitraan harmonik. Namun karena pengaruh penggunaan bahan polimer pada transduser komposit, luas efektif keramik piezo, impedansi akustik dan proses pembuatan yang rumit, transduser multi-array satu dimensi masih dibuat menggunakan keramik piezoelektrik.

3. transduser kristal tunggal piezoelektrik

Nomura dari Jepang mulai meneliti bahan kristal piezoelektrik. Pada pertengahan 1990-an, bahan kristal piezoelektrik telah menarik perhatian luas para peneliti karena sifat piezoelektriknya yang sangat baik. Saat ini, transduser kristal piezoelektrik diikuti oleh transduser komposit. Koefisien piezoelektrik dan koefisien kopling elektromekanisnya jauh lebih tinggi daripada bahan keramik piezoelektrik PzT yang umum digunakan. Susunan transduser yang dirancang dengan bahan kristal piezoelektrik memiliki sensitivitas dan bandwidth yang jauh lebih tinggi dibandingkan transduser keramik piezoelektrik . Pada tahun 1999, Toshiba Corporation Jepang mengembangkan transduser ultrasonik PZNTgl/9 3,5MHz, yang mencapai resolusi tinggi dan daya tembus yang kuat dan digunakan dalam praktik klinis. Pada tahun 2003, University of Southern California di Amerika Serikat mengembangkan transduser kristal tunggal piezoelektrik elemen tunggal frekuensi tinggi yang terbuat dari bahan sulfonat (LiNbO3), yang memperoleh kedalaman penetrasi dan rasio signal-to-noise gambar yang baik. Namun, karena proses pertumbuhan kristal tunggal jauh lebih rumit daripada proses persiapan keramik, film monokristalin piezoelektrik yang sebanding dengan keramik piezoelektrik tidak dapat diproduksi saat ini, dan hanya sejumlah kecil transduser kristal tunggal piezoelektrik yang digunakan dalam aplikasi klinis.

4. transduser pita lebar

    Penandaan awal pada probe USG seperti 2,5, 3,5, 5, 7, 10MHz dan frekuensi operasi lainnya umumnya mengacu pada frekuensi jantung, yang memiliki bandwidth sekitar 1 MHz, dapat disebut transduser pita sempit frekuensi pusat tunggal dan masih besar. yang memiliki kehilangan besar sinyal frekuensi tinggi ke gema jaringan dalam, mempengaruhi ketajaman dan sensitivitas tingkat gambar USG pada pertengahan 1980an, berdasarkan redaman USG dalam jaringan biologis dan peta USG mereka. Pengaruh gambar adalah pengembangan transduser broadband, seperti frekuensi tengah bandwidth efektif 3,5MHz dapat mencapai transduser sekitar 3MHz, yang menggunakan frekuensi tinggi sensor ketukan piezoelektrik untuk meningkatkan resolusi saat mendeteksi jaringan superfisial, dan Frekuensi rendah membentuk sinyal gema dengan redaman yang lebih sedikit, menghasilkan tampilan gambar yang lebih tajam dari struktur jaringan dalam. Pada tahun 1990-an, transduser broadband frekuensi variabel dan transduser pita lebar ultra digunakan dalam diagnostik klinis. Jika transduser yang sama dapat diubah untuk menghasilkan gelombang ultrasonik dengan frekuensi tengah 2,5, 3,5, dan 6 MHz, bandwidth pita dapat mencapai lebih dari 5MHz. Transduser ultra-wideband telah mampu menghasilkan USG dari 1,8 hingga 12 MHz. Saat ini Teknologi pencitraan harmonik yang banyak digunakan di tempat tidur juga dikembangkan berdasarkan transduser broadband. Seperti teknologi. Karena transduser pita lebar mampu menerima banyak harmonik yang dihasilkan oleh gelombang suara di jaringan, paketnya berisi sejumlah besar informasi tubuh manusia, yang dapat meningkatkan resolusi aksial gambar, dan dapat meningkatkan semangat sistem pencitraan ultrasound.