Sviluppo della tecnologia dei trasduttori ad ultrasuoni

(2) Trasduttori piezoelettrici a cristallo singolo : Nomura ha iniziato la ricerca sui materiali piezoelettrici a cristallo singolo nel 1969, negli anni '90. I materiali monocristallini piezoelettrici a medio termine hanno attirato ampia attenzione da parte dei ricercatori grazie alle loro eccellenti proprietà piezoelettriche. Allo stato attuale, i trasduttori piezoelettrici a cristallo singolo sono eccellenti punti caldi di ricerca dopo i trasduttori compositi. Ad esempio, un nuovo tipo di trasduttore ferroelettrico rilassato a cristallo singolo rappresentato da piombo lantanio zinco citrato-titanato di piombo e piombo bismuto silicato-titanato di piombo ha un coefficiente piezoelettrico e un coefficiente di accoppiamento elettromeccanico molto più elevati rispetto al materiale ceramico PZT. L'array di trasduttori progettato con materiale piezoelettrico a cristallo singolo ha una sensibilità e una larghezza di banda molto più elevate rispetto al dispositivo sostitutivo in ceramica piezoelettrico. Nel 1999, la Toshiba Corporation del Giappone ha sviluppato il trasduttore ultrasonico da 3,5 MHZ PZNT91/9, che ha raggiunto un'alta risoluzione e un forte potere di penetrazione, ed è stato applicato in ambito clinico. Nel 2003, l'Università della California del Sud ha sviluppato un trasduttore a cristallo piezoelettrico ad alta frequenza ma elementare, realizzato in materiale tantalato di litio, che ha ottenuto una buona profondità di penetrazione e un buon rapporto segnale-rumore dell'immagine. Tuttavia, il processo di crescita del singolo cristallo è molto più complicato del processo di preparazione della ceramica. Al momento, non è possibile produrre cristalli singoli piezoelettrici a un prezzo paragonabile alla ceramica, e solo un piccolo numero di trasduttori costituiti da cristalli singoli piezoelettrici viene applicato e clinicamente.

2, Trasduttore a banda larga: contrassegnato precocemente sulla sonda ecografica come 2,5, 3,5, 5, 7, 10 MHz, ecc. La frequenza operativa componente del cilindro piezoelettrico si riferisce generalmente alla sua frequenza centrale, la sua larghezza di banda è di circa 1 MHz, questo tipo di sonda può essere chiamata banda stretta a frequenza centrale singola. Il trasduttore è ancora privato per molto tempo e presenta una grande perdita di segnale ad alta frequenza nell'eco dei tessuti profondi, che influisce sulla chiarezza e sulla sensibilità del pattern ecografico. A metà degli anni '80, basandosi sulla legge di attenuazione degli ultrasuoni nei tessuti biologici e sulla sua influenza sulle immagini ecografiche, è stato sviluppato un trasduttore a banda larga, come un trasduttore con una frequenza centrale di 3,5 MHz e una larghezza di banda effettiva di circa 3 MHz. Il tessuto superficiale utilizza l'alta frequenza per migliorare la risoluzione, mentre il tessuto profondo utilizza la bassa frequenza per formare segnali eco meno attenuati, con conseguente visualizzazione di immagini più chiara delle strutture dei tessuti profondi. Negli anni '90, nella diagnostica clinica sono stati utilizzati trasduttori a banda larga a frequenza variabile e trasduttori a banda ultralarga. La tecnologia di imaging armonico è ampiamente utilizzata nella pratica clinica ed è anche una tecnologia di imaging sviluppata sulla base di trasduttori a banda larga. Poiché il trasduttore a banda larga può ricevere più armoniche generate dagli ultrasuoni incidenti nelle fondamenta del tessuto, contiene una grande quantità di informazioni sul corpo umano, può migliorare la risoluzione assiale dell'immagine e può migliorare la sensibilità del sistema di imaging a ultrasuoni.

3, Trasduttore di imaging ecografico tridimensionale: rispetto al tradizionale imaging ecografico bidimensionale, l'imaging ecografico tridimensionale presenta i vantaggi di una visualizzazione intuitiva delle immagini, di una misurazione accurata del volume e dell'area del bersaglio e del tempo necessario per abbreviare la diagnosi del medico. L'imaging a ultrasuoni è stato al centro delle applicazioni e dello sviluppo attuali. Attualmente esistono principalmente due metodi per acquisire immagini ecografiche tridimensionali. Il primo consiste nell'ottenere una serie di immagini ultrasoniche bidimensionali con posizioni spaziali note utilizzando il line array a fasi unidimensionale esistente, quindi eseguire la ricostruzione tridimensionale sulle immagini per ottenere immagini bidimensionali principalmente attraverso la scansione guidata meccanicamente e il campo magnetico spaziale. metodo di scansione del posizionamento. Il metodo di scansione con azionamento meccanico consiste nell'ottenere un'immagine bidimensionale fissando il trasduttore su un braccio meccanico controllato da computer per la scansione a ventola o rotante. A causa delle apparecchiature complesse e degli elevati requisiti tecnici, il metodo dei cristalli piezoelettrici Pzt è attualmente utilizzato meno; posizionamento spaziale del campo magnetico. Il metodo di scansione consiste nel fissare il sensore di posizione del campo magnetico sul trasduttore ultrasonico convenzionale e misurare il cambiamento della posizione spaziale del trasduttore durante l'operazione di campionamento; la scansione casuale può essere eseguita come una sonda convenzionale e viene campionata la traccia di movimento della sonda di rilevamento del computer. Il metodo è flessibile nel funzionamento e può eseguire un'ampia gamma di scansioni. Lo svantaggio è che il sistema deve essere calibrato prima di ogni utilizzo e il processo di scansione deve essere uniforme e lento, il che è fortemente influenzato dai fattori umani. Inoltre, il trasduttore a matrice lineare unidimensionale esistente è composto da una pluralità di piccoli elementi in una dimensione ed è possibile ottenere la messa a fuoco elettronica nel piano di imaging. Tuttavia, c'è solo un elemento della matrice in una posizione spaziale con un certo spessore dal piano dell'immagine e non è possibile realizzare la messa a fuoco elettronica. Successivamente viene realizzata la ricostruzione tridimensionale e la messa a fuoco viene solitamente ottenuta utilizzando una lente acustica nella direzione dello spessore del piano di imaging, ma la messa a fuoco è fissa grazie alla messa a fuoco della lente. Allo stesso tempo, la ricostruzione dell'immagine tridimensionale da parte dell'immagine bidimensionale è troppo lunga e la risoluzione dell'immagine tridimensionale è spesso inferiore a quella dell'immagine bidimensionale. Poiché le immagini bidimensionali vengono acquisite in momenti diversi, è difficile realizzare una visualizzazione in tempo reale dei tessuti e degli organi viventi con le immagini tridimensionali ricostruite. Il sensore piezo-ceramico utilizza la sonda ad array di aree bidimensionali per controllare il raggio ultrasonico per focalizzarlo nella direzione di deflessione dello spazio tridimensionale, ottenere dati spaziali tridimensionali in tempo reale e quindi ricostruire l'immagine tridimensionale.