超音波トランスデューサ技術の開発

(2) 圧電単結晶 トランスデューサ: 野村は 1969 年から 1990 年代に圧電単結晶材料の研究を開始しました。中期の圧電単結晶材料は、その優れた圧電特性により研究者から幅広い注目を集めています。現在、圧電単結晶トランスデューサは、複合トランスデューサに次ぐ優れた研究対象となっています。例えば、クエン酸ランタン亜鉛鉛-チタン酸鉛やケイ酸ビスマス鉛-チタン酸鉛に代表される新型の緩和強誘電体単結晶トランスデューサは、PZTセラミック材料よりもはるかに高い圧電係数と電気機械結合係数を持っています。圧電単結晶材料を使用して設計されたトランスデューサ アレイは、圧電セラミック代替デバイスよりもはるかに高い感度と帯域幅を備えています。 1999 年、日本の東芝は、高分解能と強力な透過力を実現した 3.5MHZ PZNT91/9 超音波トランスデューサを開発し、臨床応用されました。 2003 年に、南カリフォルニア大学は、タンタル酸リチウム材料で作られた高周波だが基本的な圧電結晶トランスデューサを開発しました。これにより、良好な浸透深さと画像信号対雑音比が得られました。ただし、単結晶の成長プロセスはセラミックの準備プロセスよりもはるかに複雑です。現時点では圧電単結晶をセラミックスと同等の価格で製造することは不可能であり、圧電単結晶を用いた振動子が臨床応用されている例は少ない。

2、広帯域トランスデューサ：2.5、3.5、5、7、10MHzなどの超音波プローブに初期にマークされています。動作周波数は 圧電シリンダー部品 一般にその中心周波数を指し、その帯域幅は約1MHzで、このタイプのプローブは単一中心周波数狭帯域と呼ぶことができます。トランスデューサは依然として長期間非公開であり、深部組織エコーに対する高周波信号が大幅に失われ、超音波パターンの明瞭さと感度に影響を及ぼします。 1980 年代半ば、生体組織における超音波の減衰則と超音波画像への影響に基づいて、中心周波数 3.5 MHz、有効帯域幅約 3 MHz の広帯域トランスデューサが開発されました。表層組織は高周波を使用して解像度を向上させますが、深部組織は低周波を使用して減衰の少ないエコー信号を形成するため、深部組織の構造がより鮮明に画像表示されます。1990 年代には、可変周波数広帯域トランスデューサーと超広帯域トランスデューサーが臨床診断に使用されました。ハーモニックイメージング技術は臨床現場で広く使用されており、広帯域トランスデューサに基づいて開発されたイメージング技術でもあります。広帯域トランスデューサは、組織の基礎に入射する超音波によって生成される複数の高調波を受信できるため、大量の人体情報が含まれており、画像の軸方向の解像度を向上させることができ、超音波イメージング システムの感度を向上させることができます。

3、3次元超音波イメージングトランスデューサ：従来の2次元超音波イメージングと比較して、3次元超音波イメージングには、直感的な画像表示、ターゲットの体積と面積の正確な測定、および医師の診断を短縮するのに必要な時間という利点があります。超音波イメージングは​​、現在のアプリケーションと開発の焦点となっています。現在、三次元超音波画像を取得するには主に 2 つの方法があります。 1 つは、既存の 1 次元フェーズド ライン アレイを使用して空間位置が既知の一連の 2 次元超音波画像を取得し、その後、その画像に対して 3 次元再構成を実行して、主に機械駆動の走査と磁場空間を通じて 2 次元画像を取得する方法です。位置決めスキャン方式。メカニカルドライブスキャン法は、コンピュータ制御の機械アームにトランスデューサを固定し、ファンスイープまたは回転スキャンすることで二次元画像を取得します。複雑な装置と高度な技術要件のため、Pzt ピエゾ結晶の方法は現在あまり使用されていません。磁場空間位置決め。スキャン方法は、磁場位置センサーを従来の超音波トランスデューサーに固定し、サンプリング操作中にトランスデューサーの空間位置の変化を測定することです。ランダムスキャンは従来のプローブと同様に実行でき、コンピュータ感知プローブの動作トラックがサンプリングされます。この方法は操作が柔軟であり、広範囲のスキャンを実行できます。欠点は、システムを使用する前に毎回校正する必要があり、スキャン プロセスが均一かつ低速である必要があり、人的要因の影響を大きく受ける点です。また、既存の一次元リニアアレイトランスデューサは一次元の複数の微小素子で構成されており、結像面内での電子的な集束を実現することができる。しかし、撮像面からある程度の厚みを持った空間位置にはアレイ素子が１つしか存在せず、電子的なフォーカスは実現できない。将来的には三次元再構成が実現され、通常は音響レンズを用いて結像面の厚み方向に焦点を合わせますが、レンズの焦点により焦点は固定されます。同時に、二次元画像による三次元画像の再構成には時間がかかりすぎ、三次元画像の解像度は二次元画像の解像度よりも低い場合が多い。二次元画像は異なる時間に取得されるため、再構成された三次元画像は生体組織や器官のリアルタイム表示を実現することが困難である。ピエゾセラミックセンサーは、2次元エリアアレイプローブを使用して超音波ビームを制御して3次元空間偏向方向に焦点を合わせ、リアルタイムの3次元空間データを取得して、3次元画像を再構成します。