Pembangunan teknologi transduser ultrasonik

(2) Transduser kristal tunggal piezoelektrik : Nomura memulakan penyelidikan mengenai bahan kristal tunggal piezoelektrik pada tahun 1969, pada tahun 1990-an. Bahan kristal tunggal piezoelektrik jangka pertengahan telah menarik perhatian luas daripada penyelidik kerana sifat piezoelektriknya yang sangat baik. Pada masa ini, transduser kristal tunggal piezoelektrik adalah titik panas penyelidikan yang sangat baik selepas transduser komposit. Contohnya, jenis transduser kristal tunggal ferroelektrik santai baharu yang diwakili oleh plumbum lanthanum zink sitrat-plumbum titanat dan plumbum bismut silikat-plumbum titanat mempunyai pekali piezoelektrik dan pekali gandingan elektromekanikal yang lebih tinggi daripada bahan seramik PZT. Susunan transduser yang direka dengan bahan kristal tunggal piezoelektrik mempunyai kepekaan dan lebar jalur yang jauh lebih tinggi daripada peranti gantian seramik piezoelektrik. Pada tahun 1999, Toshiba Corporation of Japan membangunkan transduser ultrasonik 3.5MHZ PZNT91/9, yang mencapai resolusi tinggi dan kuasa penembusan yang kuat, dan digunakan dan secara klinikal. Pada tahun 2003, University of Southern California membangunkan transduser kristal piezoelektrik frekuensi tinggi tetapi unsur yang diperbuat daripada bahan litium tantalate, yang memperoleh kedalaman penembusan yang baik dan nisbah isyarat-ke-bunyi imej. Walau bagaimanapun, proses pertumbuhan kristal tunggal adalah lebih rumit daripada proses penyediaan seramik. Pada masa ini, tidak mungkin untuk menghasilkan kristal tunggal piezoelektrik pada harga yang setanding dengan seramik, dan hanya sebilangan kecil transduser yang diperbuat daripada kristal tunggal piezoelektrik digunakan dan secara klinikal.

2, transduser jalur lebar: awal ditandakan pada siasatan ultrasound seperti 2.5, 3.5, 5, 7, 10MHz, dan lain-lain. Kekerapan operasi komponen silinder piezoelektrik secara amnya merujuk kepada kekerapan pusat, lebar jalur adalah kira-kira 1MHz, jenis siasatan ini boleh dipanggil jalur sempit frekuensi pusat tunggal. Transduser masih tertutup untuk masa yang lama, dan ia mempunyai kehilangan besar isyarat frekuensi tinggi kepada gema tisu dalam, yang menjejaskan kejelasan dan sensitiviti corak ultrasound. Pada pertengahan 1980-an, berdasarkan undang-undang pengecilan ultrasound dalam tisu biologi dan pengaruhnya pada imej ultrasound, transduser jalur lebar telah dibangunkan, seperti transduser dengan frekuensi tengah 3.5 MHz dan lebar jalur berkesan kira-kira 3 MHz. Tisu dangkal menggunakan frekuensi tinggi untuk meningkatkan resolusi, manakala tisu dalam menggunakan frekuensi rendah untuk membentuk isyarat gema yang kurang dilemahkan, menghasilkan paparan imej yang lebih jelas bagi struktur tisu dalam. Pada tahun 1990-an, transduser jalur lebar frekuensi berubah-ubah dan transduser jalur lebar ultra telah digunakan dalam diagnostik klinikal. Teknologi pengimejan harmonik digunakan secara meluas dalam amalan klinikal, juga merupakan teknologi pengimejan yang dibangunkan berdasarkan transduser jalur lebar. Memandangkan transduser jalur lebar boleh menerima pelbagai harmonik yang dihasilkan oleh ultrasound kejadian dalam asas tisu, ia mengandungi sejumlah besar maklumat tubuh manusia, boleh meningkatkan resolusi paksi imej, dan boleh meningkatkan sensitiviti sistem pengimejan ultrasound.

3, Transduser pengimejan ultrasound tiga dimensi: Berbanding dengan pengimejan ultrasound dua dimensi tradisional, pengimejan ultrabunyi tiga dimensi mempunyai kelebihan paparan imej intuitif, ukuran tepat volum dan kawasan sasaran, dan masa yang diperlukan untuk memendekkan diagnosis doktor. Pengimejan ultrabunyi telah menjadi tumpuan aplikasi dan pembangunan semasa. Pada masa ini, terdapat dua kaedah untuk memperoleh imej ultrasound tiga dimensi. Salah satunya adalah untuk mendapatkan satu siri imej ultrasonik dua dimensi dengan kedudukan spatial yang diketahui dengan menggunakan tatasusunan garis berfasa satu dimensi sedia ada, dan kemudian melakukan pembinaan semula tiga dimensi pada imej untuk mendapatkan imej dua dimensi terutamanya melalui pengimbasan yang didorong secara mekanikal dan ruang medan magnet. kaedah pengimbasan kedudukan. Kaedah pengimbasan pemacu mekanikal adalah untuk mendapatkan imej dua dimensi dengan membetulkan transduser pada lengan mekanikal dikawal komputer untuk imbasan menyapu kipas atau berputar. Oleh kerana peralatan yang rumit dan keperluan teknikal yang tinggi, kaedah kristal Pzt piezo kini kurang digunakan; kedudukan spatial medan magnet .Kaedah pengimbasan adalah untuk menetapkan sensor kedudukan medan magnet pada transduser ultrasonik konvensional, dan mengukur perubahan kedudukan spatial transduser semasa operasi pensampelan; imbasan rawak boleh dilakukan seperti probe konvensional, dan trek gerakan probe penderiaan komputer dijadikan sampel. Kaedah ini fleksibel dalam operasi dan boleh melakukan pelbagai pengimbasan. Kelemahannya ialah sistem mesti ditentukur sebelum setiap penggunaan, dan proses pengimbasan mestilah sekata dan perlahan, yang banyak dipengaruhi oleh faktor manusia. Di samping itu, transduser tatasusunan linear satu dimensi sedia ada terdiri daripada kepelbagaian elemen kecil dalam satu dimensi, dan pemfokusan elektronik dalam satah pengimejan boleh dicapai. Walau bagaimanapun, hanya terdapat satu elemen tatasusunan dalam kedudukan spatial dengan ketebalan tertentu dari satah pengimejan, dan pemfokusan elektronik tidak dapat direalisasikan. Pada masa hadapan, pembinaan semula tiga dimensi direalisasikan, dan tumpuan biasanya dicapai dengan menggunakan kanta akustik dalam arah ketebalan satah pengimejan, tetapi fokus tetap disebabkan oleh fokus kanta. Pada masa yang sama, pembinaan semula imej tiga dimensi oleh imej dua dimensi adalah terlalu panjang, dan resolusi imej tiga dimensi selalunya lebih rendah daripada imej dua dimensi. Memandangkan imej dua dimensi diperoleh pada masa yang berbeza, imej tiga dimensi yang dibina semula sukar untuk direalisasikan paparan masa nyata tisu dan organ hidup. Penderia seramik piezo adalah menggunakan probe tatasusunan kawasan dua dimensi untuk mengawal pancaran ultrasonik untuk memfokus pada arah pesongan ruang tiga dimensi, mendapatkan data spatial tiga dimensi masa nyata, dan kemudian membina semula imej tiga dimensi.