Pembangunan teknologi transduser seramik piezoelektrik ultrasound

 1. Teknologi pengimejan ultrasound perubatan ialah empat teknologi pengimejan perubatan teknologi pengimejan perubatan moden, dan telah digunakan secara meluas dalam kardiologi, obstetrik, oftalmologi, hati, buah pinggang, pundi hempedu dan sistem vaskular. Berbanding dengan teknologi pengimejan lain, teknologi pengimejan ultrasound mempunyai kelebihan unik prestasi masa nyata yang baik, tiada kerosakan dan kos rendah,cakera seramik berwayar ultrasonik digunakan secara meluas dalam amalan klinikal praktikal. Teknologi pengimejan ultrabunyi ialah teknik pemprosesan pengimejan dengan menggunakan gelombang ultrasonik yang dipancarkan daripada transduser ultrasonik untuk memasuki tisu manusia dan memantulkan gema pada sempadan tisu yang berbeza pada tubuh manusia. Transduser ultrasonik adalah pemancar ultrasonik dan penerima gema. Ia adalah komponen akustik yang paling kritikal dalam sistem pengimejan ultrasound perubatan dan merupakan jaminan untuk mendapatkan imej berkualiti tinggi. Lahirnya pelbagai fungsi dan kaedah pengimejan baharu juga tidak dapat dipisahkan daripada inovasi teknologi transduser. Kertas kerja ini membincangkan perkembangan dan prospek teknologi transduser pengimejan ultrasound.

2. transduser komposit piezoelektrik

    Pada masa ini, seramik piezoelektrik adalah bahan yang paling biasa digunakan dalam transduser pengimejan ultrasonik, yang mempunyai kecekapan penukaran elektromekanikal yang tinggi.Mudah dipadankan dengan litar, prestasi stabil, pemprosesan mudah dan kos rendah, ia digunakan secara meluas. Pada masa yang sama, bahan seramik elektrik juga mempunyai impedans akustik yang besar, yang tidak mudah untuk dipadankan dengan impedans akustik tisu lembut manusia dan air; kualiti mekanikal, faktor tinggi, lebar jalur sempit, kerapuhan tinggi, kekuatan tegangan rendah, sukar untuk membentuk komponen kawasan besar, dan penukaran frekuensi tinggi ultra nipis. Peranti tidak mudah diproses dan kecacatan lain. Pada tahun 1970-an, American R.ENewnham dan LE.Cross dan lain-lain mula merawat telur.Dalam kajian bahan komposit, bahan komposit adalah berdasarkan sambungan tertentu antara seramik piezoelektrik dan bahan polimer.Nisbah isipadu dan taburan geometri ruang ruang digabungkan. Komposit piezoelektrik yang paling banyak dikaji ialah komposit piezoelektrik jenis 1-3, yang mempunyai kepekaan tinggi, impedans akustik yang rendah, faktor kualiti mekanikal yang rendah dan pemprosesan yang mudah. Transduser ultrasonik komposit boleh mencapai pengimejan berbilang frekuensi, pengimejan harmonik dan pengimejan bukan linear lain, dan prestasinya jauh lebih baik daripada bahan seramik piezoelektrik . Pada masa ini, beberapa penukaran jalur lebar yang diperbuat daripada bahan komposit piezoelektrik telah digunakan. Peranti tenaga digunakan pada pengimejan berbilang frekuensi klinikal dan pengimejan harmonik. Walau bagaimanapun, disebabkan oleh pengaruh penggunaan bahan polimer dalam transduser komposit, kawasan berkesan seramik piezo, impedans akustik dan proses pembuatan yang rumit, transduser berbilang tatasusunan satu dimensi masih direka untuk menggunakan seramik piezoelektrik.

3. transduser kristal tunggal piezoelektrik

Nomura Jepun mula meneliti bahan kristal piezoelektrik. Pada pertengahan 1990-an, bahan kristal piezoelektrik telah menarik perhatian luas daripada penyelidik kerana sifat piezoelektriknya yang sangat baik. Pada masa ini, transduser kristal piezoelektrik diikuti oleh transduser komposit. Pekali piezoelektrik dan pekali gandingan elektromekanikalnya jauh lebih tinggi daripada bahan seramik piezoelektrik PzT yang biasa digunakan. Tatasusunan transduser yang direka dengan bahan kristal piezoelektrik mempunyai kepekaan dan lebar jalur yang jauh lebih tinggi daripada transduser seramik piezoelektrik . Pada tahun 1999, Toshiba Corporation of Japan membangunkan transduser ultrasonik 3.5MHz PZNTgl/9, yang mencapai resolusi tinggi dan kuasa penembusan yang kuat dan digunakan dalam amalan klinikal. Pada tahun 2003, Universiti California Selatan di Amerika Syarikat membangunkan transduser kristal tunggal piezoelektrik elemen tunggal frekuensi tinggi yang diperbuat daripada bahan sulfonat (LiNbO3), yang memperoleh kedalaman penembusan yang baik dan nisbah isyarat-ke-bunyi imej. Walau bagaimanapun, oleh kerana proses pertumbuhan kristal tunggal adalah jauh lebih rumit daripada proses penyediaan seramik, filem monohablur piezoelektrik yang setanding dengan seramik piezoelektrik tidak dapat dihasilkan pada masa ini, dan hanya sebilangan kecil transduser kristal tunggal piezoelektrik digunakan dalam aplikasi klinikal.

4. transduser jalur lebar

    Tanda awal pada probe ultrasound seperti 2.5, 3.5, 5, 7, 10MHz dan frekuensi operasi lain secara amnya merujuk kepada frekuensi jantung, yang mempunyai lebar jalur kira-kira 1 MHz, boleh dipanggil transduser jalur sempit frekuensi pusat tunggal dan masih besar. yang mempunyai kehilangan besar isyarat frekuensi tinggi kepada gema tisu dalam, menjejaskan ketajaman dan kepekaan darjah imej ultrasound pada pertengahan 1980-an, berdasarkan pengecilan ultrasound dalam tisu biologi dan peta ultrasoundnya. Pengaruh imej adalah pembangunan transduser jalur lebar, seperti frekuensi tengah 3.5MHz jalur lebar berkesan boleh mencapai kira-kira 3MHz frekuensi transducer yang tinggi. pengesan ketukan piezoelektrik untuk meningkatkan resolusi apabila mengesan tisu cetek, dan Frekuensi rendah membentuk isyarat gema dengan pengecilan kurang, menghasilkan paparan imej yang lebih tajam bagi struktur tisu dalam. Pada tahun 1990-an, transduser jalur lebar frekuensi berubah dan transduser jalur lebar ultra telah digunakan dalam diagnostik klinikal. Jika transduser yang sama boleh ditukar dengan 3 gelombang ultrasonik dan 6.5 pusat. MHz, lebar jalur jalur boleh mencapai lebih daripada 5MHz. Transduser jalur ultra lebar telah dapat menjana ultrabunyi dari 1.8 hingga 12 MHz. Semasa Teknologi pengimejan harmonik yang digunakan secara meluas di atas katil juga dibangunkan berdasarkan transduser jalur lebar. Seperti teknologi. Memandangkan transduser jalur lebar mampu menerima pelbagai harmonik yang dihasilkan oleh gelombang bunyi dalam tisu, pakejnya mengandungi sejumlah besar maklumat tubuh manusia, yang boleh meningkatkan resolusi paksi imej, dan boleh meningkatkan semangat sistem pengimejan ultrasound.