Rozwój technologii przetworników ultradźwiękowych

(2) Piezoelektryczne przetworniki monokrystaliczne : Nomura rozpoczął badania nad piezoelektrycznymi materiałami monokrystalicznymi w 1969 roku, w latach 90-tych. Średnioterminowe piezoelektryczne materiały monokrystaliczne cieszą się dużym zainteresowaniem badaczy ze względu na ich doskonałe właściwości piezoelektryczne. Obecnie piezoelektryczne przetworniki monokrystaliczne są zaraz po przetwornikach kompozytowych doskonałym punktem badawczym. Na przykład nowy typ zrelaksowanego ferroelektrycznego przetwornika monokrystalicznego, reprezentowany przez tytanian ołowiowo-lantanowo-cynkowy-cytrynian ołowiu i krzemian bizmutu-ołowiowo-ołowiowy, ma znacznie wyższy współczynnik piezoelektryczny i współczynnik sprzężenia elektromechanicznego niż materiał ceramiczny PZT. Matryca przetworników zaprojektowana z piezoelektrycznego materiału monokrystalicznego ma znacznie wyższą czułość i szerokość pasma niż piezoelektryczne ceramiczne urządzenie zastępcze. W 1999 roku japońska firma Toshiba Corporation opracowała przetwornik ultradźwiękowy 3,5 MHz PZNT91/9, który osiągnął wysoką rozdzielczość i dużą siłę penetracji i znalazł zastosowanie kliniczne. W 2003 roku Uniwersytet Południowej Kalifornii opracował pierwiastkowy przetwornik piezoelektryczny o wysokiej częstotliwości, wykonany z tantalanu litu, który uzyskał dobrą głębokość penetracji i stosunek sygnału do szumu obrazu. Jednak proces wzrostu monokryształów jest znacznie bardziej skomplikowany niż proces przygotowania ceramiki. Obecnie nie ma możliwości wyprodukowania monokryształów piezoelektrycznych w cenie porównywalnej z ceramiką, a jedynie niewielka liczba przetworników wykonanych z monokryształów piezoelektrycznych znajduje zastosowanie i kliniczne.

2, Przetwornik szerokopasmowy: wcześniej oznaczony na sondzie ultradźwiękowej, np. 2,5, 3,5, 5, 7, 10 MHz itp. Częstotliwość robocza Element cylindra piezoelektrycznego ogólnie odnosi się do częstotliwości środkowej, szerokość pasma wynosi około 1 MHz. Ten typ sondy można nazwać wąskim pasmem o pojedynczej częstotliwości środkowej. Przetwornik przez długi czas jest jeszcze prywatny i charakteryzuje się dużą utratą sygnału o wysokiej częstotliwości do echa tkanek głębokich, co wpływa na klarowność i czułość obrazu ultradźwiękowego. W połowie lat 80-tych, bazując na prawie tłumienia ultradźwięków w tkankach biologicznych i jego wpływie na obrazy ultrasonograficzne, opracowano przetwornik szerokopasmowy, czyli przetwornik o częstotliwości środkowej 3,5 MHz i efektywnej szerokości pasma około 3 MHz. Tkanka powierzchniowa wykorzystuje wysoką częstotliwość w celu poprawy rozdzielczości, podczas gdy tkanka głęboka wykorzystuje niską częstotliwość, aby wytworzyć mniej osłabione sygnały echa, co skutkuje wyraźniejszym obrazem struktur tkanek głębokich. W latach 90. w diagnostyce klinicznej stosowano przetworniki szerokopasmowe i ultraszerokopasmowe o zmiennej częstotliwości. Technologia obrazowania harmonicznego ma szerokie zastosowanie w praktyce klinicznej, jest jednocześnie technologią obrazowania opracowaną w oparciu o przetworniki szerokopasmowe. Ponieważ przetwornik szerokopasmowy może odbierać wiele harmonicznych generowanych przez ultradźwięki padające na podłoże tkanki, zawiera dużą ilość informacji o organizmie człowieka, może poprawić rozdzielczość osiową obrazu i może poprawić czułość systemu obrazowania ultradźwiękowego.

3, Trójwymiarowy przetwornik ultradźwiękowy: W porównaniu z tradycyjnym dwuwymiarowym obrazowaniem ultradźwiękowym, trójwymiarowe obrazowanie ultradźwiękowe ma zalety polegające na intuicyjnym wyświetlaniu obrazu, dokładnym pomiarze objętości i powierzchni celu oraz czasie wymaganym do skrócenia diagnozy lekarza. Obecne zastosowania i rozwój skupiają się na obrazowaniu ultradźwiękowym. Obecnie istnieją głównie dwie metody pozyskiwania trójwymiarowych obrazów ultradźwiękowych. Jednym z nich jest uzyskanie serii dwuwymiarowych obrazów ultradźwiękowych o znanych pozycjach przestrzennych przy użyciu istniejącego jednowymiarowego układu linii fazowanych, a następnie przeprowadzenie trójwymiarowej rekonstrukcji obrazów w celu uzyskania dwuwymiarowych obrazów, głównie poprzez skanowanie napędzane mechanicznie i przestrzeń pola magnetycznego. metoda skanowania pozycjonowania. Metoda skanowania za pomocą napędu mechanicznego polega na uzyskaniu dwuwymiarowego obrazu poprzez zamocowanie przetwornika na sterowanym komputerowo ramieniu mechanicznym w celu skanowania omiatającego lub obrotowego. Ze względu na skomplikowaną aparaturę i wysokie wymagania techniczne metoda kryształów piezoelektrycznych Pzt jest obecnie rzadziej stosowana; pozycjonowanie przestrzenne pola magnetycznego. Metoda skanowania polega na zamocowaniu czujnika położenia pola magnetycznego na konwencjonalnym przetworniku ultradźwiękowym i zmierzeniu zmiany położenia przestrzennego przetwornika podczas operacji pobierania próbek; losowe skanowanie można przeprowadzić jak w przypadku konwencjonalnej sondy i próbkowany jest tor ruchu komputerowej sondy wykrywającej. Metoda jest elastyczna w działaniu i umożliwia wykonanie szerokiego zakresu skanowania. Wadą jest konieczność kalibracji systemu przed każdym użyciem, a proces skanowania musi być równy i powolny, na co duży wpływ ma czynnik ludzki. Ponadto istniejący jednowymiarowy przetwornik liniowy składa się z wielu małych elementów w jednym wymiarze i można uzyskać elektroniczne ogniskowanie w płaszczyźnie obrazowania. Jednak w położeniu przestrzennym o określonej grubości od płaszczyzny obrazowania znajduje się tylko jeden element matrycy i nie można zrealizować elektronicznego ogniskowania. W przyszłości realizowana będzie rekonstrukcja trójwymiarowa, a ostrość będzie zwykle uzyskiwana za pomocą soczewki akustycznej w kierunku grubości płaszczyzny obrazowania, ale ostrość będzie stała dzięki ogniskowaniu soczewki. Jednocześnie rekonstrukcja obrazu trójwymiarowego za pomocą obrazu dwuwymiarowego jest zbyt długa, a rozdzielczość obrazu trójwymiarowego jest często niższa niż obrazu dwuwymiarowego. Ponieważ obrazy dwuwymiarowe są uzyskiwane w różnym czasie, zrekonstruowane obrazy trójwymiarowe są trudne do przedstawienia w czasie rzeczywistym żywych tkanek i narządów. Czujnik piezoceramiczny ma wykorzystywać dwuwymiarową sondę Area Array do sterowania wiązką ultradźwiękową w celu skupienia się w kierunku odchylenia przestrzeni trójwymiarowej, uzyskania trójwymiarowych danych przestrzennych w czasie rzeczywistym, a następnie zrekonstruowania trójwymiarowego obrazu.