Rozwój technologii ultradźwiękowych przetworników ceramicznych piezoelektrycznych

 1. Technologia obrazowania ultradźwiękowego to cztery technologie obrazowania medycznego należące do nowoczesnej technologii obrazowania medycznego i jest szeroko stosowana w kardiologii, położnictwie, okulistyce, wątrobie, nerkach, pęcherzyku żółciowym i układzie naczyniowym. W porównaniu z innymi technologiami obrazowania, technologia obrazowania ultradźwiękowego ma wyjątkowe zalety, takie jak dobra wydajność w czasie rzeczywistym, brak uszkodzeń i niski koszt,Dysk ceramiczny z przewodem ultradźwiękowym jest szeroko stosowany w praktycznej praktyce klinicznej. Technologia obrazowania ultradźwiękowego to technika przetwarzania obrazu polegająca na wykorzystaniu fal ultradźwiękowych emitowanych przez przetworniki ultradźwiękowe do przedostawania się do tkanki ludzkiej i odbijania echa na różnych granicach tkanek ludzkiego ciała. Przetwornik ultradźwiękowy jest zarówno nadajnikiem ultradźwiękowym, jak i odbiornikiem echa. Jest to najważniejszy element akustyczny w medycznych systemach obrazowania ultradźwiękowego i gwarantuje uzyskanie wysokiej jakości obrazów. Narodziny różnych nowych funkcji i metod obrazowania są również nierozerwalnie związane z innowacją technologii przetworników. W artykule omówiono rozwój i perspektywy technologii przetworników obrazowania ultradźwiękowego.

2. piezoelektryczny przetwornik kompozytowy

    Obecnie, Ceramika piezoelektryczna to najczęściej stosowane materiały w ultradźwiękowych przetwornikach obrazujących, które mają wysoką wydajność konwersji elektromechanicznej. Łatwość dopasowania do obwodów, stabilna wydajność, łatwa obróbka i niski koszt, jest szeroko stosowana. Jednocześnie elektryczne materiały ceramiczne mają również dużą impedancję akustyczną, której nie jest łatwo dopasować do impedancji akustycznej ludzkiej tkanki miękkiej i wody; jakość mechaniczna, wysoki współczynnik, wąskie pasmo, wysoka kruchość, niska wytrzymałość na rozciąganie, trudno jest kształtować elementy o dużej powierzchni i ultracienka konwersja wysokiej częstotliwości. Urządzenie nie jest łatwe w obróbce i ma inne wady. W latach 70. Amerykanie R.ENewnham, LE.Cross i inni zaczęli leczyć jaja. W badaniach materiałów kompozytowych materiały kompozytowe opierają się na pewnym połączeniu między ceramiką piezoelektryczną a materiałami polimerowymi. Stosunek objętości i przestrzenny rozkład geometryczny przestrzeni są połączone. Najszerzej badanymi kompozytami piezoelektrycznymi są kompozyty piezoelektryczne typu 1-3, które charakteryzują się wysoką czułością, niską impedancją akustyczną, niskim współczynnikiem jakości mechanicznej i łatwością obróbki. Kompozytowe przetworniki ultradźwiękowe umożliwiają obrazowanie wieloczęstotliwościowe, obrazowanie harmoniczne i inne obrazowanie nieliniowe, a ich wydajność jest znacznie lepsza niż w przypadku piezoelektryczne materiały ceramiczne . Obecnie stosuje się niektóre konwersje szerokopasmowe wykonane z piezoelektrycznych materiałów kompozytowych. Urządzenie energetyczne stosowane jest w klinicznym obrazowaniu wieloczęstotliwościowym i obrazowaniu harmonicznym. Jednak ze względu na wpływ zastosowania materiałów polimerowych w przetworniku kompozytowym, efektywną powierzchnię piezoceramiki, impedancję akustyczną i skomplikowany proces produkcyjny, jednowymiarowy przetwornik wielomacierzowy jest nadal wytwarzany z wykorzystaniem ceramiki piezoelektrycznej.

3.piezoelektryczny przetwornik monokrystaliczny

Japońska firma Nomura rozpoczęła badania nad materiałami z kryształów piezoelektrycznych. W połowie lat 90. XX wieku piezoelektryczne materiały kryształowe przyciągnęły szerokie zainteresowanie badaczy ze względu na ich doskonałe właściwości piezoelektryczne. Obecnie po przetwornikach piezoelektrycznych kryształów pojawiają się przetworniki kompozytowe. Jego współczynnik piezoelektryczny i współczynnik sprzężenia elektromechanicznego są znacznie wyższe niż powszechnie stosowanych piezoelektrycznych materiałów ceramicznych PzT. Matryca przetworników zaprojektowana z materiału kryształu piezoelektrycznego ma znacznie wyższą czułość i szerokość pasma niż piezoelektryczne przetworniki ceramiczne . W 1999 roku japońska firma Toshiba Corporation opracowała przetwornik ultradźwiękowy PZNTgl/9 o częstotliwości 3,5 MHz, który osiągnął wysoką rozdzielczość i dużą siłę penetracji i znalazł zastosowanie w praktyce klinicznej. W 2003 roku na Uniwersytecie Południowej Kalifornii w Stanach Zjednoczonych opracowano jednoelementowy piezoelektryczny przetwornik monokrystaliczny wysokiej częstotliwości wykonany z materiału sulfonianowego (LiNbO3), który uzyskał dobrą głębokość penetracji i stosunek sygnału do szumu obrazu. Jednakże, ponieważ proces wzrostu monokryształów jest znacznie bardziej skomplikowany niż proces przygotowania ceramiki, obecnie nie można wytwarzać piezoelektrycznych folii monokrystalicznych o porównywalnej jakości z ceramiką piezoelektryczną, a w zastosowaniach klinicznych wykorzystuje się tylko niewielką liczbę piezoelektrycznych przetworników monokrystalicznych.

4. przetwornik szerokopasmowy

    Wczesne oznaczenia na sondzie ultradźwiękowej, takie jak 2,5, 3,5, 5, 7, 10 MHz i inne częstotliwości robocze, ogólnie odnoszą się do częstotliwości serca, która ma szerokość pasma około 1 MHz, można nazwać przetwornikiem wąskopasmowym o częstotliwości jednocentralnej i nadal jest duża. który ma dużą utratę sygnału o wysokiej częstotliwości do echa tkanek głębokich, wpływając na ostrość i czułość obrazu ultradźwiękowego w połowie lat 80. XX wieku, w oparciu o tłumienie ultradźwięków w tkankach biologicznych i ich mapach ultradźwiękowych. Wpływ na obraz ma rozwój przetwornika szerokopasmowego, takiego jak częstotliwość środkowa efektywnej szerokości pasma 3,5 MHz może osiągnąć około 3 MHz przetwornika, który wykorzystuje wysoką częstotliwość piezoelektryczny czujnik spalania stukowego poprawiający rozdzielczość podczas wykrywania tkanki powierzchniowej. Niska częstotliwość tworzy sygnał echa o mniejszym tłumieniu, co skutkuje ostrzejszym obrazem głębokiej struktury tkanki. W latach 90. w diagnostyce klinicznej stosowano przetworniki szerokopasmowe i ultraszerokopasmowe o zmiennej częstotliwości. Jeśli ten sam przetwornik można przekonwertować do generowania fal ultradźwiękowych o częstotliwości środkowej 2,5, 3,5 i 6 MHz, szerokość pasma może osiągnąć więcej niż 5 MHz. Przetworniki ultraszerokopasmowe były w stanie generować ultradźwięki od 1,8 do 12 MHz. Obecne Technologia obrazowania harmonicznego, szeroko stosowana w łóżku, jest również rozwijana w oparciu o przetworniki szerokopasmowe. Podobnie jak technologia. Ponieważ przetwornik szerokopasmowy jest w stanie odbierać wiele harmonicznych generowanych przez fale dźwiękowe w tkance, jego opakowanie zawiera dużą ilość informacji o ludzkim ciele, co może poprawić rozdzielczość osiową obrazu i może ulepszyć ducha systemu obrazowania ultradźwiękowego.