Розвиток технології ультразвукових перетворювачів

(2) П’єзоелектричні монокристалічні перетворювачі: Nomura розпочала дослідження п’єзоелектричних монокристалічних матеріалів у 1969 році, у 1990-х роках. Середньострокові п’єзоелектричні монокристалічні матеріали привернули широку увагу дослідників завдяки своїм чудовим п’єзоелектричним властивостям. В даний час п'єзоелектричні монокристалічні перетворювачі є чудовими дослідницькими гарячими точками після композитних перетворювачів. Наприклад, новий тип розслабленого сегнетоелектричного монокристалічного перетворювача, представленого цитратом свинцю, лантану, цинку, титанатом свинцю та силікатом свинцю, вісмуту, титанатом свинцю, має набагато вищі п’єзоелектричний коефіцієнт і коефіцієнт електромеханічного зв’язку, ніж керамічний матеріал PZT. Матриця перетворювачів, розроблена з п’єзоелектричного монокристалічного матеріалу, має набагато вищу чутливість і смугу пропускання, ніж п’єзоелектричний керамічний замінний пристрій. У 1999 році японська корпорація Toshiba розробила ультразвуковий перетворювач 3,5 МГц PZNT91/9, який досяг високої роздільної здатності та сильної проникаючої здатності, і застосовувався в клінічній практиці. У 2003 році Університет Південної Каліфорнії розробив високочастотний, але елементарний п'єзоелектричний кристалічний перетворювач, виготовлений з матеріалу танталат літію, який отримав хорошу глибину проникнення та співвідношення сигнал/шум зображення. Однак процес вирощування монокристалів набагато складніший, ніж процес підготовки кераміки. В даний час неможливо виготовити п'єзоелектричні монокристали за ціною, порівнянною з керамікою, і лише невелика кількість перетворювачів, виготовлених з п'єзоелектричних монокристалів, застосовуються та клінічно.

2, широкосмуговий перетворювач: рано позначені на ультразвуковому датчику, такі як 2,5, 3,5, 5, 7, 10 МГц тощо. Робоча частота компонент п'єзоелектричного циліндра зазвичай відноситься до його центральної частоти, його смуга пропускання становить приблизно 1 МГц, цей тип зонда можна назвати вузькою смугою однієї центральної частоти. Датчик ще тривалий час залишається приватним, і він має великі втрати високочастотного сигналу до ехо-сигналу глибоких тканин, що впливає на чіткість і чутливість ультразвукової картини. У середині 1980-х років на основі закону ослаблення ультразвуку в біологічних тканинах і його впливу на ультразвукові зображення був розроблений широкосмуговий перетворювач, наприклад перетворювач із центральною частотою 3,5 МГц і ефективною смугою пропускання близько 3 МГц. Поверхневі тканини використовують високу частоту для покращення роздільної здатності, тоді як глибокі тканини використовують низьку частоту для формування менш ослаблених ехосигналів, що призводить до більш чіткого зображення структур глибоких тканин. У 1990-х роках у клінічній діагностиці використовувалися широкосмугові перетворювачі змінної частоти та ультраширокосмугові перетворювачі. Технологія гармонічної візуалізації широко використовується в клінічній практиці, також є технологією візуалізації, розробленою на основі широкосмугових перетворювачів. Оскільки широкосмуговий перетворювач може отримувати кілька гармонік, створюваних ультразвуком, що падає на основу тканини, він містить велику кількість інформації про тіло людини, може покращити осьову роздільну здатність зображення та може підвищити чутливість системи ультразвукової візуалізації.

3, Датчик тривимірного ультразвукового зображення: у порівнянні з традиційним двовимірним ультразвуковим зображенням, тривимірне ультразвукове зображення має переваги інтуїтивного відображення зображення, точного вимірювання об’єму та площі мішені та часу, необхідного для скорочення діагнозу лікаря. Ультразвукове зображення було в центрі уваги сучасних застосувань і розробок. В даний час існує в основному два методи отримання тривимірних ультразвукових зображень. Перший полягає в тому, щоб отримати серію двовимірних ультразвукових зображень із відомими просторовими положеннями за допомогою існуючої одновимірної фазованої лінійної решітки, а потім виконати тривимірну реконструкцію зображень для отримання двовимірних зображень в основному за допомогою механічного сканування та простору магнітного поля. метод позиціонування сканування. Метод сканування з механічним приводом полягає в отриманні двовимірного зображення шляхом закріплення перетворювача на керованій комп’ютером механічній руці для сканування віялом або обертанням. Через складне обладнання та високі технічні вимоги метод п'єзокристалів Pzt в даний час використовується менше; просторове позиціонування магнітного поля. Метод сканування полягає у фіксації датчика положення магнітного поля на звичайному ультразвуковому перетворювачі та вимірюванні зміни просторового положення перетворювача під час операції відбору проб; довільне сканування може виконуватися як звичайний зонд, а трек руху комп’ютерного датчика відбирається. Метод гнучкий в експлуатації і може виконувати широкий спектр сканування. Недоліком є ​​те, що систему необхідно калібрувати перед кожним використанням, а процес сканування має бути рівномірним і повільним, на що сильно впливає людський фактор. Крім того, існуючий одновимірний перетворювач лінійної матриці складається з безлічі малих елементів в одному вимірі, і може бути досягнуто електронне фокусування в площині зображення. Однак існує лише один елемент масиву в просторовому положенні з певною товщиною від площини зображення, і електронне фокусування не може бути реалізоване. Надалі реалізується тривимірна реконструкція, і фокус зазвичай досягається за допомогою акустичної лінзи в напрямку товщини площини зображення, але фокус фіксується за рахунок фокуса лінзи. У той же час реконструкція тривимірного зображення за допомогою двовимірного зображення занадто довга, а роздільна здатність тривимірного зображення часто нижча, ніж у двовимірного зображення. Оскільки двовимірні зображення отримані в різний час, реконструйовані тривимірні зображення важко реалізувати для відображення в реальному часі живих тканин і органів. Керамічний п’єзодатчик має використовувати зонд з двовимірною зоною для керування ультразвуковим променем для фокусування в напрямку відхилення тривимірного простору, отримання тривимірних просторових даних у реальному часі та реконструкції тривимірного зображення.