第三章醫(yī)用超聲探頭

關(guān)于第三章醫(yī)用超聲探頭04.01.2023醫(yī)學(xué)超聲診斷設(shè)備1第1頁，共47頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)12分，星期五04.01.2023醫(yī)學(xué)超聲診斷設(shè)備2壓電陶瓷片第2頁，共47頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)12分，星期五04.01.2023醫(yī)學(xué)超聲診斷設(shè)備3§3.2醫(yī)用超聲探頭的主要特性1.使用特性：探頭與儀器配合使用的性能探頭工作頻率頻帶寬度靈敏度分辨力第3頁，共47頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)12分，星期五04.01.2023醫(yī)學(xué)超聲診斷設(shè)備41.1探頭的工作頻率實(shí)際輻射超聲波的頻率。探頭標(biāo)稱頻率通常指換能器的機(jī)械諧振頻率。衰減大的組織用低頻探頭；反之，用高頻探頭。第4頁，共47頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)12分，星期五04.01.2023醫(yī)學(xué)超聲診斷設(shè)備51.2頻帶寬度換能器的工作頻率響應(yīng)的范圍，用Δf來表示。f1：換能器頻響為最大頻響的3dB的頻率下限f2：換能器頻響為最大頻響的3dB的頻率上限第5頁，共47頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)12分，星期五04.01.2023醫(yī)學(xué)超聲診斷設(shè)備61.3靈敏度最大探測深度上，發(fā)現(xiàn)最小病灶的能力。取決于探頭中換能器的換能特性、輻射效率等聲學(xué)特性。第6頁，共47頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)12分，星期五04.01.2023醫(yī)學(xué)超聲診斷設(shè)備71.4分辨力主要影響因素：探頭中換能器的輻射特性；換能器的輻射面積；換能器的頻率響應(yīng)；換能器的機(jī)械品質(zhì)因素；換能器的層間匹配；第7頁，共47頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)12分，星期五04.01.2023醫(yī)學(xué)超聲診斷設(shè)備82.聲學(xué)特性

頻率特性換能特性暫態(tài)特性輻射特性吸收特性第8頁，共47頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)12分，星期五04.01.2023醫(yī)學(xué)超聲診斷設(shè)備9§3.3超聲探頭的分類按診斷部位分類

眼科探頭心臟探頭腹部探頭顱腦探頭子宮探頭肛門探頭兒童探頭第9頁，共47頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)12分，星期五04.01.2023醫(yī)學(xué)超聲診斷設(shè)備10按幾何形狀分類

矩形探頭柱形探頭弧形（凸形）探頭圓形探頭環(huán)形探頭喇叭形探頭第10頁，共47頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)12分，星期五04.01.2023醫(yī)學(xué)超聲診斷設(shè)備11線性探頭機(jī)械扇掃探頭電子扇掃（相控陣）探頭方陣探頭按波束控制方式分類

第11頁，共47頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)12分，星期五04.01.2023醫(yī)學(xué)超聲診斷設(shè)備12第12頁，共47頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)12分，星期五04.01.2023醫(yī)學(xué)超聲診斷設(shè)備13其他分類體外探頭體內(nèi)探頭穿刺活檢探頭按應(yīng)用方式分類單元探頭多元探頭按振元數(shù)目分類第13頁，共47頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)12分，星期五04.01.2023醫(yī)學(xué)超聲診斷設(shè)備14柱形單振元探頭主要用于A超和M超，又稱筆桿式探頭。目前在經(jīng)顱多普勒（TCD）及胎心監(jiān)護(hù)儀器中亦用此探頭。它是各型超聲成像儀用探頭的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)?！?.4柱形單振元探頭第14頁，共47頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)12分，星期五04.01.2023醫(yī)學(xué)超聲診斷設(shè)備151.結(jié)構(gòu)壓電振子墊襯吸聲材料聲學(xué)絕緣層外殼保護(hù)面板

第15頁，共47頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)12分，星期五04.01.2023醫(yī)學(xué)超聲診斷設(shè)備161.1壓電振子結(jié)構(gòu)：單振元，上下焊接電極及引線；作用：用于接收電脈沖產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)，接受聲振動(dòng)產(chǎn)生電信號(hào)。第16頁，共47頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)12分，星期五04.01.2023醫(yī)學(xué)超聲診斷設(shè)備171.2墊襯吸聲材料作用：衰減吸收振子背面輻射聲能減弱振鈴效應(yīng)

背板材料：環(huán)氧樹脂加鎢粉、橡膠粉按比例混合。第17頁，共47頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)12分，星期五04.01.2023醫(yī)學(xué)超聲診斷設(shè)備181.3聲學(xué)絕緣層作用：防止超聲能量傳到探頭外殼引起反射，造成對信號(hào)的干擾。材料：軟木、橡皮和尼龍。第18頁，共47頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)12分，星期五04.01.2023醫(yī)學(xué)超聲診斷設(shè)備191.4保護(hù)層防磨損，保護(hù)層應(yīng)該選擇衰減系數(shù)低并耐磨的材料聲阻抗應(yīng)接近人體組織的聲阻，其厚度應(yīng)為λ/4第19頁，共47頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)12分，星期五04.01.2023醫(yī)學(xué)超聲診斷設(shè)備202.基本特性2.1特征頻率特征頻率決定于壓電晶體的厚度?；A(chǔ)共振頻率半波長厚度壓電元件的厚度與產(chǎn)生的頻率成反比。第20頁，共47頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)12分，星期五04.01.2023醫(yī)學(xué)超聲診斷設(shè)備212.2受激勵(lì)后振動(dòng)時(shí)間的長短影響系統(tǒng)的縱向分辨力；利用墊襯材料的吸聲特性產(chǎn)生阻尼，減弱振鈴效應(yīng)，縮短脈沖長度。第21頁，共47頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)12分，星期五04.01.2023醫(yī)學(xué)超聲診斷設(shè)備222.3體積大小振元直徑的大小主要影響超聲場的形狀。振元直徑在5～30mm范圍內(nèi)選定。第22頁，共47頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)12分，星期五04.01.2023醫(yī)學(xué)超聲診斷設(shè)備23§3.5機(jī)械扇掃超聲探頭1.概述

配用于扇掃式B型超聲診斷儀。依靠機(jī)械傳動(dòng)方式帶動(dòng)傳感器往復(fù)搖擺或連續(xù)旋轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)扇形掃描。第23頁，共47頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)12分，星期五04.01.2023醫(yī)學(xué)超聲診斷設(shè)備242.基本要求保證振子高速擺動(dòng)，擺動(dòng)幅度足夠大；擺速均勻穩(wěn)定；體積小、重量輕、便于手持操作；外形適合探查需要，靈活改變掃查方式；機(jī)械振動(dòng)及噪音小；對于旋轉(zhuǎn)式，要求壓電振元特性一致。第24頁，共47頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)12分，星期五04.01.2023醫(yī)學(xué)超聲診斷設(shè)備253.結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn):

較好的柱狀聲束；體積小、重量輕；線密度高。缺點(diǎn):

掃描角度?。粔勖?；擺動(dòng)時(shí)的振動(dòng)和均勻性不理想。典型的擺動(dòng)式機(jī)械扇掃探頭第25頁，共47頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)12分，星期五04.01.2023醫(yī)學(xué)超聲診斷設(shè)備26較成熟的擺動(dòng)式機(jī)械扇掃探頭優(yōu)點(diǎn):

測角精度和使用壽命較佳；振元擺幅大，視野大。缺點(diǎn):

存在機(jī)械振動(dòng)及機(jī)械誤差。第26頁，共47頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)12分，星期五04.01.2023醫(yī)學(xué)超聲診斷設(shè)備27步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的擺動(dòng)式機(jī)械扇掃探頭優(yōu)點(diǎn):

結(jié)構(gòu)簡化，磨損小，壽命長；體積和重量較??；傳動(dòng)誤差小，光柵均勻。

第27頁，共47頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)12分，星期五04.01.2023醫(yī)學(xué)超聲診斷設(shè)備28反射式的擺動(dòng)式機(jī)械扇掃探頭優(yōu)點(diǎn):

結(jié)構(gòu)簡化。特點(diǎn):

壓電振子固定，聲反射鏡擺動(dòng)。缺點(diǎn):

聲束形狀和掃描角度等指標(biāo)不理想。第28頁，共47頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)12分，星期五04.01.2023醫(yī)學(xué)超聲診斷設(shè)備29旋轉(zhuǎn)式機(jī)械扇掃探頭原理：壓電振子單方向旋轉(zhuǎn)。優(yōu)點(diǎn)：勻角速掃描，噪聲小，壽命長。技術(shù)難點(diǎn):

要求振元的一致性很高。機(jī)械扇掃探頭有被電子相控陣扇掃取代的趨勢。第29頁，共47頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)12分，星期五04.01.2023醫(yī)學(xué)超聲診斷設(shè)備30§3.6電子線掃超聲探頭1.多矩陣振元合成聲場特性特點(diǎn)：受振元間互耦的影響，主瓣寬，副瓣大。

整體刻劃工藝第30頁，共47頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)12分，星期五04.01.2023醫(yī)學(xué)超聲診斷設(shè)備31改善波束性質(zhì)的方法：

應(yīng)用方法：聚焦實(shí)現(xiàn)束控組合發(fā)射方式第31頁，共47頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)12分，星期五04.01.2023醫(yī)學(xué)超聲診斷設(shè)備322.聲學(xué)聚焦與電子聚焦使探頭發(fā)射的超聲波束在一定深度范圍內(nèi)匯聚收斂，稱為超聲聚焦。聲學(xué)聚焦聲透鏡聲反射鏡壓電振子做成曲面第32頁，共47頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)12分，星期五04.01.2023醫(yī)學(xué)超聲診斷設(shè)備33聲透鏡——

凹形聲透鏡

條件：透鏡介質(zhì)聲速大于被測介質(zhì)聲速。規(guī)律：焦距F的長短與透鏡凹面曲率半徑R成正比，與的值成反比。第33頁，共47頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)12分，星期五04.01.2023醫(yī)學(xué)超聲診斷設(shè)備34

條件：透鏡介質(zhì)聲速小于被測介質(zhì)聲速。規(guī)律：聲透鏡中心部位的厚度應(yīng)為。聲透鏡——

平凸形聲透鏡第34頁，共47頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)12分，星期五04.01.2023醫(yī)學(xué)超聲診斷設(shè)備35聲透鏡——

凹面振子焦距F＝曲率半徑R第35頁，共47頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)12分，星期五04.01.2023醫(yī)學(xué)超聲診斷設(shè)備36電子聚焦(ElectronicFocusing)

應(yīng)用相控技術(shù)，對線陣探頭各振元提供按二次曲線規(guī)律延時(shí)的激勵(lì)，使聲場區(qū)合成波陣面呈二次曲線凹面從而實(shí)現(xiàn)波束聚焦。第36頁，共47頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)12分，星期五04.01.2023醫(yī)學(xué)超聲診斷設(shè)備37延時(shí)量的計(jì)算

1、2號(hào)振元的聲程差：1、2號(hào)振元的相差延時(shí)量：

發(fā)射需加延時(shí)量，接收需給予延時(shí)補(bǔ)償；線陣探頭通常短軸采用聲學(xué)聚焦，長軸采用電子聚焦。第37頁，共47頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)12分，星期五04.01.2023醫(yī)學(xué)超聲診斷設(shè)備38動(dòng)態(tài)電子聚焦

采用不同延遲線，改變聚焦焦點(diǎn)，改善遠(yuǎn)場的聲束狀況，增加探測深度。第38頁，共47頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)12分，星期五04.01.2023醫(yī)學(xué)超聲診斷設(shè)備393.線陣探頭和凸形探頭電子線陣探頭組成：二極管開關(guān)控制器、阻尼墊襯、多元換能器、匹配層、聲透鏡和外殼。第39頁，共47頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)12分，星期五04.01.2023醫(yī)學(xué)超聲診斷設(shè)備40二極管開關(guān)控制器作用：控制探頭中各振元的組合工作方式，減少引線的數(shù)量和探頭的重量

。阻尼墊襯作用：產(chǎn)生阻尼，抑制振鈴并消除反射干擾。第40頁，共47頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)12分，星期五04.01.2023醫(yī)學(xué)超聲診斷設(shè)備41多元換能器結(jié)構(gòu)整體切割工藝

開槽深度：

主要取決于半波長厚度σ：

頻率越高，所用晶片厚度越薄，同時(shí)，開槽深則互耦小。第41頁，共47頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)12分，星期五04.01.2023醫(yī)學(xué)超聲診斷設(shè)備42振元寬度：輻射強(qiáng)度波束擴(kuò)散角互耦

通常取單個(gè)振元寬度與厚度之比小于0.6影響改進(jìn)設(shè)計(jì)：采用組合振元方式第42頁，共47頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)12分，星期五04.01.2023醫(yī)學(xué)超聲診斷設(shè)備43匹配層作用：實(shí)現(xiàn)探頭與負(fù)載之間的匹配。原理：當(dāng)兩介質(zhì)界面之間加入厚度為，且阻抗?jié)M足：則可保證聲波在不同介質(zhì)中無反射傳播。

通常取聲透鏡材料的阻抗特性接近人體聲阻抗，匹配層的阻抗和厚度滿足上述條件，且要求聲阻尼小的材料。第43頁，共47頁，2022年，5月20日，15點(diǎn)12分，星期五04.01.2023醫(yī)學(xué)超聲診斷設(shè)備44凸形探頭特點(diǎn)：振元排列成凸形，視野比線陣探頭大；適合小聲窗的臟器探查。缺點(diǎn)：波束遠(yuǎn)程擴(kuò)散，必須給予線插補(bǔ)，否則線密度低，圖像清晰度變差。第44頁，共47頁，2022年，5月20日，