用于实时三维超声成像的面阵探头设计与研究

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1、分类号学号M201272019学校代码10487密级硕士学位论文用于实时三维超声成像的面阵探头设计与研究学位申请人：孙士越学科专业：微电子学与固体电子学指导教师：朱本鹏副教授答辩日期：2015年5月10日AThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofScienceDesignandResearchon2Darraytransducerforreal-time3DultrasoundimagingCandidate：SunShiyueMajor：MicroelectronicsandSoli

2、dStateElectronicsSupervisor：AssociateProf.ZhuBenpengHuazhongUniversityofScience&TechnologyWuhan430074,P.R.ChinaMay,2015独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已标明引用的内容外，本论文不包含任何其他人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校

3、有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在______年解密后适用本授权书。本论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日华中科技大学硕士学位论文摘要与传统二维超声成像相比，实时三维超声成像技术能够提供更加直观和立体的影像学数据，在临床医学中具有更广阔的应用前景。面阵探头是实时三维超声成像系统中的核心部件，其性能好坏决定着成

4、像质量的优劣。然而，面阵探头因阵元数目多、阵元尺寸小、阵元间距窄等特点而研制难度极大。所以开展关于面阵探头的设计与研究工作具有重要的学术价值和现实意义。相对于传统全连接的设计方案，行列寻址方式可以使一个N×N面阵探头的信号2线连接数目从N减少到2N，极大地降低了面阵探头的研制难度。已报道的基于行列寻址方式的面阵探头，由两层压电材料复合而成，一层发射一层接收，在一定程度上简化了研制工艺，但这种设计结构在牢固性和稳定性方面存在一定问题。本文以PZT-5H为压电材料，通过高精度切割技术与新型“引线”工艺，提出了一种在单层压电材料上实现行列寻址的面阵探头研制方法。本文主要设计与研制了阵元数576（2

5、4×24）、中心频率分别为3MHz和8MHz两种超声面阵探头。对于3MHz的面阵探头，阵元大小为220m，切槽宽度为60m，采用导电背衬和传统切穿压电片的研制工艺。对于8MHz的面阵探头，阵元大小为120m，切槽宽度为47m，采用不导电背衬和“不切穿”压电片的研制工艺。本文利用有限元仿真软件COMSOLMultiphysic对这种“不切穿”压电片的方案进行了模拟仿真，结果显示在切槽深度大于等于压电片厚度的四分之三时阵元的振动情形与“完全切割阵元”近似。器件的电学和声学性能测试结果表明，本文所研制面阵探头的均一性良好。关键词：实时三维超声成像，面阵探头，行列寻址，柔性电路板I华中科技大

6、学硕士学位论文AbstractComparedwiththetraditionaltwo-dimensionalultrasoundimaging,real-time3Dultrasoundimagingtechnologyhasmorepotentialclinicalapplicationsbecauseitcanprovidemorecompleteandobjectiveinformation.Astheheartofreal-time3Dultrasoundimagingsystem,2Darraytransducerdeterminestheimagequality.Howeve

7、r,2Darraytransducerisdifficulttofabricateduetoitsmassivenumbers,smallsizesandnarrowpitch.Therefore,designandresearchon2Darraytransducerisofgreatimportanceofbothfundamentalstudyandtechnicalapplications.ForaN