(医学)超声学课件 第三章

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1、第三章医用超声换能器超声换能器的压电效应超声换能器的种类超声换能器的结构超声换能器特性声场特性（聚焦直径、近场、远场、主瓣、旁瓣、栅瓣…）超声波束处理技术（主要方法及其特点和应用）主要内容什么是超声换能器医学诊断上所使用的超声波频率一般为0.5MHz～15MHz，多是由压电晶体一类的材料制成的超声探头产生的。探头产生入射超声波和接收反射超声波高频电能激励探头中的晶体产生机械振动，反射超声波的机械振动又可以通过探头转换为电脉冲。什么是超声换能器利用压电陶瓷或晶体的正压电效应和逆压电效应，可以将其做成超声波发射和人体组织

2、反射波接收的器件，即超声换能器，也称探头。探头能将电能转换成声能，又能够将声能转换成电能；是超声诊断仪器的重要部件。原理：晶体的压电效应换能器的频率特性从换能器的发射功率考虑，超声辐射至发射阻抗的能量，只有当串联阻抗为零时才最大；所以，发射换能器的最佳工作频率等于串联谐振频率，即：暂态特性暂态特性：换能器对脉冲的响应速率换能器的频谱越宽，它的暂态特性也越好，可允许的超声脉冲的宽度越窄第二节超声换能器的种类、结构和特性超声换能器的种类超声换能器的结构超声换能器特性2.1超声换能器的种类诊断部位和应用方式探头中换能器所用

3、振元数目声束特性波束控制方式探头的几何形状诊断部位分类：眼科探头心脏探头腹部探头颅脑探头腔内探头儿童探头波束控制方式分类：线扫探头相控阵探头机械扇扫探头方阵探头几何形状分类矩形探头柱形探头弧形探头(凸形)圆形探头柱形探头柱形单振元探头特征频率受电激励后振动时间的长短（暂态特性）体积的大小探头中换能器所用振元数目分类：单阵元探头多阵元探头线阵超声探头凸阵超声探头相控阵超声探头方阵超声探头声束特性分类：非聚焦超声探头聚焦超声探头机械扇扫超声探头电子线阵超声探头电子凸阵超声探头相控阵超声探头二维面阵探头聚焦超声场非聚焦超声

4、场机械扇扫超声探头机械扇形扫描超声探头配用于扇扫式B型超声诊断仪，它是依靠机械传动方式带动传感器往复摇摆或连续旋转来实现扇形扫描的。机械扇扫超声探头保证探头中的压电振子作30次/s左右的高速摆动，摆动幅度应足够大；摆动速度应均匀稳定；整体体积小、重量轻，便于手持操作;外形应适合探查的需要，并能灵活改变扫查方向;机械振动及噪声应小到不致引起病人的紧张和烦躁。电子线阵超声探头开关控制器阻尼垫衬换能器阵列匹配层声透镜外壳电子凸阵超声探头凸阵探头的结构原理与线阵探头相类似，只是振元排列成凸形；但相同振元结构凸形探头的视野要比

5、线阵探头大。电子凸阵超声探头由于其探查视场为扇形，故对某些声窗较小的脏器的探查比线阵探头更为优越；比如检测骨下脏器，有二氧化碳和空气障碍的部位更能显现其特点;但凸形探头波束扫描远程扩散，必须给予线插补，否则因线密度低将使影像清晰度变差。相控阵超声探头固定聚焦探头多阵元相控阵探头2.2超声换能器的结构单阵元和多阵元换能器声聚焦和电子聚焦换能器一维和二维换能器数字和模拟波束生成器2.2超声换能器的结构单阵元换能器多阵元换能器相控阵探头方阵探头多元线阵换能器顺序扫描多元线阵换能器间隔扫描多元线阵换能器飞越扫描动态孔径换能器

6、环阵换能器动态频率扫描基本做法：1.对较浅的探查区域采用较高的发射频率以获得较高的轴向分辨率；2.对较深的探查区域适当降低发射频率以保证一定的探查深度；3.将采集到的不同深度处的图象“拼”在一起，构成完整的图象。模拟和数字式波束形成器数字式波束形成器2.3超声换能器的特性频率特性阻抗匹配吸收特性灵敏度辐射特性频率特性一般取发射、接收系统带宽等于换能器的带宽；在保证信噪比的情况下，尽量利用换能器的频带宽度。阻抗匹配电阻抗匹配声阻抗匹配-换能器阻抗；-发射源内阻；-面材阻抗；-介质中的声阻抗；-匹配层厚度合适的厚度和特性

7、阻抗的匹配层，可以改善换能器的频带宽度。第三节超声换能器的声场特性超声辐射声场的空间分布与辐射频率、辐射孔径及辐射面结构等有关。空间波束的指向性函数：描述发射器辐射声场或接收器灵敏度的空间分布函数。孔径分布函数与声压远场指向函数为一对傅里叶变换。换能器声场（近场与远场）超声换能器与发射脉冲声束的主瓣和旁瓣声束的发散动态孔径：近场用小孔径；远场用大孔径第四节超声波束处理技术在超声波发射和接收时，采用多种波束处理技术，使主波束变窄旁瓣变小。声束的主瓣声束的旁瓣第四节超声波束处理技术（1）使晶体表面凹陷（2）采用声学透镜聚

8、焦（3）可变孔径（4）电子聚焦（5）动态聚焦（6）实时动态聚焦（7）动态变迹超声波束处理技术---凹面晶体主要用于机械扇形扫描探头和连续波多普勒探头超声波束处理技术---声学透镜光学聚焦原理类似，在平面晶体表面附加声学透镜，可使超声波束汇聚到一点，即焦点。焦点深度，即焦距，由声学透镜曲率半径、超声波在声学透镜中的传播速度和人体中声速所决定。当声