第三章醫(yī)用超聲探頭

關于第三章醫(yī)用超聲探頭04.01.2023醫(yī)學超聲診斷設備1第1頁，共47頁，2022年，5月20日，15點12分，星期五04.01.2023醫(yī)學超聲診斷設備2壓電陶瓷片第2頁，共47頁，2022年，5月20日，15點12分，星期五04.01.2023醫(yī)學超聲診斷設備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12分，星期五04.01.2023醫(yī)學超聲診斷設備41.1探頭的工作頻率實際輻射超聲波的頻率。探頭標稱頻率通常指換能器的機械諧振頻率。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12分，星期五04.01.2023醫(yī)學超聲診斷設備51.2頻帶寬度換能器的工作頻率響應的范圍，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12分，星期五04.01.2023醫(yī)學超聲診斷設備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、輻射效率等聲學特性。第6頁，共47頁，2022年，5月20日，15點12分，星期五04.01.2023醫(yī)學超聲診斷設備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；換能器的機械品質因素；換能器的層間匹配；第7頁，共47頁，2022年，5月20日，15點12分，星期五04.01.2023醫(yī)學超聲診斷設備82.聲學特性

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12分，星期五04.01.2023醫(yī)學超聲診斷設備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12分，星期五04.01.2023醫(yī)學超聲診斷設備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12分，星期五04.01.2023醫(yī)學超聲診斷設備11線性探頭機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12分，星期五04.01.2023醫(yī)學超聲診斷設備12第12頁，共47頁，2022年，5月20日，15點12分，星期五04.01.2023醫(yī)學超聲診斷設備13其他分類體外探頭體內探頭穿刺活檢探頭按應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12分，星期五04.01.2023醫(yī)學超聲診斷設備14柱形單振元探頭主要用于A超和M超，又稱筆桿式探頭。目前在經顱多普勒（TCD）及胎心監(jiān)護儀器中亦用此探頭。它是各型超聲成像儀用探頭的結構基礎。§3.4柱形單振元探頭第14頁，共47頁，2022年，5月20日，15點12分，星期五04.01.2023醫(yī)學超聲診斷設備151.結構壓電振子墊襯吸聲材料聲學絕緣層外殼保護面板

第15頁，共47頁，2022年，5月20日，15點12分，星期五04.01.2023醫(yī)學超聲診斷設備161.1壓電振子結構：單振元，上下焊接電極及引線；作用：用于接收電脈沖產生機械振動，接受聲振動產生電信號。第16頁，共47頁，2022年，5月20日，15點12分，星期五04.01.2023醫(yī)學超聲診斷設備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

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12分，星期五04.01.2023醫(yī)學超聲診斷設備181.3聲學絕緣層作用：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12分，星期五04.01.2023醫(yī)學超聲診斷設備191.4保護層防磨損，保護層應該選擇衰減系數(shù)低并耐磨的材料聲阻抗應接近人體組織的聲阻，其厚度應為λ/4第19頁，共47頁，2022年，5月20日，15點12分，星期五04.01.2023醫(yī)學超聲診斷設備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。基礎共振頻率半波長厚度壓電元件的厚度與產生的頻率成反比。第20頁，共47頁，2022年，5月20日，15點12分，星期五04.01.2023醫(yī)學超聲診斷設備212.2受激勵后振動時間的長短影響系統(tǒng)的縱向分辨力；利用墊襯材料的吸聲特性產生阻尼，減弱振鈴效應，縮短脈沖長度。第21頁，共47頁，2022年，5月20日，15點12分，星期五04.01.2023醫(yī)學超聲診斷設備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范圍內選定。第22頁，共47頁，2022年，5月20日，15點12分，星期五04.01.2023醫(yī)學超聲診斷設備23§3.5機械扇掃超聲探頭1.概述

配用于扇掃式B型超聲診斷儀。依靠機械傳動方式帶動傳感器往復搖擺或連續(xù)旋轉來實現(xiàn)扇形掃描。第23頁，共47頁，2022年，5月20日，15點12分，星期五04.01.2023醫(yī)學超聲診斷設備242.基本要求保證振子高速擺動，擺動幅度足夠大；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；機械振動及噪音??；對于旋轉式，要求壓電振元特性一致。第24頁，共47頁，2022年，5月20日，15點12分，星期五04.01.2023醫(yī)學超聲診斷設備253.結構優(yōu)點:

較好的柱狀聲束；體積小、重量輕；線密度高。缺點:

掃描角度??；壽命短；擺動時的振動和均勻性不理想。典型的擺動式機械扇掃探頭第25頁，共47頁，2022年，5月20日，15點12分，星期五04.01.2023醫(yī)學超聲診斷設備26較成熟的擺動式機械扇掃探頭優(yōu)點:

測角精度和使用壽命較佳；振元擺幅大，視野大。缺點:

存在機械振動及機械誤差。第26頁，共47頁，2022年，5月20日，15點12分，星期五04.01.2023醫(yī)學超聲診斷設備27步進電機驅動的擺動式機械扇掃探頭優(yōu)點:

結構簡化，磨損小，壽命長；體積和重量較??；傳動誤差小，光柵均勻。

第27頁，共47頁，2022年，5月20日，15點12分，星期五04.01.2023醫(yī)學超聲診斷設備28反射式的擺動式機械扇掃探頭優(yōu)點:

結構簡化。特點:

壓電振子固定，聲反射鏡擺動。缺點:

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

要求振元的一致性很高。機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12分，星期五04.01.2023醫(yī)學超聲診斷設備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：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12分，星期五04.01.2023醫(yī)學超聲診斷設備31改善波束性質的方法：

應用方法：聚焦實現(xiàn)束控組合發(fā)射方式第31頁，共47頁，2022年，5月20日，15點12分，星期五04.01.2023醫(yī)學超聲診斷設備322.聲學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匯聚收斂，稱為超聲聚焦。聲學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12分，星期五04.01.2023醫(yī)學超聲診斷設備33聲透鏡——

凹形聲透鏡

條件：透鏡介質聲速大于被測介質聲速。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12分，星期五04.01.2023醫(yī)學超聲診斷設備34

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

平凸形聲透鏡第34頁，共47頁，2022年，5月20日，15點12分，星期五04.01.2023醫(yī)學超聲診斷設備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12分，星期五04.01.2023醫(yī)學超聲診斷設備36電子聚焦(ElectronicFocusing)

應用相控技術，對線陣探頭各振元提供按二次曲線規(guī)律延時的激勵，使聲場區(qū)合成波陣面呈二次曲線凹面從而實現(xiàn)波束聚焦。第36頁，共47頁，2022年，5月20日，15點12分，星期五04.01.2023醫(yī)學超聲診斷設備37延時量的計算

1、2號振元的聲程差：1、2號振元的相差延時量：

發(fā)射需加延時量，接收需給予延時補償；線陣探頭通常短軸采用聲學聚焦，長軸采用電子聚焦。第37頁，共47頁，2022年，5月20日，15點12分，星期五04.01.2023醫(yī)學超聲診斷設備38動態(tài)電子聚焦

采用不同延遲線，改變聚焦焦點，改善遠場的聲束狀況，增加探測深度。第38頁，共47頁，2022年，5月20日，15點12分，星期五04.01.2023醫(yī)學超聲診斷設備393.線陣探頭和凸形探頭電子線陣探頭組成：二極管開關控制器、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12分，星期五04.01.2023醫(yī)學超聲診斷設備40二極管開關控制器作用：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12分，星期五04.01.2023醫(yī)學超聲診斷設備41多元換能器結構整體切割工藝

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，開槽深則互耦小。第41頁，共47頁，2022年，5月20日，15點12分，星期五04.01.2023醫(yī)學超聲診斷設備42振元寬度：輻射強度波束擴散角互耦

通常取單個振元寬度與厚度之比小于0.6影響改進設計：采用組合振元方式第42頁，共47頁，2022年，5月20日，15點12分，星期五04.01.2023醫(yī)學超聲診斷設備43匹配層作用：實現(xiàn)探頭與負載之間的匹配。原理：當兩介質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12分，星期五04.01.2023醫(yī)學超聲診斷設備44凸形探頭特點：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：波束遠程擴散，必須給予線插補，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，