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超声刀换能器的一些知识点

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  • 来源:
  • 发布时间:2022-01-06
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【概要描述】超声刀换能器是医学超声系统中非常重要的核心部件。超声刀换能器将系统的电信号转换成超声波,超声波从人体内部反射,然后转换成电信号,再送回系统形成图像。

超声刀换能器的一些知识点

【概要描述】超声刀换能器是医学超声系统中非常重要的核心部件。超声刀换能器将系统的电信号转换成超声波,超声波从人体内部反射,然后转换成电信号,再送回系统形成图像。

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  超声刀换能器是医学超声系统中非常重要的核心部件。超声刀换能器将系统的电信号转换成超声波,超声波从人体内部反射,然后转换成电信号,再送回系统形成图像。超声刀换能器整个系统的关键,换能器发回系统的原始信号质量是系统图像的“原始素材”。系统工程师可以使用各种神奇的信号处理算法来优化图像,但原始信号的质量是提高图像质量的关键基础。  


  目前医院临床使用的超声刀换能器声学头基本都采用这种堆叠结构。从声学头表面的透镜开始,里面重要的材料层是匹配层、压电晶片和背衬。它们之间有一层粘合剂将它们粘在一起,压电晶片的前端和后端涂有金属并用电缆连接。要问这种结构中的关键材料是哪一种,毫无疑问一定是压电芯片!压电晶片是一种晶体材料,晶格的正负电荷中心在静止平衡时重合,因此没有电信号输出。然而,当它们受到外力拉伸或挤压时,晶格的正负电荷中心会相互偏离,材料内部会形成电场。在电场的作用下,超声刀换能器的正负电荷会分别聚集在压电晶片的前端和后端。通过动态反复拉伸挤压(即机械振动),材料内部的电场会反复翻转,从而在压电晶片的前后两端交流输出。这种效应称为压电效应。

       超声刀换能器

  当超声刀换能器的声波通过不同的介质传播时,会有反射和传播。一部分能量在界面反射回来,另一部分能量继续向前传播。反射能量的比例与界面两侧介质之间的声阻抗差成正比。材料的声阻抗由材料的比重和硬度决定。


  超声刀换能器的压电晶片在电脉冲信号激励下产生的声波会同时向前和向后传播,并在晶片的前后界面部分反射。我们希望大部分能量会向前扩散到人体内,增强图像穿透力;也就是说,在晶片的前界面,声波可以传输得更多。当我们喊到前面时,不仅前面的人能听到,两边的人也能听到,因为声波向前传播时会被散射。散射的结果是,声能在特定区域发散和减少。在临床上,我们希望超声刀换能器能够将声能集中在人体组织的特定区域,所以我们在设计超声刀换能器时使用透镜材料来实现这一目标。


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