超聲探頭(一)

1、,探頭專題（一）,大綱：,,一、換能器（傳感器）；二、超聲換能器；三、探頭的聲場特性；,一、換能器（傳感器）,1.換能器的定義；2.換能器的分類；,1.換能器（傳感器Transducer）的定義,換能器是將傳感器是一種能把物理量或化學(xué)量轉(zhuǎn)變成便于利用的電信號的器件。一種物理能量變?yōu)榱硪环N物理能量的器件。凡能將其它物理能量轉(zhuǎn)變?yōu)槌暷芰康钠骷鶠閾Q能器。,2.換能器的分類：,可以用不同的觀點(diǎn)對傳感器進(jìn)行分類：按轉(zhuǎn)換原理(傳感器

2、工作的基本物理或化學(xué)效應(yīng))、用途、輸出信號類型以及制作的材料和工藝等。 1）.根據(jù)傳感器轉(zhuǎn)換原理，可分為物理傳感器和化學(xué)傳感器二大類物理傳感器（物理傳感器應(yīng)用的是物理效應(yīng)）：諸如壓電效應(yīng)，磁致伸縮現(xiàn)象，離化、極化、熱電、光電、磁電等效應(yīng)。根據(jù)輸入物理量分為張力傳感器、壓力傳感器、速度傳感器、溫度傳感器、氣敏傳感器等,化學(xué)傳感器：包括那些以化學(xué)吸附、電化學(xué)反應(yīng)等現(xiàn)象為因果關(guān)系的傳感器，被測信號量的微小變化也將轉(zhuǎn)換成電信號。 有些

3、傳感器既不能劃分到物理類，也不能劃分為化學(xué)類。大多數(shù)傳感器是以物理原理為基礎(chǔ)運(yùn)作的?；瘜W(xué)傳感器技術(shù)問題較多，例如可靠性問題，規(guī)模生產(chǎn)的可能性，價(jià)格問題等,2）.按其用途，傳感器可分類為： 　力敏傳感器 位置傳感器 　液面?zhèn)鞲衅?能耗傳感器 　速度傳感器 熱敏傳感器 　振動傳感器 濕敏傳感器 　　 　磁敏傳感器 氣敏傳感器 　　真空度傳感器 生物傳感器等 加速度傳感器 射線輻射傳感器,3）.根據(jù)工作原理

4、分為: 電感式、電容式、電阻式、電勢式等；4）.按輸出信號分為： 模擬傳感器——將被測量的非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成模擬 電信號。 　　數(shù)字傳感器——將被測量的非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成數(shù)字輸出信號(包括直接和間接轉(zhuǎn)換)。5）.根據(jù)能量轉(zhuǎn)換原理分為 有源和無源式傳感器。,二. 超聲換能器相關(guān),超聲換能器的工作原理；超聲探頭的分類；3. B超探頭的組成；4. B超探頭的分類；5. 各類B超探頭的臨床應(yīng)用；6.

5、 常見B超探頭的比較7. 常用探頭規(guī)格的識別；,大綱：,超聲探頭,醫(yī)用超聲探頭： 是各種型號的超聲診斷儀借以將高頻電能轉(zhuǎn)換為超聲機(jī)械能向外輻射，并接收超聲回波將聲能轉(zhuǎn)換為電能的一種聲-電可逆轉(zhuǎn)換器件 在醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)中常用的換能器有張力（機(jī)械－電）換能器和壓力換能器兩類。,醫(yī)用超聲探頭具有兩大特性： 1）使用特性： 使用特性實(shí)際上是探頭與儀器配合使用的綜合 性能，它并不等于換能器本身的性能

6、 ，包括工作頻率(fc)、頻帶寬度(Band Width)、靈敏度(Sensitivity)、分辨力(Resolution) 。 2）聲學(xué)特性： 超聲探頭的聲學(xué)特性主要與探頭中超聲換能器所用材料的特性有關(guān)，包括頻率特性、換能特性、暫態(tài)特性、輻射特性和吸收特性。,1.超聲換能器的工作原理,探頭的核心：壓電晶體或復(fù)合壓電材料壓電效應(yīng)： 正電壓效應(yīng)：機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽ń邮艹暡ǎ?逆壓電效應(yīng)：電能轉(zhuǎn)變?yōu)?/p>

7、機(jī)械能（發(fā)射超聲波）,工作原理： 主機(jī)通過電纜在陣元上施加電信號，使陣元振動，發(fā)出超聲波，超聲波經(jīng)物體反射吸收再作用在陣元上，使陣元兩端產(chǎn)生電信號，通過電纜傳送至主機(jī)處理、顯示。,1）按診斷部位分類： 眼科探頭、心臟探頭、腹部探頭和顱腦探頭等；2）按應(yīng)用方式分類： 體外探頭、體內(nèi)探頭、穿刺活檢探頭；3）按探頭中換能器所用振元數(shù)目分類： 單元探頭和多元探頭；4）按波束控制方式分類： 線掃探頭、相控陣

8、探頭、機(jī)械扇掃探頭和方陣探頭等；5）按探頭的幾何形狀分類（慣用的分類方法）: 矩形探頭、柱形探頭、弧形探頭（又稱凸形）、圓形探頭等。 還有其它的一些分類方法，通常工作中，習(xí)慣使用較多的是按①、④、⑤三種方式分類。,2. 超聲探頭分類,3. B超探頭的組成：,聲透鏡 （acoustic lens） （橫/縱軸）軸向聚焦匹配層（layer） 用于減少由于皮膚與探頭之間聲阻抗的差別所造成的多重反射。壓電陶瓷 發(fā)射

9、/接收超聲波背襯材料 （Back） 減輕來自晶片的振動，縮短波長并提高軸向分辨率,4. B超探頭的分類：,1). 凸陣探頭(Convex Array Transducer),2). 高頻線陣探頭（7.5-12M）(High Frequency Linear Array Transducer),1.對等間隔排列的多個(gè)陣元同時(shí)施加脈沖激勵(lì)2.疊加聲束的傳播方向和探頭表面垂直3.順序掃描,3). 微凸探頭(Mirco-conv

10、ex Array Transducer),4). 腔體探頭（陰道探頭和直腸探頭）(Cavity Array Transducer),分為兩種：一種為單平面主要用于婦產(chǎn)科另一種為雙平面，主要用于經(jīng)直腸探查前列腺。但現(xiàn)在很多醫(yī)院為了節(jié)省資金只購買一種單平面探頭兼作兩種檢查。常規(guī)頻率：3.5~5.0MHz,5). 相控陣探頭,1.對等間隔排列的多個(gè)陣元施加脈沖時(shí)間不同2.疊加聲束的傳播方向按一定規(guī)律自動改變方向,主要用于心臟也可兼

11、作頭顱探查常規(guī)頻率：2.5~5.0MHz,5）.其他類型B超探頭 (Other Type Of Transducer),另外還有手術(shù)中探頭、經(jīng)食道心臟探頭、穿刺探頭和腹腔鏡探頭等。但這些探頭目前在國內(nèi)還不普及，特別是經(jīng)食道探頭日常維護(hù)和保養(yǎng)的費(fèi)用也很可觀。,凸陣探頭： 腹部斷面(成人和兒科) 從肝臟、腎臟、胰腺、膽囊、膀胱、脾臟、胃腸道和泌尿生殖器官結(jié)構(gòu)圖像中檢測反常情況。 腹部斷面(產(chǎn)科和婦科) ； 從胎

12、兒、子宮和骨盆結(jié)構(gòu)圖像中檢測和發(fā)現(xiàn)反常情況，估算胎齡和胎重并評估胎兒心臟功能。,5. 常見B超探頭的臨床應(yīng)用,高頻線陣（淺表）探頭： 適用于小器官（甲狀腺、乳腺、睪丸、新生兒、外周血管及前列腺）等部位的檢查； 皮膚斷面(小器官) 從乳房、甲狀腺，睪丸等器官圖像的粗略評估中檢測反常狀況。 新生兒頭部斷面 從新生兒頭部圖像中檢測大腦體積及腦結(jié)構(gòu)的反常變化。 皮膚斷面 (外周血管) 從外圍血管圖像及流速測量中檢測及評估血

13、管狹窄和堵塞）。,微凸探頭： 適用于心臟（包括成人、兒童心臟）等部位的檢查；胸部斷面(成人及兒科心臟) 分析M模式圖像，檢測心臟結(jié)構(gòu)和功能的反常情況。 腔體探頭： 通常指陰道探頭，適用于婦科（包括子宮、卵巢）、產(chǎn)科（包括早孕、基本產(chǎn)科、完全產(chǎn)科、多胎、胎兒回聲）的檢查；,下列部位應(yīng)用以下探頭是最佳的,6. 常見B超探頭的比較,常見的探頭規(guī)格有： R40 、R50 、R60、 R10、 R13 、R20 、L40

14、、L60等。這里面：R 表示探頭掃描方式為凸陣掃描，也有用C表示； 后面的數(shù)字表示掃描的曲率半徑；L 表示探頭掃描方式為線陣掃描； 后面的數(shù)字表示掃描的寬度。例如： R60 表示此探頭為凸陣探頭，掃描曲率半徑為60mm。,7. 常用探頭規(guī)格的識別,三、聲場特性,1、聲場分布；2、干涉；3、方向性；4、惠更斯原理；5、近場和遠(yuǎn)場；6、主瓣和旁瓣；,大綱：,1、聲場分布,聲場：介質(zhì)中有聲波存在的區(qū)

15、域。聲束：超聲換能器發(fā)射的聲波具有指向性而在某個(gè)方向上形成集中傳播的束狀聲場。聲波一般在較小立方體內(nèi)傳播，中心軸線稱為聲軸。聲束兩側(cè)邊緣距離為束寬。,2、惠更斯原理,定義：聲介質(zhì)中波動傳到的各點(diǎn)都可看作是發(fā)射 子波的波源，這些子波的包跡就決定了新 的波陣面。,定義：聲介質(zhì)中波動傳到的各點(diǎn)都可看作是發(fā)射 子波的波源，這些子波的包跡就決定了新

16、 的波陣面。,平面波,球面波,實(shí)際應(yīng)用： 通過相位控制，使發(fā)射波束左右偏轉(zhuǎn)，獲得扇形圖像；亦可使聲束聚焦，以提高橫向分辨力。,,3.近場與遠(yuǎn)場,近場 對于一個(gè)圓形的超聲換能器(聲源)，在接近聲源的一段距離(稱為近場)，聲束的直徑略小于換能器的直徑，呈圓柱形。近場區(qū)內(nèi)聲壓、聲強(qiáng)起伏變化很大，是超聲診斷中的死區(qū)。遠(yuǎn)場 離聲源距離較遠(yuǎn)的聲場，聲束則會產(chǎn)生擴(kuò)散而呈喇叭形，此時(shí)的聲場稱為遠(yuǎn)場。,4.主瓣與旁瓣,主瓣：中間