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1、关于第三章医用超声探头04.04.202304.04.2023医学超声诊断设备医学超声诊断设备1 1第1页，讲稿共47张，创作于星期二04.04.202304.04.2023医学超声诊断设备医学超声诊断设备2 2压电陶瓷片第2页，讲稿共47张，创作于星期二04.04.202304.04.2023医学超声诊断设备医学超声诊断设备3 33.2 3.2 医用超声探头的主要特性医用超声探头的主要特性1.使用特性：探头与仪器配合使用的性能：探头与仪器配合使用的性能 探头工作频率探头工作频率 频带宽度频带宽度灵敏度灵敏度分辨力分辨力第3页，讲稿共47张，创作于星期二04.04.202304.04.2023
2、医学超声诊断设备医学超声诊断设备4 4l l1.1 探头的工作频率 实际辐射超声波的频率。实际辐射超声波的频率。l l探头标称频率通常指换能器的机械谐振频率。探头标称频率通常指换能器的机械谐振频率。l l衰减大的组织用低频探头；衰减大的组织用低频探头；反之，用高频探头。反之，用高频探头。第4页，讲稿共47张，创作于星期二04.04.202304.04.2023医学超声诊断设备医学超声诊断设备5 5l l1.2 频带宽度 换能器的工作频率响应的范围，用换能器的工作频率响应的范围，用ff来表示。来表示。f1：换能器频响为最大频响的：换能器频响为最大频响的3dB的频率下限的频率下限f2：换能器频响为
3、最大频响的：换能器频响为最大频响的3dB的频率上限的频率上限第5页，讲稿共47张，创作于星期二04.04.202304.04.2023医学超声诊断设备医学超声诊断设备6 6l l1.3 灵敏度 最大探测深度上，发现最小病灶的能力。最大探测深度上，发现最小病灶的能力。l l取决于探头中换能器的换能特性、辐射效率等取决于探头中换能器的换能特性、辐射效率等声学特性。声学特性。第6页，讲稿共47张，创作于星期二04.04.202304.04.2023医学超声诊断设备医学超声诊断设备7 7l1.4 分辨力 主要影响因素：主要影响因素：l l探头中换能器的辐射特性；探头中换能器的辐射特性；l l换能器的辐
4、射面积；换能器的辐射面积；l l换能器的频率响应；换能器的频率响应；l l换能器的机械品质因素；换能器的机械品质因素；l l换能器的层间匹配；换能器的层间匹配；第7页，讲稿共47张，创作于星期二04.04.202304.04.2023医学超声诊断设备医学超声诊断设备8 82.声学特性 频率特性频率特性 换能特性换能特性暂态特性暂态特性辐射特性辐射特性吸收特性吸收特性第8页，讲稿共47张，创作于星期二04.04.202304.04.2023医学超声诊断设备医学超声诊断设备9 93.3 3.3 超声探头的分类超声探头的分类按诊断部位分类 眼科探头眼科探头 心脏探头心脏探头腹部探头腹部探头颅脑探头颅
5、脑探头子宫探头子宫探头肛门探头肛门探头儿童探头儿童探头第9页，讲稿共47张，创作于星期二04.04.202304.04.2023医学超声诊断设备医学超声诊断设备1010按几何形状分类 矩形探头矩形探头 柱形探头柱形探头弧形（凸形）探头弧形（凸形）探头圆形探头圆形探头环形探头环形探头喇叭形探头喇叭形探头第10页，讲稿共47张，创作于星期二04.04.202304.04.2023医学超声诊断设备医学超声诊断设备1111线性探头线性探头 机械扇扫探头机械扇扫探头电子扇扫（相控阵）探头电子扇扫（相控阵）探头方阵探头方阵探头按波束控制方式分类 第11页，讲稿共47张，创作于星期二04.04.202304
6、.04.2023医学超声诊断设备医学超声诊断设备1212第12页，讲稿共47张，创作于星期二04.04.202304.04.2023医学超声诊断设备医学超声诊断设备1313其他分类体外探头体外探头 体内探头体内探头穿刺活检探头穿刺活检探头按按应应用用方方式式分分类类单元探头单元探头 多元探头多元探头按按振振元元数数目目分分类类第13页，讲稿共47张，创作于星期二04.04.202304.04.2023医学超声诊断设备医学超声诊断设备1414l l柱形单振元探头主要用于柱形单振元探头主要用于A A超超和和M M超超，又称，又称笔笔杆式探头杆式探头。l l目前在经颅多普勒（目前在经颅多普勒（TCD
7、TCD）及胎心监护仪器中）及胎心监护仪器中亦用此探头。亦用此探头。l l它是各型超声成像仪用探头的结构基础。它是各型超声成像仪用探头的结构基础。3.4 3.4 柱形单振元探头柱形单振元探头第14页，讲稿共47张，创作于星期二04.04.202304.04.2023医学超声诊断设备医学超声诊断设备15151.结构压电振子压电振子垫衬吸声材料垫衬吸声材料声学绝缘层声学绝缘层外壳外壳保护面板保护面板 第15页，讲稿共47张，创作于星期二04.04.202304.04.2023医学超声诊断设备医学超声诊断设备1616l l1.1 压电振子l l结构：结构：单振元，上下单振元，上下焊接电极及引线；焊接电
8、极及引线；l l作用：作用：用于接收电脉用于接收电脉冲产生机械振动，接冲产生机械振动，接受声振动产生电信号。受声振动产生电信号。第16页，讲稿共47张，创作于星期二04.04.202304.04.2023医学超声诊断设备医学超声诊断设备1717l l1.2 垫衬吸声材料 l l作用：作用：衰减吸收振子背衰减吸收振子背面辐射声能面辐射声能l l减弱振铃效应减弱振铃效应l l 背板材料：背板材料：环氧树脂加钨粉、橡胶环氧树脂加钨粉、橡胶粉按比例混合。粉按比例混合。第17页，讲稿共47张，创作于星期二04.04.202304.04.2023医学超声诊断设备医学超声诊断设备1818l l1.3 声学绝
9、缘层l l作用作用：防止超声能：防止超声能量传到探头外壳引量传到探头外壳引起反射，造成对信起反射，造成对信号的干扰。号的干扰。l l材料材料：软木、橡皮和：软木、橡皮和尼龙。尼龙。第18页，讲稿共47张，创作于星期二04.04.202304.04.2023医学超声诊断设备医学超声诊断设备1919l l1.4 保护层l l防磨损，保护层应该防磨损，保护层应该防磨损，保护层应该防磨损，保护层应该选择衰减系数低并耐选择衰减系数低并耐选择衰减系数低并耐选择衰减系数低并耐磨的材料磨的材料磨的材料磨的材料l l声阻抗应接近人体组声阻抗应接近人体组声阻抗应接近人体组声阻抗应接近人体组织的声阻，其厚度应织的声
10、阻，其厚度应织的声阻，其厚度应织的声阻，其厚度应为为为为/4 第19页，讲稿共47张，创作于星期二04.04.202304.04.2023医学超声诊断设备医学超声诊断设备20202.基本特性l2.1 特征频率l l特征频率决定于压电晶体的厚度。特征频率决定于压电晶体的厚度。基础共振频率基础共振频率半波长厚度半波长厚度l l压电元件的厚度与产生的频率成反比。压电元件的厚度与产生的频率成反比。第20页，讲稿共47张，创作于星期二04.04.202304.04.2023医学超声诊断设备医学超声诊断设备2121l l2.2 受激励后振动时间的长短l l影响系统的纵向分辨力；影响系统的纵向分辨力；l l
11、利用利用垫衬材料的吸声特性垫衬材料的吸声特性产生阻尼，减弱振铃产生阻尼，减弱振铃效应，缩短脉冲长度。效应，缩短脉冲长度。第21页，讲稿共47张，创作于星期二04.04.202304.04.2023医学超声诊断设备医学超声诊断设备2222l l2.3 体积大小l l振元直径的大小主要影响超声场的形状。振元直径的大小主要影响超声场的形状。l l振元直径在振元直径在530mm范围内选定。范围内选定。第22页，讲稿共47张，创作于星期二04.04.202304.04.2023医学超声诊断设备医学超声诊断设备23233.5 3.5 机械扇扫超声探头机械扇扫超声探头1.概述 配用于扇扫式配用于扇扫式B型超
12、声诊断仪。型超声诊断仪。依靠机械传动方式带动传感器往复摇摆或连续旋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。转来实现扇形扫描。第23页，讲稿共47张，创作于星期二04.04.202304.04.2023医学超声诊断设备医学超声诊断设备24242.基本要求保证振子高速摆动，摆动幅度足够大；保证振子高速摆动，摆动幅度足够大；摆速均匀稳定；摆速均匀稳定；体积小、重量轻、便于手持操作；体积小、重量轻、便于手持操作；外形适合探查需要，灵活改变扫查方式；外形适合探查需要，灵活改变扫查方式；机械振动及噪音小；机械振动及噪音小；对于旋转式，要求压电振元特性一致。对于旋转式，要求压电振元特性一
13、致。第24页，讲稿共47张，创作于星期二04.04.202304.04.2023医学超声诊断设备医学超声诊断设备25253.结构l l优点优点:较好的柱状声束；体积小、较好的柱状声束；体积小、重量轻；线密度高。重量轻；线密度高。l l缺点缺点:扫描角度小；寿命短；摆动扫描角度小；寿命短；摆动时的振动和均匀性不理想。时的振动和均匀性不理想。l l典型的摆动式机械扇扫探头典型的摆动式机械扇扫探头第25页，讲稿共47张，创作于星期二04.04.202304.04.2023医学超声诊断设备医学超声诊断设备2626l l较成熟的摆动式机械扇扫探头较成熟的摆动式机械扇扫探头l l优点优点:测角精度和使用寿
14、命较测角精度和使用寿命较佳；佳；振元摆幅大，视野大。振元摆幅大，视野大。l l缺点缺点:存在机械振动及机械误存在机械振动及机械误差。差。第26页，讲稿共47张，创作于星期二04.04.202304.04.2023医学超声诊断设备医学超声诊断设备2727l l步进电机驱动的摆动式机械扇扫探头步进电机驱动的摆动式机械扇扫探头l l优点优点:结构简化，磨损小，寿结构简化，磨损小，寿命长；命长；体积和重量较小；体积和重量较小；传动误差小，光栅均匀。传动误差小，光栅均匀。第27页，讲稿共47张，创作于星期二04.04.202304.04.2023医学超声诊断设备医学超声诊断设备2828l l反射式的摆动
15、式机械扇扫探头反射式的摆动式机械扇扫探头l l优点优点:结构简化。结构简化。l l特点特点:压电振子固定，声反射压电振子固定，声反射镜摆动。镜摆动。l l缺点缺点:声束形状和扫描角度等指声束形状和扫描角度等指标不理想。标不理想。第28页，讲稿共47张，创作于星期二04.04.202304.04.2023医学超声诊断设备医学超声诊断设备2929l l旋转式机械扇扫探头旋转式机械扇扫探头l l原理：原理：压电振子单方向旋转。压电振子单方向旋转。l l优点：优点：匀角速扫描，噪声小，寿命长。匀角速扫描，噪声小，寿命长。l l技术难点技术难点:要求振元的一致性很高。要求振元的一致性很高。l l机械扇扫
16、探头有被电子相控阵扇扫取代的趋机械扇扫探头有被电子相控阵扇扫取代的趋势。势。第29页，讲稿共47张，创作于星期二04.04.202304.04.2023医学超声诊断设备医学超声诊断设备30303.6 3.6 电子线扫超声探头电子线扫超声探头1.多矩阵振元合成声场特性l l特点：特点：受振元间受振元间互耦互耦的影响，的影响，主瓣宽，副瓣大。主瓣宽，副瓣大。B 整体刻划工艺整体刻划工艺第30页，讲稿共47张，创作于星期二04.04.202304.04.2023医学超声诊断设备医学超声诊断设备3131l l改善波束性质的方法：改善波束性质的方法：应用方法：应用方法：聚焦实现束控聚焦实现束控组合发射方
17、式组合发射方式第31页，讲稿共47张，创作于星期二04.04.202304.04.2023医学超声诊断设备医学超声诊断设备32322.声学聚焦与电子聚焦 使探头发射的超声波束在一定深度范围内汇聚收使探头发射的超声波束在一定深度范围内汇聚收敛，称为超声聚焦。敛，称为超声聚焦。声学聚焦声学聚焦声透镜声透镜声反射镜声反射镜压电振子做成曲面压电振子做成曲面第32页，讲稿共47张，创作于星期二04.04.202304.04.2023医学超声诊断设备医学超声诊断设备3333l l声透镜声透镜 凹形声透镜凹形声透镜 条件：透镜介质声速大于被测介质声速。条件：透镜介质声速大于被测介质声速。规律：焦距规律：焦距
18、F的长短与透镜凹面曲率半径的长短与透镜凹面曲率半径R成正成正比，与比，与 的值成反比。的值成反比。第33页，讲稿共47张，创作于星期二04.04.202304.04.2023医学超声诊断设备医学超声诊断设备3434 条件：透镜介质声速小于被测介质声速。条件：透镜介质声速小于被测介质声速。规律：声透镜中心部位的厚度应为规律：声透镜中心部位的厚度应为 。l l声透镜声透镜 平凸形声透镜平凸形声透镜第34页，讲稿共47张，创作于星期二04.04.202304.04.2023医学超声诊断设备医学超声诊断设备3535l l声透镜声透镜 凹面振子凹面振子焦距焦距F曲率半径曲率半径R第35页，讲稿共47张，
19、创作于星期二04.04.202304.04.2023医学超声诊断设备医学超声诊断设备3636l l电子聚焦电子聚焦(Electronic Focusing)应应用用相相控控技技术术，对对线线阵阵探探头头各各振振元元提提供供按按二二次次曲曲线线规规律律延延时时的的激激励励，使使声声场场区区合合成成波波阵阵面面呈呈二二次次曲曲线线凹凹面面从从而而实实现现波波束聚焦。束聚焦。第36页，讲稿共47张，创作于星期二04.04.202304.04.2023医学超声诊断设备医学超声诊断设备3737l l延时量的计算延时量的计算 1、2号振元的声程差：号振元的声程差：1、2号振元的相差延时量：号振元的相差延时
20、量：B 发射需加延时量，接收需给予延时补偿；发射需加延时量，接收需给予延时补偿；B 线阵探头通常短轴采用声学聚焦，长轴采用电子聚焦。线阵探头通常短轴采用声学聚焦，长轴采用电子聚焦。第37页，讲稿共47张，创作于星期二04.04.202304.04.2023医学超声诊断设备医学超声诊断设备3838动态电子聚焦 采用不同延迟线，改变聚焦焦点，改善远场采用不同延迟线，改变聚焦焦点，改善远场的声束状况，增加探测深度。的声束状况，增加探测深度。第38页，讲稿共47张，创作于星期二04.04.202304.04.2023医学超声诊断设备医学超声诊断设备39393.线阵探头和凸形探头l l电子线阵探头电子线
21、阵探头 组成：二极管开关控制器、阻尼垫衬、多元换组成：二极管开关控制器、阻尼垫衬、多元换能器、匹配层、声透镜和外壳。能器、匹配层、声透镜和外壳。第39页，讲稿共47张，创作于星期二04.04.202304.04.2023医学超声诊断设备医学超声诊断设备4040l l二极管开关控制器二极管开关控制器 作用：控制探头中各振元的组合工作方式，减作用：控制探头中各振元的组合工作方式，减少引线的数量和探头的重量少引线的数量和探头的重量。l l阻尼垫衬阻尼垫衬 作用：产生阻尼，抑制振铃并消除反射干扰。作用：产生阻尼，抑制振铃并消除反射干扰。第40页，讲稿共47张，创作于星期二04.04.202304.04
22、.2023医学超声诊断设备医学超声诊断设备4141l l多元换能器多元换能器l l结构结构l l整体切割工艺整体切割工艺 开槽深度：开槽深度：主要取决于半波长厚度主要取决于半波长厚度：B 频频率率越越高高，所所用用晶晶片片厚厚度度越越薄薄，同同时时，开开槽槽深深则互耦小。则互耦小。第41页，讲稿共47张，创作于星期二04.04.202304.04.2023医学超声诊断设备医学超声诊断设备4242振元宽度：振元宽度：辐射强度辐射强度波束扩散角波束扩散角互耦互耦B 通常取单个振元宽度与厚度之比小于通常取单个振元宽度与厚度之比小于0.6影响影响改进设计：改进设计：采用采用组合振元方式组合振元方式第4
23、2页，讲稿共47张，创作于星期二04.04.202304.04.2023医学超声诊断设备医学超声诊断设备4343l l匹配层匹配层l l作用：实现探头与负载之间的匹配。作用：实现探头与负载之间的匹配。l l原理：原理：当两介质界面之间加入厚度为当两介质界面之间加入厚度为 ，且阻抗，且阻抗满足：满足：则可保证声波在不同介质中无反射传播。则可保证声波在不同介质中无反射传播。B 通常取声透镜材料的阻抗特性接近人体声阻抗，匹配层的通常取声透镜材料的阻抗特性接近人体声阻抗，匹配层的阻抗和厚度满足上述条件，且要求声阻尼小的材料。阻抗和厚度满足上述条件，且要求声阻尼小的材料。第43页，讲稿共47张，创作于星
24、期二04.04.202304.04.2023医学超声诊断设备医学超声诊断设备4444l l凸形探头凸形探头 l l特点：特点：振元排列成振元排列成凸形，视野比线阵凸形，视野比线阵探头大；适合小声探头大；适合小声窗的脏器探查。窗的脏器探查。缺点：缺点：波束远程扩散，必须给予线插补，波束远程扩散，必须给予线插补，否则线密度低，图像清晰度变差。否则线密度低，图像清晰度变差。第44页，讲稿共47张，创作于星期二04.04.202304.04.2023医学超声诊断设备医学超声诊断设备45453.7 3.7 相控阵超声探头相控阵超声探头1.外形与结构第45页，讲稿共47张，创作于星期二04.04.202304.04.2023医学超声诊断设备医学超声诊断设备46462.与线阵探头比较l l探头中没有开关控制器，各振元基本上是同时探头中没有开关控制器，各振元基本上是同时被激励；被激励；l l探头体积和声窗都较小；探头体积和声窗都较小；l l对主瓣宽窄、副瓣大小、振元间互耦影响的对主瓣宽窄、副瓣大小、振元间互耦影响的要求更高，加工难度较大。要求更高，加工难度较大。第46页，讲稿共47张，创作于星期二04.04.202304.04.2023感谢大家观看第47页，讲稿共47张，创作于星期二