医用超声探头III
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医用超声探头原理及分类一、原理是各种型号的超声诊断仪借以将高频电能转换为超声机械能向外辐射,并接收超声回波将声能转换为电能的一种声-电可逆转换器件。
将电信号加载在超声振子上引起震荡产生超声,这就是探头的逆压电效应,也被称为探头的发射作用;将从人体组织返回的超声回波作用在超声振子上转换成电信号,这是探头的压电效应,也被称为探头的接收作用。
二、分类脉冲回波式探头:1、单探头:它通常选用磨制成平面薄圆片形的压电陶瓷作为换能器。
超声聚焦通常采用薄壳球形或碗型换能器有源聚焦和平面薄圆片配声透镜聚焦两种方式。
常用于A型、M型、机械扇扫和脉冲多普勒工作方式的超声诊断仪中。
2、机械探头:按压电晶片数和运动方式可分为单元换能器往返摆动扫描和多元换能器旋转切换扫描探头两类。
按扫差平面特性可分为扇形扫查、全景径向扫查和矩形平面线形扫查探头。
3、电子探头:它采用多元结构,利用电子学原理进行声束扫查。
按结构和工作原理它可分为线阵、凸阵和相控阵探头。
4、术中探头:它是在手术过程中用来显示体内结构及手术器械位置的,属于高频探头,频率在7MHz左右,具有体积小,分辨力高的特点。
它有机械扫描式、凸阵式和线控式三种。
5、穿刺探头:它通过相应的体腔,避开肺气、肠胃气和骨组织,以接近被检的深部组织,提高可检查性和分辨力。
目前已有经直肠探头、经尿道探头、经阴道探头、经食管探头、胃镜探头和腹腔镜探头。
这些探头有机械式、线控式或凸阵式;有不同的扇形角;有单平面式和多平面式。
其频率都比较高,一般在6MHz左右。
近年还发展了口径小于2mm、频率在30MHz以上的经血管探头。
6、经腔内探头:它通过相应的体腔,避开肺气、肠胃气和骨组织,以接近被检的深部组织,提高可检查性和分辨力。
目前已有经直肠探头、经尿道探头、经阴道探头、经食管探头、胃镜探头和腹腔镜探头。
这些探头有机械式、线控式或凸阵式;有不同的扇形角;有单平面式和多平面式。
其频率都比较高,一般在6MHz左右。
医用超声探头的种类
医用超声探头是医学影像诊断中常用的一种设备,它能够通过
超声波来成像人体内部的器官和组织,帮助医生进行诊断和治疗。
根据不同的应用和需要,医用超声探头有多种不同的种类,每种都
有特定的用途和优势。
1. 线阵探头(Linear array transducer),线阵探头适用于
浅表部位的超声检查,如甲状腺、乳腺、肾脏等。
它具有高分辨率
和较宽的成像范围,适合于观察细小结构和进行定位测量。
2. 凸阵探头(Convex array transducer),凸阵探头适用于
深部器官的超声检查,如心脏、肝脏、膀胱等。
它具有较大的成像
深度和较宽的扫描范围,适合于观察大范围的解剖结构和进行动态
观察。
3. 阵列探头(Phased array transducer),阵列探头适用于
需要快速成像和动态观察的情况,如心脏超声检查和血管超声检查。
它具有快速成像和多普勒功能,可以观察心脏和血管的运动和血流
情况。
4. 便携式探头(Portable transducer),便携式探头适用于临床急救和移动医疗的场合,如急诊科、卫生院和野外医疗。
它具有小巧轻便、易于携带和操作的特点,可以在不同场合进行快速的超声检查和评估。
以上是一些常见的医用超声探头种类,它们在临床诊断和治疗中发挥着重要的作用。
随着科技的不断进步,医用超声探头的种类和功能还在不断地发展和完善,为医学影像诊断提供了更多的选择和可能。
医用超声探头原理
医用超声探头是医学超声成像系统的关键部分,它负责发射和接收超声波信号。
探头内部包含多个发射与接收元件(晶体),一般为聚焦式阵列,通过电信号的控制,能够将超声波束聚焦在感兴趣的区域。
发射元件工作时会产生超声波脉冲,然后通过透明介质如凝胶传入被检查的部位。
当超声波遇到组织或器官时,部分能量会被吸收、反射或折射,形成回波信号。
接收元件则会接收这些回波信号,并将其转化为电信号,再通过探头内部的电路传给超声机进行信号处理。
为了实现更好的成像效果,医用超声探头通常采用多晶元件的阵列形式。
这种设计可以在不同方向上发射和接收超声波,形成多个传感点,从而实现多角度、三维成像。
此外,为了提高成像分辨率和深度,探头通常会采用多频率的工作模式。
不同频率的超声波在组织中的传播速度和散射特性不同,通过组合使用不同频率的超声波可以获取更清晰的图像信息。
总之,医用超声探头通过发送和接收超声波信号,利用回波信号生成组织的图像。
其采用多晶元件的阵列形式,多频率的工作模式和聚焦技术等设计,能够实现更精准、高分辨率的成像效果,为医学诊断提供了重要的技术支持。
影像型超声诊断设备(第三类)产品注册技术审查指导原则目录一、前言 (1)二、适用范围 (1)三、基本要求 (2)(一)技术资料 (2)(二)风险管理资料 (6)(三)标准 (6)(四)注册单元划分原则 (8)(五)检测单元划分原则 (9)(六)临床资料 (9)(七)说明书、标签和包装标识 (10)四、参考文献 (12)五、起草单位 (13)附录I 产品风险管理要求 (14)附录II 临床要求 (19)附录III 腔内探头的临床试验方法 (35)附录IV 临床适用范围表格 (42)影像型超声诊断设备(第三类)产品注册技术审查指导原则一、前言本指导原则旨在给出系统的、具有指导意义的指南性文件,用于指导企业规范产品的研究开发和注册申报,同时也用于指导监管部门对超声诊断设备申请注册材料的技术审评。
本指导原则系对影像型超声诊断设备的一般要求,申请人/制造商应依据具体产品的特性对注册申报资料的内容进行充实和细化。
申请人/制造商还应依据具体产品的特性确定其中的具体内容是否适用,若不适用,需详细阐述其理由及相应的科学依据。
本指导原则是对申请人/制造商和审查人员的指导性文件,但不包括注册审批所涉及的行政事项,亦不作为法规强制执行,如果有能够满足相关法规要求的其它方法,也可以采用,但是需要提供详细的研究资料和验证资料。
应在遵循相关法规的前提下使用本指导原则。
本指导原则是在现行法规和标准体系以及当前认知水平下制订的,随着法规和标准的不断完善,以及科学技术的不断发展,本指导原则相关内容也将进行适时的调整。
二、适用范围本指导原则的适用范围为第三类影像型超声诊断设备,包括二维灰阶成像系统(俗称“黑白超”)和彩色多普勒血流成像系统(俗称“彩超”),不包括血管内超声系统(IVUS)和眼科B超。
其中,彩色血流成像系统由二维灰阶成像、频谱多普勒和彩色血流成像等部分构成。
境外企业生产的第二类影像型超声诊断设备,可参照本指导原则中适用的部分。
医学影像学的超声探头与设备超声波成像技术是医学影像学中一种常用的无创检查方法,其高分辨率、无辐射、无损伤等优点使其在临床应用中得到广泛应用。
超声探头作为超声波成像的核心装置,与超声设备共同构成了医学影像学中的超声系统。
本文将介绍医学影像学的超声探头与设备相关的知识。
一、超声探头的类型超声探头是将电能转换为声能的装置,可用于发射和接受超声波信号。
根据应用领域和使用目的的不同,超声探头可分为多种类型。
常见的超声探头包括线性探头、凸面探头、相控阵探头等。
1. 线性探头线性探头又称为直线探头或直探头,其发射和接收元件排列成一条直线。
线性探头的特点是具有较高的分辨率和探测深度,适用于肌肉骨骼、血管等部位的检查。
2. 凸面探头凸面探头又称为弧形探头或曲面探头,其发射和接收元件排列成一段曲线。
凸面探头的特点是视野广阔,适用于腹部、心脏等较大器官的检查。
3. 相控阵探头相控阵探头由许多微小的发射和接收元件组成,可以调节每个元件的发射和接收时间,从而改变超声束的方向和焦点位置。
相控阵探头具有多向扫描、三维成像等优点,广泛应用于超声心动图等领域。
二、超声设备的组成超声设备是指超声波的发射、接收、信号处理和图像显示等模块的总称。
一般而言,超声设备由超声发射器、超声接收器、信号处理器、图像显示器等部分组成。
1. 超声发射器超声发射器负责产生高频的超声波信号,并通过超声探头将信号传递到患者体内。
超声发射器需要稳定的电源供应和精确的频率控制,以确保超声波信号的质量和稳定性。
2. 超声接收器超声接收器负责接收经超声探头反射回来的超声波信号,并将其转换为电信号传递给信号处理器。
超声接收器需要高灵敏度和低噪声,以提高信号的强度和清晰度。
3. 信号处理器信号处理器是超声设备中的重要组成部分,负责对接收到的超声信号进行滤波、放大、编码等处理,以提取出感兴趣的图像信息。
信号处理器的性能直接影响着超声图像的质量。
4. 图像显示器图像显示器用于将经信号处理后的超声图像进行显示。
超声诊断仪探头分类及应用范围超声诊断仪探头分类及应用范围超声诊断仪是一种非常重要的医学设备,它能够帮助医生了解病人身体内部的情况。
超声诊断仪由三部分组成:探头、显示器和操作台。
而探头是其中最重要的一部分,它不仅可以采集信号,还可以将声波发送到患者体内,以便将信息传送到显示器上。
超声诊断仪探头可以根据功能和应用范围进行分类。
1. 全景探头:这种探头主要用于心脏、肝脏、肾脏、脾脏等器官的检测,也可用于畸形和出血的检测,其特点是可以在一个探头中同时检测多个器官。
2. 眼睛探头:这种探头主要用于眼睛的检查,它可以对眼球的结构进行表面和内部的检查,可以发现眼睛疾病和异常情况。
3. 椎间盘探头:这种探头主要用于椎间盘的检测,它可以检测椎间盘的结构和位置,并发现炎症和异常情况。
4. 胎儿探头:这种探头主要用于胎儿的检查,它可以对胎儿的发育情况进行检测,可以发现畸形和异常情况。
5. 血流探头:这种探头主要用于血流的检测,它可以检测血液的流动情况,可以发现疾病和异常情况。
6. 皮肤探头:这种探头主要用于皮肤的检查,它可以检测皮肤的厚度、颜色等,可以发现皮肤病及其它异常情况。
7. 动态探头:这种探头主要用于动态检测,它可以检测器官的动态变化,可以发现疾病和异常情况。
8. 深部探头:这种探头主要用于深部检测,它可以检测很深的器官,例如肾脏和膀胱等,可以发现疾病和异常情况。
9. 高频探头:这种探头主要用于高频检测,它可以检测很小的器官,例如膈肌等,可以发现疾病和异常情况。
超声诊断仪探头的应用范围十分广泛,主要用于检测心脏、肝脏、肾脏、脾脏、眼睛、椎间盘、胎儿、血流、皮肤、动态和深部等器官,可以发现疾病和异常情况。
此外,超声诊断仪探头还可以用于诊断炎症和肿瘤,也可以用于监测治疗效果。
超声诊断仪探头的分类和应用范围十分广泛,是当前医学检测的重要工具之一。
它不仅可以帮助医生更好地了解病人的病情,还可以帮助医生更加准确地做出治疗方案。
医用超声探头分类医用超声探头是超声影像学诊断设备的重要组成部分,利用声波照射人体组织,从而生成影像资料,提供临床医师基于声像图像作出准确诊断的依据。
探头的选择直接影响到诊断效果,因此探头的分类是医用超声技术应用的重要内容之一。
1. 点阵探头点阵式超声探头跟踪被检查物体时,其发出的每个声束均相互平行且均呈同一入射角度,形成了一组平行的声束,从而能够快速依次照亮被探测物的任意部位。
最终形成的声像图像素较高,分辨率高,可供医生对被检查器官进行详细观察和判断。
2. 线阵探头一维线阵式超声探头只能够发射一根声束,但通过不断旋转,得以快速扫过被探查物体的各个部位,形成图像。
它的缺点是成像速度较慢,建议应用于心脏、血管和骨骼关节等器官的检查。
3. 二维阵列探头二维阵列式超声探头由若干个小的发射器和接收器组成,它们互相垂直排列,这种构造方式可以将声波信号发射到任意方向,形成真正意义上的三维图像。
其矩阵密度大,像素及分辨率优越,可对不同深度及方向部位做连续扫描,速度快、成像清晰,非常适合检查胎儿、肝、肾及其他内脏器官。
4. 立体探头立体探头是一种适合于三维成像的探头,它是通过旋转传感器来生成三维图像,这样可以得到更准确、更完整的图像。
其特点是通过快速旋转和非限制性的面积扫描很快就可以生成高质量的三维图像,而且扫描过程中时间很短,极大地减少了对患者的刺激。
5. 内窥镜探头内窥镜探头是一种专用于体腔内脏器官检查的探头,它采用柔性材质制作,并通过细小的气孔缝隙来令声波震动并进行检查。
这种探头使用于检查胃肠道、鼻腔、口腔及阴道等部位。
6. 放大探头放大式超声探头能够放大被探查器官上的硬化度异常,这就有助于医生更准确地确定病灶的位置和大小。
放大式超声探头采用低频和高分辨率技术,有效降低了噪声和影响因素,查看结果更为清晰。
它适用于心脏、肝脏、肾脏和乳腺等器官的检查。
7. 外科探头外科探头适用于外科手术中进行术中超声,目的是探测患者的器官、病变的位置及大小,辅助医生进行手术。
超声探头的种类及常用手法超声探头是超声医学成像系统中的重要组成部分。
它用于产生超声波,并接收回波信号,从而获得体内组织的图像信息。
根据不同的需求,超声探头可以有多种不同的种类和手法。
1.线性探头:线性探头也称为高频探头,它适用于对浅表组织进行成像,如甲状腺、乳房、软组织、血管等。
线性探头的特点是成像分辨率高,图像清晰,适合于进行局部的高分辨率观察。
2.凸面探头:凸面探头也称为波形探头,适用于对深部组织进行成像,如心脏、肝脏、膈肌等。
凸面探头的特点是成像深度较深,适合于进行心脏、腹部等深度组织的全貌观察。
3.阵列探头:阵列探头是一种特殊的探头,它由多个发射元件和接收元件组成,可以实现多线梯度指向和多线扫描,从而提高了成像的速度和分辨率。
阵列探头适用于需要高速成像的场合,如动态观察心脏运动等。
4.直线探头:直线探头也称为带状探头,它的发射和接收元件按照一条直线排列,适用于需要对长条状器官进行成像的场合,如血管、肌腱、尿路等。
直线探头的特点是成像范围宽,适合于连续扫描。
5.内窥镜探头:内窥镜探头是一种特殊的探头,具有较小的尺寸,并可以通过体腔的自然孔道进入体内进行成像,如胃镜、膀胱镜、宫腔镜等。
内窥镜探头适用于需要观察体腔内脏器官的情况,可以实时观察,并对病灶进行活检。
在超声探头的使用方面,根据不同的应用需要,还可以有以下常用手法:1.B超成像:B超成像是最常见的超声成像手法,通过扫描探头在不同位置的回波信号,构建出人体内部的二维图像。
B超成像广泛应用于妇产科、泌尿科、乳腺科等领域。
2.彩色多普勒成像:彩色多普勒成像是在B超成像的基础上加入了彩色编码,用来表示流速和流向。
它可以显示血流的速度和方向,广泛应用于心脏、血管和肝脏等器官的检查。
3.市场成像:市场成像是一种通过扫描探头的移动和旋转,实现对器官的多个切面进行成像的手法。
它可以提供更全面的观察,广泛应用于心脏、肝脏和肾脏等器官的检查。
4.三维/四维超声:三维/四维超声是一种可以提供动态立体图像的超声成像手法。
完整超声类型超声探头及其应用超声医学是一种以超声波为工具,通过声波在组织内的传播和反射来实现疾病诊断和治疗的医学技术。
超声波的发射和接收依赖于超声探头的质量和类型。
本文将介绍常见的超声探头类型及其应用。
一、线性探头线性探头是最常见的超声探头之一,也被称为高频探头。
它具有较高的频率和较窄的视野,使其适用于近距离观察和浅部结构的成像。
线性探头常用于乳腺、甲状腺、血管、肌肉骨骼等等浅表器官的成像。
其高频率能够提供更高的分辨率,帮助医生更准确地检测并评估病变。
二、凸面探头凸面探头也被称为低频探头,它的传感器是凸形的,提供更广阔的视线和更强的穿透力。
凸面探头适用于胃肠道、心脏、肝脏等深部器官的成像。
其低频率能够提供更好的组织穿透能力,对于肥胖患者或者深部病变的检测尤为重要。
三、阵列探头阵列探头也被称为多普勒探头,它具有多个发射和接收元件,能够提供三维成像和多普勒测量。
阵列探头适用于心脏、血管、胎儿等需要进行心脏流量和动态观察的情况。
它的多普勒功能可以帮助医生评估血流速度和流向,对于心脏病和血管异常的诊断非常有帮助。
四、阴道探头阴道探头也被称为内窥镜探头,适用于妇科检查和妊娠监测。
阴道探头通过直接放置在阴道内,可以更准确地观察子宫和附件。
它的形状和频率一般适合女性解剖结构,能够提供更清晰和详细的图像。
五、直肠探头直肠探头适用于肛门、直肠和盆腔的检查。
它的形状和频率适合于这些部位的探测,可以提供更深入的成像和更准确的评估。
除了以上介绍的常见超声探头类型,还有其他一些特殊用途的探头,如心内直视探头、神经和骨科探头等。
这些探头都具有特定的形状和功能,适用于特定的临床应用。
超声探头在医学领域的应用非常广泛。
它被用于病灶的检测和定位,如肿瘤、结石等。
超声波成像也在妇产科、心血管病学、肾脏病学等多个领域得到广泛应用。
超声探头的不同类型和特性使得医生能够根据具体情况选择最适合的探头,获得最准确和详细的图像信息,从而提高诊断的准确性。
三级医院超声质量控制指南常规探头:一般接触皮肤的探头必要时使用一次性保护性手套或专用探头套以防止交又感染。
疑肝炎、性病(外生殖器周围检査)等疾病,检査结束后除规范处置探头外保护套(膜)外,尚应在水龙头下(探头面向下,电缆接线在上,避免进水)以软绒沾肥皂水擦拭和冲洗多次。
直肠内探头、阴道内探头:每日在使用结束后清洁保存。
每次使用前必须先用消毒纸巾将整个探头全面擦拭消毒,再加套质量可靠的消毒隔离套(如医院条件设备不完善,可暂且使用清洁安全套),用后丢入专用污物桶中。
在使用过程中如发生外套破裂、脱落,即刻用75%酒精消毒擦拭探头2遍,肥皂水轻擦3分钟及流水冲洗2分钟,吸干后,再加套使用。
直肠、阴道等腔内探头所用耦合剂需经灭菌处理。
食道内探头:在每次使用结束后先按上述“拭、擦、冲”过程处理。
然后吸干水滴,2%戊二醛泡20分钟(消毒要求)或10小时(灭菌要求)。
方可供下一患者使用。
血管内导管式探头、尿道内探头:严格按说明书要求操作使用。
术中探头、腹腔镜内探头:与食道内探头消毒要求相同。
*注:超声仪器的所有探头,均禁用碘酒、有机汞或氯化高汞、有机溶剂、过氧乙酸、酸性液、碱性液等清洗。
不准用加温煮沸或高压蒸气消毒。
除极少数特殊探头可用75%酒精浸泡消毒外,其他各种探头可按厂家说明书规定消毒。
(如:使用甲醛气体或其他气体熏蒸等)02耦合剂选用无刺激性、不致敏、无毒、不致癌、不影响皮肤色素、不腐蚀探头面材及保护层、不溶解塑料外壳及胶合剂、不发生色素渗入探头内部的耦合剂。
耦合剂应为中性(PH=7.0土0.5),不含金属离子或有机溶剂,加热至180℃不变质,不霉变及不生长细菌在介入性超声操作过程中,使用专用的密封包装灭菌耦合剂,亦可事先置入手术器械包高压蒸气消毒,或无菌甘油临时替代03床单已知为1、2类传染性疾病者,应加铺消毒床单或一次性纸床单,防止交又感染。
对极度衰弱、大小便失控、肠造痿、膀胱造痿、尿失禁、脓性液外漏或引流液渗漏、阴道流血的患者及婴幼儿检査时,应铺橡皮(或塑料)床单04室内消毒1.一般超声检查室:(1)紫外线消毒可在中午或下班后进行,每天1次。
第3节医用超声探头一、压电换能器超声诊断仪是通过探头产生入射超声波(发射波)和接收反射超声波(回波)的,它是诊断设备的重要部件。
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。
也就是说探头能将电能转换成声能,又能够将声能转换成电能,所以探头又称做超声换能器。
其原理来自于晶体的压电效应。
1.压电效应压电效应泛指晶体处于弹性介质中所具有的一种声-电可逆特性,此现象为法国物理学者居里兄弟于1880年所发现,故也称居里效应(图7-4)。
图7-4 晶体的压电效应具有压电效应性质的晶体,称为压电晶体。
目前常用于超声探头的晶体片有锆酸铅、钛酸钡、石英、硫酸锂等人工或天然晶体。
钛酸钡及锆酸铅是在高温下烧结的多晶陶瓷体,把毛坯烧结成陶瓷体后,经过适当的研磨修整,得到所需的几何尺寸,再用高压直流电场极化后,就具有压电性质,成为换能器件。
(1)正压电效应在晶体或陶瓷的一定方向上,加上机械力使其发生形变,晶体或陶瓷的两个受力面上,产生符号相反的电荷;形变方向相反,电荷的极性随之变换,电荷密度同外施机械力成正比,这种因机械力作用而激起表面电荷的效应,称为正压电效应,如图7-4(a)。
(2)逆压电效应在晶体或陶瓷表面沿着电场方向施加电压,在电场作用下引起晶体或陶瓷几何形状应变,电压方向改变,应变方向亦随之改变,形变与电场电压成比例,这种因电场作用而诱发的形变效应,称为逆压电效应,如图7-4(b)。
一般情况下,压电效应是线性的,然而,当电场过强或压力很大时,就会出现非线性关系。
晶体和陶瓷片因切割方位和几何尺寸的不同,产生机械振动的固有频率也不同,当外加的交变电压的频率与固有频率一致时,产生的机械振动最强;当外加的机械力的频率与固有频率一致时,所产生的电荷也最多。
在超声波诊断仪中激励脉冲的频率必须与探头的固有频率相同。
2.压电换能器的特性压电换能器的特性参量很多,现只简单介绍以下3种。
(1)频率特性压电换能器的晶体本身是一个弹性体,因此有其固有的谐振频率,当所施力的频率等于其固有频率时,它将产生机械谐振,由于正压电效应而产生最大电信号。
另一方面,当所施加电的频率和压电晶体固有频率一致时,由于逆压电效应则应发生机械谐振,谐振时振幅最大,弹性能量也最大,这时,压电体获得最大形变振动,通过介质产生超声波输出。
实验证明,当所施加力或电的频率不与晶体固有频率一致时,压电换能器晶体产生的电信号幅度和变形振动幅度都将变小,可见,它们都是频率的函数。
图7-5 压电晶体的电流-频率特性如果对压电晶体施加一定值的电压,改变所加电压的频率,回路电流或阻抗将随其变化,当电压频率为某一频率fm时,电流出现最大值Imax,当电压频率为另一频率fn时,电流出现最小值Imin。
压电晶体的电流随频率而变化的现象(见图7-5),说明了压电换能器晶体的等效阻抗是一个随频率而变化的量。
如果继续增加电压的频率,还可以发现有规律地出现一系列电流的波动,且波动的最大值(对应fm1、fm2…)是依次减小的,而波动最小值(对应fn1、fn2…则是依次增大的,fm称为压电振子的最小阻抗频率(又可称为最大传输频率);fn称为最大阻抗频率(又可称为最小传输频率)。
(2)换能特性换能器的换能特性包括两个方面:电能-机械能-超声能,超声能-机械能-电能。
前者属于发射过程,后者属于接收过程。
能量间转换必然产生损失(产生了无益的能耗),以转换效率来表征换能器这一性能:电机转换效率=输出的机械功率/输入的电功率机声转换效率=辐射的超声功率/输入的机械功率因此:电声转换效率=辐射的超声功率/输入的电功率此段未透:(3)暂态特性超声诊断仪的换能器大多工作于脉冲状态,换能器对脉冲的响应速率称为暂态特性,这也是一项重要指标。
换能器的暂态特性与其频率特性是有关系的,简言之,频率排列的图形叫做频谱。
),它的暂态特性也越好,可允许的超声脉冲的宽度越窄。
在这里,所描述的脉冲宽度是指断续发射出超声的时间长度,单位是秒(s),它与频率(超声波每秒振动的次数)是不同的。
二、超声探头的类别超声探头可以从以下不同方面来分类,它们是:①按诊断部位分类,有眼科探头、心脏探头、腹部探头、颅脑探头、腔内探头和儿童探头等之分(图7-6);②按应用方式分类,有体外探头、体内探头、穿刺活检探头之分;③按探头中换能器所用振元数目分类,又有单元探头和多元探头之说;图7-6 应用在不同诊断部位的各类超声探头④按波束控制方式分类,则有线扫探头、相控阵探头、机械扇扫探头和方阵探头等;⑤按探头的几何形状分类(这是一种惯用的分类方法),则有矩形探头、柱形探头、弧形探头(又称凸形)、圆形探头等。
还有其它的一些分类方法,这里不一一进行介绍。
通常工作中,习惯使用较多的是按①、④、⑤3种方式分类。
以下仅就最常见典型探头加以介绍。
图7-7 柱形单振元探头结构剖面图1.柱形单振元探头柱形单振元探头主要用于A超和M超,又称笔杆式探头。
目前在经颅多普勒(TCD)及胎心监护仪器中亦用此探头。
由于它是各型超声成像仪用探头的结构基础,特此作一介绍。
(1)结构柱形单振元探头的基本结构如图7-7所示。
它主要由5部分组成:①压电晶体,用于接收电脉冲产生机械超声振动,完成声-电和电-声转换工作。
其几何形状和尺寸是根据诊断要求来设计的,上、下电极分别焊有一根引线,用来传输电信号;②垫衬吸声材料,用于衰减并吸收压电振子背向辐射的超声能量,使之不在探头中来回反射而使振子的振铃时间加长,因此要求垫衬具有较大的衰减能力,并具有与压电材料接近的声阻抗,以使来自压电振子背向辐射的声波全部进入垫衬中并不再反射回到振子中去,吸声材料一般为环氧树脂加钨粉,或铁氧体粉加橡胶粉配合而成;③声学绝缘层,防止超声能量传至探头外壳引起反射,造成对信号的干扰;④外壳,作为探头内部材料的支承体,并固定电缆引线,壳体上通常标明该探头的型号、标称频率;⑤保护层,用以保护振子不被磨损。
保护层应该选择衰减系数低并耐磨的材料,由于保护层与振子和人体组织同时接触,其声阻抗应接近人体组织的声阻,并将保护层兼做为层间插入的声阻抗渐变层,其厚度应为λ/4。
(2)基本特性超声探头作为一种传感器,其最重要的性能有:特征频率、受电激励后振动时间的长短以及其体积的大小。
探头的特征频率决定于压电晶体的厚度。
给压电晶体施加电激励后,其前面和后面都会发出声能,只要周围介质的声阻抗与压电晶体不一样,部分声能就会在前后界面处反射回晶体(见②),并以声波形式在晶体内以同一速度传播。
声波传至对面所需要的时间与晶体的厚度成正比,当晶体厚度恰为波长的一半时,反射应力和发射应力在每一面相互加强,压电晶体产生共振,呈现最大的位移幅度。
相当于半波长厚度的频率叫压电晶体的基础共振频率。
当晶体厚度与波长相等时,每一面的应力正好相反,位移幅度最小。
由于任何频率下的半波长晶体的厚度决定于声波在该晶体材料中的传播速度,因此,对每一种压电材料都必须特别计算出它的半波长厚度,也就是说,不同的压电材料的半波长厚度并不相同。
由于波长与频度成反比,所以压电元件的厚度与产生的频率成反比。
传感器受电激励后振动时间的长短影响超声系统的纵向分辨力。
为了追求好的纵向分辨力,通常使激励电脉冲宽度尽量窄,然而由于超声探头的压电材料对电激励常呈较长时间的反应(即电脉冲结束后声振荡仍以衰减振荡方式维持一段时间),此种振铃反应会产生长超声脉冲,如不予以阻尼,就会导致分辨力减弱。
为此必须在压电体后面放置特别的垫衬材料(见②),利用其吸音特性产生阻尼,使振铃反应减弱,从而缩短脉冲总长度。
同时,此阻尼材料还可以吸收压电晶体后面发出的声能,否则这种能量就会在晶体中产生反射,干扰来自被检介质中的回声。
阻尼强的垫衬使换能器的声脉冲时间缩短,但也使灵敏度降低;阻尼弱则有损于分辨力,却使换能器有较佳的灵敏度。
图7-8 机械扇形扫描探头工作原理示意对于柱形单振元探头,振元直径的大小主要影响超声场的形状。
一般来说,振元直径大,声束的指向性好,并易于聚焦。
当然,当声窗受限制时,只能使用较小的振元。
通常振元直径在5~30mm范围内选定。
2.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(图7-8)。
利用机械扫描实现超声影像的实时动态显示,是70年代后期才趋于成熟的一项技术。
开始时扫描线数较少,扫描角度也不大,扫描线的间隔角度的均匀性亦差,而且探头的体积和重量都较大,操作使用十分不便。
比如早期的机械扇扫探头的重量达0.6kg以上,且扫描角度仅30°。
随着技术的进步,到80年代中期,机械扇扫超声换能器的产品性能日趋改善,重量可以做到0.2kg以下,扫描帧频约30帧/s(简单地说,帧数就是在1秒钟时间里传输的图片的帧数,也可以理解为图形处理器每秒钟能够刷新几次,通常用fps(Frames Per Second)表示。
每一帧都是静止的图象,快速连续地显示帧便形成了运动的假象。
高的帧率可以得到更流畅、更逼真的动画。
每秒钟帧数(fps) 愈多,所显示的动作就会愈流畅),扫描角度达85°,而且扫描线的均匀性也大大改善。
这不仅给操作使用带来了方便,而且使机械扇扫超声影像的质量获得明显的提高。
此段未透:机械扇扫探头除换能器声学特性的基本要求之外,还应满足以下要求:①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;②摆动速度应均匀稳定;③整体体积小、重量轻,便于手持操作;④外形应适合探查的需要,并能灵活改变扫查方向;⑤机械振动及噪声应小到不致引起病人的紧张和烦躁。
目前来看,机械扇扫探头主要存在的不足之处,是噪声大和探头寿命短。
多数的机械扇扫探头寿命仅有数千小时,对于这种结构而言,无论是技术、工艺、或者材料都是十分难以解决的问题。
目前,机械扇扫探头的生产已越来越少,大有被电子凸阵及相控阵扇扫探头所取代的趋势。
图7-9 电子线阵探头剖面示意3.电子线阵超声探头电子线阵超声探头配用于电子式线性扫描超声诊断仪。
其结构如图7-9所示,它主要由6部分组成:开关控制器、阻尼垫衬、换能器阵列、匹配层、声透镜和外壳。
(1)开关控制器用于控制探头中各振元按一定组合方式工作,若采用直接激励,则每一个振元需要一条信号线连接到主机,目前换能器振元数已普遍增加到数百个,则与主机的连线需要数百根,这不仅使工艺复杂,因此而增加的探头和电缆的重量也是不堪设想的。
采用开关控制器就可以使探头与主机的连线数大大减小。
(2)阻尼垫衬其作用与柱形单振元探头中的垫衬作用相同,用于产生阻尼,抑制振铃并消除反射干扰。
阻尼垫衬材料的构成要求亦和柱形单振元探头相似。
(3)换能器阵列换能器的晶体振元通常是采用切割法制造工艺,即对一宽约10mm,一定厚度的矩形压电晶体,通过计算机程控顺序开槽。