超声探头(一)

•探头专题（一）大纲：一、换能器（传感器）；二、超声换能器；三、探头的声场特性；一、换能器（传感器）1.换能器的定义；2.换能器的分类；1.换能器（传感器Transducer）的定义换能器是将传感器是一种能把物理量或化学量转变成便于利用的电信号的器件。一种物理能量变为另一种物理能量的器件。凡能将其它物理能量转变为超声能量的器件均为换能器。2.换能器的分类：可以用不同的观点对传感器进行分类：按转换原理(传感器工作的基本物理或化学效应)、用途、输出信号类型以及制作的材料和工艺等。1）.根据传感器转换原理，可分为物理传感器和化学传感器二大类物理传感器（物理传感器应用的是物理效应）：诸如压电效应，磁致伸缩现象，离化、极化、热电、光电、磁电等效应。根据输入物理量分为张力传感器、压力传感器、速度传感器、温度传感器、气敏传感器等化学传感器：包括那些以化学吸附、电化学反应等现象为因果关系的传感器，被测信号量的微小变化也将转换成电信号。有些传感器既不能划分到物理类，也不能划分为化学类。大多数传感器是以物理原理为基础运作的。化学传感器技术问题较多，例如可靠性问题，规模生产的可能性，价格问题等2）.按其用途，传感器可分类为：力敏传感器液面传感器速度传感器湿敏传感器气敏传感器真空度传感器生物传感器等加速度传感器3）.根据工作原理分为:电感式、电容式、电阻式、电势式等；4）.按输出信号分为：模拟传感器——将被测量的非电学量转换成模拟数字传感器——将被测量的非电学量转换成数字输出信号(包括直接和间接转换)。5）.根据能量转换原理分为有源和无源式传感器。二.超声换能器相关1.超声换能器的工作原理；2.超声探头的分类；3.B超探头的组成；4.B超探头的分类；5.各类B超探头的临床应用；6.常见B超探头的比较7.常用探头规格的识别；大纲：超声探头医用超声探头：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-电可逆转换器件在医学实验中常用的换能器有张力（机械－电）换能器和压力换能器两类。医用超声探头具有两大特性：1）使用特性：使用特性实际上是探头与仪器配合使用的综合性能，它并不等于换能器本身的性能，包括工作频率(fc)、频带宽度(BandWidth)、灵敏度(Sensitivity)、分辨力(Resolution)。2）声学特性：超声探头的声学特性主要与探头中超声换能器所用材料的特性有关，包括频率特性、换能特性、暂态特性、辐射特性和吸收特性。1.超声换能器的工作原理•探头的核心：压电晶体或复合压电材料•压电效应：正电压效应：机械能转变为电能（接受超声波）逆压电效应：电能转变为机械能（发射超声波）工作原理：主机通过电缆在阵元上施加电信号，使阵元振动，发出超声波，超声波经物体反射吸收再作用在阵元上，使阵元两端产生电信号，通过电缆传送至主机处理、显示。1）按诊断部位分类：眼科探头、心脏探头、腹部探头和颅脑探头等；2）按应用方式分类：体外探头、体内探头、穿刺活检探头；3）按探头中换能器所用振元数目分类：单元探头和多元探头；4）按波束控制方式分类：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（惯用的分类方法）: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，通常工作中，习惯使用较多的是按①、④、⑤三种方式分类。2.超声探头分类3.B超探头的组成：声透镜压电陶瓷(阵元)背衬材料衬套电缆匹配层物体发射反射•声透镜（acousticlens）（横/纵轴）轴向聚焦•匹配层（layer）用于减少由于皮肤与探头之间声阻抗的差别所造成的多重反射。•压电陶瓷发射/接收超声波•背衬材料（Back）减轻来自晶片的振动，缩短波长并提高轴向分辨率4.B超探头的分类：1).凸阵探头(ConvexArrayTransducer)2).高频线阵探头（7.5-12M）(HighFrequencyLinearArrayTransducer)1.对等间隔排列的多个阵元同时施加脉冲激励2.叠加声束的传播方向和探头表面垂直3.顺序扫描3).微凸探头(Mirco-convexArrayTransducer)4).腔体探头（阴道探头和直肠探头）(CavityArrayTransducer)分为两种：一种为单平面主要用于妇产科另一种为双平面，主要用于经直肠探查前列腺。但现在很多医院为了节省资金只购买一种单平面探头兼作两种检查。常规频率：3.5~5.0MHz5).相控阵探头1.对等间隔排列的多个阵元施加脉冲时间不同2.叠加声束的传播方向按一定规律自动改变方向主要用于心脏也可兼作头颅探查常规频率：2.5~5.0MHz5）.其他类型B超探头(OtherTypeOfTransducer)另外还有手术中探头、经食道心脏探头、穿刺探头和腹腔镜探头等。但这些探头目前在国内还不普及，特别是经食道探头日常维护和保养的费用也很可观。•凸阵探头：腹部断面(成人和儿科)从肝脏、肾脏、胰腺、胆囊、膀胱、脾脏、胃肠道和泌尿生殖器官结构图像中检测反常情况。腹部断面(产科和妇科)；从胎儿、子宫和骨盆结构图像中检测和发现反常情况，估算胎龄和胎重并评估胎儿心脏功能。5.常见B超探头的临床应用高频线阵（浅表）探头：适用于小器官（甲状腺、乳腺、睾丸、新生儿、外周血管及前列腺）等部位的检查；皮肤断面(小器官)从乳房、甲状腺，睾丸等器官图像的粗略评估中检测反常状况。新生儿头部断面从新生儿头部图像中检测大脑体积及脑结构的反常变化。皮肤断面(外周血管)从外围血管图像及流速测量中检测及评估血管狭窄和堵塞）。微凸探头：适用于心脏（包括成人、儿童心脏）等部位的检查；胸部断面(成人及儿科心脏)分析M模式图像，检测心脏结构和功能的反常情况。腔体探头：通常指阴道探头，适用于妇科（包括子宫、卵巢）、产科（包括早孕、基本产科、完全产科、多胎、胎儿回声）的检查；使用部位探头选择腹部凸阵探头小器官高频线阵心脏微凸阵探头血管线阵探头产科凸阵探头外科线阵探头儿科凸阵探头胎儿线阵探头腔内腔内探头下列部位应用以下探头是最佳的6.常见B超探头的比较探头类型探头面接触面近场视野远场视野成像特点主要优点线阵平面大大小矩形价格便宜凸阵凸面小小大扇形应用广泛环阵凸面小小大扇形层厚伪像少相控阵平面最小最小大扇形适合心脏线扫扇扫弧扫常见的探头规格有：R40、R50、R60、R10、R13、R20、L40、L60等。这里面：R表示探头扫描方式为凸阵扫描，也有用C表示；后面的数字表示扫描的曲率半径；L表示探头扫描方式为线阵扫描；后面的数字表示扫描的宽度。例如：R60表示此探头为凸阵探头，扫描曲率半径为60mm。7.常用探头规格的识别三、声场特性1、声场分布；2、干涉；3、方向性；4、惠更斯原理；5、近场和远场；6、主瓣和旁瓣；大纲：1、声场分布•声场：介质中有声波存在的区域。•声束：超声换能器发射的声波具有指向性而在某个方向上形成集中传播的束状声场。•声波一般在较小立方体内传播，中心轴线称为声轴。声束两侧边缘距离为束宽。2、惠更斯原理定义：声介质中波动传到的各点都可看作是发射子波的波源，这些子波的包迹就决定了新的波阵面。定义：声介质中波动传到的各点都可看作是发射子波的波源，这些子波的包迹就决定了新的波阵面。平面波球面波实际应用：通过相位控制，使发射波束左右偏转，获得扇形图像；亦可使声束聚焦，以提高横向分辨力。3.近场与远场•近场对于一个圆形的超声换能器(声源)，在接近声源的一段距离(称为近场)，声束的直径略小于换能器的直径，呈圆柱形。近场区内声压、声强起伏变化很大，是超声诊断中的死区。•远场离声源距离较远的声场，声束则会产生扩散而呈喇叭形，此时的声场称为远场。4.主瓣与旁瓣•主瓣：中间离声束轴线最近的两极小方向间的声束部分。旁瓣：在主瓣外出现极大值形成的声束均为旁瓣，最近的为第一旁瓣•主瓣内聚集了大部分能量，故主瓣的立体角小，能量较集中。旁瓣的高度越高，所占立体角越大，故主瓣以外能量少，能量较分散，它是产生伪像的原因之一。•多振子探头的声场分布呈“花瓣”状，其“主瓣”越细（窄）越好，而“副瓣”在声束扫描时将产生伪象。•声束处理技术之一就是消除“副瓣”，突出“主瓣”。