第三章医用超声探头课件
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压电陶瓷片
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§3.2 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
探头工作频率 频带宽度 灵敏度 分辨力
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➢ 1.1 探头的工作频率
实际辐射超声波的频率。
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按波束控制方式分类
线性探头 机械扇扫探头 电子扇扫（相控阵）探头 方阵探头
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其他分类
按
按
应 体外探头
振 单元探头
用
元
方 体内探头
数
式
目
分 穿刺活检探头 分 多元探头
类
类
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2. 基本特性
➢ 2.1 特征频率
✓ 特征频率决定于压电晶体的厚度。 基础共振频率 半波长厚度
压电元件的厚度与产生的频率成反比。
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➢ 2.2 受激励后振动时间的长短
✓ 影响系统的纵向分辨力；
✓ 利用垫衬材料的吸声特性产生阻尼，减弱 振铃效应，缩短脉冲长度。
声透镜 声反射镜 压电振子做成曲面
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• 声透镜—— 凹形声透镜
✓ 条件：透镜介质声速大于被测介质声速。 ✓ 规律：焦距F的长短与透镜凹面曲率半径R 成正比，与 的值成反比。
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• 声透镜—— 平凸形声透镜
✓ 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 。
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➢ 1.1 压电振子
✓ 结构：单振元，上下 焊接电极及引线；
✓ 作用：用于接收电脉 冲产生机械振动，接 受声振动产生电信号。
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➢ 1.2 垫衬吸声材料
✓ 作用：衰减吸收振子 背面辐射声能
✓ 减弱振铃效应
• 背板材料： 环氧树脂加钨粉、橡 胶粉按比例混合。
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✓ 优点: 较好的柱状声束；体积 小、重量轻；线密度高。
✓ 缺点: 扫描角度小；寿命短； 摆动时的振动和均匀性 不理想。
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➢ 较成熟的摆动式机械扇扫探头
✓ 优点: 测角精度和使用寿命 较佳； 振元摆幅大，视野大。
✓ 缺点: 存在机械振动及机械 误差。
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➢ 2.3 体积大小
✓ 振元直径的大小主要影响超声场的形状。 振元直径在5～30mm范围内选定。
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§3.5 机械扇扫超声探头
1. 概述
配用于扇扫式B型超声诊断仪。 依靠机械传动方式带动传感器往复摇摆或 连续旋转来实现扇形扫描。
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2. 基本要求
保证振子高速摆动，摆动幅度足够大； 摆速均匀稳定； 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； 机械振动及噪音小； 对于旋转式，要求压电振元特性一致。
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3. 结构
➢ 典型的摆动式机械扇扫探头
• 探头标称频率通常指换能器的机械谐振频率。
• 衰减大的组织用低频探头； 反之，用高频探头。
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➢ 1.2 频带宽度
换能器的工作频率响应的范围，用Δf来表示。
f1：换能器频响为最大频响的3dB的频率下限 f2：换能器频响为最大频响的3dB的频率上限
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➢ 1.3 声学绝缘层
✓ 作用：防止超声能 量传到探头外壳引 起反射，造成对信 号的干扰。
✓ 材料：软木、橡皮 和尼龙。
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➢ 1.4 保护层
防磨损，保护层应 该选择衰减系数低 并耐磨的材料
声阻抗应接近人体 组织的声阻，其厚 度应为λ/4
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2. 声学特性
频率特性 换能特性 暂态特性 辐
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§3.3 超声探头的分类
按诊断部位分类
眼科探头 心脏探头 腹部探头 颅脑探头 子宫探头 肛门探头 儿童探头
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按几何形状分类
矩形探头 柱形探头 弧形（凸形）探头 圆形探头 环形探头 喇叭形探头
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➢ 旋转式机械扇扫探头
✓ 原理：压电振子单方向旋转。 ✓ 优点：
匀角速扫描，噪声小，寿命长。 ✓ 技术难点:
要求振元的一致性很高。 机械扇扫探头有被电子相控阵扇扫取代的
趋势。
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§3.6 电子线扫超声探头
1. 多矩阵振元合成声场特性
✓ 特点： 受振元间互耦的影响， 主瓣宽，副瓣大。
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整体刻划工艺
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✓ 改善波束性质的方法：
• 应用方法： 聚焦实现束控 组合发射方式
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2. 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 汇聚收敛，称为超声聚焦。
➢ 声学聚焦
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➢ 步进电机驱动的摆动式机械扇扫探头
✓ 优点: 结构简化，磨损小， 寿命长； 体积和重量较小； 传动误差小，光栅均 匀。
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➢ 反射式的摆动式机械扇扫探头
✓ 优点: 结构简化。
✓ 特点: 压电振子固定，声反 射镜摆动。
✓ 缺点: 声束形状和扫描角度 等指标不理想。
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§3.4 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。
它是各型超声成像仪用探头的结构基础。
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1. 结构
压电振子 垫衬吸声材料 声学绝缘层 外壳 保护面板
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➢ 1.3 灵敏度
最大探测深度上，发现最小病灶的能力。
• 取决于探头中换能器的换能特性、辐射效 率等声学特性。
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➢ 1.4 分辨力
主要影响因素：
• 探头中换能器的辐射特性； • 换能器的辐射面积； • 换能器的频率响应； • 换能器的机械品质因素； • 换能器的层间匹配；