2.3 超声换能器的特性
频率特性 阻抗匹配接收系统带宽等于换能器的 带宽；
在保证信噪比的情况下，尽量利用换能器 的频带宽度。
fopt fs 2
1 Cm Lm
阻抗匹配
电阻抗匹配 声阻抗匹配
Zr C ZT C0
Z1 ZT Zm
声束特性分类：
非聚焦超声探头
聚焦超声探头
• 机械扇扫超声探头 • 电子线阵超声探头 • 电子凸阵超声探头 • 相控阵超声探头 • 二维面阵探头
非聚焦超声场 聚焦超声场
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。
ZT-换能器阻抗； -Z发r 射源内阻； -面Z1材阻抗； -
介质Z中m 的声阻抗； -匹配层厚l 度
l
4
合适的厚度和特性阻抗的匹配层，可以改善换能
器的频带宽度。
第三节 超声换能器的声场特性
超声辐射声场的空间分布与辐射频率、辐射 孔径及辐射面结构等有关。
空间波束的指向性函数：
• 描述发射器辐射声场或接收器灵敏度的空间分
第三章 医用超声换能器
超声换能器的压电效应
主 超声换能器的种类
要 内
超声换能器的结构
容 超声换能器特性
声场特性（聚焦直径、近场、远场、主瓣、
旁瓣、栅瓣…）
超声波束处理技术（主要方法及其特点和 应用）
什么是超声换能器
医学诊断上所使用的超声波频率一般为 0.5MHz～15MHz，多是由压电晶体一类 的材料制成的超声探头产生的。
机械扇扫超声探头
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；
摆动速度应均匀稳定； 整体体积小、重量轻，便于手持操作; 外形应适合探查的需要，并能灵活改变扫查方向; 机械振动及噪声应小到不致引起病人的紧张和烦
躁。
电子线阵超声探头
开关控制器 阻尼垫衬 换能器阵列 匹配层 声透镜 外壳
第四节 超声波束处理技术
（1）使晶体表面凹陷 （2）采用声学透镜聚焦 （3）可变孔径 （4）电子聚焦 （5）动态聚焦 （6）实时动态聚焦 （7）动态变迹
超声波束处理技术---凹面晶体
主要用于机械扇形扫描探头和连续波多普 勒探头
超声波束处理技术---声学透镜
光学聚焦原理类似，在平面晶体表面 附加声学透镜，可使超声波束汇聚到 一点，即焦点。
原理：晶体的压电效应
换能器的频率特性
从换能器的发射功率考虑，超声辐射至 发射阻抗的能量，只有当串联阻抗为零 时才最大；
所以，发射换能器的最佳工作频率等于 串联谐振频率，即：
fopt fs 2
1 Cm Lm
暂态特性
暂态特性：换能器对脉冲的响应速率 换能器的频谱越宽，它的暂态特性也越
好，可允许的超声脉冲的宽度越窄
焦点深度，即焦距，由声学透镜曲率 半径、超声波在声学透镜中的传播速 度和人体中声速所决定。
当声透镜中的声速小于人体中的声速时，声学 透镜表面应为凸曲面。
由于在声透镜中，超声波的传播速度比在人体 中慢，虽然有晶体发射的超声波是同时进入声 透镜的，但其外周的超声波比还在声透镜中的 超声波做得既快又远。
在中部的超声波最后从声透镜中出来时，外周 的超声波已经走得很远，从而将超声波聚焦到 一点。
超声波束处理技术--- 电子聚焦
电子凸阵超声探头
凸阵探头的结构原理与线 阵探头相类似，只是振元 排列成凸形；
但相同振元结构凸形探头 的视野要比线阵探头大。
电子凸阵超声探头
由于其探查视场为扇形，故对某些声窗较小的 脏器的探查比线阵探头更为优越；
比如检测骨下脏器，有二氧化碳和空气障碍的 部位更能显现其特点;
但凸形探头波束扫描远程扩散，必须给予线插 补，否则因线密度低将使影像清晰度变差。
布函数。
孔径分布函数与声压远场指向函数为一对 傅里叶变换。
换能器声场（近场与远场）
超声换能器与发射脉冲
声束的主瓣和旁瓣
声束的发散
动态孔径：近场用小孔径；远场用大孔径
第四节 超声波束处理技术
在超声波发射和 接收时，采用多 种波束处理技术， 使主波束变窄旁 瓣变小。
声束的主瓣 声束的旁瓣
相控阵超声探头
固定聚焦探头 多阵元相控阵探头
2.2 超声换能器的结构
单阵元和多阵元换能器 声聚焦和电子聚焦换能器 一维和二维换能器 数字和模拟波束生成器
2.2 超声换能器的结构
单阵元换能器
多阵元换能器
相控阵探头
方阵探头
多元线阵换能器
顺序扫描
多元线阵换能器
间隔扫描
多元线阵换能器
第二节 超声换能器的种类、结构和特性
超声换能器的种类 超声换能器的结构 超声换能器特性
2.1 超声换能器的种类
诊断部位和应用方式 探头中换能器所用振元数目 声束特性 波束控制方式 探头的几何形状
诊断部位分类：
• 眼科探头 • 心脏探头 • 腹部探头 • 颅脑探头 • 腔内探头 • 儿童探头
波束控制方式分类：
•线扫探头 •相控阵探头 •机械扇扫探头 •方阵探头
几何形状分类
•矩形探头 •柱形探头 •弧形探头(凸形) •圆形探头 •柱形探头
柱形单振元探头
特征频率 受电激励后振动时间
的长短（暂态特性） 体积的大小
探头中换能器所用振元数目分类：
单阵元探头
多阵元探头
•线阵超声探头 •凸阵超声探头 •相控阵超声探头 •方阵超声探头
•探头产生入射超声波和接收反射超声波 •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。
什么是超声换能器
利用压电陶瓷或晶体的正压电效应和逆压 电效应，可以将其做成超声波发射和人体 组织反射波接收的器件，即超声换能器， 也称探头。
探头能将电能转换成声能，又能够将声能 转换成电能；是超声诊断仪器的重要部件。
飞越扫描
动态孔径换能器
环阵换能器
动态频率扫描
基本做法：
1. 对较浅的探查区域采用较高的发射频率以获 得较高的轴向分辨率；
2. 对较深的探查区域适当降低发射频率以保证 一定的探查深度；
3. 将采集到的不同深度处的图象“拼”在一起， 构成完整的图象。
模拟和数字式波束形成器
数字式波束形成器