? 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 CmLm
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
声束的主瓣 声束的旁瓣
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。
? 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。
? 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
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）
声束的主瓣和瓣
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。
好，可允许的超声脉冲的宽度越窄
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
数字式波束形成器
2.3 超声换能器的特性
? 频率特性 ? 阻抗匹配 ? 吸收特性 ? 灵敏度 ? 辐射特性
频率特性
? 一般取发射、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 CmLm
阻抗匹配
? 电阻抗匹配 ? 声阻抗匹配
?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。
? 多元线阵换能器
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
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
Zr ? C ZT C0
Z1 ? ZT Zm
? Z-T 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。
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
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。
? 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
? 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。