Przetwornik wewnątrzjamowy sondy ultradźwiękowej Siemens X300 EV9-4

Budowa przetwornika

Do parametrów głowicy mających wpływ na jakość obrazów ultrasonograficznych zalicza się rozdzielczość osiową i poprzeczną oraz czułość. Rozdzielczość osiowa zależy przede wszystkim od częstotliwości fali ultradźwiękowej. Wraz ze wzrostem częstotliwości zmniejsza się długość fali, co jest korzystne, ponieważ zapewnia lepsze rozróżnienie między celem a innymi obiektami. Rozdzielczość poprzeczna w kierunku prostopadłym do kierunku osiowego jest określona przez profil wiązki przetwornika. Węższa wiązka zapewnia lepszą rozdzielczość w kierunku poprzecznym. Czułość przetwornika określa współczynnik kontrastu obrazów ultradźwiękowych. Przetwornik o wyższej czułości może generować jaśniejszy obraz celu. Przetwornik zaprojektowano tak, aby uzyskać wysokiej jakości obrazy poprzez poprawę parametrów użytkowych.

Typowy przetwornik matrycowy 1D składa się z warstwy aktywnej, warstw dopasowujących akustycznie, bloku podkładowego, soczewki akustycznej, nacięć, arkusza uziemiającego (GRS) i elastycznej płytki drukowanej sygnału (FPCB). Warstwa aktywna jest zwykle wykonana z materiału piezoelektrycznego, głównie piezoceramicznego. Warstwa aktywna w odpowiedzi na elektryczny sygnał napędowy generuje falę ultradźwiękową, odbiera falę odbitą od granicy narządu i za pomocą efektu piezoelektrycznego przekształca odebraną falę ultradźwiękową na sygnał elektryczny. Jednakże duża różnica w impedancji akustycznej pomiędzy elementami piezoceramicznymi a ciałem ludzkim uniemożliwia efektywne przekazywanie energii ultradźwiękowej pomiędzy obydwoma ośrodkami. Aby ułatwić przenoszenie energii ultradźwiękowej, zastosowano warstwy dopasowujące akustycznie. Każda pasująca warstwa ma grubość jednej czwartej długości fali przy środkowej częstotliwości przetwornika. Blok podkładowy służy do pochłaniania fali ultradźwiękowej rozchodzącej się wstecz od elementu piezoelektrycznego. Jeśli fala wsteczna odbije się od spodu podkładki i wróci do elementu piezoelektrycznego, może to powodować zakłócenia w obrazie ultradźwiękowym. Zatem blok podkładowy powinien charakteryzować się wysokim tłumieniem. Oprócz tłumienia materiału wprowadzono kilka zmian konstrukcyjnych w celu zwiększenia efektu rozpraszania wewnątrz bloku podkładowego, np. poprzez wstawienie rowków lub prętów w bloku. Blok podkładowy ma zwykle impedancję akustyczną od 3 do 5 Mrayl. Jeżeli podkładka ma zbyt wysoką impedancję akustyczną, energia akustyczna generowana przez element piezoelektryczny zostanie przez nią zmarnowana, a do ciała ludzkiego zostanie przesłanych niewiele fal ultradźwiękowych. Soczewka akustyczna chroni przetwornik ultradźwiękowy przed uszkodzeniami zewnętrznymi i skupia wiązkę ultradźwiękową w określonym punkcie zgodnie z prawem Snella. Aby zmniejszyć utratę energii ultradźwiękowej wewnątrz soczewki, preferowane są materiały o niskich stałych tłumienia. Typowe soczewki akustyczne wykonane są z materiałów gumowych, zapewniających wygodny kontakt przetwornika z pacjentem. Szczelina to szczelina pomiędzy rozmieszczonymi w układzie elementami piezoelektrycznymi, która izoluje każdy element od elementów sąsiednich, aby zmniejszyć przesłuch między nimi. Przesłuchy poważnie pogarszają wydajność przetwornika. Dlatego opracowano różne kształty i materiały nacięcia, aby zmniejszyć przesłuch.