医用成像器械之超声影像诊断设备（一）

   医用超声换能原理

在医用超声成像技术的应用过程中，超声的产生和接收都是基于换能原理，实现换能原理的载体是超声探头。医用超声探头的核心部件是压电换能器，又称为压电振子，是由具有压电效应的压电材料制成的。医用超声探头的压电材料是决定机器质量的基础，因为它直接关系到电声转换效率。根据物理结构的不同，用于制作医用超声探头压电换能器的压电材料可分为压电单晶体、压电多晶体（压电陶瓷）和压电高分子聚合物（复合压电材料）等。

医用超声的产生是通过电声转换实现的，而超声的接收是利用电声转换的可逆性实现的。某些电介质在沿一定方向受到外力的作用而发生变形时，其内部会产生极化现象，同时在其两个相对表面出现正负相反的电荷。当外力去掉后，电介质又会恢复到不带电的状态，这种现象称为正压电效应。当作用力的方向改变时，电荷的极性也随之改变。相反，当在电介质的极化方向上施加电场，这些电介质也会发生变形，电场去掉后，电介质的变形随之消失，这种现象称为逆压电效应，或称为电致伸缩效应。能够产生压电效应的电介质就称为压电换能器。

在医学应用中，超声的产生是利用换能器的逆压电效应，即用电信号激励换能器使其产生机械振动，振动在弹性介质中传播，形成超声波。而超声的接收是利用了正压电效应，即把超声波对换能器表面的压力转换为电信号。总之，压电效应是换能器工作的基础。

医用超声扫描与聚焦原理

超声探头是超声成像技术得以实现的关键部件之一。根据探测部位、应用方式、波束控制及几何形状的不同，可将探头分为多种类型。按诊断部位分类，有眼科探头、心脏探头、腹部探头和颅脑探头等；按应用方式分类，有体外探头、体内探头、穿刺活检探头；按探头所用振元数目分类，有单元探头和多元探头；按波束控制方式分类，有线扫探头、相控阵探头、机械扇扫探头和矩阵探头等；按探头的几何形状分类，有矩形探头、柱形探头、弧形探头（又称凸形探头）、圆形探头等。

在由超声探头产生的超声向人体发射这一过程中，应重点关注超声的扫描和聚焦两方面。

超声的扫描

为了形成一幅二维或三维图像，换能器要与人体之间保持相对运动，或声束的位置与方向要按一定规律进行改变，以获得来自不同位置或不同方向的回声线，这一过程称为超声的扫描。波束方向的改变，可通过以机械方式改变换能器位置或发射方向，或以电子方式控制换能器阵元的工作状态等实现。现代超声探头的换能器多由相互独立的多个振元排列组成（如80振元），即线阵探头。为了提高扫描系统的分辨力和灵敏度，通常是若干个相邻的振元同时受到激励，这种方式称为组合扫描。

（未完待续）

（摘自中国医药报）