浅谈医用超声诊断仪超声探头的分类和主要特性

浅谈医用超声诊断仪超声探头的分类和主要特性

徐真

徐真（新疆哈密地区中心医院新疆哈密839000）

【中图分类号】R197.39【文献标识码】A【文章编号】2095-1752（2012）19-0358-01

医用超声探头是各类超声诊断仪将高频电能转换为超声机械能向外辐射，并接收超声回波将声能转换为电能的一种—电转换器件。超声探头在各类诊断设备中占有非常重要的位置，其性能的优劣直接影响成像的质量。

1医用超声探头的分类

超声诊断仪所配用探头中的换能器基本都是采用压电陶瓷材料，所以超声探头一般又称为压电换能器。

超声探头可以从以下几个方面来分类：

①按探头中换能器所用振元数目：单元探头和多元探头。

②按波束控制方式：线扫探头|、相控阵探头、机械扇扫（包括单元式、多元切换式和环阵）探头、方阵探头等。

③按探头的几何形状：矩形探头、弧形探头（凸形探头）、柱形探头、圆形探头等。

④按诊断部位：心脏探头、腹部探头、眼科探头、颅脑探头等。

⑤按应用方式：体外探头、体内探头、穿刺活检探头。

2医用超声探头的主要特性

探头特性的好坏是决定仪器性能的重要因素之一，了解探头特性对使用和维护超声诊断仪是十分重要的。医用超声探头的特性具有使用特性，同时又具有声学特性。

㈠使用特性

使用特性是探头与仪器配合使用的综合性能，它包括探头的工作频率、频带宽度、灵敏度和分辨力。

①探头的工作频率：即探头中的换能器与仪器联接后，实际辐射超声波的频率。工作频率的选择主要决定于临床诊断的要求，因为人体各部位对超声的衰减都不相同，其衰减系数随频率的升高增加很快。因此，对于衰减大的组织或要求探测深度大时，应选取较低的工作频率，相反对于衰减小的组织或要求探测深度小时则选取较高的工作频率。

②频带宽度：指换能器的工作频率响应的范围。为了使频带宽度展宽，往往要增加阻尼，但因此也会使换能频率有一定程度的降低。

③灵敏度：指探头与超声诊断仪配合使用时在最大探测深度上，可发现最小病灶的能力。它主要与探头中换能器的换能特性和辐射效率等声学特性有关。换能特性好、辐射频率高的换能器，探测灵敏度就高。这主要取决于压电材料的压电性能、压电振子的辐射面积和压电材料的机械品质因素等。

④分辨力：探头特性对仪器分辨力有很大的影响，就探头本身而言，分辨力的高低主要与以下因素有关。

A探头中换能器的辐射特性。如果辐射特性好，则声束截面尺寸小，扩散角小，指向性好，横向分辨力就高，辐射特性好，声束能量集中，旁瓣小，近场区干扰小，也有利于提高分辨力。

B换能器的辐射面积越大，声束的扩散角越小，横向分辨力也将提高。

C换能器的频率响应好，距离分辨力高。

D换能器的机械品质因素低，有利于纵向分辨力的提高。

E换能器层间匹配的好坏直接影响分辨力，因为如果层间匹配不好，超声在探头中来回反射，会造成回波的多次叠加，从而使纵向分辨力下降。

㈡声学特性：

超声探头的声学特性主要与探头中超声换能器所用材料的特性有关，它包括辐射特性、吸收特性、频率特性、转换特性和暂态特性。

①辐射特性是指换能器的辐射声场在空间的分布状态，主要是通过指向性和声束尺寸来进行描述。换能器辐射的声束特性在很大程度上决定超声探测的横向分辨力。

②吸收特性实际是指压电振子垫衬的吸收特性。在换能器振元后都加有垫衬吸收块，并要求垫衬具有良好的吸收特性。

③频率特性指换能器阻抗频率和辐射频率特性的总称。阻抗频率特性是指换能器阻抗随频率的变化的特性；辐射频率特性是指换能器辐射状态的频率特性。

④转换特性指换能器发射和接收状态的能量转换特性。从理论上讲，换能器的电一声和声一电的能量转换是等效和可逆的。

⑤暂态特性指换能器对脉冲响应的随动能力。对超声探测效果来说，为了提高距离分辨力，通常采用阶窄脉冲来激励能换工作，换能器在电脉冲激励下的振与弹性体在脉冲敲击力作用下的震荡是相似的，在起后都是按固有振动频率稳频振荡。