医用超声内窥镜微型超声探头的设计研究

论文摘要

本文主要对医用超声内窥镜系统做了一系列的研究,主要工作是对医用超声内窥镜超声探头的分析与设计。目前,快速发展的超声传感技术,微机电技术,计算机技术等一些先进电子技术与超声内窥镜成像系统的研究相互结合,使得超声内窥镜技术也掀起了快速发展的风气。医用超声内窥镜系统是在电子内窥镜系统的基础上,通过电子内窥镜的活检通道把超声探头伸进人的体腔内部,从而靠近所要诊断的目标器官。超声内窥镜与普通电子内窥镜的不同之处包括：超声内窥镜不但可以通过内窥镜观察所诊断的器官粘膜表面的病变状态,并且可以超声扫描所检查的器官,通过超声扫描,器官壁各个断层的组织学特征就尽收眼底。由于电磁电机有很多缺点,这些缺点阻止了超声内窥镜更好的发挥优势,所以文中采用的是弯曲振动模态超声电机,是通过振子的弯曲振动所产生的摩擦力来传递能量的。因为本文采用的是声反射镜来实现扇形扫描,避免了旋转换能器带来的寿命短的问题,所以超声电机通过一根轴和声反射镜连接,进行旋转。探头设计的关键在于核心部分超声换能器。换能器性能的优劣取决于制作换能器的材料、结构形式、成像参数以及换能器的安装方式。本文先对换能器的等效模型进行了分析,把超声换能器的发射灵敏度和换能器阻抗匹配的问题联系压电陶瓷材料和聚合物材料进行分析。换能器的材料选择是通过比较锆钛酸铅与高分子压电材料之间的性能优缺点,最终选择由两种材料复合而成的压电复合材料作为该换能器的最佳选择。虽然圆环阵列换能器的各种性能都能达到超声内窥镜系统的要求,但是缺点是难于制作,工艺复杂,成本也很高,这样就不利于医用超声内窥镜在市面上的普及。所以,本文最后确定使用球面聚焦超声换能器,它比起平面的活塞式换能器,声辐射的面积增大了,声场的密度也变大了,景深更长。和聚焦的声透镜形式相比较,还能避免声能的损耗,能够达到所需的要求。声反射镜安装方式是通过旋转声反射镜来实现扇形扫描,换能器是固定的,不用旋转,这样就省略了旋转换能器必须使用旋转设备的麻烦。所以,本设计中采用声反射镜安装方式。本文通过采用以上的方案对现有的超声内窥镜进行改进,为超声内窥镜无电磁干扰,长寿命,宽带宽,高灵敏度,低成本等多种需要做出了良好的基础。分析总结了优势,也提出了相关的不足之处,希望在不久的将来能够再进行完善。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 医用超声诊断仪简介
• 1.2.1 医用超声诊断技术的原理
• 1.2.2 超声诊断仪的组成结构
• 1.2.3 超声诊断仪器的发展趋势
• 1.3 医用超声内窥镜简介
• 第2章 医用超声内窥镜的原理与发展
• 2.1 医用超声内窥镜的构成与原理
• 2.2 医用超声探头简介
• 2.2.1 医用超声探头的结构特性与工作原理
• 2.2.2 医用超声探头的材料选择与性能参数
• 2.3 本章小结
• 第3章 医用超声内窥镜成像系统的研究
• 3.1 医用超声成像的物理基础
• 3.2 超声内窥镜成像系统的结构
• 3.3 本章小结
• 第4章 微型医用超声探头的设计
• 4.1 超声探头外形尺寸的限制
• 4.2 前置超声电机
• 4.3 超声换能器的设计
• 4.3.1 换能器的等效模型分析
• 4.3.2 换能器材料的选择
• 4.3.3 换能器的结构形式
• 4.3.4 医用超声内窥镜的成像性能及参数
• 4.4 换能器的安装方式
• 4.5 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 本文的创新点
• 5.2 本文的不足之处
• 5.3 系统技术的展望
• 总结
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间的研究成果