ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УЛЬТРАЗВУКОВОГО ДИАГНОСТИЧЕСКОГО ЗОНДА

Заявляемый объект относится к технике ультразвуковой диагностики, в частности к пьезоэлектрическим преобразователям для медицинских одномерных зондов.
Известен пьезоэлектрический преобразователь, в котором в качестве демпфера используется эпоксидная смола, заполненная вольфрамовым порошком и свинцовым суриком (Авторское свидетельство СССР N 352211, 1972 [1]).
Недостатком такого демпфера [1] является малый коэффициент поглощения энергии ультразвуковых волн, что вызывает увеличение метровой зоны ультразвуковых зондов вследствие увеличения длительности колебаний пьезокерамической пластинки за счет многочисленных донных импульсов.
Известен также пьезоэлектрический преобразователь, в котором демпфирующая масса состоит из вольфрама и компаунда, причем в состав компаунда входят галлий, олово и никель (Авторское свидетельство СССР №526823, 1976 [2]).
Недостатком этой демпфирующей массы является невысокий коэффициент поглощения ультразвука, в особенности на относительно низких частотах. Другим недостатком является низкая разрешающая способность такого пьезоэлектрического преобразователя, вследствие жесткой установки керамической пластины.
Известен также пьезоэлектрический преобразователь, в котором демпфирующая масса содержит вместе с эпоксидной смолой, полиэфиром и полиэтиленполиамином также наполнитель в виде пьезокерамического порошка (Авторское свидетельство СССР №705325, 1979 [3]).
Недостатком этой массы является высокая дисперсность наполнителя - пьезокерамического порошка. Размеры частичек такого порошка не превышает 3-5 мкм, что приводит к недостаточной способности данной массы к поглощению ультразвука, поскольку коэффициент поглощения ультразвука в композиционном материале возрастает пропорционально 6-ой степени размера частичек наполнителя.
Известен также пьезоэлектрический преобразователь, в котором демпфирующая масса содержит эпоксидную смолу, диоктилфталат, полиэтиленполиамид со стиролом и наполнителя в виде резиновой крошки с размером частиц 0,1-1,8 мм (Авторское свидетельство СССР №1619165, 1991 [4]).
Недостатком этого материала является невысокое значение акустического импеданса, не согласующегося с акустическим импедансом пьезокерамической пластины. В результате продолжительность переходного процесса в пьезокерамической пластине увеличивается, что приводит к увеличению метровой зоны ультразвукового зонда.
Наиболее близким по конструкции к заявляемому объекту является пьезоэлектрический преобразователь ультразвукового диагностического зонда, содержащий корпус, в торцевой части которого закреплены пьезокерамическая пластина и демпфер, содержащий эпоксидную смолу с наполнителем, включающим полые стеклянные микросферы, частицы порошков электрокорунда и вольфрама (Патент РФ №2078340, 1997 [5]).
Аналог [5] был выбран нами в качестве прототипа.
Недостатком [5], как и всех известных аналогов, является то, что его демпфер не обеспечивает полное гашение ультразвукового сигнала, идущего от тыльной стороны пьезокерамической пластины, в результате чего происходит возбуждение пьезокерамической пластины отраженным сигналом и возникновение обертонов (паразитных сигналов), что снижает чувствительность пьезоэлектрического преобразователя и его быстродействие.
Целью настоящей работы является создание пьезоэлектрического преобразователя ультразвукового диагностического зонда, конструкция которого обеспечивает максимальное гашение паразитных сигналов.
-6
-7
Технический результат полезной модели выражается в расширении технических средств ультразвукового диагностического зондирования. Он достигается тем, что в пьезоэлектрическом преобразователе ультразвукового диагностического зонда, содержащем корпус, в торцевой части которого закреплены пьезокерамическая пластина и демпфер, в качестве демпфера используется вакуумированная камера с разряжением 10 - 5×10 мм рт.ст., герметично связанная с пьезокерамической пластиной.
Далее описание сопровождается рисунками и пояснениями к ним.
На фиг. 1 показана конструкция пьезоэлектрического преобразователя ультразвукового диагностического зонда (вид сбоку в разрезе), а на фиг. 2 - вид по стрелке А фиг. 1.
-6
-7
Пьезоэлектрический преобразователь ультразвукового диагностического зонда содержит пьезокерамическую пластину 1 (пьезоэлемент), герметично закрепленную, например посредством эпоксидной смолы 2 в основании вакуумированной камеры 3, изготовленной например из стекла. Откачка воздуха из камеры 3 осуществляется в заводских условиях через трубку 4 до значения разряжения в 10 - 5×10 мм рт.ст. Камера 3 закреплена в торцевой части корпуса 5 диагностического зонда, изготовленного из диэлектрика, например полимера. Рабочая поверхность 6 пьезокерамической пластины 1 находится в плоскости торца 7 корпуса 5. Электрический провод 8 соединяет пьезокерамическую пластину 1 с электрическим генератором рабочей частоты ультразвукового излучения и электронным анализатором сигнала отраженного от исследуемого объекта.
При возбуждении пьезокерамической пластины 1 пьезоэлектрического преобразователя коротким электрическим импульсом механические колебания от рабочей поверхности 6 пьезокерамической пластины 1 проходят через кожный покров пациента по направлению к объекту исследования, например печени. Отраженные от исследуемой среды акустические сигналы достигают пьезокерамической пластины 1 и преобразуются в электрические сигналы. Эти сигналы преобразуются в электронном анализаторе и изображение, которое выводится на видеомонитор.
Ультразвуковое излучение от тыльной поверхности 9 пьезокерамической пластины 1 не проходит внутрь камеры 3, так как в ней нет среды для распространения ультразвуковой волны, поэтому нет и отраженной волны, воздействующей на пьезокерамическую пластину 1 и способной исказить полезный сигнал, поступающий в электронный анализатор.
Предложенный нами пьезоэлектрический преобразователь принципиально отличается своей демпферной частью от всех известных аналогов. Вакуумное демпфирование практически исключает образование паразитных электрических импульсов, способных исказить полезный диагностический сигнал, что позволяет повысить чувствительность и быстродействие пьезоэлектрического преобразователя.