医用超声换能器：现状、发展与未来趋势

医用超声换能器的现状与发展前景 超声成像技术因其实时性强、无电离辐射和成本效益高等优势，在医学领域得到了广泛应用，尤其是在心脏科、产科、眼科、肝、肾、胆囊以及血管系统等方面发挥着重要作用。换能器作为医学超声成像系统的核心组件，其性能直接影响到图像质量和诊断效果。 当前，超声换能器主要根据制作材料分类，包括压电陶瓷换能器、压电薄膜换能器、压电单晶换能器、复合材料换能器和电容式微加工换能器等。压电陶瓷换能器因其广泛应用，一般由阵元、匹配层、聚焦件和背衬块组成，可实现单阵元或多阵元排列，如线阵、凸阵、环阵和二维阵。匹配层的作用是减小声阻抗差异，增加能量传输效率，并提升换能器的灵敏度和带宽。聚焦件则通过聚焦声波，增强侧向分辨率。背衬块用于减少振动和消除背面声波反射，提高稳定性。 目前，B型超声设备普遍采用一维阵换能器，这种换能器适用于体表、小组织、心脏和腹部等多个部位的成像。然而，随着科技的进步，新型换能器技术也在不断发展中。例如： 1. 压电复合材料换能器：利用两种或多种材料的优势，如高声阻抗和高强度，设计出综合性能更优的换能器，这将有助于提升成像质量，尤其是在对软组织和深部器官的探测上。 2. 压电单晶材料换能器：单晶材料通常具有优异的机械性能和声学性能，使得换能器在频率响应和稳定性方面表现更好，对于高级成像技术如三维超声成像（3D US）至关重要。 3. 宽频带换能器：宽频带换能器可以覆盖更广泛的频率范围，有助于获取更丰富的声学信息，有助于提高诊断的精确性和深度。 4. 三维成像换能器：随着三维超声技术的发展，换能器需具备三维成像能力，即能够捕捉和重建目标物体的立体图像，这对于实时成像、三维导航和介入手术等具有重要意义。 未来，随着科研和技术的进步，超声换能器将朝着更高分辨率、更低能耗、更宽频谱和更适应复杂应用场景的方向发展。这不仅会推动超声成像技术的临床应用，还将对医学诊断和治疗产生深远影响。因此，对新型换能器的研究与开发将是医学超声领域的重要课题。