Efekt piezoelektryczny w głowicach ultradźwiękowych

Weź udział w Olimpiadzie Mikołajkowej

Efekt piezoelektryczny w głowicach ultradźwiękowych

 

Przetworniki ultradźwiękowe składają się z kryształów zawierających proste układy ładunków elektrycznych, znajdujących się w pewnej odległości od siebie. Aktywność tych układów jest powodowana tzw. efektem piezoelektrycznym, który polega na zmianie gęstości ładunku na powierzchni kryształu.

Zastosowanie nowoczesnych przetworników ultradźwiękowych

głowice ultradźwiękoweEfekt piezoelektryczny oznacza pobudzenie kryształu krótkim impulsem, co wprawia go w drgania gasnące o określonej częstotliwości rezonansowej. Jeżeli kryształ ma np. kształt walca, to będzie stanowił rezonator półfalowy, w którym wystąpi drganie rezonansowe o określonej częstotliwości i długości fal. W aparaturze gdzie głowice ultradźwiękowe są wykorzystywane do wizualizacji tkanek, zapewnienie odpowiedniej długości fal, oraz krótkich impulsów jest bardzo istotne dla przebiegu badania. Aby osiągnąć prawidłowy kształt fali, po jej wygenerowaniu przez kryształ, możliwe jest zastosowania tłumienia dynamicznego. Polega ono na pobudzeniu kryształu do drgania, w przeciwnej fazie do niepożądanego drgania. Dopasowanie jest zatem, bardzo ważne dla sprawności transmisji energii akustycznej. Do niedawna jako materiału piezoelektrycznego, używano kwarcu w aparaturze terapeutycznej, oraz tytanianu baru w aparaturze diagnostycznej. Ostatnio opracowano materiały piezoelektryczne z fluorku poliwinylidenu, w którym długość wytworzonych fal, jest znacznie bliższa impedancji akustycznej tkanki. W materiałach tych, dopasowanie akustyczne będzie mniej krytyczne, a szczególnie w głowicach impulsowych. Sprzężenie akustyczne przetwornika z tkanką, przyniesie wówczas, znaczące polepszenie sprawności odbioru obrazu.

Obecnie najbardziej popularnym przetwornikiem w skanerach USG, są głowice wieloelementowe, ponieważ zapewniają najwyższą jakość obrazu. Wysoką jakość uzyskują dzięki zwiększonej liczbie promieni akustycznych analizujących obiekt. Jest to tzw. działanie z podwójną gęstością, polegającą na pobudzaniu kryształu wieloma promieniami ultradźwiękowymi z jednoczesną generacją promieni analizujących.