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用于超声内镜的超声线性阵列换能器的设计与制造

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YuanZhang,MingtongChenandZhengbaoYang

aTheHongKongUniversityofScienceandTechnologyHongKong,SAR999077,China

ARTICLEINFO摘要

Keywords:本报告详细介绍了超声成像平台的成功构建以及新型超声内窥镜探头的设计与制造。该项目的主要

超声成像平台目标是建立一个用于获取和处理超声信号的功能系统，特别针对微创内窥镜应用。该超声成像平台

主要基于德州仪器（TI）评估模块（EVMs）设计开发。它能够传输32通道的高压信号并接收回

超声内镜波信号，并具备片上信号放大和采集能力。此外，该平台集成了完整的时基增益控制（TGC）成

匹配层像路径以及连续波多普勒（CWD）路径。结合主机计算机软件，支持使用线性阵列、凸面阵列和

电极镀层相控阵阵列探头进行成像。同时设计了一款64元件、5MHz中心频率的相控阵线性超声内窥镜探

头，旨在实现小型化和最佳成像性能。其匹配层、背衬层、2-2压电复合材料及电极的制造与组装

已完成。

1.介绍阵和相控阵探头，在组件限制范围内平衡多功能性、

性能和噪声抑制[8]。

本超声成像是一种重要的医学诊断工具，能够提其次，设计和制造一个微型内窥镜探头是困难

供软组织和血流的非侵入性、实时可视化。内镜超

译的。内窥镜使用需要极其小巧的尺寸，而不牺牲成像

声（EUS）通过将超声与内镜结合，提供了相邻器官

中性能。一个包含64个元素、5MHz相控阵线性换能器

[1]的高分辨率图像。EUS由于其接近目标组织的位

1涉及克服诸如元件间距、串扰、声阻抗匹配以及在极

v置而优于传统方法，允许使用更高频率以获得更优

8的空间分辨率。这对于病变特征描述、肿瘤分期以及小体积[9,10]内集成敏感压电复合材料等挑战。精

2确制造匹配层、背衬层、复合层和电极层对于声学特

6指导细针穿刺等微创手术[2]至关重要。将成像与干

8性至关重要。保持长内窥镜电缆上的信号完整性，尤

1预结合的能力使EUS在胃肠病学和肺病学中不可或

.其是对高通道数阵列而言，增加了复杂性。最终，硬

7缺。相控阵换能器是EUS图像质量的关键，无需机

0械运动即可实现电子波束转向和聚焦，非常适合内件平台与主机软件的无缝集成对于实时图像处理至

5关重要。这涉及开发稳健的通信方式及高效的数据

2镜中的狭小空间[3,4]。它们的性能得益于压电复合

:处理、波束成形和图像重建算法。整体工程问题是成

v材料（例如2-2复合材料），这些材料改善了声阻抗

i功地将一个高保真超声平台与尖端微型化内窥镜探

x匹配、机电耦合