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1、B超探头 知识讲解 B超探头的工作原理B超探头的分类B超探头组件的构成探头使用注意事项B超探头参数B超生产厂家 B超探头的常见故障B超探头问题的常见判定方法探头组件的故障分析及维修十 探头的维护保养 目录 一 B超探头的工作原理 超声诊断仪是通过探头产生入射超声波 发射波 和接收反射超声波 回波 的 它是诊断设备的重要部件 而超声探头的任务是就是将电信号变换为超声波信号或相反地将超声波信号变换为电信号 目前探头可以发射和接收超声 进行电声 信号转换 能够将由主机送来的电信号转变为高频振荡的超声信号 又能将从组织脏器反射回来的超声信号转变为电信号而显示于主机的显示器上 超声探头就是利用这一工作原
2、理制成 既然探头能够将电能转换成超声波 那这一原理又是怎样的呢 担任这一重要任务的硬件是探头内部组成部分的晶片 在通电状态下 它能产生弹性形变 从而产生超声声波 相反情况下 当超声声波通过晶片时 又能引起它产生弹性形变 继而引起电压的变化 最后通过信号处理板对相应电信号变化的处理来完成被探测物的图像探查 这一处理过程称之为压电效应 压电效应泛指晶体处于弹性介质中所具有的一种声 电可逆特性 此现象为法国物理学者居里兄弟于1880年所发现 故也称居里效应 具有压电效应性质的晶体 称为压电晶体 压电效应 目前常用于超声探头的晶体片有锆酸铅 钛酸钡 石英 硫酸锂等人工或天然晶体 钛酸钡及锆酸铅是在高温
3、下烧结的多晶陶瓷体 把毛坯烧结成陶瓷体后 经过适当的研磨修整 得到所需的几何尺寸 再用高压直流电场极化后 就具有压电性质 成为换能器件 压电效应又分为正压电效应和逆压电效应 1 正压电效应在晶体或陶瓷的一定方向上 加上杌械压力 使其变形 晶体或陶瓷的两个受力面上 产生符号相反的电荷 变形方向相反 两面的电荷极性随之变换 电荷密度同施加的机械力成正比 这种因机械力作用而激起表面的电荷效应 称为正压电效应 逆压电效应在晶体或陶瓷表面沿轴方向施加电压 在电场作用下引起几何应变 电压方向改变 机械应变方向亦随之改变 形变与电场成比例 这种因电场作用而引起的形变效应 称为逆压电效应 超声诊断仪探头在发射
4、超声波时是逆压电效应 接收超声回波时产生压电效应 晶体和陶瓷片因切割方位和几何尺寸的不同 产生机械振动的固有频率也不同 当外加的交变电压的频率与固有频率一致时 产生的机械振动最强 当外加的机械力的频率与固有频率一致时 所产生的电荷也最多 在超声波诊断仪中激励脉冲的频率必须与探头的固有频率相同 二 B超探头分类 一 超声探头可以从以下不同方面来分类 按诊断部位分类 有眼科探头 心脏探头 腹部探头 颅脑探头 腔内探头和儿童探头等之分 按应用方式分类 有体外探头 体内探头 穿刺活检探头之分 按探头中换能器所用振元数目分类 又有单元探头和多元探头之说 按波束控制方式分类 则有线扫探头 相控阵探头 机械
5、扇扫探头和方阵探头等 按探头的几何形状分类 用在不同诊则有矩形探头 柱断部位的各形探头 弧形探类超声探头 又称凸形 圆形探头等 注 通常工作中 习惯使用较多的是按 3种方式分类 二 一般常见的B超探头1 凸阵探头3 5MHz2 线阵探头3 5MHz3 高频线阵7 5MHz4 腔体探头6 5MHz5 心脏探头3 2MHz6 相控阵探头3 0MHz7 三维探头3 5MHz 凸阵探头 线阵探头 腔体探头 高频线阵 三 动物探头1 微凸探头3 2MHz和5 0MHz2 腔体探头6 5MHz3 线阵探头5 0MHz和7 5MHz 四 常见扫描图形 线阵式 扇形式 凸阵式 三 B超探头组件的构成 探头组件
6、的构成 1 插头组件 2 探头 3 电缆线 晶片声透镜匹配层吸声块支撑架声头外壳 1 插头组件 探头组件是通过插头与B超机连接的 而插头的连接由里面的插针与B超机的插座相连接的 常见的插针数量有 24P 96P 156P 260P等等 2 探头 其探头结构组成中 晶片 吸声块 匹配层 吸声块是比较重要的部分 晶片是探头中最重要的部件 用于接收电脉冲产生机械超声振动 完成声电和电 声转换工作 其几何形状和尺寸是根据诊断要求来设计的 上 下电极分别焊有一根引线 用来传输电信号 探头中一般有多个晶片构成 有的将振子沿直线排列为一行 组成线阵探头 有的将振子沿弧形排列 构成凸阵探头 有的将振子成矩阵排
7、列 构成矩阵探头等多种多元超声换能器 吸声块会聚或发散声波的声学元件 声波通过声速不同的媒质的界面时发生折射而改图形的光流分布变传播方向 这就可能使声波会聚或发散 会聚作用称为声聚焦 声透镜材料的选择大致可以从三方面考虑 首先是声速高于周围媒质的声速 这样焦距短 以减小像差和传播损失 二是声阻抗率与周围媒质匹配 以减小反射损失 三是声衰减小 以减小插入损失 常用的声透镜材料及其特性如下表所示 匹配层处于声透镜和晶片阵列之间 由于声透镜同时与晶体振元和人体接触 两者的声阻抗差别甚6 2大 压电晶体振元的阻抗Zf 20 35 10kg s m 人体组织的阻抗Ze 1 58 1 7 106 kg s
8、 m 2 难于使声透镜的特性阻抗同时与两者匹配 超声经不同阻抗界面传播 将产生反射 会增加能量损耗并影响分辨力 因此 往往需要采用匹配层来实现探头与负载之间的匹配 对匹配层除厚度与声阻抗的要求外 还要求其声阻尼要小 以减小对超声能量的损耗 在工 吸收块又称为吸声块 用于衰减并吸收压电振子背向辐射的超声能量 使之不在探头中来回反射而使振子的振铃时间加长 因此要求垫衬具有较大的衰减能力 并具有与压电材料接近的声阻抗 以使来自压电振子背向辐射的声波全部进入垫衬中并不再反射回到振子中去 吸声材料一般为环氧树脂加钨粉 或铁氧体粉加橡胶粉配合而成 艺上应保证其同时与晶体振元和声透镜接触良好 匹配层材料通常
9、也采用环氧加钨粉配制 声头外壳 晶片 注 在不同型号的B超 可能会将信号处理板集成在B超探头组件里 如果该信号处理部分集成在B超机里面 则探头组件无须再加信号处理板 否则探头组件处要加信号处理板 而有的集成在探头里 有的则集成在插头里 信号处理板 3 电缆线 常见的电缆线有 48芯 84芯 198芯264芯等 四 使用注意事项 B超探头首先是属于B超诊断系统的 所以使用时必须连接到诊断系统中去才能正常工作 此时要注意的是 连接探头前是在断电关机下进行 当其从主机上插拔探头前 也必须先把主机电源切断 1 断电插拔 假如该操作是在开机通电的情况下进行 探头的插拔会因为反复接触导通与断开而快速老化而
10、影响寿命 甚至会因电流的多次瞬间导通而产生强大的电流而烧坏探头内的线材或者芯片等 B超探头是B超机的重要核心部件 在使用过程中严禁敲打 跌落 碰撞 2 禁止撞击 探头不用时应放入机器的探头保护盒中 保护盒中应保持干燥和清洁 3 保持干燥 洁净环境 使用合格的超声耦合剂 严禁含油或含其它化学溶剂成分 4 试用合格的耦合剂 探头使用结束后须经清洁处理 探头表面可用软布浸水清洗 不可用硬纸等擦洗 否则易损坏探头的声透镜 5 软物擦拭清洁 6 避免外界仪器的震动损坏 探头结构是非水密的 一旦有液体浸入探头内部 有可能造成内部线材的短路 或一些pcb板的烧坏 从而造成诊断系统的不能正常工作 所以 当我们
11、使用超声探头时 都不允许任何液体浸没探头下方接缝线 7 禁止浸入液体 8 避免在强电磁干扰的地方使用 有的信号处理板集成在探头组件里 当在强电磁干扰的环境里使用 容易造成显示图像干扰 所以在使用的时候 尽量避免在强电磁干扰的地方使用 五 B超探头参数 1 曲率半径 mm 曲率半径是指由探头的晶片阵列构成弧线的最大内切圆半径 如右图 R60R50R40R7R20R13R10等 常见的探头曲率半径如下 矩形线阵探头 注 矩形线阵探头的晶片阵列是呈直线排列的 起内切圆半径是任意值 但我们一般认为其曲率半径为无穷大 如右图所示 2 阵元数阵元数量探头型号举例64L3972UST 934N 3 580C
12、3696E6509106VA57R 0375112R40 1121283 5C156UST 984 5192CA621256L12 511 3L 3 常见B超探头的适用范围 凸阵探头的使用范围 腹部 胸腔 妇科 胃 肾 心等 微凸阵探头的适用范围 腹部 小动物 肾 新生儿组织及器官等 线阵探头的适用范围 皮肤表面 甲状腺 胸 血管等 六 B超生产厂家 一 国外B超厂家GESIEMENS 西门子 HITACHI 日立 PHILIPS 飞利浦 MEDISON 麦迪逊 TOSHIBA 东芝 ALOKA 阿诺卡 SHIMADZU 日本岛津 HONDEX 海马 ESAOTE 意大利百胜 PIE 荷兰的一
13、个公司 GE 二 国内的B超厂家汕超海鹰恩普开立祥生天惠华蓝韵先锋索尼克旭康创新威尔德美科凯信理邦迈瑞 ChineseBrands 七 B超探头的常见故障 1 外观不良 直接观察有无破损 最外声透镜破损 会导致耦合剂进入探头内部 从而影响探测范围 甚至测不出图像 声透镜声透镜起泡造成凸凹不平时 则会导致使用时必须用力往下按才能测到图像 探头最前端声透镜是会聚或发散声波的声学元件 当声透镜脱落时 肯定导致不能探测 2 B超显示区有暗道B超探头里信号没有输入输出 会导致显示区有暗道 可能有以下原因 探头的晶片中的某一个振片坏掉 传送信号的电缆线断掉 信号板铜皮线路或过孔由于某种原因不通 信号板芯片
14、虚焊或烧坏等等 3 显示图像模糊 探头本身的自然损耗 是因为探头都有一定的使用期限 超过使用期限后 就可能发生衰老 变质 绝缘降低和机械磨损等现象 严重的甚至完全失效 漏电等 造成故障 探头的使用环境较差 主要是环境温度 湿度 空气中含腐蚀性气体和灰尘 探头受到强烈振动 电源电压波动过大 这些都可能引发仪器故障 探头屏蔽线及地线没接地或断了 导致机器受干扰 B超探头所采用的电缆是质量要求很高的多芯高屏蔽电缆 做工十分精细 电缆内导线严密 多的有上百根 似发丝粗细 由于探头多方位的使用 电缆的弯曲 扭转使得电缆的外保护区绝缘层会破皮 断裂 露出了里面的信号线 屏蔽层的破坏 断线 图像就会产生干扰
15、的波纹和缺损 继而导致图像显示模糊 八 B超探头问题的常见判定方法 1 上机人体实测法 开机前将B超探头组件与B超诊断仪连接并固定 探头与诊断仪的连接及拆卸必须在关机状态下进行 运行机器 把探头放置在观察区 观看显示器上显示区图像的情况 再进行相应的处理方案 3 幅值观察法 这种测试方法是利用专门的设计工装 这种工装在测试时 将探头接在该专用测试工装上 而其连于PC机 打开其测试的相关配套软件 可直观地根据显示的电容值区域 来判定探头的故障原因 2 电容表法 根据不同厂家机型的探头定义图 测量各个振元插针引脚对地的电容值 看其是否在规定的容值内 如下图 就是利用专门的工装 从电脑上形象直观的可
16、以看出电容的幅值大小 图中为109损坏 138 139因老化而容值过大 4 示波器测量法 利用示波器的测量方法同电容表法测试原理一样 也是根据示波器来测量各振元插针对地的电容值 再根据相应正常值得对比表判定 九 探头组件的故障分析及维修 在上面几章里 我们已经对探头组件常见几类故障原因 晶体故障 透镜故障 护套损坏 外壳损坏 电缆线外漏和电路板烧坏 有了简单的介绍 那么当我们维修时 也是从这几个方面进行检查修复 B超探头内部多数采用的是压电晶体 长期使用后会造成晶体自然老化 不规范的使用或摔 碰等外力击打会造成探头晶体的损伤 晶体损伤后 B超检测仪检测出来的图像就会出现信号衰减 图像中有黑影 黑条 干扰 缺损等盲区 严重时图像则会 失明 这些都会造成医生无法诊断 影响诊断质量 1 晶体故障分析及维修 这类的故障是由B超探头晶片短路导致的 晶片的短路可通过测量晶片的供电电压来判断 若某一晶片或晶片组的供电电压较其它的为低 则可判断该晶片或晶片组内有短路 更换相应的晶片或晶片组 使得探头恢复以前的特性 干扰消失 2 电缆线的故障分析及维修 B超探头所采用的电缆是质量要求很高的多芯高屏蔽电缆
