文档介绍：现代仪器() 二○○九年·第二期
超声波骨密度传感器的关键技术研究
张荣标 1 张薇 1 冉莉 1 柏受军 2
( 镇江 212013)
( 芜湖 241000)
摘 要 超声波骨密度传感器背衬块中钨粉比例和匹配层厚度是影响传感器性能的关键
参数,它与传感器性能之间的关系研究尤为重要。在分析脉冲宽度与峰- 峰值对分辨力
和灵敏度影响的基础上,确定较合理的钨粉配比和匹配层厚度,并成功研制定量超声传
感器及其配套收发电路,经实验表明,自主研制的超声波骨密度传感器达到预期的效果。
关键词 定量超声超声波传感器背衬块匹配层
引 言信号作比较,再分析这些信号的频谱获得 BUA 和
SOS。
定量超声法是近年发展起来的经济有效的骨密
度测量新方法,与传统测量方法相比,定量超声法 2 超声波传感器
具有廉价、便携、无电离辐射、操作简单、精密度
传感器设计
高等优势[1,2]。目前国内使用的定量超声测量仪主
超声波骨密度传感器结构示意图(见图 2),
要依赖进口,对定量超声测量仪的研究还处于萌芽
它是一种单晶片、非聚焦的收发两用直探头。
阶段。超声波传感器是定量超声测量仪的关键部件,
其性能和品质直接影响着整机性能。研制高性能的
超声波传感器对开发整个定量超声测量系统具有极ᇐ⬉㶎ᴚ
其重要的意义,其关键技术是找出主要部件设计参ԧ
㒓⠛
数和传感器性能之间的关系,以及合理设计传感器
㚠㹀ഫ
的收发电路。ऍ䜡㒓
1 定量超声骨密度测量原理य़⬉⠛
ᡸ㝰ֱ
目前用定量超声法测量骨密度的一些研究表
图 2 直探头的结构示意图
明,以跟骨超声测量技术最好[3~5]。图 1 为跟骨定
其中,超声换能器是探头的功能部件和重要组
量超声干式测量原理图。
成部件,主要完成声能与电能之间的互相转换。换
能器的主要构件包括压电元件、匹配层、背衬块和
聚焦件[6]。
压电元件作为超声换能器的主要部件,主要实
现电能和声能之间的相互转换,依据测量人体跟骨
所需要的探测深度和压电材料的性能参数[7] 选用
频率为 的压电陶瓷 PZT-5 作为压电元件,
图 1 定量超声测量原理直径 20mm,厚度 。
图 1 中采用横向传播定量超声技术,将两个传匹配层采用氧化铝刚玉保护膜作为压电晶片
感器同轴固定在跟骨两侧,一个作为发射器,另一和人体组织之间的匹配层,既起到保护压电晶片
个作为接收器,在皮肤和传感器之间涂上耦合剂。的作用,又解决人体软组织的声特性阻抗(约
BUA(宽带超声衰减)和 SOS(超声传播速度) ×106Pa · s/m)与压电陶瓷片的声特性阻抗(约
是用于诊断骨质疏松的两个超声参数。通常运用插 30×106Pa · s/m)[7] 的匹配问题。
入取代式的脉冲传输法,将透过跟骨的信号与一个背衬块位于压电元件的背后,主要功能是将后
透过已知衰减系数和声速的参考媒质(如水)的向辐射的声能几乎全部吸收以消除后向干扰。这里
50
二○○九年·第二期研制与开发
采用环氧树脂和钨粉直接混合调配的方法制作背衬
䖛य़ࠡ㕂ᬒᏺ䗮ৢ㑻ᬒ