Đầu dò siêu âm tinh thể đơn

Đầu dò tinh thể đơn là gì và những ưu điểm 

Dựa trên số lượng tấm áp điện , các đầu dò có thể được phân loại thành đầu dò đơn tinh thể, đầu dò lưỡng tinh thể và đầu dò đa tinh thể. 

Đầu dò đơn tinh thể đắt tiền và phức tạp hơn, nhưng cung cấp hình ảnh đồng nhất hơn, ít bị suy giảm hơn và băng thông rộng hơn so với các đầu dò thông thường.

Đầu dò siêu âm  tinh thể  đơncó ý nghĩa gì?

Đầu dò  tinh thể đơn ngày càng trở nên phổ biến trong lĩnh vực siêu âm chẩn đoán và thường được coi là công nghệ của tương lai. Nhưng " tinh thể đơn" nghĩa là gì? Loại đầu dò này có những ưu điểm và nhược điểm nào khi sử dụng với máy siêu âm? Sự khác biệt trong việc đọc hình ảnh hoặc nghiên cứu siêu âm là gì?

Sự tiến hóa của đầu dò siêu âm

Trong nhiều thập kỷ kể từ khi vào cuối những năm 1950, thấu kính của đầu dò siêu âm đã được chế tạo bằng cùng một loại vật liệu. Vật liệu này, được gọi là PZT (gốm oxit kim loại hỗn hợp sắt điện), vừa là một lợi thế vừa là một bất lợi cho ngành công nghiệp; mặc dù nó là một vật liệu vượt trội và hiệu quả vào thời điểm đó, nhưng điều này đã dẫn đến việc các vật liệu mới hơn và có tiềm năng tốt hơn bị bỏ lại ở giai đoạn nghiên cứu vì PZT đã đủ tốt. 

Và rồi PMN-PT (chì-magiê niobat chì-titanat) xuất hiện; một vật liệu hoàn toàn mới được báo cáo lần đầu tiên vào năm 1997. PMT-PT được nuôi cấy và sử dụng dưới dạng tinh thể đơn định hướng, chứ không phải là dạng gốm như PZT. Nhưng sự khác biệt giữa các tinh thể đơn định hướng này và các cụm dạng gốm là gì?

Tinh thể đơn, tầm nhìn đơn

Do các vi tinh thể trong gốm được sắp xếp thành cụm, âm thanh chúng tạo ra khi có điện trường tác động sẽ được phát ra theo hướng mà chúng định hướng. Điều này dẫn đến phạm vi phủ sóng rộng về mặt lý thuyết, nhưng hiệu suất lại kém hơn. Trong khi với PMT-PT, các tinh thể được sắp xếp theo một hướng duy nhất. Điều này có nghĩa là âm thanh được tạo ra và thu nhận hoàn toàn được định hướng theo hướng mong muốn và dẫn đến hiệu suất đáng kinh ngạc. Độ phức tạp giảm của mảng cho phép tạo ra hình ảnh chi tiết, ít nhiễu với ít quá trình xử lý hơn. Nó cũng có khả năng chịu được mức độ biến dạng điện lớn hơn theo cấp số nhân và tạo ra ít nhiệt hơn. Xem hình so sánh giữa mảng PZT (trái) và PMT-PT (phải) bên dưới và lưu ý cách định hướng duy nhât của các tinh thể tạo ra hình ảnh rõ nét hơn.

Với đầu dò đơn tinh thể, đảm bảo chất lượng hình ảnh tốt hơn, độ nhiễu thấp hơn mà không cần xử lý trực tiếp và xử lý hậu kỳ bổ sung. Tuy nhiên, PMN-PT là một vật liệu dễ vỡ và khó gia công. Việc tạo ra các quy trình sản xuất hiệu quả và có thể lặp lại cho vật liệu này là vô cùng khó khăn. (May mắn thay,  một công ty đã chấp nhận rủi ro để xác định cách thức khai thác vật liệu này một cách đúng đắn và hiệu quả . Thành quả của nghiên cứu này có thể được tìm thấy trong các hệ thống y tế Alpinion, một trong những sản phẩm tiên tiến nhất tại USC.)

https://www.uscimaging.com/2023/03/07/ultrasound-transducer-single-crystal-technology/