基于PMN-PT/环氧2-2复合材料的360°电子环扫型超声内窥镜的研制

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超声内窥镜(Endoscopic Ultrasound,EUS)是将小型超声探头集成在电子内窥镜上的技术,可以实现对消化道内表面及其周围组织器官的实时成像,是公认的检查消化道疾病的有效手段。目前主流的超声内窥镜多采用声学探头在前、光学模组在后的结构设计。近几年发现,光学镜头在前,声学探头在后的新型结构,不仅可以方便临床医生的操作,还具有更好的可视性。本文设计并研制了一种用于上消化道系统疾病诊断的360°电子环扫型超声内窥镜,该超声内窥镜整体分为电子内窥镜和超声探头两部分,并采用电子内窥镜在前,超声探头在后的结构设计,电子内窥镜可实现前视128.3°的大视野成像,超声探头可实时提供360°的侧向环扫超声成像视野。其中电子内窥镜的光学模组采用微距广角镜头以及高分辨率CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor,CMOS)图像传感器作为核心部件。本文采用坐标纸来测试该光学模组的成像性能,结果表明该光学模组可以实现管腔内表面微距高清晰度成像。为了提高超声的成像性能,本文选用PMN-PT/环氧的2-2复合材料作为压电材料来制作超声探头,它是有128个阵元的侧向环阵探头,可实现上消化道腔内实时成像。超声内窥镜的最大外径为9.58 mm,且它的前端不可弯曲部分长度仅为23 mm。随后搭建超声换能器性能测试平台,结果显示该超声换能器的中心频率为8.7 MHz,-6 d B带宽为85.05%,双向插入损耗为-30.18 d B。并用100μm的钨丝线靶来测试超声探头的成像分辨率,并对结果进行数据处理得到该超声换能器的轴向分辨率为197μm,横向分辨率为513μm。最后,为了验证光学部分和声学部分实时成像的问题,本文将两者进行集成封装,并用热缩管对其进行防水处理。最后搭建成像测试平台测试其成像性能。结果显示该内窥镜可以实现光学和声学实时成像,并获得高清大视野的食管内壁的光学图像和显示不同食管壁的声学图像,证明该超声内窥镜成像性能优良。
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