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초음파 변환기 (Ultrasound Transducer)

변환기는 한 형태의 에너지를 다른 형태로 변환하는 장치입니다. 예를 들어 확성기는 전기 에너지를 소리 에너지로 변환하고 마이크는 소리 에너지를 전기 에너지로 변환하며 전구는 전기 에너지를 빛과 열로 변환합니다. 이들은 세 가지 유형의 변환기입니다. 초음파 변환기는 압전 효과(Piezoelectric Effect)를 사용하여 전기 에너지를 초음파로 변환하고 초음파를 다시 전기 에너지로 변환합니다. 변환기는 단일 변환기 또는 다중 변환기일 수 있습니다. element는 crystal의 동의어입니다(이 두 단어는 서로 바꿔 사용할 수 있습니다.). 다중 요소 변환기는 어레이(array, 배열, 집합체)로 알려져 있습니다. 역사적으로 모든 정적 B-스캐너뿐만 아니라 독립형 A-mode와 M-mode 기계는 디스크 모양의 압전 결정을 포함하는 변환기를 사용했다. 또한, 오래된 기계적인 실시간 시스템은 단일 압전 결정 변환기를 사용했다. 오늘날 모든 현대 변환기는 다수의 작은 압전 결정 소자의 배열을 포함하는 전자 배열이다.

압전 효과(Piezoelectric Effect)

압전 효과는 초음파 진단 과정의 초석입니다. 모든 초음파 변환기는 초음파를 생성하고 탐지할 수 있는 압전 특성을 가지고 있습니다. 직접적인 압전 효과(direct piezoelectric effect)는 압력이 가해질 때 결정 표면에 전하가 형성되는 것입니다. 펄스 에코 영상에서 이 효과는 에코가 변환기로 돌아가 전기 신호로 변환될 때 수신 시 발생합니다. 간접(역) 압전 효과(indirect piezoelectric effect)는 전송 시 발생합니다. 결정에 인가된 전압에 응답하여 결정은 기계적 변형을 겪으며 빠르게 수축 및 팽창합니다. 젤로 신체에 결합되면 고주파 기계적 압력파가 초음파 펄스의 형태로 조직을 통해 전파됩니다. 압전 결정은 결정 내에서 기하학적으로 정렬된 쌍극자 분자(쌍극자)를 포함합니다. 쌍극자는 한쪽 끝에 양전하를 띠고 음전하를 띠는 분자입니다. 양극 및 음극 끝은 격자 방식으로 구성되어 적용된 전기 신호로 인해 기하학적으로 재정렬되어 결정의 두께에 작은 물리적 변화가 발생합니다. 이것은 역 압전 효과의 기초입니다. 수신 시 수정 표면을 치는 에코는 수정의 물리적 변형을 초래합니다. 이 변형은 작은 쌍극자가 다시 방향을 바꾸도록 하여 결과적으로 전극 사이에 전기 신호를 유도합니다. 그런 다음 이 작은 전기 신호가 증폭되고 처리되고 화면에 빛의 점으로 표시되어 해당 에코를 나타냅니다. 더 강한 에코는 더 강한 전기 신호를 생성하고 더 약한 에코는 더 약한 전기 신호를 생성합니다. 따라서 각 전압의 진폭은 이를 생성한 에코의 강도에 비례합니다.

천연 및 합성 결정 (Natural and Synthetic Crystals)

압전성을 갖는 것으로 발견된 최초의 초음파 결정은 석영(Quartz)과 같은 천연 결정체이었습니다. 오늘날 우리의 현대적이고 효율적인 변환기 결정은 제조 공정에서 "발생"되며 합성 결정(Synethetic crystal)으로 알려져 있습니다. 오늘날 사용되는 다양한 유형의 합성 결정이 있습니다. 많은 것은 납(lead), 바륨(barium), 티타네이트(titanate) 및 지르코네이(zirconate)의 혼합물로 만들어집니다. 이러한 유형의 합성 결정은 세라믹 결정(Ceramic crystal)이라고도 합니다. 가장 인기 있는 합성 결정 중 하나는 납, 지르코네이트 및 티타네이트의 조합으로 만들어지며 PZT로 축약됩니다. 몇 가지 유형의 PZT를 사용할 수 있으며 약간 다른 결정 특성을 생성하는 화학 물질 추가 및 열처리의 약간의 변화가 있습니다. 일반적으로 세라믹(ceramic) 결정은 천연 결정보다 훨씬 더 민감합니다. 이것은 그들이 작은 전기 신호와 약한 에코(작은 압력파)에 더 쉽게 반응한다는 것을 의미합니다. 다른 유형의 변환기 재료는 폴리머로 알려진 단단한 플라스틱 유형입니다.