1 上海理工大学 健康科学与工程学院，上海 200093
2 宁波大学 物理科学与技术学院，浙江 宁波 315211
3 山东第一医科大学 附属人民医院超声科，山东 济南 271100
(K0.5Na0.5)NbO3(KNN)陶瓷作为一类重要的高性能无铅压电材料体系，有望推动医用超声成像换能器技术的无铅化。对KNN陶瓷进行有效掺杂改性研究，采用固相烧结法制备了具有优异压电性能的KNN基压电陶瓷，其压电常数达400 pC/N，机电耦合系数为55%。基于其高压电、低声阻抗的综合性能设计制备了高分辨力、大带宽及高频率的医用超声换能器，其纵向分辨率达47 μm，-6 dB带宽达93%，中心频率为18.0 MHz。利用此换能器对人体组织模型进行B模式超声成像，获得管状组织的高分辨率结构图像。结果表明，KNN体系陶瓷是一种应用于医用高频超声成像中综合性能优异的材料。
无铅压电材料 (K0.5Na0.5)NbO3基陶瓷 超声成像 超声换能器 lead-free piezoelectric material (K0.5Na0.5) NbO3-based ceramics ultrasonic imaging ultrasonic transducer
1 上海理工大学 健康科学与工程学院, 上海 200093
2 中国船舶集团第七一五研究所 第九研究室, 浙江 杭州 310023
3 上海交通大学 医学院附属上海市仁济医院 超声科, 上海 200025
高频医用超声成像技术因其高空间分辨率而被广泛应用于人体组织的精细结构观察, 其中高频超声换能器的核心材料是1-3型压电复合材料。采用软模板法直接烧结了锆钛酸铅(PZT)压电微柱阵列, 进而制备PZT/环氧1-3型压电复合材料, 并对其进行了微观结构观察和电学性能表征。材料微观结构完整, 机电耦合系数达到0.64。采用此复合材料制备了中心频率为20 MHz的高频超声换能器。采用脉冲回波法对换能器进行了性能和声场测试, 并利用其对人体皮肤进行了超声成像, 换能器的插入损耗、带宽分别为13.1 dB和84.2%。结果表明, 软模法制备的1-3型压电复合材料能使高频超声换能器兼具低插入损耗和大带宽, 这为高性能高频医用超声换能器提供了一种低成本、高效率的商业化制备方法。
1-3型压电复合材料 软模法 高频超声换能器 医用超声成像 1-3 piezocomposite soft-mold method high-frequency ultrasonic transducer medical ultrasonic imaging
1 1. 上海理工大学 健康科学与工程学院, 上海 200093
2 2. 中国科学院 上海硅酸盐研究所, 上海 200050
医用高频超声成像技术广泛应用于皮肤、眼睛及血管壁等人体组织的精细结构成像。1-3复合压电材料因具有较高的机电耦合系数而成为高频超声换能器的核心材料。传统的机械切割-填充、等离子蚀刻等1-3复合材料制备方法成本高、效率低, 难以实现工业化制备。本研究提出一种新的基于软模板的高频复合材料制备方法, 在获得高机电耦合系数的同时, 实现高性能1-3复合压电材料的低成本制备。研究采用微米孔径的软模板实现PZT粉的浆料填充, 通过热压烧结获得均匀竖立的PZT陶瓷微柱阵列, 进而制备出PZT/环氧1-3复合材料。对复合材料进行系统的机电性能测试, 并利用不同方法对复合材料的微结构及其均匀性进行表征。结果表明, 软模板法可使压电微柱具有完整的相结构和较高的成分均匀性, 能够实现较高的胚体压缩率, 提高陶瓷微柱的致密度, 同时形成了微柱阵列且微柱直径可控制在70 μm。软模板法有利于在提高复合材料超声频率(30~50 MHz)的同时获得64%的高机电耦合系数, 为医用高频超声成像以及超声生物显微镜等应用提供了一种高效的1-3复合压电材料工业化制备方法。
1-3复合压电材料 软模板法 高频超声换能器 压电陶瓷 1-3 piezoelectric composite soft mold method high frequency ultrasonic piezoelectric ceramics
1 上海理工大学 医疗器械与食品学院，上海 200093
2 上海交通大学 医学院附属仁济医院超声科，上海 200025
3 上海师范大学 数理学院，上海 200233
高频超声成像具有几十微米级的纵向分辨率，适用于皮肤等人体组织的微结构成像。该文针对皮肤囊肿等凸形的人体组织内部微结构，提出了一种适用于凸形组织的非接触式弧形超声扫描成像方法，设计并制备了一款41.5 MHz的高频超声换能器。首先采用脉冲回波法对其性能进行系统表征，然后设计了凸形旋转扫描成像装置，并对凸形皮肤囊肿模型进行扫描、滤波、补偿等信号采集和处理，最终实现了高频超声成像。结果表明，此方法所用换能器纵向分辨率为50 μm，能够对皮肤囊肿模型内部精细结构进行成像，这将促进相关临床医学和超声成像技术的发展。
超声换能器 高频超声成像 皮肤囊肿 极坐标成像 ultrasonic transducer high frequency ultrasound imaging skin cyst polar imaging
1 上海理工大学 医疗器械与食品学院,上海 200093
2 青岛大学 物理学院, 海洋观测与宽带通信产学研联合中心, 山东 青岛266071
3 河北奥索电子科技有限公司, 河北 邢台 054000
4 香港理工大学 电气工程系, 香港 999077
Sm掺杂Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-0.30PbTiO3(PMN-0.30PT)陶瓷具有与PMN-0.30PT单晶相当的超高压电响应(d33约为1 300 pC/N), 但比压电单晶具有更高的一致性和更低的成本。该文针对高频超声无损检测的工业化应用, 基于Sm掺杂PMN-0.30PT陶瓷设计并制作了中心频率大于30.5 MHz的高频超声换能器, 利用超声脉冲回波法进行了换能器的性能表征, 并测试了其声场。针对小型塑料零部件的微结构, 利用所制备的高频超声换能器进行了超声成像。结果表明, 基于Sm掺杂PMN-0.30PT陶瓷的高频超声换能器具有优异的成像性能, 适合于高频超声无损检测成像的工业化制备。
Sm掺杂PMN-0.30PT陶瓷 高频超声换能器 无损检测 压电性能 介电性能 Sm-doped PMN-0.30PT ceramics high-frequency ultrasound transducer nondestructive testing piezoelectric performance dielectric property
中国科学院上海硅酸盐研究所(嘉定园区)， 上海 201800
主要阐述了当前热释电红外探测器的发展状况，并重点介绍了我国尤其是我们在新型热释电材料以及 红外探测器方面的主要进展和成果。弛豫铁电单晶是一类具有优异压电性能的新型材料，同时我们发现该类晶体还具有 优异的热释电性能。我们所生长的PMNT单晶的热释电系数超过15.3×10-4 cm-2 · K-1，Mn-PMNT的介电损耗降至0.0005， 探测优值达到40.2×10-5 Pa-1/2，高居里温度点单晶PIMNT的居里温度达到180℃以上。与合作单位一起利用该类晶体 研制的红外探测器的性能远优于利用传统热释电材料(如LiTaO3 )制作的探测器，其比探测率达到1.07×109 cm · Hz1/2 · W-1，说明利用该新型弛豫 铁电单晶制作的红外探测器具有广阔的应用前景。
热释电红外探测器 弛豫铁电单晶 比探测率 pyroelectric infrared detector relaxation ferroelectric crystal PMNT PMNT detectivity
结合多尺度几何分析和局部二值模式算子, 构造了一种新的多尺度、多方向局部特征描述子——局部Contourlet二值模式(LCBP).通过对尺度内、尺度间及同一尺度不同方向子带内LCBP直方图统计分析, 同时考虑到LCBP的四叉树结构特点和模型的简单性, 用两状态HMT描述LCBP系数, 得到LCBP-HMT模型.在此基础上, 提出了基于LCBP-HMT模型的目标识别算法, 该算法提取LCBP-HMT模型参数作为特征, 通过比较输入目标特征和各类标准目标特征的Kullback-Leibler距离进行分类.实验结果表明, LCBP特征比传统小波域特征和Contourlet域高斯分布模型特征更具鉴别能力.
多尺度几何分析 轮廓波变换 局部二值模式 目标识别 multiscale geometric analysis contourlet transform local binary pattern object classification
提出了一种基于二进制小波变换和改进SPIHT算法的图像编码方法.二进制小波变换将图像从实数域变换到实数域，消除像素之间的空间冗余性，得到了具有整数准确度的紧致描述.针对传统SPIHT 算法解码图像视觉效果差的缺点，提出了改进方法.根据图像分析结果，将二进制小波变换变换系数按视觉重要性重新排序，通过对视觉重要系数优先编码，把量化误差集中在视觉不敏感区域，从而在不影响编码率失真性能的同时，有效地提高了解码图像的视觉效果.实验结果表明，和其它流行的编码算法相比，本文算法对不同性质的图像具有最优的编码性能和视觉效果.
图像处理 二进制小波变换 视觉编码 SPIHT 算法 Image Processing Binary Wavelet Transform Perceptual Coding SPIHT Algorithm
