采用创新1-3-2复合结构的行-列寻址换能器实现高灵敏度三维超声成像

　　本刊推荐：本研究突破性地设计了基于1-3-2复合结构的行-列寻址（RCA）超声换能器，通过优化电极接触阻抗将插入损耗降至–33.7 dB，显著提升探头灵敏度。该探头中心频率8 MHz，带宽70%，实现优于0.50 mm的横向分辨率与0.25 mm的轴向分辨率，成功在体模及人体颈动脉中完成超快速三维成像（3D Imaging），为临床三维超声诊断提供重要技术支撑。

　　

设计与制备1-3-2复合材料的RCA换能器

选用具有银电极的PZT-5H压电陶瓷制备活性层，该材料不仅具备适宜的居里点，还拥有出色的压电与介电特性。除了材料本身的性质，元件几何结构也对换能器性能产生重要影响。根据Y.H. Zhu等人的研究，当块状压电材料通过切割工艺制成1-3-2复合材料时，不同的切割深度会对其性能产生差异化影响——较深的切割可提升压电常数但降低机电耦合系数，而较浅的切割则有利于优化频率常数并改善阻抗特性。

1-3-2复合材料RCA换能器的电声学性能

为验证电极接触性能的改进，我们对比测试了传统1–3复合结构与新型1-3-2复合结构的单通道电极层电阻。传统1–3复合材料采用溅射法沉积Ni/Cr与金电极，而1-3-2复合材料直接利用PZT-5H烧结固有的银电极。图2(a)(b)显示，当这两种材料的电极未被分割成独立通道时，1-3-2复合材料表现出更低的电阻值。进一步地，我们将整块电极分割为256个独立通道后，1-3-2结构的单通道平均电阻仅为2.1 Ω，显著低于传统1–3结构的35.6 Ω。这一结果充分证明1-3-2结构可大幅降低电极接触电阻。

结论

本研究成功开发出一种采用改良型1-3-2复合材料结构的256通道8 MHz RCA探头，用于三维超声成像。该探头的平均电阻抗与共振频率分别为45.9±3.1 Ω与7.48±0.15 MHz，平均中心频率、–6 dB带宽及峰峰值电压则达到8.15±0.23 MHz、69.2±3.6%与1.31±0.13 V。在成像性能方面，探头实现了优于0.5 mm的横向分辨率与0.25 mm的轴向分辨率，充分展现出其在快速三维超声成像中的临床应用潜力。