Сердцевина преобразователя — пьезоэлектрический элемент, изменяющий свои размеры, когда к нему приложено электрическое поле, или создающий электрическое поле, когда его деформируют в результате вибрации. Этот элемент обычно представляет собой моно- или поликристаллический материал, структура которого расположена соответственно направлению электрического поля, создаваемого электродами, приложенными к поверхности этого кристалла.
Практически во всех медицинских преобразователях используют поликристаллические материалы из титаната и цирконата свинца. Составными частями преобразователя, помимо керамических элементов, являются защитный корпус, провода, соединяющие с электронным прибором внутренние контакты. Вспомогательными элементами преобразователя являются материалы, обеспечивающие изоляцию, более высокую прочность или расширяющие рабочий диапазон частот при пульсирующем режиме, а также линзы, фокусирующие ультразвуковой луч.
Форма ультразвукового поля зависит от рабочей частоты преобразователя и ширины диапазона частот передаваемого акустического сигнала.
Собственная основная резонансная частота кристаллического элемента наиболее чувствительна при работе преобразователя. Частоту, на которой работает электроника прибора, обычно устанавливают так, чтобы она совпадала с резонансной частотой преобразователя. Хотя снижение частоты ультразвука способствует более глубокому прониканию в ткани, в то же время оно ведет к увеличению длины волны и уменьшению доплеровского сдвига.
Для нефокусирующего преобразователя такое увеличение длины волны способствует расширению луча. Слишком высокую частоту не применяют, потому что проникновение в ткани будет незначительно или доплеровская частота станет настолько высокой, что ее невозможно будет услышать ухом. При выборе рабочей частоты обычно идут на компромисс.
Большинство доплеровских систем работает на частотах 3— 10 МГц. Использовать более низкие частоты предпочитают для проникновения ультразвука в сердце, более высоких — для проникновения в сосуды конечностей.
Схематическое изображение ультразвуковых полей двух нефокусирующих преобразователей имеет три основные особенности.
1. Ультразвуковое поле состоит из двух различных областей. Непосредственно возле преобразователя расположено ближнее поле, имеющее почти цилиндрическую форму. За ним находится дальнее поле, которое по мере распространения расширяется.
2. Минимальная ширина ультразвукового поля расположена на расстоянии, где ближнее поле переходит в дальнее. Она приблизительно равна диаметру преобразователя. Расстояние от преобразователя до наиболее узкого места поля можно определить делением площади сечения преобразователя на длину волны.
3. В ближнем поле ширина пучка прямо пропорциональна диаметру преобразователя, а в дальнем — обратно пропорциональна.
