超聲學(xué)基礎(chǔ)課件

第一章醫(yī)學(xué)超聲學(xué)基礎(chǔ)

第一節(jié)超聲波的定義及特性波，根據(jù)其性質(zhì)可分為兩大類：彈性介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)機(jī)械振動(dòng)狀態(tài)的傳播過(guò)程。其實(shí)是機(jī)械振動(dòng)能量的傳播過(guò)程。二、聲波按頻率的分類及醫(yī)用超聲的范圍聲波按頻率(f)的分類一、聲波的定義簡(jiǎn)單的分類:f＜16Hz稱：次聲波16Hz≤f≤20kHz稱：可聽(tīng)聲波f＞20kHz稱：超聲波醫(yī)學(xué)超聲儀的頻率范圍：200kHz－40MHz超聲診斷儀的頻率范圍：1MHz－10MHz

相應(yīng)的波長(zhǎng)：1.5mm－0.15mm三、超聲波（最突出）的特性1.方向性好——用于探測(cè)、診斷。2.能量大

——用于清洗、滅菌、手術(shù)。第三節(jié)超聲波的分類

一、按質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向和波傳播方向的關(guān)系分類1.

橫波質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向垂直于波的傳播方向的波。由介質(zhì)的切變彈性引起，亦稱切變波。橫波僅在固體中傳播。2.

縱波質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向平行于波的傳播方向的波。由介質(zhì)的壓縮彈性引起，亦稱疏密波或壓縮波?？v波能在固體、液體和氣體中傳播。由于人體軟組織無(wú)切變彈性，橫波在人體軟組織中不能傳播，而只能以縱波的方式傳播，所以縱波是超聲診斷和治療的常用波型。1.聲速c聲波在單位時(shí)間內(nèi)傳播的距離稱聲速，用c表示。聲速c與質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度v是不同的。c與以下因素有關(guān)：（1）c與波類型有關(guān)。橫波c＞縱波c。（2）在流體與氣體介質(zhì)中（平面縱波）：

B－介質(zhì)的體積彈性系數(shù)ρ－介質(zhì)的密度（3）c與溫度有關(guān)——因B與溫度有關(guān)。如：空氣中一定溫度內(nèi)每升高1℃，聲速約增加0.6m/S。（4）c與頻率無(wú)關(guān)，即無(wú)頻散（色散）現(xiàn)象。二、波參數(shù)與超聲診斷有關(guān)的各種介質(zhì)的聲速

5.聲阻抗率Z（1）定義聲場(chǎng)中某點(diǎn)的聲壓與該質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度之比稱聲阻抗率Z＝P/v對(duì)于平面波，可求得：Z＝P/v＝ρc在水和空氣中,還可得：Z＝P/v＝ρc＝(Bρ)1/2式中：ρ—介質(zhì)密度，c—聲速，B—體積彈性系數(shù)

（2）說(shuō)明①Z只與介質(zhì)本身聲學(xué)特性有關(guān)，又稱特性阻抗；②Z的單位是瑞利，1瑞利＝1g/cm2·S；③聲阻抗率越大，超聲縱波速度越快。（3）人體組織按聲阻抗率大致可分成三類

①體液及軟組織：Z≈1.5×105瑞利②氣體及充氣的肺組織：Z≈0.0004-0.26×105瑞利③骨及鈣化了的組織：Z≈5.57-8.3×105瑞利

（4）關(guān)于聲阻抗名稱聲阻抗是“機(jī)-電類比”中，與電阻抗相類比而稱的?！皺C(jī)-電類比”是用電學(xué)的理論、手段研究聲學(xué)問(wèn)題的方法。因?yàn)樵S多聲學(xué)系統(tǒng)與相應(yīng)的電學(xué)系統(tǒng)有相同的微分方程聲學(xué)：Z＝P/v，電學(xué)：R＝U/I，類比：Z－R，P－U，V－I

（3）超聲波垂直入射界面時(shí)的力學(xué)特性

介質(zhì)1介質(zhì)2透射波反射波入射波界面Pt,ItPi,IiPr,Ir其中：，（4）討論①則有反射，有透射；②則無(wú)反射，全透射；③則幾乎全反射，無(wú)透射；④則幾乎全反射，無(wú)透射。反射超聲能量的大小取決于兩種介質(zhì)的聲阻抗率差超聲垂直入射時(shí)：在空氣－軟組織交界面上，聲強(qiáng)反射系數(shù)為0.9989；在軟組織－顱骨交界面上，聲強(qiáng)反射系數(shù)為0.32。即在這兩種界面上，有99.9％和32％的超聲能量被反射回來(lái)。這就是為什么超聲診斷儀不能檢查含氣體的臟器及對(duì)頭顱檢查困難的原因。

超聲診斷儀檢查時(shí)聲波通路上必須避開骨和空氣。二、透過(guò)薄層的波

在超聲換能器中，超聲要通過(guò)幾層特性阻抗不同的介質(zhì)進(jìn)行傳播。這里只討論最簡(jiǎn)單的情況，即假設(shè)平面超聲波垂直入射，通過(guò)三層介質(zhì)。如圖：

因此，在超聲診斷中耦合層的厚度應(yīng)盡可能薄，只要把探頭與皮膚間的氣泡排除即可。超聲換能器輻射面上的保護(hù)膜厚度也要按這個(gè)關(guān)系選用。

（2）當(dāng)，n=1,2,···，且時(shí)可得：可見(jiàn)，當(dāng)中間層厚度等于穿過(guò)其中的超聲波波長(zhǎng)的四分之一的奇數(shù)倍，且特性阻抗等于其它兩種介質(zhì)特性阻抗的幾何平均值時(shí)，聲波在三種不同介質(zhì)中能完全透射，而無(wú)反射。此時(shí)，稱為匹配。這個(gè)中間層稱為匹配層。

三、散射和繞射前面討論的反射和折射，有一個(gè)重要條件，即反射界面對(duì)于超聲波波長(zhǎng)來(lái)說(shuō)是無(wú)限大的：d>>λ。當(dāng)d與λ可比，則發(fā)生繞射。例如膽結(jié)石。當(dāng)d<<λ，則發(fā)生散射。例如紅細(xì)胞。1.散射①條件：d<<λ；②現(xiàn)象：小障礙物變成新的波源，并向四周發(fā)射超聲波；③回波：散射信號(hào)的回波大小與入射角無(wú)明顯關(guān)系；④應(yīng)用：運(yùn)動(dòng)的紅細(xì)胞散射——超聲多普勒血流儀；臟器內(nèi)小結(jié)構(gòu)散射——B超臟器結(jié)構(gòu)性質(zhì)顯像。2.繞射①條件：d與λ接近；②現(xiàn)象：障礙物邊緣超聲波繞過(guò)障礙物繼續(xù)前進(jìn)；③應(yīng)用：膽結(jié)石邊緣發(fā)生繞射，在其后方形成聲影，以此判別是否膽結(jié)石。三、超聲衰減規(guī)律（1）平面波在均勻生物組織中傳播時(shí)，有指數(shù)型關(guān)系式中，I0,P0—x=0處的聲強(qiáng)、聲壓有效值—介質(zhì)的聲壓衰減系數(shù)（2）聲壓衰減系數(shù)①與擴(kuò)散、散射、吸收等因素有關(guān)。一般

②在人體軟組織，并診斷用超聲頻率范圍內(nèi)式中，β—介質(zhì)的超聲衰減常數(shù)。可查表得。③單位：—(mm)-1,β—μs/mm,f—MHz.習(xí)題一、是非題（如錯(cuò)，請(qǐng)改正）

1.超聲波是聲速超過(guò)可聽(tīng)聲的聲波。

3.介質(zhì)的聲阻抗率越大，其中的聲速越低。

4.在兩層介質(zhì)之間加一匹配層，其厚度與超聲頻率無(wú)關(guān)。5.超聲波是介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)能量的傳播過(guò)程。6.橫波由介質(zhì)的壓縮彈性引起。

13.利用超聲回波可以測(cè)量距離，所以可以利用超聲測(cè)量地球到月球的距離。

14.超聲波的聲速隨頻率的不同而略有不同。

15.在人體軟組織和骨骼中，超聲波的聲速相同。

16.用B超檢查時(shí)，在膽結(jié)石的后方出現(xiàn)“聲影”，這是由超聲的散射效應(yīng)引起的。

三、選擇題

2.兩束聲波相