超聲波-超聲診斷儀的物理原理

超聲波

超聲診斷儀的物理原理

Supersonicwave

Physicsprinciple

ofultrasonicdiagonsticapparatus第1頁，共52頁。簡諧運動機(jī)械波判斷方法運動方程特征量振動能量振動合成阻尼與共振波動方程波的能量波的干涉駐波多普勒效應(yīng)惠更斯原理復(fù)習(xí)第2頁，共52頁。聲波超聲波聲壓聲強(qiáng)級響度級特點作用產(chǎn)生原理聲阻聲強(qiáng)診斷原理最新進(jìn)展知識結(jié)構(gòu)第3頁，共52頁。超聲成像儀

ultrasonicimagingdevice第4頁，共52頁。三維動態(tài)超聲圖像第5頁，共52頁。超聲波超聲診斷儀的物理原理一、聲波的性質(zhì)二、人的聽覺范圍三、超聲波的性質(zhì)四、超聲波在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用五、總結(jié)第6頁，共52頁。一、聲波的性質(zhì)

propertiesofsoundwave超聲和次聲聲壓和聲阻聲強(qiáng)反射和折射第7頁，共52頁。

1890年，一艘名叫“馬爾波羅號”帆船在從新西蘭駛往英國的途中，突然神秘地失蹤了。1948年初，一艘荷蘭貨船在通過馬六甲海峽時，一場風(fēng)暴過后，全船海員莫明其妙地死光；上述慘案，引起了科學(xué)家們的普遍關(guān)注，其中不少人還對船員的遇難原因進(jìn)行了長期的研究。第8頁，共52頁。關(guān)于次聲

infrasonicwave

經(jīng)過反復(fù)調(diào)查，終于弄清了制造上述慘案的“兇手”，是一種為人們所不很了解的次聲的聲波。

人體內(nèi)臟固有的振動頻率和次聲頻率相近似（0.0001－20赫），倘若外來的次聲頻率與人體內(nèi)臟的振動頻率相似或相同，就會引起人體內(nèi)臟的"共振"，從而使人產(chǎn)生上面提到的頭暈、煩躁、耳鳴、惡心等等一系列癥狀。第9頁，共52頁。超聲和次聲

supersonicwave&infrasonicwave在連續(xù)介質(zhì)中傳播的彈性波，若其頻率f在202104Hz之間，則能使人產(chǎn)生聲音的感覺，這種波稱為聲波(soundwave)；若其頻率在10420Hz之間，則這種波稱為次聲波(infrasonicwave)；若其頻率在21045108Hz之間，則這種波稱為超聲波(supersonicwave)。

第10頁，共52頁。人能聽到聲音的頻率為20Hz～20000Hz，其中最敏感的頻率2000Hz～3000Hz。老年人的聽覺隨著年齡而衰退，能聽到的頻率約為50Hz～12000Hz。聽閾第11頁，共52頁。聲壓soundpressure在媒質(zhì)中，有聲波傳播時的壓強(qiáng)與無聲波傳播時的靜壓強(qiáng)的差值為聲壓，以P表示：聲壓幅有效聲壓第12頁，共52頁。聲阻acousticimpedance在同一聲壓下，質(zhì)點振動速度v與ρc成反比。將此式與歐姆定律相比較，聲壓與電壓對應(yīng)，振動速度與電流對應(yīng)，則ρc與電阻對應(yīng)，稱為聲阻抗Z第13頁，共52頁。聲強(qiáng)soundintensity定義：是單位時間內(nèi)通過垂直聲波傳播方向的單位面積上的能量。

第14頁，共52頁。聲壓、聲阻、聲強(qiáng)聲壓P電壓U聲阻Z電阻R聲強(qiáng)I功率P振動速度v電流I有效聲壓PC有效電壓UC第15頁，共52頁。反射和折射

reflection&transmission在聲波的傳播過程中，當(dāng)遇到兩種不同媒質(zhì)的界面時，要發(fā)生發(fā)射、折射，他們遵守反射、折射定律。反射波強(qiáng)度與入射波強(qiáng)度之比，為反射系數(shù)，用air表示。折射波強(qiáng)度與入射波強(qiáng)度之比，為媒質(zhì)的折射系數(shù)或透射系數(shù)，用ait表示。incidence----reflectionincidence----transmission第16頁，共52頁。反射和折射

reflection&transmission對于垂直入射的情況，有理論證明：

阻抗差值越大，反射越強(qiáng)；聲阻抗相近時，透射強(qiáng)，反射弱。

人體各部分聲阻抗是不同的，導(dǎo)致超聲波入射到各組織界面反射時的反射量不同，成為超聲診斷的物理基礎(chǔ)。第17頁，共52頁。二、人耳的聽覺范圍

thehumanear'shearingrange人耳的靈敏度對于每一個頻率都有一個最小聲強(qiáng)，低于它的聲音人耳就聽不見了，這個最小聲強(qiáng)稱為聽閾(thresholdofhearing)；同時，還有一個最大聲強(qiáng)，高于它的聲音會使人耳感到不適或痛苦，這個最大聲強(qiáng)稱為痛閾(thresholdoffeeling)。第18頁，共52頁。聲強(qiáng)與聲強(qiáng)級

soundintensity&intensitylevel

人耳對聲音的感覺，近似地與聲強(qiáng)的對數(shù)成正比，常用聲強(qiáng)級L來表示：

聲強(qiáng)級L的單位為dB（分貝）。

I0=10-12W/m2，是接近1000Hz時的聽閾。第19頁，共52頁。聲強(qiáng)增加10倍，聲強(qiáng)級增加多少？聲強(qiáng)增加1倍，聲強(qiáng)級增加多少？第20頁，共52頁。0-50分貝：舒適，細(xì)語聲；50-90分貝：妨礙睡眠、難過、焦慮；90-130分貝：耳朵發(fā)癢、耳朵疼痛；130分貝以上：耳膜破裂、耳聾。

噪音對人體的危害是很大的，噪音量（分貝）對人體影響：第21頁，共52頁。演示第22頁，共52頁。響度與響度級

loudness&loudnesslevel聲強(qiáng)、聲強(qiáng)級是根據(jù)聲波的能量來確定的，是客觀物理量。響度是人耳對聲音強(qiáng)弱的主觀感受，不僅取決聲強(qiáng)，也與聲音的頻率有關(guān)。為比較聲音響度的大小，提出了響度級的概念。以1000Hz聲音的響度為標(biāo)準(zhǔn)，將其他頻率聲音的響度與其比較，只要它們響度相同，則有相同的響度級。響度級的單位是方(phon)。把頻率不同，響度級相同的各點連成的一條線，就構(gòu)成了等響曲線。演示第23頁，共52頁。0204060801001202010010002000500010000101210101081061041021020406080100120痛閾聽閾聲強(qiáng)(W/m2）聲強(qiáng)級(dB）Hz響度級(方）第24頁，共52頁。關(guān)于聽閾

thresholdofhearing同一頻率，聲強(qiáng)越大，響度越大同一聲強(qiáng)，頻率不同，響度不同人耳對2500－3000Hz最敏感20Hz，20000Hz，聽閾曲線，痛閾曲線組成人的聽覺區(qū)域。1000Hz時，響度級等于聲強(qiáng)級第25頁，共52頁。三、超聲波的特性

ultrasoundfeatures機(jī)械作用、空化作用、熱作用。方向性好。強(qiáng)度大。固體、液體貫穿本領(lǐng)強(qiáng)，氣體中衰減大為什么超聲探頭表面和人體皮膚之間需加石蠟等耦合劑？第26頁，共52頁。超聲波的產(chǎn)生

ultrasonicgeneration高頻信號發(fā)生器壓電晶體探頭發(fā)射超聲波：逆壓電效應(yīng)，高頻電壓轉(zhuǎn)化為機(jī)械振動接收超聲波：正壓電效應(yīng)，機(jī)械振動轉(zhuǎn)化為高頻電壓。第27頁，共52頁。四、超聲波的醫(yī)學(xué)應(yīng)用

ultrasonicmedicalapplications1、超聲診斷基本原理A型超聲診斷儀B型超聲診斷儀M型超聲診斷儀超聲多普勒2、超聲成像最新進(jìn)展3、超聲治療第28頁，共52頁。超聲診斷基本原理

thebasicprinciplesofultrasounddiagnosis超聲診斷儀應(yīng)用超聲脈沖回波技術(shù)，遇到幾個反射面就有幾個回波信號，顯示在顯示屏上?；夭ǖ拿}沖幅度提供了產(chǎn)生反射的界面種類的信息，各回波脈沖與始波的時間間隔提供了各反射面的深度信息。脈沖信號回波信號t第29頁，共52頁。超聲診斷基本原理

thebasicprinciplesofultrasounddiagnosis根據(jù)顯示的方式不同，超聲診斷儀分為A（Amplitude）型M（Motion）型B（Brightness）型已為臨床廣泛應(yīng)用。第30頁，共52頁。A型超聲診斷儀

amplitudeultrasounddiagnosis回波強(qiáng)度探頭深度（時間）一維成像，測量器官長度第31頁，共52頁。B型超聲診斷儀

brightnessultrasounddiagnosis探頭時間深度二維成像，顯示器官斷層圖像第32頁，共52頁。M型超聲診斷儀

motionultrasounddiagnosis時間深度探頭二維成像，顯示器官運動軌跡第33頁，共52頁。超聲多普勒

UltrasoundDoppler

由多普勒效應(yīng)可知，利用多普勒效應(yīng)可檢測運動物體。當(dāng)超聲波傳入人體某一血液流動區(qū)，被紅細(xì)胞散射返回探頭，回波信號的頻率將會變化，可求血液的速度。第34頁，共52頁。超聲成像具有實時性好、無損傷、無痛苦，以及低成本等獨特優(yōu)點近年來，超聲成像在彩色血流測量技術(shù)、三維超聲等方面的發(fā)展特別引人注目彩色多普勒血流成像系統(tǒng)（通常稱為彩超）是一種能同時顯示B型圖像和多普勒血流數(shù)據(jù)（血流方向、流速、流速分布）的雙重超聲掃描系統(tǒng)，可以得到彩色多普勒血流圖三維超聲圖像的重建及實時顯示超聲成像最新進(jìn)展thelatestprogressofultrasoundimaging第35頁，共52頁。超聲成像的發(fā)展第36頁，共52頁。超聲成像原理及超聲成像儀

MedisonSONOACE9900

Medison

SONOACE8000

第37頁，共52頁。腎臟第38頁，共52頁。心臟第39頁，共52頁。30周胎兒的臉第40頁，共52頁。Iamangry第41頁，共52頁。唇裂的胎兒第42頁，共52頁。第43頁，共52頁。第44頁，共52頁。胎兒的手指第45頁，共52頁。胎兒的脊椎第46頁，共52頁。胼胝體動脈第47頁，共52頁。心臟動態(tài)血流圖第48頁，共52頁。三維動態(tài)超聲圖像第49頁，共52頁。超聲治療小劑量超聲波能使神經(jīng)興奮性降低，傳導(dǎo)速度減慢，因而對神經(jīng)炎、神經(jīng)痛等疾病具有明顯的鎮(zhèn)痛作用。超聲藥物透入療法：利用超聲波把藥物經(jīng)過完整的皮膚或粘膜，送入人體內(nèi)的治療方法。超聲聚焦刀，將體外低能量（<3W）超聲波聚焦在體內(nèi)特定靶區(qū)，通過聚焦處高能量（>1000W）超聲波產(chǎn)生瞬態(tài)高溫效應(yīng)、空化效應(yīng)，殺死靶區(qū)腫瘤細(xì)胞。第50頁，共52頁。聲波超聲波聲壓聲強(qiáng)級響度級特點作用產(chǎn)生原理聲阻聲強(qiáng)診斷原理最新進(jìn)展相關(guān)習(xí)題：習(xí)題四：4-17,4-18第51頁，共52頁。內(nèi)容梗概超聲波

超聲診斷儀的物理原理

Supersonicwave

Physicsprinciple

ofultrasonicdiagonsticapparatus。最新進(jìn)展。超聲成像儀

ultrasonicimagingdevice。1890年，一艘名叫“馬爾波羅號”帆船在從新西蘭駛往英國的途中，突然神秘地失蹤了。若其頻率在21045108Hz之間，則這種。人能聽到聲音的頻率為20Hz～20000Hz，其中最敏感的頻率2000Hz～3000Hz。老年人的聽覺隨著年齡而衰退，能聽到的頻率約為50Hz