北航10系-1-超聲測(cè)量基礎(chǔ)

第七章、生物醫(yī)學(xué)超聲測(cè)量與成像生物與醫(yī)學(xué)工程學(xué)院北航10系-1-超聲測(cè)量基礎(chǔ)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁(yè)!現(xiàn)代三大醫(yī)學(xué)成像技術(shù)醫(yī)學(xué)成像技術(shù)X-CTMRIULTRASOUND生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)重要的分支之一。北航10系-1-超聲測(cè)量基礎(chǔ)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁(yè)!什么是超聲波？頻率低于20赫茲的機(jī)械波稱為次聲波。AudibleInfrasoundUltrasound20Hz20kHz大多數(shù)醫(yī)學(xué)超聲設(shè)備所用的頻率在0.5-15MHz之間。超聲波波長(zhǎng)短，決定了其具有一些重要特性?？陕犅暡ǎl率在20-20000赫茲之間。頻率高于20000赫茲稱為超聲波。北航10系-1-超聲測(cè)量基礎(chǔ)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁(yè)!超聲波成像的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)特點(diǎn)：對(duì)軟組織的分辨能力強(qiáng)信息的顯示有多種方法特別適用于腹部臟器、心臟、眼科和婦產(chǎn)科的診斷，而對(duì)骨骼或含氣體的臟器組織如肺部，則不能較好地成像優(yōu)點(diǎn)：

無損傷、無痛苦、無輻射實(shí)時(shí)、快捷、準(zhǔn)確、方便北航10系-1-超聲測(cè)量基礎(chǔ)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁(yè)!

第1節(jié)緒論醫(yī)學(xué)超聲理論基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)超聲的組成醫(yī)學(xué)超聲的發(fā)展醫(yī)學(xué)超聲測(cè)量?jī)x器的分類醫(yī)學(xué)超聲測(cè)量過程生物組織的醫(yī)學(xué)超聲成像北航10系-1-超聲測(cè)量基礎(chǔ)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁(yè)!2、醫(yī)學(xué)超聲的組成醫(yī)學(xué)超聲物理研究超聲波在生物組織中的傳播特性和規(guī)律醫(yī)學(xué)超聲醫(yī)學(xué)超聲工程應(yīng)用生物組織中超聲傳播的規(guī)律，設(shè)計(jì)用于醫(yī)學(xué)診斷和治療的超聲設(shè)備醫(yī)學(xué)超聲診斷醫(yī)學(xué)超聲治療緒論北航10系-1-超聲測(cè)量基礎(chǔ)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁(yè)!醫(yī)學(xué)超聲治療

超聲ULTRASOUND

HUMANBODY熱機(jī)制力學(xué)機(jī)制空化機(jī)制對(duì)應(yīng)設(shè)備：超聲刀緒論北航10系-1-超聲測(cè)量基礎(chǔ)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁(yè)!4、超聲測(cè)量?jī)x器的分類醫(yī)學(xué)超聲的包含有相當(dāng)豐富。根據(jù)原理、任務(wù)和設(shè)備體系，可劃分成很多類。緒論按用途可分為診斷超聲和治療超聲兩大類。按波形分有連續(xù)波超聲和脈沖波超聲設(shè)備。按物理特性分有回波式和透射式超聲診斷儀。按醫(yī)學(xué)超聲設(shè)備的體系分類A型、M型、Ｂ型、C型、D型和F型、超聲CT、超聲外科設(shè)備、超聲全息診斷設(shè)備、超聲顯微鏡、超聲治療設(shè)備。北航10系-1-超聲測(cè)量基礎(chǔ)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁(yè)!5、醫(yī)學(xué)超聲成像過程

通過超聲探頭（換能器）產(chǎn)生壓力波型（超聲）聲波在組織中傳播接收換能器“聽”反射波利用算法進(jìn)行回波處理并成像緒論北航10系-1-超聲測(cè)量基礎(chǔ)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁(yè)!第2節(jié)常用醫(yī)學(xué)超聲測(cè)量?jī)x器北航10系-1-超聲測(cè)量基礎(chǔ)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁(yè)!1.2A型超聲診斷診斷原理超聲波->人體組織中傳播->不同聲阻抗界面－>反射回聲->波形顯示。界面介質(zhì)的聲阻抗差大->回波幅高；反之則低北航10系-1-超聲測(cè)量基礎(chǔ)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁(yè)!我們實(shí)驗(yàn)室的A型超聲測(cè)量系統(tǒng)北航10系-1-超聲測(cè)量基礎(chǔ)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁(yè)!2、M型超聲波診斷儀M型超聲----(Motionmode)超聲,帶時(shí)間分辨特點(diǎn)的輝度型超聲。利用超聲波的反射特性，獲得人體組織內(nèi)有關(guān)信息，進(jìn)行疾病診斷。2.1診斷疾病方式北航10系-1-超聲測(cè)量基礎(chǔ)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁(yè)!2.3M型的臨床應(yīng)用主要用于心臟及大血管檢查，早期將之稱為M型超聲心動(dòng)圖。目前主要用于心臟疾病的診斷，尤其用于觀察心臟瓣膜的活動(dòng)情況北航10系-1-超聲測(cè)量基礎(chǔ)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁(yè)!

幅度調(diào)制改為輝度調(diào)制;探頭聲束必須掃查;得到的是人體切面聲像圖在A型之上建立的一種成像方式3.2B型超聲原理北航10系-1-超聲測(cè)量基礎(chǔ)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第15頁(yè)!3.3B型超聲的特點(diǎn)B超圖像與人體的解剖結(jié)構(gòu)相似，能直觀地顯示臟器的大小、形態(tài)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并可區(qū)分組織內(nèi)成分(固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài))。B超成像速度快，能夠觀察心臟的運(yùn)動(dòng)功能、胎心搏動(dòng)，以及胃腸蠕動(dòng)等。超聲根據(jù)組織間聲阻抗不同成像，對(duì)軟組織的分辨力是X射線的100倍以上。北航10系-1-超聲測(cè)量基礎(chǔ)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第16頁(yè)!4.2測(cè)量原理人體運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)（心臟瓣膜）或散射子（血液紅細(xì)胞）反射回來的超聲波發(fā)生多普勒頻移。檢測(cè)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)速度信息，分析顯示人體內(nèi)部器官運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。北航10系-1-超聲測(cè)量基礎(chǔ)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第17頁(yè)!

數(shù)字B超成像原理與設(shè)備結(jié)構(gòu)圖關(guān)于數(shù)字超聲設(shè)備各部分的原理與實(shí)現(xiàn)方法，我們?cè)诤竺娴膬?nèi)容中加以介紹。北航10系-1-超聲測(cè)量基礎(chǔ)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第18頁(yè)!3.1超聲波的一般概念機(jī)械振動(dòng)與機(jī)械波機(jī)械振動(dòng)：物體沿著直線和曲線在某一平衡位置附近作往復(fù)周期性的運(yùn)動(dòng)。機(jī)械波：振動(dòng)的傳播過程稱為波動(dòng)。機(jī)械振動(dòng)在彈性介質(zhì)中的傳播過程稱為機(jī)械波。

產(chǎn)生機(jī)械波必須具備以下兩個(gè)條件：要有作機(jī)械振動(dòng)的波源。要有能傳播機(jī)械振動(dòng)的彈性介質(zhì)。超聲波是一種機(jī)械波超聲的物理基礎(chǔ)北航10系-1-超聲測(cè)量基礎(chǔ)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第19頁(yè)!3.2描述超聲波的傳播特性傳播特性：

波的透射、反射與散射疊加、干涉、繞射等

障礙物的尺寸小于或近似等于超聲波長(zhǎng)時(shí)，發(fā)生散射。散射是使超聲掃描成像得以實(shí)現(xiàn)的最基本現(xiàn)象。由于散射波攜帶了被測(cè)介質(zhì)的結(jié)構(gòu)信息，散射波的分析和屏幕顯示就反映了組織的結(jié)構(gòu)狀況。超聲的物理基礎(chǔ)北航10系-1-超聲測(cè)量基礎(chǔ)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第20頁(yè)!反射和折射(透射)超聲的反射和折射聲符合反射定律(i=r)和折射定律(斯涅兒定律)：聲在入射介質(zhì)中的傳播速度與折射介質(zhì)中的傳播速度之比，也就是入射角和折射角的正弦之比為一常數(shù)nn=北航10系-1-超聲測(cè)量基礎(chǔ)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第21頁(yè)!在研究散射時(shí)，散射截面S是一個(gè)重要的概念。它定義為由障礙物所產(chǎn)生的總反射功率與入射強(qiáng)度之比。22一般有以下三種情況：北航10系-1-超聲測(cè)量基礎(chǔ)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第22頁(yè)!鏡面反射和散射23北航10系-1-超聲測(cè)量基礎(chǔ)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第23頁(yè)!3.3描述超聲波的物理量聲速C、波長(zhǎng)λ、周期T、頻率f、C=λ/T=fλ聲壓聲強(qiáng)聲阻抗聲衰減超聲的物理基礎(chǔ)下面主要介紹幾個(gè)與人體組織超聲測(cè)量與成像最相關(guān)的幾個(gè)物理量。北航10系-1-超聲測(cè)量基礎(chǔ)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第24頁(yè)!人體組織中的聲速與相關(guān)因素人體組織中的聲速與下列因素相關(guān)組織的平均密度組織的可壓縮性K（彈性模量）25北航10系-1-超聲測(cè)量基礎(chǔ)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第25頁(yè)!超聲波在人體各種組織中的傳播速度北航10系-1-超聲測(cè)量基礎(chǔ)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第26頁(yè)!對(duì)于一無吸收媒質(zhì)的平面波,有波動(dòng)時(shí)壓強(qiáng)的最大值與沒有波動(dòng)作用時(shí)各點(diǎn)壓強(qiáng)的差值稱為壓強(qiáng)振幅(Pm),它可由下式確定：

Pm=ρcVm即：聲壓振幅Pm與媒質(zhì)密度ρ、質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度的最大值Vm及波速c成正比。

超聲波由于其頻率高，因而聲壓亦大。中等治療劑量的超聲波在組織中產(chǎn)生的附加聲壓約為±2.6個(gè)大氣壓。超聲治療、超聲美容都利用了聲壓。北航10系-1-超聲測(cè)量基礎(chǔ)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第27頁(yè)!聲壓反射率和透射率超聲波縱波傾斜入射到由聲阻抗為Z1和Z2兩種介質(zhì)所構(gòu)成的界面上時(shí),28聲壓透射率為αL為入射角，βL為折射角,Pr反射波聲壓，Po入射波聲壓，Pt透射波聲壓聲壓反射率為北航10系-1-超聲測(cè)量基礎(chǔ)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第28頁(yè)!3.3.4聲強(qiáng)聲功率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)，聲波沿傳播方向通過某一波陣面所傳遞的聲能（單位：瓦）。

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聲強(qiáng)是表示聲的客觀強(qiáng)弱的物理量,它用每秒鐘通過垂直于聲波傳播方向的1平方厘米面積的能量來度量。聲強(qiáng)：通過單位面積(垂直傳過)的聲功率稱為功率密度或聲強(qiáng)。用I表示，常用單位為W/m2（瓦/平方米）。北航10系-1-超聲測(cè)量基礎(chǔ)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第29頁(yè)!由于超聲波的頻率很高，故超聲波的聲強(qiáng)很大，這是超聲波能用于醫(yī)學(xué)診斷與治療的重要依據(jù)。診斷超聲安全劑量閾值診斷超聲中，禁止使用過高的超聲劑量以避免損害人體組織。當(dāng)組織中超聲劑量太小，小到接收信號(hào)不到檢測(cè)閾值時(shí)，超聲探查則失去意義。超聲診斷安全劑量有待進(jìn)一步研究和統(tǒng)一。北航10系-1-超聲測(cè)量基礎(chǔ)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第30頁(yè)!3.3.5聲阻抗聲阻抗是描述介質(zhì)(彈性媒質(zhì))的聲學(xué)特性的一個(gè)重要物理量,表示超聲場(chǎng)中介質(zhì)對(duì)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的阻礙作用.對(duì)于各向同性的均勻媒質(zhì)中無衰減的平面自由行波來說,媒質(zhì)中某點(diǎn)有效聲壓P與振動(dòng)質(zhì)點(diǎn)速度有效值V之比稱為聲阻抗率,它用Z表示：聲阻抗在數(shù)值上等于介質(zhì)的密度ρ與介質(zhì)中聲速c的乘積。北航10系-1-超聲測(cè)量基礎(chǔ)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第31頁(yè)!某些組織和材料中的聲阻抗北航10系-1-超聲測(cè)量基礎(chǔ)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第32頁(yè)!影響衰減的因素很多，主要分為兩大類：超聲波在傳播過程中在介質(zhì)交界面發(fā)生反射、折射和散射超聲波能量再分布。超聲波在傳播過程中部分能量被吸收轉(zhuǎn)換成熱能等其他能量。北航10系-1-超聲測(cè)量基礎(chǔ)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第33頁(yè)!衰減隨超聲波頻率的變化研究表明，超聲波在生物組織中傳播時(shí)的衰減不但決定于距離，還與頻率有關(guān)。當(dāng)超聲頻率在1MHz－15MHz范圍內(nèi)，超聲波被人體組織吸收的系數(shù)幾乎與頻率成正比，其吸收衰減系數(shù)為0.5-3.5dB/(cm·MHz)。幾乎80%的超聲波被膠原蛋白吸收。吸收衰減系數(shù)主要由超聲頻率、組織粘滯性等決定。34北航10系-1-超聲測(cè)量基礎(chǔ)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第34頁(yè)!衰減系數(shù)μ0是媒質(zhì)的幅度衰減系數(shù)，此處用每厘米衰減多少奈培做單位，即Np/cm。因此

通常用衰減系數(shù)描述衰減，表示每厘米衰減多少奈培或分貝，即dB/cm。35北航10系-1-超聲測(cè)量基礎(chǔ)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第35頁(yè)!3.4超聲生物效應(yīng)近20年來，研究人員在器官、細(xì)胞、分子等水平上對(duì)超聲生物效應(yīng)課題進(jìn)行了廣泛研究。超聲生物效應(yīng)問題十分復(fù)雜，取決于許多生物物理方面因素。這里僅對(duì)其基本的機(jī)理和規(guī)律加以簡(jiǎn)單闡述。北航10系-1-超聲測(cè)量基礎(chǔ)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第36頁(yè)!2、機(jī)械機(jī)制超聲波在人體中傳播時(shí)的振動(dòng)和壓力會(huì)對(duì)細(xì)胞和組織結(jié)構(gòu)產(chǎn)生直接的效應(yīng)。如細(xì)胞和細(xì)胞器可以會(huì)被高強(qiáng)度超聲波產(chǎn)生的剪切力所粉碎。3、空化機(jī)制

聲空化可以定義為充有氣體和水蒸氣的空腔在外場(chǎng)作用下發(fā)生振蕩的任何現(xiàn)象?？栈臋C(jī)理相當(dāng)復(fù)雜，在對(duì)聲空化的研究中還有許多未知的領(lǐng)域北航10系-1-超聲測(cè)量基礎(chǔ)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第37頁(yè)!作業(yè)查閱文獻(xiàn)什么叫超聲顯微鏡？超聲顯微鏡的發(fā)展歷程？目前最好的超聲顯微鏡的分辨率？超聲顯微鏡在科研方面的用途？北航10系-1-超聲測(cè)量基礎(chǔ)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第38頁(yè)!超聲成像

ultrasonograghy定義：利用超聲波的物理特性和人體組織器官的聲學(xué)特性相互作用而產(chǎn)生的信息，經(jīng)處理后形成圖形和曲線，借此進(jìn)行疾病診斷的一種物理檢查方法。北航10系-1-超聲測(cè)量基礎(chǔ)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第39頁(yè)!生物醫(yī)學(xué)超聲測(cè)量與成像本章內(nèi)容緒論

(醫(yī)學(xué)超聲基礎(chǔ)、組成、發(fā)展、儀器分類等）醫(yī)學(xué)超聲測(cè)量?jī)x器

（A、B、D、M等型號(hào)超聲儀器原理）超聲的物理基礎(chǔ)(超聲波的物理基礎(chǔ)與基本物理量)超聲波的產(chǎn)生與接收

（壓電效應(yīng)、超聲換能器構(gòu)成及聲場(chǎng)特性）生物組織的醫(yī)學(xué)超聲測(cè)量

(超聲參量(聲速、聲衰減、聲特征阻抗等參量)的測(cè)量方法)現(xiàn)代超聲成像技術(shù)(著重介紹B超成像技術(shù))北航10系-1-超聲測(cè)量基礎(chǔ)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第40頁(yè)!1、醫(yī)學(xué)超聲的理論基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)超聲是一門將聲學(xué)中的超聲學(xué)與醫(yī)學(xué)應(yīng)用結(jié)合起來形成的邊緣學(xué)科。41理論基礎(chǔ)：振動(dòng)與波動(dòng)理論1-緒論北航10系-1-超聲測(cè)量基礎(chǔ)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第41頁(yè)!醫(yī)學(xué)超聲診斷

超聲

透射transmission

反射reflection

折射refraction

衍射difration

散射scattering

衰減attenuation

吸收absorption

HUMANBODY

ULTRASOUND對(duì)應(yīng)設(shè)備：醫(yī)院中的普通B超/D超等等緒論北航10系-1-超聲測(cè)量基礎(chǔ)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第42頁(yè)!3、醫(yī)學(xué)超聲的發(fā)展80年代以后50－70年代40年代20－30年代顯微、彈性成像、生物效應(yīng)M超、全息、多普勒超等B超A超法國(guó)科學(xué)家朗之萬緒論北航10系-1-超聲測(cè)量基礎(chǔ)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第43頁(yè)!A、B型儀器主要給出了探查區(qū)域內(nèi)有關(guān)解剖結(jié)構(gòu)和組織特性的信息；M型儀器和多普勒(D型)超聲儀器反映體內(nèi)運(yùn)動(dòng)界面和血液流動(dòng)的動(dòng)態(tài)變化。3D三維超聲目前醫(yī)院最常用的設(shè)備主要包括：A型、B型、M型和D型(多普勒)超聲診斷儀，另外還有C型、F型、三維超聲也開始有利用。緒論北航10系-1-超聲測(cè)量基礎(chǔ)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第44頁(yè)!6、生物組織的醫(yī)學(xué)超聲特性超聲成像主要運(yùn)用了超聲傳播特性與人體組織之間某些關(guān)系：人體不同組織中傳播速度不同組織中聲衰減系數(shù)，不同組織界面間的反射率，非線性參量等等。后面的學(xué)習(xí)中我們會(huì)從理論角度詳細(xì)介紹上述關(guān)系。緒論北航10系-1-超聲測(cè)量基礎(chǔ)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第45頁(yè)!1、A型超聲－－(Amplitudemodulationmode）超聲即幅度調(diào)制型超聲A超利用超聲波的反射特性，獲得人體組織內(nèi)有關(guān)信息，進(jìn)行疾病診斷。1.1診斷疾病方式北航10系-1-超聲測(cè)量基礎(chǔ)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第46頁(yè)!根據(jù)回聲波幅的高低、多少、形狀等對(duì)組織狀態(tài)作為判斷。1.3A型超聲特點(diǎn)臨床上目前主要用此法測(cè)量組織界面的距離、臟器的直徑，眼科及顱腦疾病的探查。同時(shí)A型超聲是實(shí)驗(yàn)室

常用的研究方法。北航10系-1-超聲測(cè)量基礎(chǔ)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第47頁(yè)!1.4A型超聲局限性回波圖只能體現(xiàn)局部組織信息，無法反映解剖形態(tài)。北航10系-1-超聲測(cè)量基礎(chǔ)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第48頁(yè)!2.2M型超聲診斷診斷原理首先把超聲回波幅度大小轉(zhuǎn)換為輝度(輝度調(diào)制型)，然后根據(jù)輝度隨時(shí)間的變化對(duì)組織狀態(tài)作為判斷。北航10系-1-超聲測(cè)量基礎(chǔ)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第49頁(yè)!3、B型超聲診斷儀B型超聲----(BrightnessmodulatedMode).因其成像方式采用輝度調(diào)制而得名。主要利用超聲波的反射特性，獲得人體的解剖結(jié)構(gòu)與組織內(nèi)信息，進(jìn)行疾病診斷。3.1診斷疾病方式北航10系-1-超聲測(cè)量基礎(chǔ)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第50頁(yè)!Ｂ超目前使用最廣泛的超聲診斷儀，由于能得到人體內(nèi)部臟器和病變的斷層面，對(duì)臟器進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)觀察，非常直觀。B超儀器心臟B超圖像北航10系-1-超聲測(cè)量基礎(chǔ)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第51頁(yè)!4、D型超聲D型超聲－－（Doppler）超聲多普勒超聲。4.1診斷方式多普勒效應(yīng)：某一頻率的波的波源與接收系統(tǒng)產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，所接收到的波的頻率會(huì)發(fā)生變化（即頻移）。北航10系-1-超聲測(cè)量基礎(chǔ)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第52頁(yè)!4.3D型超聲在醫(yī)學(xué)診斷中的應(yīng)用超聲多普勒應(yīng)用臨床以來，應(yīng)用價(jià)值愈加明顯，以運(yùn)動(dòng)器官為主要研究對(duì)象的心血管科，成為不可或缺的診斷工具。北航10系-1-超聲測(cè)量基礎(chǔ)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第53頁(yè)!第3節(jié)超聲的物理基礎(chǔ)北航10系-1-超聲測(cè)量基礎(chǔ)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第54頁(yè)!生物組織中的超聲特性人體結(jié)構(gòu)對(duì)超聲而言是一個(gè)復(fù)雜的介質(zhì)，各種器官與組織、包括病理組織，隨組織的類型和形狀不同，生物組織的超聲特性存在差異。聲反射、折射、透射、散射；以及聲強(qiáng)、聲阻抗、聲速和聲衰減等特性在確定醫(yī)學(xué)超聲探測(cè)與成像技術(shù)的有用性方面起了至關(guān)重要的作用。55北航10系-1-超聲測(cè)量基礎(chǔ)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第55頁(yè)!3.2.1超聲波的反射和折射(透射)當(dāng)波傳播到兩種介質(zhì)的分界面時(shí)，一部分反射形成反射波，另一部分進(jìn)入介質(zhì)形成折射波。56北航10系-1-超聲測(cè)量基礎(chǔ)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第56頁(yè)!3.2.2散射當(dāng)超聲波遇到的障礙物的尺寸小于和近似等于波長(zhǎng)時(shí)，則要發(fā)生散射。散射是使超聲掃描成像得以實(shí)現(xiàn)的最基本現(xiàn)象。正是由于散射波攜帶了被測(cè)介質(zhì)的結(jié)構(gòu)信息，對(duì)散射波的分析和屏幕顯示就反映了組織的結(jié)構(gòu)狀況。57北航10系-1-超聲測(cè)量基礎(chǔ)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第57頁(yè)!設(shè)障礙物的尺寸D和波長(zhǎng)的大小λ當(dāng)D>>λ時(shí)，散射截面S=1，只反射無散射。選用診斷用超聲波時(shí)，為了提高圖像分辨率，常視所要探查的對(duì)象加以選用比探查對(duì)象小得多的波長(zhǎng)，繞射不顯著，分辨率高。當(dāng)D<<λ時(shí)，由散射形成的輻射范圍分布在所有方向上，入射波繞著設(shè)置障礙物被衍射，繞射現(xiàn)象明顯。當(dāng)D與λ相當(dāng)時(shí)，既反射又繞射，散射的輻射分布復(fù)雜。58北航10系-1-超聲測(cè)量基礎(chǔ)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第58頁(yè)!散射波的強(qiáng)度在發(fā)生散射時(shí)，散射波的強(qiáng)度與障礙物的大小有關(guān)，隨障礙物直徑與波長(zhǎng)的比值增大而加強(qiáng)。單一障礙物散射對(duì)于入射波能量消耗不致妨礙超聲檢測(cè)；但有許多的散射中心時(shí)，入射波的能量將由此漸漸地被大量甚至全部散射殆盡。散射是引起超聲衰減的重要因素之一。59北航10系-1-超聲測(cè)量基礎(chǔ)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第59頁(yè)!3.3.1組織中的聲速超聲波從聲源通過介質(zhì)向周圍傳播，介質(zhì)可以是固體、氣體和液體，人體組織是超聲波的傳播介質(zhì)。60聲波的傳播過程實(shí)質(zhì)上是能量的傳遞過程,其傳遞速度的快慢與介質(zhì)的密度、彈性模量有關(guān)。對(duì)一定的介質(zhì)，彈性模量和密度為常數(shù)，聲速也是常數(shù)。聲波在介質(zhì)中單位時(shí)間內(nèi)傳播的距離,稱為聲速。北航10系-1-超聲測(cè)量基礎(chǔ)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第60頁(yè)!人體組織結(jié)構(gòu)復(fù)雜，軟組織性質(zhì)接近流體性質(zhì)，超聲波在大多數(shù)軟組織內(nèi)的傳播速度亦相差不大，超聲波在流體中的傳播速度，平均聲速C=1540m/s。61人體骨骼性質(zhì)與固體相近，故其傳播速度也相近，其聲速為軟組織中的三倍左右。在利用超聲回波定位測(cè)距時(shí)，聲速在保證測(cè)距精度上是一重要因素。在我們實(shí)驗(yàn)室的研究中，聲速是描述軟骨的退化和骨質(zhì)疏松的重要指標(biāo)。北航10系-1-超聲測(cè)量基礎(chǔ)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第61頁(yè)!3.3.2聲壓

縱波在彈性媒質(zhì)內(nèi)傳播過程中,媒質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的壓強(qiáng)是隨時(shí)間變化的,媒質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的密度時(shí)密時(shí)疏,從而使平衡區(qū)的壓力時(shí)強(qiáng)時(shí)弱,結(jié)果導(dǎo)致有波動(dòng)時(shí)壓強(qiáng)(Pw)與無波動(dòng)時(shí)壓強(qiáng)(P0)之間有一定額壓強(qiáng)差(Pw－P0),這一波動(dòng)壓強(qiáng)稱為聲壓。北航10系-1-超聲測(cè)量基礎(chǔ)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第62頁(yè)!3.3.3反射率和透射率斯涅爾反射、折射定律只討論了超聲波傾斜入射到界面上時(shí)各種類型反射波和折射波的傳播方向。波的反射率和透射率不僅與界面兩側(cè)介質(zhì)的聲阻抗有關(guān)，而且還與入射波的類型及入射角的大小有關(guān)。63北航10系-1-超聲測(cè)量基礎(chǔ)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第63頁(yè)!不同生物組織界面的反射率64北航10系-1-超聲測(cè)量基礎(chǔ)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第64頁(yè)!對(duì)于平面余弦波，其平均聲強(qiáng)I為式中，ρ為介質(zhì)的密度，c為介質(zhì)中的聲速，A為質(zhì)點(diǎn)的振幅，ω為質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的圓頻率,ω=2πf.V=Aω為質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度幅值聲強(qiáng)與聲壓平方成正比,與頻率平方成正比，隨著傳播距離而衰減。北航10系-1-超聲測(cè)量基礎(chǔ)共74頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第65頁(yè)!

下表列出診斷超聲安全劑量的分布范圍安全限制（FDA）Use（用途）(Intensity)max

(mW/cm2)

Cardiac（心臟）430Peripheralvessels（外周血管）720Opthalmic（