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)點機械振動狀態(tài)的傳播過程。其實是機械振動能量的傳播過程。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、聲波的定義簡單的分類:f＜16Hz稱：次聲波16Hz≤f≤20kHz稱：可聽聲波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：1.5mm－0.15mm三、超聲波（最突出）的特性1.方向性好——用于探測、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)點振動方向和波傳播方向的關(guān)系分類1.

橫波質(zhì)點振動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)點振動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聲波在單位時間內(nèi)傳播的距離稱聲速，用c表示。聲速c與質(zhì)點振動速度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與頻率無關(guān)，即無頻散（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）定義聲場中某點的聲壓與該質(zhì)點振動速度之比稱聲阻抗率Z＝P/v對于平面波，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-電類比”中，與電阻抗相類比而稱的。“機-電類比”是用電學(xué)的理論、手段研究聲學(xué)問題的方法。因為許多聲學(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則無反射，全透射；③則幾乎全反射，無透射；④則幾乎全反射，無透射。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：在空氣－軟組織交界面上，聲強反射系數(shù)為0.9989；在軟組織－顱骨交界面上，聲強反射系數(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。這就是為什么超聲診斷儀不能檢查含氣體的臟器及對頭顱檢查困難的原因。

超聲診斷儀檢查時聲波通路上必須避開骨和空氣。二、透過薄層的波

在超聲換能器中，超聲要通過幾層特性阻抗不同的介質(zhì)進行傳播。這里只討論最簡單的情況，即假設(shè)平面超聲波垂直入射，通過三層介質(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膜厚度也要按這個關(guān)系選用。

（2）當，n=1,2,···，且時可得：可見，當中間層厚度等于穿過其中的超聲波波長的四分之一的奇數(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，聲波在三種不同介質(zhì)中能完全透射，而無反射。此時，稱為匹配。這個中間層稱為匹配層。

三、散射和繞射前面討論的反射和折射，有一個重要條件，即反射界面對于超聲波波長來說是無限大的：d>>λ。當d與λ可比，則發(fā)生繞射。例如膽結(jié)石。當d<<λ，則發(fā)生散射。例如紅細胞。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：散射信號的回波大小與入射角無明顯關(guān)系；④應(yīng)用：運動的紅細胞散射——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障礙物繼續(xù)前進；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，有指數(shù)型關(guān)系式中，I0,P0—x=0處的聲強、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)?？刹楸淼?。③單位：—(mm)-1,β—μs/mm,f—MHz.習(xí)題一、是非題（如錯，請改正）

1.超聲波是聲速超過可聽聲的聲波。

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關(guān)。5.超聲波是介質(zhì)中質(zhì)點振動能量的傳播過程。6.橫波由介質(zhì)的壓縮彈性引起。

13.利用超聲回波可以測量距離，所以可以利用超聲測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，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