超聲成像的物理原理

超聲成像的物理原理

第一節(jié)超聲成像的物理基礎(chǔ)一、定義

1.超聲

是一種機(jī)械波，其頻率在20千赫茲以上。

2.醫(yī)學(xué)診斷用超聲

頻率在2.5～10兆赫茲范圍的超聲。

3.超聲的特性

◆超聲波可在氣體、液體、固體等介質(zhì)中傳播

◆超聲波可以傳遞很強(qiáng)的能量

◆超聲波在傳播過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生反射、折射、散射、繞射、干涉等現(xiàn)象

◆超聲波在液體介質(zhì)中傳播時(shí)，會(huì)在界面產(chǎn)生沖擊和空化現(xiàn)象

第一節(jié)超聲成像的物理基礎(chǔ)二、超聲的產(chǎn)生與接收

1.壓電效應(yīng)

是電能與聲能相互轉(zhuǎn)換的過(guò)程。2.超聲的產(chǎn)生

電場(chǎng)作用到特定的材料兩端引起振動(dòng)，在周?chē)橘|(zhì)中傳播形成超聲，是逆壓電效應(yīng)過(guò)程。3.超聲的接收

聲場(chǎng)作用到特定的材料兩端產(chǎn)生電位差，通過(guò)接收器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，是正壓電效應(yīng)過(guò)程。

第一節(jié)超聲成像的物理基礎(chǔ)

4.壓電材料

能夠產(chǎn)生壓電效應(yīng)的材料。

◆無(wú)機(jī)材料主要包括鈦酸鋇、鈦酸鉛、鋯鈦酸鉛等。

◆有機(jī)材料

主要由聚偏氟乙烯（PVDF）構(gòu)成，材料聲阻抗與人體接近。

◆混合材料

由壓電陶瓷和有機(jī)壓電材料混合構(gòu)成，機(jī)電耦合系數(shù)大，適宜制作寬帶換能器。第一節(jié)超聲成像的物理基礎(chǔ)

5.換能器（探頭）

◆結(jié)構(gòu)

面材、壓電材料、背材

，核心是壓電材料。

◆種類(lèi)

體表檢查用探頭；手術(shù)用探頭；體腔檢查用探頭。

第一節(jié)超聲成像的物理基礎(chǔ)三、超聲的傳播1.傳播速度（c）

由傳播介質(zhì)決定，不同人體組織器官的聲速不同，平均聲速為1540米/秒，其中空氣最?。?50米/秒），骨骼最大（3850米/秒）。2.超聲頻率（f）

由探頭中壓電材料決定，在2.2～10兆赫茲范圍。3.超聲波長(zhǎng)（λ）

超聲波長(zhǎng)與聲速和頻率滿(mǎn)足關(guān)系式：第一節(jié)超聲成像的物理基礎(chǔ)四、超聲聲束的空間分布

1.聲束

在一個(gè)有限的立體角內(nèi)傳播的超聲

。2.聲軸

聲束的中心線(xiàn)。3.近程區(qū)

靠近探頭區(qū)域，聲束等寬

4.遠(yuǎn)程區(qū)

遠(yuǎn)離探頭區(qū)域，聲束發(fā)散第一節(jié)超聲成像的物理基礎(chǔ)超聲聲束空間分布示意圖第二節(jié)超聲與生物組織間的相互作用一、生物組織對(duì)入射超聲的作用

（一）兩個(gè)基本概念

◆聲特性阻抗介質(zhì)的密度(ρ)與聲速(c)的乘積，不同組織的聲特性阻抗不一樣。

◆界面

兩種具有不同聲阻抗的介質(zhì)的接觸面。大界面：界面尺寸大于超聲波長(zhǎng)小界面：界面尺寸小于超聲波長(zhǎng)第二節(jié)超聲與生物組織間的相互作用

（二）反射與折射

入射聲束與大界面的作用◆三個(gè)條件方向、截面、角度

◆全反射

兩種介質(zhì)的聲速關(guān)系入射角度◆界面的反射信號(hào)是聲像圖的主要組成部分第二節(jié)超聲與生物組織間的相互作用

（三）散射

入射聲束與小界面的作用◆散射回聲強(qiáng)度低

（四）繞射

入射聲束與界面（界面尺寸與超聲波長(zhǎng)大小相當(dāng)）的作用◆繞射使入射聲束發(fā)生方向偏轉(zhuǎn)第二節(jié)超聲與生物組織間的相互作用

（五）衰減

由于組織對(duì)超聲的吸收造成聲能的減小。

◆不同組織，吸收系數(shù)不同，衰減程度不同；◆相同組織，入射深度越大，衰減越大；

◆相同組織，入射超聲頻率越高，衰減越大。

第二節(jié)超聲與生物組織間的相互作用二、入射超聲對(duì)生物組織的作用

1.超聲的生物效應(yīng)

當(dāng)一定劑量的超聲波在生物體內(nèi)傳播時(shí)，通過(guò)超聲與生物組織的相互作用，可以引起生物體的功能、結(jié)構(gòu)或狀態(tài)的變化

2.熱機(jī)制

超聲聲能轉(zhuǎn)換成生物組織的熱能第二節(jié)超聲與生物組織間的相互作用

3.機(jī)械機(jī)制

超聲聲能轉(zhuǎn)換成生物組織的機(jī)械能

4.空化機(jī)制

超聲聲能使生物組織中的氣泡活性改變低聲強(qiáng)長(zhǎng)時(shí)間作用以熱機(jī)制為主高聲強(qiáng)短時(shí)間作用以空化機(jī)制為主第二節(jié)超聲與生物組織間的相互作用三、超聲診斷的安全性及注意事項(xiàng)

1.超聲強(qiáng)度的計(jì)算方式空間平均時(shí)間平均；空間峰值時(shí)間平均；為多個(gè)國(guó)家和組織采用空間平均時(shí)間峰值；空間峰值時(shí)間峰值。2.安全聲強(qiáng)（美國(guó)FDA，我國(guó)超聲標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)推薦）

空間峰值時(shí)間平均聲強(qiáng)：小于100毫瓦/平方厘米第二節(jié)超聲與生物組織間的相互作用

3.超聲探測(cè)的安全性（世界衛(wèi)生組織建議）

(1)只有在醫(yī)學(xué)上具有明確理由時(shí)，才對(duì)人體使用診斷超聲；(2)以商業(yè)顯示和獲得實(shí)驗(yàn)圖像為目的時(shí)，不應(yīng)把超聲用于輻照人體，特別是輻照孕婦；(3)在保證獲得良好圖像質(zhì)量和取得必要的診斷信息前提下，應(yīng)使超聲診斷設(shè)備的輸出強(qiáng)度盡可能小。

第二節(jié)超聲與生物組織間的相互作用

4.超聲探測(cè)應(yīng)遵循的原則在明確診斷目的的情況下，應(yīng)積極使用超聲診斷技術(shù)。在超聲診斷過(guò)程中，必須堅(jiān)持最小劑量原則。即在保證獲得必要診斷信息的前提下，應(yīng)采用最小超聲強(qiáng)度和最短輻照時(shí)間。拒絕一切與診斷無(wú)關(guān)的胎兒超聲顯像。對(duì)早孕胚胎不做或少做超聲探測(cè)，對(duì)3個(gè)月以上的胎兒定期超聲探測(cè)時(shí)，應(yīng)控制在3～5分鐘之內(nèi)完成。第二節(jié)超聲與生物組織間的相互作用

5.超聲探測(cè)的注意事項(xiàng)成人超聲探測(cè)

顱腦檢查時(shí)每一固定切面持續(xù)檢查時(shí)間控制在2分鐘以?xún)?nèi)；

眼球檢查時(shí)每一固定切面持續(xù)檢查時(shí)間不應(yīng)超過(guò)半分鐘；

卵巢、睪丸檢查時(shí)每一固定切面持續(xù)檢查時(shí)間不應(yīng)超過(guò)1分鐘。第二節(jié)超聲與生物組織間的相互作用產(chǎn)科超聲探測(cè)

對(duì)不足3個(gè)月的早孕孕婦盡量不用超聲進(jìn)行常規(guī)檢查；

對(duì)于有習(xí)慣性流產(chǎn)或已有先兆流產(chǎn)癥狀者3個(gè)月內(nèi)不建議做超聲探測(cè)。必須要進(jìn)行超聲探測(cè)時(shí)，應(yīng)控制每一固定切面檢查持續(xù)時(shí)間在1分鐘以?xún)?nèi)；

對(duì)3個(gè)月以上胎兒在腦、心、眼、脊髓等臟器檢查時(shí)，每一固定切面持續(xù)時(shí)間不應(yīng)超過(guò)2分鐘，其他臟器可適當(dāng)延長(zhǎng)檢查時(shí)間。檢查時(shí)應(yīng)不斷移動(dòng)探頭。第二節(jié)超聲與生物組織間的相互作用新生兒超聲探測(cè)

作顱腦檢查時(shí)每一固定切面持續(xù)檢查時(shí)間不應(yīng)超過(guò)1分鐘；

作心臟檢查時(shí)每一固定切面持續(xù)檢查時(shí)間不應(yīng)超過(guò)2分鐘。第一節(jié)活塞式空壓機(jī)的工作原理第二節(jié)活塞式空壓機(jī)的結(jié)構(gòu)和自動(dòng)控制第三節(jié)活塞式空壓機(jī)的管理復(fù)習(xí)思考題單擊此處輸入你的副標(biāo)題，文字是您思想的提煉，為了最終演示發(fā)布的良好效果，請(qǐng)盡量言簡(jiǎn)意賅的闡述觀(guān)點(diǎn)。第六章活塞式空氣壓縮機(jī)

piston-aircompressor壓縮空氣在船舶上的應(yīng)用：

1.主機(jī)的啟動(dòng)、換向；

2.輔機(jī)的啟動(dòng)；

3.為氣動(dòng)裝置提供氣源；

4.為氣動(dòng)工具提供氣源；

5.吹洗零部件和濾器。

排氣量:單位時(shí)間內(nèi)所排送的相當(dāng)?shù)谝患?jí)吸氣狀態(tài)的空氣體積。單位：m3/s、m3/min、m3/h第六章活塞式空氣壓縮機(jī)

piston-aircompressor空壓機(jī)分類(lèi)：按排氣壓力分：低壓0.2～1.0MPa；中壓1～10MPa；高壓10～100MPa。按排氣量分：微型<1m3/min；小型1～10m3/min；中型10～100m3/min；大型>100m3/min。第六章活塞式空氣壓縮機(jī)

piston-aircompressor第一節(jié)活塞式空壓機(jī)的工作原理容積式壓縮機(jī)按結(jié)構(gòu)分為兩大類(lèi)：往復(fù)式與旋轉(zhuǎn)式兩級(jí)活塞式壓縮機(jī)單級(jí)活塞壓縮機(jī)活塞式壓縮機(jī)膜片式壓縮機(jī)旋轉(zhuǎn)葉片式壓縮機(jī)最長(zhǎng)的使用壽命-

----低轉(zhuǎn)速（1460RPM），動(dòng)件少（軸承與滑片），潤(rùn)滑油在機(jī)件間形成保護(hù)膜，防止磨損及泄漏，使空壓機(jī)能夠安靜有效運(yùn)作；平時(shí)有按規(guī)定做例行保養(yǎng)的JAGUAR滑片式空壓機(jī)，至今使用十萬(wàn)小時(shí)以上，依然完好如初，按十萬(wàn)小時(shí)相當(dāng)于每日以十小時(shí)運(yùn)作計(jì)算，可長(zhǎng)達(dá)33年之久。因此，將滑片式空壓機(jī)比喻為一部終身機(jī)器實(shí)不為過(guò)?；?葉)片式空壓機(jī)可以365天連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)并保證60000小時(shí)以上安全運(yùn)轉(zhuǎn)的空氣壓縮機(jī)1.進(jìn)氣2.開(kāi)始?jí)嚎s3.壓縮中4.排氣1.轉(zhuǎn)子及機(jī)殼間成為壓縮空間，當(dāng)轉(zhuǎn)子開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，空氣由機(jī)體進(jìn)氣端進(jìn)入。2.轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)使被吸入的空氣轉(zhuǎn)至機(jī)殼與轉(zhuǎn)子間氣密范圍，同時(shí)停止進(jìn)氣。3.轉(zhuǎn)子不斷轉(zhuǎn)動(dòng)，氣密范圍變小，空氣被壓縮。4.被壓縮的空氣壓力升高達(dá)到額定的壓力后由排氣端排出進(jìn)入油氣分離器內(nèi)。4.被壓縮的空氣壓力升高達(dá)到額定的壓力后由排氣端排出進(jìn)入油氣分離器內(nèi)。1.進(jìn)氣2.開(kāi)始?jí)嚎s3.壓縮中4.排氣1.凸凹轉(zhuǎn)子及機(jī)殼間成為壓縮空間，當(dāng)轉(zhuǎn)子開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，空氣由機(jī)體進(jìn)氣端進(jìn)入。2.轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)使被吸入的空氣轉(zhuǎn)至機(jī)殼與轉(zhuǎn)子間氣密范圍，同時(shí)停止進(jìn)氣。3.轉(zhuǎn)子不斷轉(zhuǎn)動(dòng)，氣密范圍變小，空氣被壓縮。螺桿式氣體壓縮機(jī)是世界上最先進(jìn)、緊湊型、堅(jiān)實(shí)、運(yùn)行平穩(wěn)，噪音低，是值得信賴(lài)的氣體壓縮機(jī)。螺桿式壓縮機(jī)氣路系統(tǒng)：

A

進(jìn)氣過(guò)濾器

B

空氣進(jìn)氣閥

C

壓縮機(jī)主機(jī)

D

單向閥

E

空氣/油分離器

F

最小壓力閥

G

后冷卻器

H

帶自動(dòng)疏水器的水分離器油路系統(tǒng)：

J

油箱

K

恒溫旁通閥

L

油冷卻器

M

油過(guò)濾器

N

回油閥

O

斷油閥冷凍系統(tǒng)：

P

冷凍壓縮機(jī)

Q

冷凝器

R

熱交換器

S

旁通系統(tǒng)

T

空氣出口過(guò)濾器螺桿式壓縮機(jī)渦旋式壓縮機(jī)

渦旋式壓縮機(jī)是20世紀(jì)90年代末期開(kāi)發(fā)并問(wèn)世的高科技?jí)嚎s機(jī)，由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、零件少、效率高、可靠性好，尤其是其低噪聲、長(zhǎng)壽命等諸方面大大優(yōu)于其它型式的壓縮機(jī)，已經(jīng)得到壓縮機(jī)行業(yè)的關(guān)注和公認(rèn)。被譽(yù)為“環(huán)保型壓縮機(jī)”。由于渦旋式壓縮機(jī)的獨(dú)特設(shè)計(jì)，使其成為當(dāng)今世界最節(jié)能壓縮機(jī)。渦旋式壓縮機(jī)主要運(yùn)動(dòng)件渦卷付，只有磨合沒(méi)有磨損，因而壽命更長(zhǎng)，被譽(yù)為免維修壓縮機(jī)。

由于渦旋式壓縮機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)、振動(dòng)小、工作環(huán)境安靜，又被譽(yù)為“超靜壓縮機(jī)”。

渦旋式壓縮機(jī)零部件少，只有四個(gè)運(yùn)動(dòng)部件,壓縮機(jī)工作腔由相運(yùn)動(dòng)渦卷付形成多個(gè)相互封閉的鐮形工作腔，當(dāng)動(dòng)渦卷作平動(dòng)運(yùn)動(dòng)時(shí)，使鐮形工作腔由大變小而達(dá)到壓縮和排出壓縮空氣的目的?；钊娇諝鈮嚎s機(jī)的外形第一節(jié)活塞式空壓機(jī)的工作原理一、理論工作循環(huán)（單級(jí)壓縮）工作循環(huán)：4—1—2—34—1吸氣過(guò)程

1—2壓縮過(guò)程

2—3排氣過(guò)程第一節(jié)活塞式空壓機(jī)的工作原理一、理論工作循環(huán)（單級(jí)壓縮）

壓縮分類(lèi)：絕熱壓縮：1—2耗功最大等溫壓縮：1—2''耗功最小多變壓縮：1—2'耗功居中功＝P×V（PV圖上的面積）加強(qiáng)對(duì)氣缸的冷卻，省功、對(duì)氣缸潤(rùn)滑有益。二、實(shí)際工作循環(huán)（單級(jí)壓縮）1.不存在假設(shè)條件2.與理論循環(huán)不同的原因：1）余隙容積Vc的影響Vc不利的影響—?dú)埓娴臍怏w在活塞回行時(shí)，發(fā)生膨脹，使實(shí)際吸氣行程（容積）減小。Vc有利的好處—

（1）形成氣墊，利于活塞回行；（2）避免“液擊”（空氣結(jié)露）；（3）避免活塞、連桿熱膨脹，松動(dòng)發(fā)生相撞。第一節(jié)活塞式空壓機(jī)的工作原理表征Vc的參數(shù)—相對(duì)容積C、容積系數(shù)λv合適的C：低壓0.07-0.12

中壓0.09-0.14

高壓0.11-0.16

λv＝0.65—0.901）余隙容積Vc的影響C越大或壓力比越高，則λv越小。保證Vc正常的措施：余隙高度見(jiàn)表6-1壓鉛法—保證要求的氣缸墊厚度2.與理論循環(huán)不同的原因：二、實(shí)際工作循環(huán)（單級(jí)壓縮）第一節(jié)活塞式空壓機(jī)的工作原理2）進(jìn)排氣閥及流道阻力的影響吸氣過(guò)程壓力損失使排氣量減少程度，用壓力系數(shù)λp表示：保證措施：合適的氣閥升程及彈簧彈力、管路圓滑暢通、濾器干凈。λp

（0.90-0.98）2.與理論循環(huán)不同的原因：二、實(shí)際工作循環(huán)（單級(jí)壓縮）第一節(jié)活塞式空壓機(jī)的工作原理3）吸氣預(yù)熱的影響由于壓縮過(guò)程中機(jī)件吸熱，所以在吸氣過(guò)程中，機(jī)件放熱使吸入的氣體溫度升高，使吸氣的比容減小，造成吸氣量下降。預(yù)熱損失用溫度系數(shù)λt來(lái)衡量（0.90-0.95）。保證措施：加強(qiáng)對(duì)氣缸、氣缸蓋的冷卻，防止水垢和油污的形成。2.與理論循環(huán)不同的原因：二、實(shí)際工作循環(huán)（單級(jí)壓縮）第一節(jié)活塞式空壓機(jī)的工作原理4）漏泄的影響內(nèi)漏：排氣閥（回漏）；外漏：吸氣閥、活塞環(huán)、氣缸墊。漏泄損失用氣密系數(shù)λl來(lái)衡量（0.90-0.98）。保證措施：氣閥的嚴(yán)密閉合，氣缸與活塞、氣缸與缸蓋等部件的嚴(yán)密配合。5）氣體流動(dòng)慣性的影響當(dāng)吸氣管中的氣流慣性方向與活塞吸氣行程相反時(shí)，造成氣缸壓力較低，氣體比容增大，吸氣量下降。保證措施：合理的設(shè)計(jì)進(jìn)氣管長(zhǎng)度，不得隨意增減進(jìn)氣管的長(zhǎng)度，保證濾器的清潔。2.與理論循環(huán)不同的原因：二、實(shí)際工作循環(huán)（單級(jí)壓縮）第一節(jié)活塞式空壓機(jī)的工作原理上述五條原因使實(shí)際與理論循環(huán)不同。4）漏泄的影響5）氣體流動(dòng)慣性的影響1）余隙容積Vc的影響2）進(jìn)排氣閥及流道阻力的影響3）吸氣預(yù)熱的影響2.與理論循環(huán)不同的原因：二、實(shí)際工作循環(huán)（單級(jí)壓縮）第一節(jié)活塞式空壓機(jī)的工作原理3.排氣量和輸氣系數(shù)理論排氣量Vt----單位時(shí)間內(nèi)活塞所掃過(guò)的氣缸容積。實(shí)際排氣量Q：Q=Vt

λ輸氣系數(shù)λ

：λ＝λtλv

λ

pλl漏泄的影響余隙容積Vc的影響進(jìn)排氣閥及流道阻力的影響吸氣預(yù)熱的影響二、實(shí)際工作循環(huán)（單級(jí)壓縮）第一節(jié)活塞式空壓機(jī)的工作原理指示功率pi

：按示功圖計(jì)算的功率理論功率Ps、PT：按理論循環(huán)計(jì)算的功率

Ps(PT)<pi軸功