第二章 醫(yī)學(xué)超聲物理基礎(chǔ)

影像系影像設(shè)備教研室本章內(nèi)容>振動學(xué)基礎(chǔ)>超聲及超聲特點(diǎn)>超聲傳播特性>超聲的非線性>超聲的其他物理性質(zhì)探測器X射線gamma射線超聲射頻信號等超聲，機(jī)械能的傳播信

息

流換能器中轉(zhuǎn)化為電信號換能器中產(chǎn)生處理和顯示調(diào)制

后的

能量影像

數(shù)據(jù)電信

號組織能源處理顯示§1

振動學(xué)基礎(chǔ)聲學(xué)是聲波的物理學(xué)，是研究機(jī)械振動在彈性媒質(zhì)中產(chǎn)生，傳播作用，接收和處理的科

學(xué)。聲波是彈性媒質(zhì)質(zhì)點(diǎn)受振源作用后產(chǎn)生機(jī)械振動的表現(xiàn)。振動和聲互為因果。（一）運(yùn)動規(guī)律的數(shù)學(xué)描述質(zhì)點(diǎn)系統(tǒng)：

物體質(zhì)量集中在一點(diǎn)；質(zhì)點(diǎn)自由振動：最簡單的一種振動形式，外力作用質(zhì)點(diǎn)-彈簧系統(tǒng)

后移去開始振動。一

質(zhì)點(diǎn)的自由振動Sm

是彈簧的力勁，即彈性系數(shù)；有時也用倒數(shù)來表示。

Cs=1/Sm

，稱為力順δs是質(zhì)量塊重力引起的彈簧靜態(tài)伸長，Mg=Sm

δs故質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動方程為：

一

質(zhì)點(diǎn)的自由振動質(zhì)點(diǎn)自由運(yùn)動的振動方程；振動圓頻率就是由Sm和M所決定的，

其實(shí)反映的就是質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動的規(guī)律性；引入一個參量

ω0

=

M

，稱為振動圓頻率；一

質(zhì)點(diǎn)的自由振動+

ω02ξ=

0d

2ξdt22

Sm一

質(zhì)點(diǎn)的自由振動另一方面，我們從方程還可以知道運(yùn)動的其他一些規(guī)律：可以求出質(zhì)點(diǎn)的速度和加速度：一

質(zhì)點(diǎn)的自由振動這樣一個周期性的運(yùn)動中，質(zhì)點(diǎn)加速度總是與其離開固定點(diǎn)O的距離成正比，方向指向固定

點(diǎn)，該運(yùn)動是一個簡諧運(yùn)動簡諧振動是周期運(yùn)動的最簡形式；反映所處位置的是相位這樣一個參數(shù)；.周期T：完成一次全振動的時間，周期性振動

每重復(fù)一次所需時間

的最小增量；一

質(zhì)點(diǎn)的自由振動頻率f周期性振動在單位時間內(nèi)的周期數(shù)；

頻率單位用赫茲表示

Hz當(dāng)質(zhì)點(diǎn)做自由振動時，其頻率僅同固有參量Sm和M有關(guān)，而與初

始條件無關(guān)，故也稱固有頻率f0

=

Sm質(zhì)量越大，力勁越小，固有頻率就越低。f

=

一

質(zhì)點(diǎn)的自由振動

M一

質(zhì)點(diǎn)的自由振動（二）自由振動的能量關(guān)系.

初始時刻振子從外部獲得位能或動能，

此后系統(tǒng)振動能量是兩種能量之和；.

兩種能量分配比例有變化，最大位移時

是最大勢能，最大速度時勢能為0

，動能最

大；自由振動系統(tǒng)是一個能量守恒系統(tǒng)（一）運(yùn)動規(guī)律的數(shù)學(xué)描述.

阻力導(dǎo)致了衰減，速度不大時，可以認(rèn)為阻力與速度成線性關(guān)系，其方向與質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動方向相反；二

質(zhì)點(diǎn)的衰減振動+

2δ

+

ω

ξ=

002M

d

+

Rm

dξ+

Smξ=

02Rm稱為阻力系統(tǒng)，是正常數(shù)稱為阻尼系數(shù)dξdtR

m

2Mdt

dt=?Rmδ

=FR.二

質(zhì)點(diǎn)的衰減振動δ2

>

ωo

2δ2

=

ωo

2

δ2

<

ωo

2過阻尼臨界阻尼振蕩阻尼（二）表示系統(tǒng)阻尼量的參數(shù)1）衰減模量τ

：定義為振幅衰減為初始振幅的1/e所需要

的時間；2）對數(shù)衰減率

Λ:

一周期內(nèi)振幅的對數(shù)衰減量；3）力學(xué)品質(zhì)系數(shù)Qm

：振幅衰減到初始值1/eτ所經(jīng)過的周期數(shù)二

質(zhì)點(diǎn)的衰減振動（三）衰減振動的能量由于阻尼的存在，質(zhì)點(diǎn)振動系統(tǒng)的能量將隨時間作指數(shù)規(guī)律衰減；E

=

Edt

≈

Smξ02

e?2δt二

質(zhì)點(diǎn)的衰減振動有阻尼的質(zhì)點(diǎn)系統(tǒng)受到周期性激勵力FA

cosωt強(qiáng)迫振動方程三

質(zhì)點(diǎn)的強(qiáng)迫振動（一）運(yùn)動規(guī)律的數(shù)學(xué)描述也可寫成強(qiáng)迫振動由兩部分合成。第一部分隨時間延長，逐漸衰減，阻尼系數(shù)越大，衰減越快，是暫態(tài)運(yùn)動；第二部分是等幅振動，其頻率等于激振力頻率，其振幅和相位與系統(tǒng)的常數(shù)有

關(guān)，這就是穩(wěn)態(tài)運(yùn)動。穩(wěn)態(tài)振動基本建立的時間τ0

，稱為過渡過程時間。三

質(zhì)點(diǎn)的強(qiáng)迫振動三

質(zhì)點(diǎn)的強(qiáng)迫振動一般來說，

δ愈大，穩(wěn)態(tài)振動建立愈快最后所形成的穩(wěn)態(tài)振蕩的位移、速度和加

速度分別為Zm稱為力阻抗，其單位用力歐姆表示，1力歐姆=1牛頓*秒/米.Rm為力阻，

Xm為力抗，

θ

為相位角三

質(zhì)點(diǎn)的強(qiáng)迫振動0三

質(zhì)點(diǎn)的強(qiáng)迫振動（二）

強(qiáng)迫振動的能量關(guān)系激振力F提供的平均功率為PF質(zhì)點(diǎn)受摩擦力FR作用消耗的功率為PRPF+PR=0系統(tǒng)消耗的能量偶激振力所提供的能量來加以補(bǔ)足，故其運(yùn)動振幅保持不變

數(shù)

學(xué)

描

述

自由振動（簡諧振動）+

ω02ξ=

0

衰減振動M

d

+

Rm

dξ+

Smξ=

0

強(qiáng)迫振動2dt

dt?振幅A

諧振子平衡位置的最大位移的絕對值?頻率f諧振子在單位時間內(nèi)所作的全振動的次數(shù)?初相位φ0

表示振子的初始振動狀態(tài)?相位φ

表征任意時刻t振子的運(yùn)動狀態(tài)?

固有振動頻率ω數(shù)

學(xué)

描

述

能

量

關(guān)

系

自由振動

能量守恒

衰減振動

能量將隨時間作指數(shù)規(guī)律衰減

強(qiáng)迫振動

能量先隨時間作指數(shù)規(guī)律衰減，到一定值后，維持不變?nèi)?/p>

質(zhì)點(diǎn)的強(qiáng)迫振動表明Q值較小時，諧振點(diǎn)附近相位變化較慢，隨著激振頻率r的增加成線性變化。

隨Q值增加相位變化愈大，也不再保持線性關(guān)系。對于多頻信號，不同頻率的分量信號將引入不同的相移，波形會產(chǎn)生畸變。只有相移與頻率成線性關(guān)系時，多頻復(fù)合信

號才不失真；

四

電聲換能器振動區(qū)間

電聲換能器是實(shí)現(xiàn)電能和聲能相互裝換的器件。是最常見的強(qiáng)迫振動的粒子。通過選擇

激振力可以確定穩(wěn)態(tài)振動的區(qū)間；.力勁控制區(qū)激振頻率遠(yuǎn)小于固有頻率力阻控制區(qū)激振頻率和固有頻率相差不大質(zhì)量控制區(qū)激振頻率遠(yuǎn)大于固有頻率

四

電聲換能器振動區(qū)間

四

電聲換能器振動區(qū)間

.力勁控制區(qū)ω

<<

ω

0,

︱Zm

︳

≈Sm/

ωξA≈FA/SmVA≈FA

ω/SmaA≈FA

ω2/Sm系統(tǒng)的力勁起著主要作用，即力勁愈大，振幅愈小

四

電聲換能器振動區(qū)間

.

力阻控制區(qū)ω≈

ω

0,︱Zm

︳

≈RmξA≈FA/ω

RmVA≈FA/RmaA≈FA

ω/Rm系統(tǒng)的力阻起著主要作用。位移振幅與激振圓頻率一次方成反比，速度振幅與頻率無關(guān)；

四

電聲換能器振動區(qū)間

.

質(zhì)量控制區(qū)ω>>

ω

0,ξA≈FA/ω2

MVA≈FA/

ωMaA≈FA/M狀態(tài)的參數(shù)取決于質(zhì)量，質(zhì)量愈大，振幅愈小五

電聲換能器的頻率響應(yīng)選擇頻帶寬度的定義頻帶寬度Δf，又稱通頻帶，定義為功率下降

到一半時兩個頻率之差；.

Qm愈小，則帶寬愈寬；.

f=f0

，可以獲得最大發(fā)

射功率；

五

電聲換能器的頻率響應(yīng)選擇

>

要求：

電聲換能器通常要有較寬頻段的頻率響應(yīng)（較寬的通頻帶），需要避免強(qiáng)烈共振現(xiàn)象出現(xiàn)；

>

共振：強(qiáng)迫振動頻率和物體自有頻率成特定關(guān)

系時，達(dá)到的物體振動狀態(tài)大大加強(qiáng)的現(xiàn)象；

位移共振

速度共振

加速度共振1）位移共振Qm愈大，共振振幅愈大。當(dāng)Rm→0時，

Qm

→

∞

,則在f=fr處，有ξAr→∞

。這是出現(xiàn)強(qiáng)烈的共

振；五

電聲換能器的頻率響應(yīng)選擇1）位移共振振幅為設(shè)計參量，應(yīng)使ω0>>ω

,

Qm=1，這樣低

于ω0

的頻段出現(xiàn)比較均勻

的位移頻響特性；系統(tǒng)處

于力勁控制的振動狀態(tài)，五

電聲換能器的頻率響應(yīng)選擇2）速度共振

速度共振頻率就等于系統(tǒng)固有頻率

振幅隨Qm值變大而增大；

Rm愈大，速度共振幅度愈??；五

電聲換能器的頻率響應(yīng)選擇2）速度共振速度幅值為設(shè)計參量，應(yīng)使

ω0≈ω

,

速度頻響更

均勻；振動處于阻尼控制

的振動狀態(tài)，五

電聲換能器的頻率響應(yīng)選擇Qm愈大，加速度峰值就愈高；五

電聲換能器的頻率響應(yīng)選擇3）加速度共振3）加速度共振加速度振幅為設(shè)計參數(shù)，則應(yīng)使系統(tǒng)

處于慣量控制的振動

狀態(tài)，加速度頻響更

均勻；五

電聲換能器的頻率響應(yīng)選擇

七

振動的合成

.

超聲實(shí)際發(fā)射時，很難達(dá)到理想的集束和均

一的相位，是振動片（換能器）

上各個點(diǎn)振動的

合成；.

兩個聲源在媒質(zhì)中某點(diǎn)的合成，

是兩個運(yùn)動

的迭加，在數(shù)學(xué)上就是矢量和；.

要研究的也就是合成運(yùn)動的運(yùn)動規(guī)律，

也遵

循由簡單到復(fù)雜的研究順序；x1

=A1

cos(ωt+φ1)

x2

=A2

cos(ωt+φ2

)則合振動的振動方程為

x

=x1

+

x2

=A

cos(ωt+φ)其中

A=

φ=

arctg

φ2φ2cossin22AAφ1φ1A1cosA1sin七

振動的合成（一）同一直線上兩個同頻簡諧振動合成討論：

1.合振動仍然為簡諧振動；

合振動的振幅與分振動的振幅及其初相有關(guān)；合振動的角頻率與每一分振動的角

頻率相等七

振動的合成（一）同一直線上兩個同頻簡諧振動合成2.當(dāng)

?φ=

φ2

?φ1

=2kπ

時

k=0,±1,±2

…

cos(φ2

?

φ1)

=

1A

=

A12

+

A22

+

2A1

A2

=

A1

+

A2

合振幅達(dá)到最大3.當(dāng)

?φ=

φ2

?φ1

=(2k+1)π

時

k=0,±1,±2

…

cos(φ2

?φ1)

=

?

1A=A12

+

A22

+

2A1A2

=

A1

?

A2

合振幅達(dá)到最小七

振動的合成（一）同一直線上兩個同頻簡諧振動合成討論：

頻率不變

振幅與兩個分振動

的振幅和相位有關(guān)；七

振動的合成（二）相互垂直振動合成設(shè)兩個簡諧振動分別在x、y方向

上振動x=A1

cos(ω1t+φ1)y=A2

cos(ω2

t+φ2

)在上式中消去時間t，可得合振動的軌跡方程

+

?

cos(φ2

?

φ1

)=

sin2

(φ2

?

φ1

)七

振動的合成橢圓偏振

七

振動的合成

（二）相互垂直振動合成橢圓偏振

線偏振

七

振動的合成

（三）頻率相近的同一直線上兩個簡諧振動合成x=x1

+x2

=A1

cos(ω1t+φ1)

+A2

cos(ω2

t+φ2

)

七

振動的合成

（三）頻率相近的同一直線上兩個簡諧振動合成

兩分振動的頻率都較大而頻差很小的同方向的諧振

動在合成時，產(chǎn)生合振動的振幅時而加強(qiáng)、時而減初相位、振幅相同，振動頻率分別為9500Hz、10050Hz的兩個簡諧振動合成結(jié)果單位時間內(nèi)振動加強(qiáng)、減弱的次數(shù)稱為拍頻弱的現(xiàn)象稱為拍§2超聲波>聲波的本質(zhì)

；>聲壓的概念；>波動方程；>傳播速度；>其他一些物理參量；一

聲波和超聲波>波可分為電磁波，機(jī)械波和物質(zhì)波>電磁波和物質(zhì)波可以在真空和彈性媒質(zhì)中傳播；>機(jī)械波只能在彈性介質(zhì)中傳播，即只能在氣體、固體、液體和等離子體中傳播；受擾動由近及遠(yuǎn)地以一定速度傳播出去，就形成波動；機(jī)械振動能量的傳播過程。聲頻振動的傳播就稱為聲波壓縮狀態(tài)

疏松狀態(tài)次聲波是頻率低于20赫茲的聲波，人耳聽不到，但可與人體器官發(fā)生共振，

7~8Hz的次聲波會引起人

的恐怖感，動作不協(xié)調(diào)，甚至導(dǎo)致心臟停止跳動。1.次聲波（小于20Hz）次聲波炸彈51280Hz~2560Hz頻率段稱

為中高頻。

小提琴約有

四分之一的

較高音域在

此頻段。2.可聞聲波（20Hz~20kHz）美妙的音樂可使人陶醉。52533.超聲波蝙蝠能發(fā)出和聽見超聲波。蝙蝠依靠超聲波捕食超聲波(大于20kHz)

超聲物理本質(zhì)和數(shù)學(xué)描述上和可聽聲波沒有區(qū)別（波動產(chǎn)生）；但是頻率高，

波長短；

由于頻率很高，故即使振幅很小，超聲傳遞給媒質(zhì)的能量也很大；

相對于電磁波，聲速比較小，所以可以用來回波成像；.超聲波(大于20kHz)1、超聲波（最突出）的特性a.

方向性好——用于探測、診斷。b.

能量大

——用于清洗、滅菌、手術(shù)。2.

醫(yī)學(xué)超聲儀的頻率范圍：

200

kHz－40

MHz3.

超聲診斷儀的頻率范圍：

1

MHz－10

MHz相應(yīng)的波長：

1.5mm－0.15mm.聲波由于振動方式、傳播方式和

波陣面形狀不同可以分為不同的波

型和形式；.按振動方式：連續(xù)振動和脈沖振

動型；.按傳播方式：縱波、橫波、表面

波和板波波型；聲波的分類一）縱波>縱波是質(zhì)點(diǎn)振動方向與超聲

波傳播方向一致的波；>也稱膨脹波、疏密波和L波>縱波可以在氣體、液體和固

體中傳播；一）縱波>縱波是質(zhì)點(diǎn)振動方向與超聲

波傳播方向一致的波；>也稱膨脹波、疏密波和L波>縱波可以在氣體、液體和固

體中傳播；>主要是由于剪切彈性造成；>質(zhì)點(diǎn)振動和傳播方向垂直；>切變波、

S波>只能在固體媒質(zhì)中傳播；二）橫波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。二）橫波固體媒質(zhì)受到交替變化的表面張力，使媒質(zhì)

表面的質(zhì)點(diǎn)發(fā)生相應(yīng)的

縱向振動和橫向振動；在其平衡位置形成橢圓形運(yùn)動軌跡；

橢圓運(yùn)動又作用于相鄰的質(zhì)點(diǎn)而在媒質(zhì)表面?zhèn)鞑ト┍砻娌ㄈ┍砻娌?2在板狀媒質(zhì)中傳播的機(jī)械波稱為板波聲在板中的傳播會受到板的厚度、頻率以及聲速的影響四）板波1.

波面與波陣面?波

面:

波傳播時，某一時刻介質(zhì)中各同相位

振動點(diǎn)組成的面。

波面有無數(shù)個。?

波陣面：

波傳播方向上最前面的那個波面。2.

按波陣面的形狀分類1)

平面波：

波陣面為平面的波。2)

球面波：

波陣面為球面的波。3)

柱面波：

波陣面為柱面的波。3.

約定?

為方便，

超聲在人體內(nèi)傳播，

均視為平面波。?遇到小障礙物而散射的超聲，

均視為球面波。平面波、柱面波和球面波

二

聲波的傳播速度

（一）聲速(c)超聲單位時間傳播的距離固體中傳播縱

波Y楊氏模量

G切變模量

ρ

介質(zhì)平均密度Gc

=ρYc

=ρ單位ms-1橫

波聲速與介質(zhì)性質(zhì)有關(guān)與頻率基本無關(guān)β0

絕熱體積壓縮系數(shù)

也和聲速相關(guān)表示在絕熱狀態(tài)下單位壓強(qiáng)變化所引起的體積相對壓縮值流體和氣體只能傳播縱波Bc

=ρB

體積彈性模量C=331.6+0.6t（米/秒）C=144+4.46t-0.0615t2

（米/秒）聲速與溫度成正比關(guān)系20℃空氣中

343ms-1水

中

1450ms-1骨骼中比軟組織中快3倍以上蒸餾水在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下聲速與溫度變化曲線（二）氣體和水中聲速隨溫度變化的公式二

聲波的傳播速度)（三）人體組織中的聲速>

人體軟組織的的平均密度和聲速與水比較接

近，故通常將人體軟組織像水一樣作為彈性介質(zhì)

進(jìn)行處理；>

橫波的影響在水中可以忽略不計。臨床應(yīng)用時超聲速度在軟組織中近似取1500ms-1二

聲波的傳播速度（四）非生物材料中的聲速一）固體中聲速的表示

各向同性媒質(zhì)中聲速傳播是不隨著位置和頻率的變化而變化

各向不同性媒質(zhì)中彈性系數(shù)影響不同，所以影響參數(shù)也不同；

P35

表4-2二）非生物材料中的聲速數(shù)值二

聲波的傳播速度超聲波的基本特性>

聲

壓>

聲波的聲強(qiáng)>

特性阻抗>

其他物理參量三

聲壓的基本概念>

系統(tǒng)一般可以用體積V0

、壓強(qiáng)P0、溫度T0

等參量來描述；>聲波較好的描述參量是聲壓，其定義為>

壓強(qiáng)瞬時值P與無超聲傳播時壓強(qiáng)值

P0

之差>

p=P-P0>

聲波作用時媒介中的壓力P與靜壓力(系統(tǒng)處于平衡狀態(tài))P0差值；>當(dāng)有縱波聲波傳播時，媒質(zhì)出現(xiàn)周期相間的稠

密與疏稀狀態(tài)>稠密區(qū)：壓強(qiáng)大于沒有聲波傳播時的靜壓強(qiáng)，因此，

媒質(zhì)的聲傳播可表現(xiàn)為聲壓隨時間（或空間）的周期變化。三

聲壓的基本概念>疏稀區(qū)：壓強(qiáng)小于靜壓強(qiáng)，

聲壓為負(fù)值。即聲壓為正值；1.聲壓是隨著時間和空間參量變化的函數(shù)；.聲壓存在的空間稱為聲場.聲場中某一瞬時的聲壓值稱為瞬時聲壓.一段時間內(nèi)的最大瞬時聲壓值稱為峰值聲壓通常儀器測得是有效聲壓；聲壓大小反映聲波的強(qiáng)弱三

聲壓的基本概念

p2

dtT1pe

=三

聲壓的基本概念P=Aρcv

cos[ω(t?)

+

]聲壓幅值有效聲壓聲壓單位：P的值應(yīng)該是變化的，且以正弦的規(guī)

律變化；

p2

dtT1Pm

2P

=e（聲壓與質(zhì)點(diǎn)振動速度成正比）Pm

=

ρcAvN.

m

?2pe

=普通談話約為載重卡車行駛噴氣式飛機(jī)附近60dB-70dB80dB-90dB

140dB-150dB三

聲壓的基本概念以1000Hz純音的聽閾聲壓為基準(zhǔn)聲壓Pi

=

P0

，

LP

=

0比較兩個聲壓的大小，常用聲壓級(LP)LP=20lgPi/P0（dB）聲壓級參考聲壓P0超聲強(qiáng)度聲波在單位時間內(nèi)通過與聲波傳播方向垂直的單位面積的能量，通常示以I。對于平面連續(xù)波其強(qiáng)度I為：四

聲波的聲強(qiáng)Pm,Vm和ξm分別為聲壓、質(zhì)點(diǎn)位移速度和質(zhì)點(diǎn)位移的最大值1

P2

1

2

2

=

2

ρCVm=

1

ρCω2ξ

22

mm

mV

=

ωξI

=四

聲波的聲強(qiáng)用聲壓、質(zhì)點(diǎn)位移速度和質(zhì)點(diǎn)位移它們的有效值P,V,ξ表示聲強(qiáng)，I

=2pρC=ρCV

2

=ρCω2ξ21

P2

122

=

2

ρCVm=

ρCω2ξm

2聲強(qiáng)與聲壓平方成正比。m

mV

=

ωξI=

超聲能量.聲波使靜止媒質(zhì)獲得能量主要有兩類：.1）動能；

2

）形變位能；五

聲能量、聲功率、聲強(qiáng)級.對于平面聲波，聲能為聲功率W.

聲源在一個周期內(nèi)，平均每單位時間內(nèi)發(fā)射出的聲能稱為聲功率W；總功率：強(qiáng)度與聲傳播方向垂直的面積的乘積五

聲能量、聲功率、聲強(qiáng)級W

=

IS>

聲壓和聲強(qiáng)反映的是超聲能量的傳輸，或

者對物體的作用，>

可以用來對超聲波進(jìn)行定量，

或者進(jìn)行測

試使用；>

尤其是一些功率超聲（如治療用）中這個

問題很重要五

聲能量、聲功率、聲強(qiáng)級聲壓、聲強(qiáng)和聲功率的分貝表示1、原因：1）強(qiáng)度的相差太大，

直接用大小表示不方便；2）人的感覺更接近于對數(shù)值；2、聲壓級

Lp

=

20

log

ps

人耳的聽pre

覺強(qiáng)度范圍約3、聲強(qiáng)級

LI

=10

log

在0-120dB之間，

分辨能力大于4、聲功率級

Lw

=10

logWre

0.5dB五

聲能量、聲功率、聲強(qiáng)級聲阻Rs和聲抗jX兩部分；單位是帕·秒/米3，也稱聲歐姆聲阻抗率.

定義為媒質(zhì)中某點(diǎn)處的聲壓與該處質(zhì)點(diǎn)五

聲阻抗和特性阻抗聲阻抗.

定義為聲壓p與體積速度U的復(fù)數(shù)比；P=

?

UZ

=

?

ps振動速度之比；=

Rs

+

jXZsv特性阻抗：表征超聲在介質(zhì)中，

傳播過程能量損耗的特性。定義為均勻媒質(zhì)中，平面行波的聲阻抗率對于平面波，聲阻抗率等于介質(zhì)密度與波速的

乘積五

聲阻抗和特性阻抗特性阻抗的單位為瑞利即rayls1rayls=

1g/（cm2.s）Z=

ρC討論聲波傳播問題時，聲阻抗

Z=ρC是一個極其重要的物理量。媒質(zhì)Z均勻不變，那么聲波在其中的傳播方向?qū)⒉粫淖儯籞不均勻，在變化處呈現(xiàn)出聲學(xué)界面，發(fā)生反射、折射、散射。五

聲阻抗和特性阻抗現(xiàn)行大部分超聲診斷儀（A型、

B型、

M型及多普勒型）

，都是建立在超聲回波（來自人體內(nèi)）

基礎(chǔ)上的，其物理基礎(chǔ)便是人體組織的聲阻抗不

均勻。組織病變常常伴隨其Z值發(fā)生變化，從而引起超聲回波的相應(yīng)變化，人們便可以從回波變化中

提取人體組織病變的信息。五

聲阻抗和特性阻抗人體正常組織的密度、聲速和特性阻抗介質(zhì)名稱密度（g/cm3）超聲縱波速度

（m/s）特性阻抗（*

105瑞利）空氣0.00118344.80.000407血液1.05515701.656大腦1.03815401.599脂肪0.95514761.410軟組織1.01615001.524顱骨1.65838605.571Z=

ρC=

1.055g

/

cm3

×

157000cm/

s

=

165635g/(cm2

?

s)=

1.656

×

105

rayls對于生物軟組織，聲阻抗率與水的相近，約為1.5*105

rayls對于血液：同一波線上兩個相鄰的、相位差為2π

的振動質(zhì)點(diǎn)之間的距離，或

沿波的傳播方向，相鄰的兩個同相質(zhì)點(diǎn)之間的距離叫波長。六

超聲波的波長、頻率、周期和圓波數(shù)xo波長——反映波動的空間周期性y

λ定義：波長可形象地想象為一個完整的“波”的長度；橫波：

相鄰兩個波峰或波谷之間的距離縱波：

相鄰兩個密部或疏部之間的距離六

超聲波的波長、頻率、周期和圓波數(shù)xo波長——反映波動的空間周期性y

λ說明：周期和頻率——反映波動的時間周期性定義：周期：

波傳播一個波長所需要時間，叫周期，用T表示。頻率：

周期的倒數(shù)叫做頻率，用f

表示六

超聲波的波長、頻率、周期和圓波數(shù)f＝1/

T周期和頻率——反映波動的時間周期性說明：?

由于波源作一次完全的振動，波就前進(jìn)一個波長的距離?波的周期等于波源振動的周期；?波的周期只與振源有關(guān)，而與傳播介質(zhì)無關(guān)。六

超聲波的波長、頻率、周期和圓波數(shù)

六

超聲波的波長、頻率、周期和圓波數(shù)

圓波數(shù)k：聲波傳播單位距離后所落后的相位角幾者之間的關(guān)系T

=

=f

cf

=

=

λ=

k

=

ωc=cT2πλ1

λ=

T

=

=

λ=

c

=

cT1

c

ω2πT

λ

c

λ小結(jié)：頻率、周期：

決定于波源波速：

決定于傳輸介質(zhì)波長：

由波源和傳輸介質(zhì)共同確定六

超聲波的波長、頻率、周期和圓波數(shù)f

=

=

k==f

c

f1

λ千赫，兆赫，京赫，埃赫低頻超聲

1～2.75MHz中頻（常規(guī)）超聲

3～10MHz

高頻超聲

12～20MHz超高頻超聲

>20MHz六

超聲波的波長、頻率、周期和圓波數(shù)醫(yī)用超聲的頻率和波長七

聲波波動方程.

聲波波動方程是聲學(xué)參量的時間和空間關(guān)系的描述；通過聲波波動方程的求解可以建立

各種聲波參量間的數(shù)學(xué)關(guān)系；>牛頓動力學(xué)定律>質(zhì)量守恒定律>絕熱時的物態(tài)方程>牛頓動力學(xué)定律>質(zhì)量守恒定律>絕熱時的物態(tài)方程>動力學(xué)方程>連續(xù)性方程>物態(tài)方程七

聲波波動方程=

(ρu)=

(ρv)=

(ρw)?p??x?p??y?p??z(ρ

)v-七

聲波波動方程一）動力學(xué)方程??t?p

=二）連續(xù)性方程質(zhì)量守恒定律(ρu)

+

y(ρv)

+

(ρw)=

?

?ρ

-

?t

=

??

?

ρv七

聲波波動方程七

聲波波動方程三）物態(tài)方程?p

=

C

?ρ?t

o

?t四）聲壓波動方程的求解?2ξ=

j

(ωt

?

kx

)p=

pAe聲波僅在x方向上傳播時七

聲波波動方程聲壓與質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動參量的關(guān)系超聲沿X方向傳播時，媒質(zhì)質(zhì)點(diǎn)速度與聲壓關(guān)系可以表示為不計密度變化?p

?

?

?x

=

?tpu

=

ρ0

c0

p

ρ0

c0ωωpρ0

c0(ρu)ξ=a

=波與振動圖象的區(qū)別振動的圖像波的圖象研究對象一個振動質(zhì)點(diǎn)波的傳播方向上所有振動質(zhì)點(diǎn)研究內(nèi)容質(zhì)點(diǎn)在振動過程中，位移隨時間

而變化的規(guī)律某一時刻連續(xù)介質(zhì)中各質(zhì)點(diǎn)相

對于平衡位置的位移規(guī)律圖

象坐標(biāo)含義（t、x）表示t時刻的位移是x(x、y)表示x處質(zhì)點(diǎn)某時刻的偏離平衡位置的位移為y物理意義描述的是某一質(zhì)點(diǎn)在各個時刻偏

離平衡位置的位移描述的是某一時刻各個質(zhì)點(diǎn)偏

離平衡位置的位移圖線的變

化研究質(zhì)點(diǎn)振動的時間起點(diǎn)不同，

圖線的起始點(diǎn)不同為瞬時圖象，時刻選擇不同，

圖象會變化，但變化中有規(guī)律超聲波的基本特性什么是機(jī)械波機(jī)械波產(chǎn)生的條件聲波的頻率和傳播速度由什么決定超聲及可聽聲的頻率范圍速度頻率波長的關(guān)系>

聲

壓聲壓的定義聲壓級如何計算>

超聲波的傳播速度速度與媒質(zhì)的密度和溫度有關(guān)>

聲波的聲強(qiáng)聲強(qiáng)的定義及公式>

特性阻抗特性阻抗的定義及公式>

波動方程●>

聲波的折射

>

聲波的散射和繞射

>

超聲波的傳播聲學(xué)邊界條件

§3

超聲波的傳播特性

聲波的反射

>

界面：

兩種聲阻抗不同的介質(zhì)相接觸的面。大

界

面：

界面尺寸大于聲束直徑的界面。小

界

面：

界面尺寸小于聲束直徑的界面。聲阻抗、聲特性阻抗

不相同時出現(xiàn)一

聲學(xué)邊界條件聲學(xué)邊界聲學(xué)特性一

聲學(xué)邊界條件（一）聲壓連續(xù)兩種媒質(zhì)中的聲壓在邊界面處是連續(xù)的，即聲壓是相等的P1=P2ρ1

C1≠ρ2

C2一

聲學(xué)邊界條件（二）質(zhì)點(diǎn)法向速度相等質(zhì)點(diǎn)振動速度在垂直界面的分量相等vi

cosθ

i

?

vr

cosθ

r

=

vt

cosθ

t注意：邊界只要大于超聲波長，可以視為無限大；聲

學(xué)

邊

界

條

件二

超聲波在界面上的反射和折射（一）反射和折射定律界

面（產(chǎn)生散射、干涉、衍射）（產(chǎn)生反射、折射）大界面小界面反射或透射的條件

界面線度遠(yuǎn)大于聲波波長及聲束直徑

介質(zhì)聲阻抗界面處突變

“不連續(xù)”臨床上反射回聲帶來體內(nèi)臟器及大界面信息二

超聲波在界面上的反射和折射（一）反射和折射定律超聲波傳播遵循幾何聲學(xué)原則>直線傳播>遇到界面發(fā)生反射和透射二

超聲波在界面上的反射和折射（一）反射和折射定律>反射定律：超聲波向界面的入射角等于反射角θi=θr二

超聲波在界面上的反射和折射（一）反射和折射定律>折射定律：聲波向界面入射角的正弦值與折射角的正弦值之

比等于兩種媒質(zhì)中的聲速之12n折射比二

超聲波在界面上的反射和折射比Sinθi

Sinθt（一）反射和折射定律c=

c12=>聲壓反射系數(shù)反射聲壓pr和入射聲壓pi之比prr

=

ppi二

超聲波在界面上的反射和折射

（二）反射系數(shù)和透射系數(shù)

pi

θi

θr

p

r

Z1vi

vr

c11、反射系數(shù)θt

vtpt

c2Z2二

超聲波在界面上的反射和折射

（二）反射系數(shù)和透射系數(shù)

pi

θi

θr

p

r

Z1vi

vr

c1v

cosθ?

v

cosθ

=v

cosθ兩個連續(xù)1、反射系數(shù)ii

r

r

t

tpi

+

pr

=

ptθt

vtpt

c2Z2二

超聲波在界面上的反射和折射（二）反射系數(shù)和透射系數(shù)>聲壓反射系數(shù)pr

Z2

cosθi

?

Z1

cosθt

rp

=

pi

=

Z2

cosθr

+

Z1

cosθtv

cosθ?

v

cosθ

=v

cosθii

r

r

t

tpi

+

pr

=

ptrp=l全反射無透射r

=0

全透射軟邊界（Z2>Z1

）硬邊界（Z2>Z1

）二

超聲波在界面上的反射和折射Z2>>Z1Z2

=Z1Z2

≠Z1（二）反射系數(shù)和透射系數(shù)1、反射系數(shù)聲波垂直入射21Z

+

Z2

1Z

?

Zr

=

pp名稱熒光樹脂顱骨血液肝腦皮膚肌肉脂肪

水水0.3500.5700.0070.0350.0070.0290.0200.047

0脂肪0.3900.6100.0470.0490.0540.0760.067肌肉0.3300.5600.0200.0150.0130.009皮膚0.3200.5600.0290.0060.022腦0.3400.5700.00.028肝0.3200.5500.028血液0.3500.570顱骨0.290查表聲波由水入腦的

rp

＝0.007>聲壓反射系數(shù)二

超聲波在界面上的反射和折射（二）反射系數(shù)和透射系數(shù)>聲壓透射系數(shù)透射聲壓pt和入射聲壓pi之比

pi

θi

θr

p

r

Z1vi

vr

c1衡量超聲在不同介質(zhì)中透射能量的大小2、透射系數(shù)t

=

ppiθt

vtpt

c2Z2pt>聲壓透射系數(shù)由聲壓連續(xù)和法向速度連續(xù)可知1

1

2t

=

2Z2

cosθi

p

Z1cosθt

+

Z2

cosθr

pi

θi

θr

p

r

Z1vi

vr

c1二

超聲波在界面上的反射和折射

cosθi

?

cosθr

=

cosθt（二）反射系數(shù)和透射系數(shù)2、透射系數(shù)pi

+

pr

=

ptθt

vtpt

c2Z2Z1>>Z2

tP→0超聲強(qiáng)烈反射無透射Z1≈Z2

tP≈1超聲全部透射Z2>>Z1

tP≈2駐波現(xiàn)象

反射強(qiáng)烈（二）反射系數(shù)和透射系數(shù)>聲壓透射系數(shù)聲波垂直入射二

超聲波在界面上的反射和折射Z1Z2θr

prvr

c1c221t

=

2Z2

p

Z

+

Zθt

vtpt

piθvii二

超聲波在界面上的反射和折射（二）反射系數(shù)和透射系數(shù)超聲在界面反射和透射只有垂直入射聲強(qiáng)才能守恒

4Z2

Z1cos

θi

(Z1cosθt

+

Z2

cosθr

)2(tp

)22>聲強(qiáng)透射系數(shù)t

=

It

=i聲波垂直入射

tI

=

t

=p

/

Z2

Z1

p

/

Z1

=

Z2i2t22、透射系數(shù)III超聲波在兩種媒質(zhì)的界面上的反射和透射是與入射角度、聲特性阻抗、折射狀態(tài)有關(guān)的；二

超聲波在界面上的反射和折射如果cl<c2

透射角隨入射角增大而增大當(dāng)入射角達(dá)到b值

，透射角增大至90。超聲波透射定律sinθi

c1

sinθt

=

c2超聲在界面全反射b角稱全反射臨界角二

超聲波在界面上的反射和折射b

=sin

?

1

(

)θ

tθtvtc2Z2

vi

vr

c1

θθi

、θr

Z1i3、全反射▲避免產(chǎn)生透射偽像及全反射現(xiàn)象減少信號強(qiáng)度損失全反射現(xiàn)象對超聲診斷無意義，

應(yīng)盡量避免。二

超聲波在界面上的反射和折射實(shí)際應(yīng)用中探頭探測角度不超24o3、全反射c2Z2θ

tθtvt

vi

vr

θθi

、θr

iZ1c1▲反射波聲能通量與折射波聲能通量之和等于入射波

聲能通量；4.在界面上的聲能量守恒三

超聲波通過中間層傳播超聲波有效向人體發(fā)射超聲波，振動晶片前必須加上匹配層。同時在探頭和人體之間加上一

層導(dǎo)聲膠作耦合劑；三

超聲波通過中間層傳播如圖

聲波垂直通過厚度d的介質(zhì)薄層。忽略

介質(zhì)對聲能量吸收，因入射波和反射波疊加各層間聲壓重新分三

超聲波通過中間層傳播（一）垂直入射的情況

1

3

(Z1

+

Z3

)2

cos2

(

d)

+

(Z2

+

)2

sin2

(

d)It→

d

←

Ii

z1

z2

z3

λ1

λ2

λ3t

=

It

=i布。4Z

ZII中間層透聲的情況：>無限薄層全透射>半波長層全透射>匹配層全透射>傾斜入射情況

1

3

(Z1

+

Z3

)2

cos2

(

d)

+

(Z2

+

)2

sin2

(

d)It→

d

←

Ii

z1

z2

z3

λ1

λ2

λ3t

=

It

=i4Z

ZII1.Z1·Z3>>Z2如Z2為軟組織間的空氣薄層tI

→

0

聲束不能透射z1

z2

z3

λ1

λ2

λ3→

d

←2.

當(dāng)Z1=Z3

，

d

<<

2π

時cos

(

d)

=

1

sin

(

d)

=

0

一種媒質(zhì)中插入一中間層，只要器厚度遠(yuǎn)22小于在器中間傳播的超聲波波長，這一層媒質(zhì)就對聲波的全透射沒有影響無限薄層全透射tI

=1λ2相當(dāng)于聲束垂直通過Z1

、Z3介質(zhì)薄層消失當(dāng)中間層的厚度為半波長的整數(shù)倍的時候，這一中間層不造成聲損失半波長層全透射3.d=λ2/2

，λ2

，3/2λ2

，?

,

nλ2/4(n不等于零的偶數(shù))，或d

<<λ2cos2

(

d)

=

1

sin2

(

d)

=

04Z

ZtI

=

相當(dāng)于兩個介質(zhì)界面不存在匹配層全透射4Z1Z3

4Z

(Z2

+)2

(Z2

+

)2I224.

d為

cos2

(

d)

=

0奇數(shù)倍sin2

(

d)

=

1t

=

=

Z

ZZ

==

11

32（二）

.耦合劑(coupling

gel).探頭與體表間存在聲阻抗差很大的界面，使超聲波難以進(jìn)入人體.填充厚度極小的耦合劑，

相當(dāng)于聲束垂直通過介質(zhì)薄層.使耦合劑厚度等于

奇數(shù)倍.

阻抗值平方等于兩側(cè)介質(zhì)阻抗的乘積.可使超聲盡可能完全進(jìn)入人體.臨床使用液體石蠟最大透射率是入射強(qiáng)度的四分之三左右超聲波長λ與物體尺寸可以比擬甚至更大時，會發(fā)生衍射和散射現(xiàn)象（一）超聲波的散射界面或障礙物線度d小于且接近超聲波波長λ,傳播方向連續(xù)改變。四

散射和繞射超聲入射懸浮粒子(塵埃、煙霧、雜質(zhì)、氣泡等)懸浮粒子成為子波源（散射中心）向空間各方向發(fā)射散射波（子波）干擾入射波（入射波與子波相干涉）IV形成干涉空間（散射波場）1

、

散射截面概念散射截面σ

定義為截取平面行波聲能等于某物體或體積在各個方向所散射的總能量的面積。定量描述散射程度σ

=

(m2

)Ii

入射聲強(qiáng)

W

總散射功率四

散射和繞射1

、

散射截面概念d>>λ

散射面積取1,散射不明顯，主要是反射、透射，形成鏡式反射并留下聲影四

散射和繞射1

、

散射截面概念d<<λ

散射明顯，散射場強(qiáng)度均勻分布(瑞利散射)

散射聲強(qiáng)與入射波頻率四次方成反比四

散射和繞射1

、

散射截面概念d≈λ

散射場強(qiáng)度分布復(fù)雜，表現(xiàn)為角分布

與障礙物大小及聲特性阻抗有關(guān)

聲強(qiáng)與頻率四次方成正比，與距離平方成反比四

散射和繞射

頻率高，波長短，散射小

散射角大，散射衰減厲害2、超聲波在生物組織中的散射四

散射和繞射尺寸小于λ的小物

體反射非鏡面（散射）反射超聲波發(fā)生哪種作用和界面類型有關(guān)組織中作用：聲學(xué)

散射四

散射和繞射鏡面（光滑）反射邊界上作用四

散射和繞射波長大于或接近障礙物尺寸時，

超聲波可以繞國障礙物的邊緣向前傳播，

就是繞射，也稱為衍射；

可以分為孔型和障礙物型；四

散射和繞射（二）超聲波的繞射（二）超聲波的繞射討論：（1

）當(dāng)d

=λ時,

衍射現(xiàn)象明顯。若病灶線度與波長接近時，聲波完全繞過病灶，無明顯反射回波。圖像表現(xiàn)：不會出現(xiàn)病灶外形輪廓，但有反向散射。四

散射和繞射（二）超聲波的繞射討論：（2

）當(dāng)d

>>λ時，在障礙物背后形成聲影。聲影：

超聲波不能完全繞過障礙物，在障礙物背后存在的聲波不能達(dá)到的空間。圖像表現(xiàn)：暗區(qū)（探測不到的肓區(qū)）四

散射和繞射四

散射和繞射（二）超聲波的繞射五

超聲波的干涉（一）迭加原理小振幅聲波傳播時，線性參量是可以相互迭加的；

n個聲波的合成聲場的聲壓等于n個聲

波的聲壓之和；>固定相位的兩列同頻聲波的合成振幅和平均能量密度均隨相位變化。

一些地方加強(qiáng)，一些地方減弱；>相位相同則加強(qiáng)，最大是兩倍；

相位相反則減弱，可能為零；>具有相同頻率和固定相位差的聲波合成，較規(guī)則；（二）聲波的干涉同頻率聲波的合成，稱為干涉五

超聲波的干涉（三）駐波干涉現(xiàn)象的特例，指兩個相向傳播的相干波的

疊加。駐波方程x=

2A

cos(y

)

?

cos(t

)2π2A

cos(

λ

y

)1

）疊加結(jié)果，各點(diǎn)仍作簡諧振動；2）質(zhì)點(diǎn)振動的振幅為

即振幅與各質(zhì)點(diǎn)的位置

y有關(guān)，與時間無關(guān)；五

超聲波的干涉（三）駐波x=

2A

cos(y

)

?

cos(t

)討論：cos(

y)=

03）振幅最大為

2A，發(fā)生在的點(diǎn)，

y

為波腹位置；4）振幅最小為

0

，發(fā)生在的點(diǎn)，

y

為波節(jié)位置；五

超聲波的干涉（三）駐波x=

2A

cos(y

)

?

cos(t

)討論：cos(

2πλy)=

1五

超聲波的干涉（三）駐波駐波的主要特點(diǎn)：

x

=

2A

cos(

y

)

?

cos(

t

)1

）駐波區(qū)域無能量傳播，只有質(zhì)點(diǎn)的振動。2

）駐波場是一個振動體，

其頻率與入射頻率相同，最大振幅為原振幅兩倍。五

超聲波的干涉（三）駐波駐波比(SWR)

：表示駐波發(fā)生程度的物理量式中，

pmi

為入射波聲壓幅值pmr

為反射波聲壓幅值SWR

=

pmi

+

pmr

pmi

?

pmr1

）當(dāng)

pmr

=0時，駐波比

=

1駐波上各點(diǎn)壓力相等，

此時不存在駐波；2

）當(dāng)

pmr

=pmi

時，駐波比為無窮大，駐波壓力最大值是入射聲壓的兩倍，

最小值為0，即產(chǎn)生全反射駐波。（三）駐波討論：SWR

=

pmi

+

pmr

pmi

?

pmr五

超聲波的干涉超聲在非理想的彈性媒質(zhì)中傳播時，隨著傳播距離的增加，其總能量逐漸減弱的現(xiàn)象；

§

4

超聲的衰減

什么叫做衰減§

4

超聲的衰減擴(kuò)散衰減散射衰減.粘滯性吸收.

導(dǎo)熱性吸收

.馳豫性吸收.超聲束的擴(kuò)散.超聲波的散射吸收衰減介質(zhì)吸收聲能分散一

衰減的成因（一）擴(kuò)散衰減

聲波能量分布改變造成的衰減（超聲束的擴(kuò)散）特

點(diǎn)：超聲波的總能量沒有減少，聲能的形式無改變。規(guī)

律：遵守平方反比定律（球面波）一

衰減的成因rr0I0

I擴(kuò)散衰減與波陣面形狀有關(guān)，與介質(zhì)特性無關(guān)I

r

2o

=

I0

r

2平方反比定律(二)

散射衰減（Scattering）（超聲波的散射）聲波與散射中心多次相互作用部分聲能轉(zhuǎn)化為熱能散失指由于傳播介質(zhì)的不均勻性，或介質(zhì)中含有其它雜

質(zhì)微粒，使超聲波產(chǎn)生散亂反射而導(dǎo)致超聲強(qiáng)

度減弱的現(xiàn)象。一

衰減的成因聲波與散射中心相互作用聲波散射

能量損耗相對運(yùn)動吸收

氣泡吸收

滯后作用吸收馳豫性吸收

導(dǎo)熱性吸收

粘滯性吸收一

衰減的成因吸收衰減與聲波的頻率有關(guān)（三）吸收衰減聲能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?、機(jī)械能等其它形式能量1.基本定義.表示聲音能量傳播過程中下降的快慢程度>聲壓衰減系數(shù)衰減系數(shù)“

的值等于單位距離上聲壓幅值比的

自然對數(shù)；>聲強(qiáng)衰減系數(shù)二

衰減系數(shù)(c

=

.

)ln

=

一cx一cx=

eIdx0一dI

父

Idx一dI

=

c

Idx

=一c∫

dx二

衰減系數(shù)推導(dǎo)I=

I

e一cxx

=

0一

dII0Ix01).

聲強(qiáng)衰減規(guī)律0式中，

αI

稱為聲強(qiáng)吸收系數(shù)α

I

的物理意義：表示超聲波通過單位長度的吸收物質(zhì)時，強(qiáng)度減少的份額。單位：

m-1

，cm-1二

衰減系數(shù)I=

I

e?αIx2).

聲壓衰減規(guī)律0式中，

αP稱聲壓吸收系數(shù)(衰減系數(shù))，單位：

1

，

1在醫(yī)用超聲中，

吸收系數(shù)往往作為組織定征和疾病判別的一個重要參數(shù)，而吸收則是衰減的一個重要

組成部分。p

=

p

e?αpx二

衰減系數(shù)α

=

2αI

p的因素：

（1）介質(zhì)性質(zhì)（2）超聲波頻率得

p2

=

p

e?α

x?α

x而

p=p0

e

p02兩式相比得影響

α

、

αP22p

p0

=Z

Z3）.

α

同αP的關(guān)系二

衰減系數(shù)I

=

p2Zp

p0

e=

?α

x/20I

=

I

e?αx根據(jù)?α

xe2.奈貝概念(一種級的單位)

表示兩個量的類比程度；

聲學(xué)中用聲壓相比的自然對數(shù)加以定義；nN

=ln(

)1Np=8.68dB1dB

=0.115Npp2p1二

衰減系數(shù)3.

半價層超聲衰減半價層的概念來說明媒質(zhì)吸收能的程度；組織內(nèi)傳播的超聲波其強(qiáng)度衰減到初始值一半時的距離，單位為

cm

。H

=

ln

2二

衰減系數(shù)二

衰減系數(shù)

聲波在少數(shù)界面空間往復(fù)多次反射；

聲源激起封閉空間媒質(zhì)固有振動的自由衰減；

媒質(zhì)的不均勻性所引起的散射；4.混響和多次反射混響和多次反射是在特殊情況下發(fā)生衰減現(xiàn)象；原因：二

衰減系數(shù)4.混響和多次反射混響時間：聲源停止后從初始聲壓級降低60dB所需要的時間，也就是初始聲能密度下降到百萬分之一

時所需要的時間二

衰減系數(shù)縱波在液體中（以一定角度）

進(jìn)入固體中，振動會分解為兩類波：橫波和縱波；但是如果

是垂直入射就不會有折射和橫波產(chǎn)生；

超聲傳輸和衰減的幾個問題

聲波類型的轉(zhuǎn)換

超聲傳輸和衰減的幾個問題

聲波波形的畸變波形的畸變標(biāo)志著諧波的產(chǎn)生；

考慮到在物質(zhì)中的衰減，對于不同深度信號會有放大的調(diào)整，

如果增益僅僅以軟組織考慮，如果組織中有液體時，就會出現(xiàn)回波信號比入射信號還要大的情況；

超聲傳輸和衰減的幾個問題

反射增強(qiáng)

主要是吸收和粘滯的衰減；

和晶胞尺寸有關(guān)系；

吸收衰減和頻率有關(guān)；粘滯衰減也和頻率有關(guān)，三

衰減系數(shù)的理論分析（一）固體媒質(zhì)（二）流體中聲衰減ω2

「4

'

(

1

1

)]a

=

2ρ0

C3

|L3η

+

χ|（Cv

?

Cp

)|」|聲吸收經(jīng)典理論公式吸聲系數(shù)與頻率平方成正比例，

頻率越高衰減越快，傳播的距離愈短；a

=

?

弛豫吸收理論公式散頻現(xiàn)象

四

生物組織的超聲衰減

>衰減系數(shù)

α吸收衰減系數(shù)、散射衰減系數(shù)與組織厚度、超聲頻率有關(guān)頻率增加1MHz，傳播距離增加1cm組織對超聲衰減增加0.81dBα=βf

β

平均吸收系數(shù)0.81×dB

(cm·MHz)-1軟組織對超聲平均衰減系數(shù)>混響時間聲源停止發(fā)射后，聲場中某點(diǎn)振動延續(xù)時間>界面間多次反射

>聲波引起固有振動

>介質(zhì)不均勻性引起散射

>半價層H組織內(nèi)傳播的超聲波其強(qiáng)度衰減到初始值一半時的距離，單位為cm

。四

生物組織的超聲衰減原

因（一）生物組織超聲衰減系數(shù)的擬合公式.

生物軟組織中聲衰減系數(shù)與非生物的均勻媒質(zhì)不同，它是頻率的函數(shù)α

=

α0

f2“0衰減斜率脂肪成分增加，聲速減小，

聲衰減系數(shù)、聲散射系數(shù)增大；蛋白質(zhì)增加，尤其是膠原蛋白，明顯影響聲衰減系數(shù)增大；隨著組織含水量的增加，聲速、聲衰減、聲散射系數(shù)均減??；（二）衰減系數(shù)與生物組織結(jié)構(gòu)和成分的關(guān)系（三）衰減與溫度的關(guān)系聲強(qiáng)增加溫