超聲波超聲診斷儀的物理原理

1、超聲波 超聲診斷儀的物理原理Supersonic wavePhysics principleof ultrasonic diagonstic apparatus,簡諧運動,機械波,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),聲波,超聲波,聲壓,聲強級,響度級,特點,作用,產(chǎn)生原理,聲阻,聲強,診斷原理,最新進展,知識結(jié)構(gòu),超聲成像儀ultrasonic imaging device,三維動態(tài)超聲圖像,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、

2、總結(jié),一、聲波的性質(zhì)properties of sound wave,超聲和次聲 聲壓和聲阻 聲強 反射和折射,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行了長期的研究。,關(guān)于次聲infrasonic wave,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（0.000120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

3、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。,超聲和次聲supersonic wave & infrasonic wave,在連續(xù)介質(zhì)中傳播的彈性波，若其頻率f在202104 Hz之間，則能使人產(chǎn)生聲音的感覺，這種波稱為聲波(sound wave)；,若其頻率在10420 Hz之間，則這種波稱 為次聲波(infrasonic wave)；,若其頻率在21045108 Hz之間，則這種 波稱為超聲波(supersonic wave)。,人能聽到聲音的頻率為20Hz20000Hz，其中最敏感的頻率2000Hz3000Hz。老年人的聽覺隨著年齡而衰退，能聽

4、到的頻率約為50Hz12000Hz。,聽閾,聲壓sound pressure,在媒質(zhì)中，有聲波傳播時的壓強與無聲波傳播時的靜壓強的差值為聲壓，以P表示 ：,聲壓幅,有效聲壓,聲阻acoustic impedance,在同一聲壓下，質(zhì)點振動速度v與c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c與電阻對應(yīng)，稱為聲阻抗Z,聲強sound intensity,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。,聲壓、聲阻、聲強,聲壓P,電壓U,聲阻Z,電阻R,聲強I,功率P,振動速度v,電流I,有效聲壓PC,有效電壓UC,反射和折射reflection & tran

5、smission,在聲波的傳播過程中，當遇到兩種不同媒質(zhì)的界面時，要發(fā)生發(fā)射、折射，他們遵守反射、折射定律。,反射波強度與入射波強度之比，為反射 系數(shù)，用air表示。,折射波強度與入射波強度之比，為媒質(zhì) 的折射系數(shù)或透射系數(shù)，用ait表示。,incidence-reflection,incidence-transmission,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；聲阻抗相近時，透 射強，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)。,二、人耳的聽覺范

6、圍the human ears hearing range,人耳的靈敏度對于每一個頻率都有一個最小聲強，低于它的聲音人耳就聽不見了，這個最小聲強稱為聽閾(threshold of hearing)；,同時，還有一個最大聲強，高于它的聲音 會使人耳感到不適或痛苦，這個最大聲強稱 為痛閾(threshold of feeling)。,聲強與聲強級sound intensity & intensity level,人耳對聲音的感覺，近似地與聲強的對數(shù)成正比，常用聲強級L來表示：,聲強級L的單位為dB（分貝）。 I0=10-12W/m2，是接近1000 Hz時的聽閾。,聲強增加10倍，聲強級增加多少？

7、,聲強增加1倍，聲強級增加多少？,0-50分貝：舒適，細語聲； 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：,演示,響度與響度級 loudness & loudness level,聲強、聲強級是根據(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弱的主觀感受，不僅取決聲強，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聲音的響度為標準，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)。

8、,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,0,20,40,60,80,100,120,20,100,1000,2000,5000,10000,1012,1010,108,106,104,102,1,0,20,40,60,80,100,120,痛閾,聽閾,聲強 (W/m2）,聲強級 (dB）,Hz,響度級 (方）,關(guān)于聽閾threshold of hearing,同一頻率，聲強越大，響度越大,同一聲強，頻率不同，響度不同,人耳對25003000Hz最敏感,20Hz，20000Hz，聽閾曲線，痛閾曲線組成人的聽覺區(qū)域。,1000Hz時，響度級等于聲強級,三、超聲波的特

9、性ultrasound features,機械作用、空化作用、熱作用。,方向性好。,強度大。,固體、液體貫穿本領(lǐng)強，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？,超聲波的產(chǎn)生ultrasonic generation,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)化為機械振動 接收超聲波：正壓電效應(yīng)，機械振動轉(zhuǎn)化為高頻電壓。,四、超聲波的醫(yī)學(xué)應(yīng)用ultrasonic medical applications,1、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、超聲成像最新進展 3、超聲治療,超聲診斷基本原理 the b

10、asic principles of ultrasound diagnosis,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。 回波的脈沖幅度提供了產(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,超聲診斷基本原理 the basic principles of ultrasound diagnosis,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。,A型超聲診斷儀amplitude ultrasound diagnos

11、is,一維成像，測量器官長度,B型超聲診斷儀 brightness ultrasound diagnosis,二維成像，顯示器官斷層圖像,M型超聲診斷儀 motion ultrasound diagnosis,時間,深度,探頭,二維成像，顯示器官運動軌跡,超聲多普勒Ultrasound Doppler,由多普勒效應(yīng)可知，利用多普勒效應(yīng)可檢測運動物體。當超聲波傳入人體某一血液流動區(qū)，被紅細胞散射返回探頭，回波信號的頻率將會變化，可求血液的速度。,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,超聲成像最新進展 the latest progress of ultrasound imaging,超聲成像的發(fā)展,超聲成像原理及超聲成像儀,Medison SONOACE 9900,Medison SONOACE 8000,腎臟,心臟,30周胎兒的臉,I am angry,唇裂的胎兒,胎兒的手指,胎兒的脊椎,胼胝體動脈,心臟動態(tài)血流圖,三維動態(tài)超聲圖像,超聲治療,小劑量超聲波能使神經(jīng)