超声物理基础分解知识讲解.ppt

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1、超声物理基础分解声呐技术至今已有100年历史，它是1906年由英国海军的刘易斯·尼克森所发明，SONAR是利用水中声波对水下目标进行探测、定位和通信的电子设备.医用超声发展史超声诊断始于20世纪40年代，50年代初期应用于临床，70年代超声快速成像技术得以应用，80年代声学多普勒效应用于超声诊断，90年代三维超声和介入超声得以实现。目前，组织谐波超声造影、3D/4D超声成像使得医学超声进入一个全新时代。超声是超过正常人耳能听到的声波，频率在20000赫兹(Hertz，Hz)以上。超声在介质中以直线传播,有良好的指向性。这是可以用超声对人体器官进行探测的基础。当超声在传播过程中会发生反射、折射

2、、散射、衰减等。反射回来的超声为回声(Echo)。人耳能听到的声波：20-20000Hz超声波的频率：＞20000Hz常用超声波的频率：2～12MHz3～5MHz低频，≥7.5MHz高频物体在一定的位置附近作来回往复运动称为机械振动。机械振动在介质中传播形成机械波。波是振动在介质中传播的过程。声波是机械波的一种。当声源振动时，由于介质质点之间的相互作用力，能够由近及远得使介质质点陆续发生振动。由此振动就以一定速度向各个方向传播出去形成声波。波动只是振动状态的传播，介质质点并不随波前进。介质内各质点振动方向和波的传播方向相互垂直，这种波称为横波。介质内各质点振动方向和波的传播方向相互平

3、行，这种波称为纵波。超声波在人体软组织中主要传播的是纵波。C=λfλ是超声波的特征尺度。波长与频率呈反比，f越大，λ越小，超声波的空间分辨率越好（影像上能够识别的两个相邻物体最小距离的能力）。应用于浅表软组织的高频超声，其波长短，空间分辨率好，图像清晰。但是穿透力弱，不适于检查深部组织（低频超声）。3MHzvs5MHz探头前者的空间分辨力（轴向+侧向）均低于后者分辨力衡量探头的一个重要指标是分辨力，包括空间分辨力、密度分辨力、时间分辨力。假设人体内有两个目标，当它们之间的距离比较大时仪器能够区分开两者，若两者间的距离很小时超声仪器就会将其视为一个目标。仪器能够区分的这个最小距离称为空间分辨力

4、，其与声束的方向有关，又分为横向、纵向和侧向分辨力。空间分辨力轴向分辨力Axialresolution侧向分辨力Lateralresolution横向分辨力Elevationortransverseresoulution人体内各组织声速C不同：固体＞液体、软组织＞气体人体软组织声速约为1540m/sZ=ρ×Cρ---介质密度Z---声阻抗Z反映了介质的性质。当超声波从一种介质传播到另外一种介质时，由于声阻抗Z不同，两种介质间形成一个声学界面。若该界面尺寸大于λ，则一部分超声波发生反射，一部分发生折射。两种介质的声阻抗差越大反射就越强。衍射（绕射）：在超声波传播过程中，遇到障碍物的尺寸与

5、1-2倍λ相接近时，声波可绕过这一障碍物边缘向前传播。散射：在超声波传播过程中，遇到障碍物的尺寸小于λ时，该物体吸收超声波能量后向四周辐射声波。红细胞的直径远远小于λ，是超声波散射的主要源泉，多普勒超声主要接收来自红细胞的背向散射。超声波在介质中传播，质点振动的振幅随传播距离增大而减小，这种现象称为声衰减。声衰减主要是因为介质对声波的吸收、散射、声束扩散等。人体是一个复杂的介质，各种器官与组织以及在病理状态下都具有特定的声阻抗和衰减特性。因而构成声阻抗上的差别和衰减上的差异。超声波射入体内，由表面到深部，将经过不同声阻抗和不同衰减特性的器官与组织，从而产生不同的反射、散射、衰减。将接收到的回

6、声，根据回声强弱，用明暗不同的光点（灰阶）依次显示在显示器上，则可显出人体的断面超声图像，医学上称之为声像图（sonogram）。回声介质的声阻抗差组织类型极强极大气体--实体界面（肺、肠气），不利于超声向深部传输次强大钙质、纤维组织含量多（结石、钙化、疤痕）高较大实质非均质性组织，纤维组织增生(血管瘤、脂肪肝等)中较小实质均质性组织（肝、脾、胰、肾皮质、心肌、甲状腺）低很小密度更均匀的实质组织（肾锥体、某些肿瘤）无无血液、胆汁、尿液、囊液、漏出液超声波的发射和接收都是通过超声探头完成，核心部件为压电晶体压电效应正压电效应：某些材料在外部压力或拉力作用下引起材料内部正负电荷中心位移，在材料表

7、面上出现正负电荷。此时机械能转换为电能，超声波的接收就是根据这一原理逆压电效应：在压电晶体表面加上电压引起材料内部正负电荷中心位移而产生应力，最终导致材料形变。此时电能转换为机械能，超声波的发射依据此原理。超声探头类型凸阵相控阵线阵线阵：许多压电单元等间隔地排列成一条直线，声像图呈矩形。属于高频探头，用于浅表软组织、血管，空间分辨率高、穿透能力相对低，许多术中探头、腔镜探头都采用线阵。相控阵（由信号的相位控制