《医学超声学基础》PPT课件

2. 按波阵面的形状分类
1) 平面波：波阵面为平面的波。 2) 球面波：波阵面为球面的波。 3) 柱面波：波阵面为柱面的波。
3. 约定 • 为方便，超声在人体内传播，均视为平面波。 • 遇到小障碍物而散射的超声，均视为球面波。
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三、按发射超声的类型分类
１．脉冲波 采用机种：A型、M型、B型超声诊断仪， 脉冲波多普勒血流仪。
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（2）周期T
声波传播一个波长距离所需的时间称周期，用T表示。等 于声波中质点在平衡位置往返振动一次所需的时间。
（3）频率f
任一点在单位时间内通过的波数称频率，用f表示。等于 介质中的质点在单位时间内振动的次数。
（4）波长、周期、频率与声速之间的关系
λ＝c/f＝ｃT
T＝1/f
（5）单位
二、声波按频率的分类及医用超声的范围
1. 声波按频率(f)的分类
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简单的分类:
f＜16 Hz
称：次声波
16 Hz≤f≤20 kHz 称：可听声波
f＞20 kHz
称：超声波
2. 医学超声仪的频率范围：200 kHz－40 MHz 3. 超声诊断仪的频率范围： 1 MHz－10 MHz
相应的波长： 1.5mm－0.15mm
声速ｃ的单位为：m/S
医学超声中常用：mm/S
波长λ的单位为：m
医学超声中常用：mm
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由于人体软组织无切变弹性，横波在人体软组织
中不能传播，而只能以纵波的方式传播，所以纵波是
超声诊断和治疗的常用波型。
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二、按波阵面的形状分类
1. 波面与波阵面 • 波 面: 波传播时，某一时刻介质中各同相位 振动点组成的面。波面有无数个。 • 波阵面：波传播方向上最前面的那个波面。
（2）在流体与气体介质中（平面纵波）：c B/
B－介质的体积弹性系数 ρ－介质的密度
（3）c与温度有关——因B与温度有关。 如：空气中一定温度内每升高1℃，声速约增加 0.6m/S。
（4）c与频率无关，即无频散（色散）现象。
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与超声诊断有关的各种介质的声速
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重要声速参数
① 人体软组织中： c≈1540 m/S
在人体各种软组织中,声速都很接近，可按此估算。
② 人体骨组织中： c≈4000 m/S ③ 空气(22℃)中： c≈ 345 m/S
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2.波长、周期和频率 （1） 波长λ
声波中两个相邻同相位点之间的距离称波长，用λ 表示。
纵波：指两个相邻密集点(或稀疏点)之间的距离。 横波：指两个相邻波峰(或波谷)之间的距离。 (或：在一个波周期时间内，波所传播的距离称波长。)
第一章 医学超声学基础
第一节 超声波的定义及特性
波，根据其性质可分为两大类：
波类型 传播条件 传播能量 传播速度
波实例
电磁波 真空、介质 电磁能
约3×108 无线电波、光波、
m／s
X、γ射线
机械波 介质
几百至几千 水波、地震波、
机械能
m／s
声波
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一、声波的定义
弹性介质中质点机械振动状态的传播过程。 其实是机械振动能量的传播过程。
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二、机械波产生的过程
连续弹性介质中，某一质点的振动，通过弹 性力的作用，传递给与它相邻的质点，后者也振 动，并继续传递……能量传播，形成机械波。
三、超声波的产生及传播
由超声换能器产生振动，引起接触剂的振动， 接触剂的振动又引起人体皮肤、脂肪及内脏的振 动，超声波能量就这样进入了人体。
P = P0cos(ωt-kx ) = P0cos[ω( t-x/c )] 该式表明：在离声源x处的振动，要在声源振动 的一个时延x/c后才发生。
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二、波参数
1. 声质点振动速度v是不同的。c与以下因素有关：
（1）c与波类型有关。横波c＞纵波c。
P = A1e-j (ωt-kx ) + A2e-j(ωt+kx )
④
或： P = A1cos (ωt-kx ) + A2cos(ωt+kx ) ⑤
式中：k = ω/c = 2π/λ——波数
ω = 2πf——角频率
f ——频率
λ——波长
4. 讨论
③、④、⑤式中，第一项x同向波，第二项x反向波， 如无反向波（反射波），则A2=0
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第三节 超声波的分类
一、按质点振动方向和波传播方向的关系分类
1. 横波 质点振动方向垂直于波的传播方向的波。 由介质的切变弹性引起，亦称切变波。 横波仅在固体中传播。
2. 纵波 质点振动方向平行于波的传播方向的波。 由介质的压缩弹性引起，亦称疏密波或压缩波。 纵波能在固体、液体和气体中传播。
三、超声波（最突出）的特性
1. 方向性好——用于探测、诊断。 2. 能量大 ——用于清洗、灭菌、手术。
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第二节 超声波的产生
超声波产生的基本条件：① 振源；② 介质。
一、单自由度振动系统的数学描述
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1. 位移： ξ＝ Acos(ω0t-φ) 式中：A ——振幅，即最大位移 ω0 ＝2πf0 ——角频率 f0 ——固有频率 φ——初相角
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2. 波动方程
联立以上①、②式，可得波动方程如下：
2xp2 c12
2p t2
0
2v x2
c12
2v t2
0
它描述了声波传播过程中，每个空间位置上，每 个时刻的声压和质点振动速度。
3. 解的形式
p = f1( x-ct ) + f2( x+ct )
③
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对于简谐平面波可写为：
2. 速度： v＝dξ/dt＝－Aω0 sin(ω0t-φ) ＝－Vm sin(ω0t-φ)
式中：Vm ＝Aω0 ——最大速度 3. 加速度：a＝dv/dt＝－Aω02 cos(ω0t-φ)
＝－B cos(ω0t-φ) 式中：B ＝Aω02 —— 最大加速度 单个质点无阻尼振动：动能、势能转换，能量守恒。
２．连续波 采用机种：连续波多普勒血流仪。
四、按声波的频率分类（如前述）
１. 次声波 ２．可听声波 ３．超声波
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第四节 波动方程与波参数
一、波动方程
假定：平面声波，沿x方向传播 1. 基本方程
运动方程：
v P
①
t x
连续方程：
P B v
②
t
x
其中：P－声压，v－质点振动速度 ρ－介质密度， t－时间，B －体积弹性系数