超声医学物理基础医学

• 医用常为：2～10MHz
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二、声速
定义：指声波在传播介质中的运行速度，用c表示。
在不同的介质中声速有 所差别，它取决于介质的弹 性（k）和密度（ρ）。通常， 弹性（Ｋ）／密度（ρ）比大 的物体声波传播的速度高， 反之则低，即：
Ｋ Ｃ＝───
ρ
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二、声速
从声波传播Biblioteka Baidu度考虑，人体组织可分３类：
• 散射发生在人体内软组织内的微小界面； • 反射产生与体内大器官的界面； • 散射与反射均为声波能量衰减的重要因素； • 反射与散射均是回波型超声仪的物理基础。
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五、衰减
定义：声波在介质内的传播过程中，随着传播距 离的增大，声波的能量逐渐减少，这一现 象称为声波衰减。
影响因素：
• 当Z1＝Z2时， p＝0 ， 无反射 • 当Z1〉Z2或Z1〈Z2时， 有反射 • 如Z1》Z2或Z1《Z2时， 全反射 • 利用反射，提取信息，进行诊断 • 皮肤与空气声阻差大，用耦合剂 • 不适肺、肠、骨等组织器官检查
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二、折射
定义：因介质中声速的空间分布而引起的声传 播方向改变的过程。
• 超声仪收到的声波是背向 散射。
• 血流中的红细胞是多普勒 超声检测血流的基础。
• 各种软组织从微观的角度 看都非均匀组织，均可产 生超声波的散射。
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四、散射
散射的强弱不仅取决于界面的声阻差，而且还与 障碍物的大小和数量有关，此外还与声波的频率有着 密切的关系，通常散射强度与声波频率呈正比。
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综上所述
频率、声速与波长间的关系如下：
c
λ=── 或 c=fλ
f
周期(T)为频率的倒数，即：
１
λ
Ｔ＝─── 故：λ＝Ｃ·Ｔ 或 Ｃ＝───
ｆ
Ｔ
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四、声阻抗
定义：介质中某点的声压P与质点振动速度V之间比为 该点的声阻抗（Z）。
意义：表示介质传播超 声波能力的重要 物理量。
• 软组织：约1541m/s • 气 体：约350m/s • 骨 骼：约3852m/s • 医 用：以软组织的
平均声速
t 组织厚度=Ｃ·───
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可通过声速测量软组织的厚度
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三、波长
定义：声波在完成一次完全振动的时间内所传播的距 离称为波长，以λ表示。
超声在同一介质中传播时， 由于声速已确定不变，频率与波 长间的关系为：频率愈高则波长 愈短；频率愈低则波长愈长，两 者间呈反比。
作超声检 查时，需尽可 能将声束垂直 于界面，否则 将会引起：
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• 侧方声影－－误诊； • 错位－－影响穿刺； • 全反射－－无法检查。
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二、折射
当声波从一种小 声速介质向大声速固 体介质入射时，声波 经过这两种介质的分 界面后出现折射波， 而且其折射角大于入 射角，反之亦然。
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吸收：组织特性使声能转换为热能； 反射：声波的反射使得能量减弱； 散射：声波的散射使得能量减弱； 频率：超声衰减与超声频率呈正比； 声束扩散：单位面积内的能量减少。
Kp与界面两
边介质的声阻抗 Z1和Z2的关系公 式如左：
Z1－Z2 Kp＝──── · cosα
Z1＋Z2
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一、声反射
当超声波垂直入射界面时，即θi＝θr ＝0 时，则反射系数Kp为：
Z1－Z2 Kp＝────
Z1＋Z2
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一、声反射
结论：超声波在界面上反射的大小取决于 界面两边介质的声阻差。
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一、声反射
反射定律：入射角θi的正弦与反射角θr的 正弦之比，等于入射波在第一介质中的声速Cl 与反射波在同一介质中的声速C1‘之比。
Sinθi Cl ───＝──
Sinθr C1'
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一、声反射
两种介质的声特性阻抗相差越悬殊，声 反射就越强烈；反之，声反射就弱，其强弱 可用反射系数Kp来表示。
• 介质发生周期性疏密 变化，为胀缩波。
• 存在于理想流体（气 体和液体)中。
• 除骨路、肺外人体组 均以纵波传播。
• 诊断与治疗的超声主 要是纵波传播。
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三、横波
定义：是指介质中的质点都垂直于传播方向运动的波
• 只能使介质形变，不 能体变，为畸变波
• 存在于高粘滞液体或 固体。
第一节
声波的定义
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一、定义
定义：物体的机械性振动在具有质点和弹性的媒介中 的传播现象称为波动，而能引起听觉器官有声 音感觉的波动则称为声波。 振源 ：声带、音叉、鼓面
介质：空气、人体组织
接收：鼓膜、换能器
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分类：纵波、横波
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二、纵波
定义：即介质中质点沿传播方向运动的波。
• 人体骨骼不但传播纵 波，还传播横波。
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第二节
声波的物理参数
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一、频率与周期
定义：介质在每秒钟内振动的次数为频率（f）,单位 为Hz，而在平衡位置来回振动一次的时间则称 为周期（T）。
• <16Hz ： 次声波
• 16--20000Hz：可闻波
• >20000Hz：超声波
数值：决定与介质密度 ρ与该介质中的 声速C。
Z=ρ·C
单位为Kg／m2·s
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第三节
超声波的特性
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一、声反射
定义：声波传播到两种阻抗不同的介质界面上， 如界面尺寸远大于波长时，便会引起部 分或全部声能的返回。
反射波的声压与入射波 的声压成正比，并与两种介 质的声特性阻抗、声速和入 射角等因素有关。
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三、绕射
超声波在介质中传 播过程中，遇到尺寸相 当于声波波长的声阻抗 界面时，声波将绕过此 界面，继续向前传播， 致使超声波无法检测到 该障碍物，这种现象称 为声波的绕射。
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四、散射
定义：超声波在介质中传播过程中，如遇到尺寸远小于 声波波长的声阻抗界面时，则声波将使其成为新 的声源，使得声波能量向四面八方发射，这种现 象称为声波的散射。
折射定律：入射角θi的正 弦与折射角θt的正弦之比，
等于入射波在第一介质 中的声速cl与折射波在第 二介质中的声速c2之比， 即：
Sinθi Cl ───＝──
Sinθt C2
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二、折射
使折射角为90°时的入射角称为临界角，当入射角超过临界角时， 相应的折射波消失，出现全反射。