超声波具有较强的穿透性

临床上常用诊断频率： 2~10MHz
二、超声波的基本物理参数
频率( f): 声波每秒振动次数，Hz。 波长(λ): 声波在一个振动周期内所通过的距离， mm 声速(C): 声波在介质中每秒传播的距离，m/s
Ｃ=f ×λ
λ
人体软组织声速平均为1540m/s
C（m/s）
二、超声的基本物理参数
C=f入，因此： ①在同一介质中声速基本相同，波长与频率成反比, f越大，入越小。 ②不同介质中声速不同：
声轴线上的弛张期峰值负压除以声脉冲频宽的中心频率 平方根值。) （3）诊断用超声可引起细胞畸变，染色体、组织学影响。 （4）HIFU：声功率为KW/cm2 –热凝固、空化—破坏，用 于肿瘤消融与机械震荡碎石治疗。 （5）超声在物理治疗学应用广泛（W级）
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四、人体组织对入射超声的作用
脉冲式超声通常可分为4种超声声强： ①空间平均时间平均声强； ②空间平均时间峰值声强； ③空间峰值时间平均声强；
4、 超声波的吸收与衰减
声衰减定义：
超声波在传播过程中，能量随传播距离的增加而减少 的现象称为超声衰减。
衰减量=频率×深度 频率高，衰减重 原因：吸收损耗、声束扩散、散射和折射
超声衰减的程度与声波的频率、传播距 离、介质的结构特性和温度等因素有关。
多；
故：1、在同一介质中，频率越高，衰减越
超声诊断物理基础
医学影像系 陈益红
一、超声波概念

定义：频率超过人耳听觉范围（20~2万Hz）的高 频声波，即f﹥20000 Hz的机械波。 性质：具有声波的物理特性：
①必须通过弹性介质传播 ②遇到界面有反射、折射、衍射和散射 ③在不同介质中（空气、水、软组织、骨骼） 分别具有不同的声速和衰减
二、血流方向
血流方向固定，一般动脉内血流是离心性的， 静脉内血流是向心性的。
三、血流时相
动脉血流收缩期速度快，舒张期速度慢
四、人体组织对入射超声的作用
(1) 热效应： 组织粘滞性—热能。诊断用超声仅 mW/cm2级，一般不是温度升高。
(2)空化效应：压力交替变化—液体“断裂”形 成微泡。(机械指数: 超声空化效应的重要参数。为
(C)的乘积，用Z表示： Z=P·C 可以理解为声波在介质中传播时所受 的阻力。 固体>液体>气体
2.超声波的指向性
1.声束：由一个大的主瓣和一些小的旁瓣组成。超声成像主要 依靠主瓣接受回声（指向性高）旁瓣方向有偏差(易产生伪差)。 2.声束分近场与远场：近场集中，呈圆柱形。 远场扩散，扩散角 。 频率越高，波长越短------近场越长，扩散角越小-----指向 性越好
纵向（轴向）分辨力：指沿声束轴线方向的分 辨力。与f有关，f高，纵向分辨力也高，纵向分辨 力好的仪器，图像显示层次清晰。
与频率有关：频率高—分辨力高（3.5HZ约1mm）。
侧向分辨力： 指在与声束轴线垂直的平面上， 在探头长轴方向的分辨力。相位聚焦高 -- 声束越 细侧向分辨力越好。 横向分辨力:指在与声束轴线垂直的平面上，在 探头短轴方向的分辨力。约等于声束的有效束宽 。当束宽小于两个目标之间的间距时，此两个目 标就可以分别显示出来。否则，此两个目标就会 成为一个目标。
小界面对入射超声产生散射现象。散射无方向性 使入 射超声的能量向各个空间方向分散辐射。人体内的散射源 主要为红细胞和脏器内的细微结构。
超声诊断中：
利用大界面反射----观察表面形态与轮廓 利用小界面后散射----观察器官、组织和病灶的细微结构
3-3.超声波的绕射
目标大小约为1～ 2λ或稍小，超声波将 绕过该靶目标继续前进，很少发生反射。
④空间峰值时间峰值声强。
其中，空间峰值时间平均声强（SPTAI） 在生物效应中最重要。
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四、人体组织对入射超声的作用
超声辐射剂量=超声强度*辐射时间 胚胎和眼部、生殖腺组织等为敏感器官，对 这些脏器的超声检查，每一受检切面上其固定持 续观察时间不应超过1分钟 。
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A.脉冲频谱多普勒
工作原理： 发射短脉冲超声，接收发射差频信号，处理得到 检查目标的运动情况。 特点： 1.可通过时间延迟进行定位（距离选通） 2.取样门 选定的检查区域，取样门大小受脉冲超 声发射时间间隔和声束聚焦方式限制 3.奈奎斯特极限频率 受脉冲超声信号的脉冲频率 限制，对目标运动速度的检查局限于一定的范围
B.连续频谱多普勒
C.彩色多普勒
• 彩色编码红、蓝、绿三色显示 血流多普勒频移信号，将此彩色 血流信号叠加于同一层面二维灰 阶图像的相应区域内 方 • 朝向探头的正向血流：红色 向 •背向探头的负向血流：蓝色 速 •速度快：明亮 度 •速度慢：暗淡
正常多普勒血流特征 一、正常血流性质
层流，中间流速稍快于血管边缘处的血流速度
A.脉冲频谱多普勒
朝向探头的正向血流 基线上方 背向探头的负向血流 基线下方
速度快慢 频谱幅度
B.连续频谱多普勒
工作Biblioteka Baidu理： 双晶片探头连续发射超声，接收发射差频信号，处理 得到检查目标的运动情况。
特点：
1.记录全部差频信号但没有距离选通,用于单个运动目 标检查 2.目标的运动速度检查没有局限性 3.测量速度的准确性受目标运动方向与声束夹角的影响
超声影像中一对主要矛盾体：穿透力与分辨力
这两者都与超声波频率有关，f越高，则穿 透力降低，而分辨力提高。
所以：a医学超声诊断仪的适用频率是3~15MHZ
b浅表脏器检查选用高频探头，深部脏器 检查选用低频探头
6.多普勒效应
声源与接收体(人体组织)之间的相对运动引起声波 频率发生改变的现象，频率的变化称为频移fd
轴向分辨力和侧向分辨力
其他分辨力：
细微分辨力（频带宽、数字化声束） 对比分辨力（灰阶级数） 时间分辨力（帧数即单位时间成像速度）
5-2、穿透性

超声波具有较强的穿透性，它能达到人体组织 一定的深度，故可探测病变的性质与范围。与频率 有关： f高，波长短，穿透力弱； f低，波长长，穿透力强； 故浅表扫查用高频，腹部脏器用低频；

血流迎向探头，fd为正值称为正性频移 血流远离探头，fd为负值称为负性频移 因此，利用多普勒效应可了解有无血流或组织的活
动、活动方向及活动速度，血流性质。
多普勒效应示例
夹角对fd值的影响
cosθ＜900，血流迎向探头，fd为正值
称为正性频移
cosθ＞900，血流远离探头，fd为负值

固体≥纤维组织≥软组织≥体液≥气体
③ f与分辨病灶的能力有关。 频率与分辨率、穿透性的关系：频率越高，分 辨力约好（分辨率越高），穿透性越低；反之 亦然。
三、超声传播的物理特性
⒈ 声阻抗 ⒉ 指向性 ⒊ 反射、折射、散射和绕射 ⒋ 吸收与衰减 ⒌ 分辨力与穿透力 6.多普勒效应
1、声阻抗
声阻抗的定义为介质的密度(P)与声速
2、同一频率的超声波在不同介质中衰 减程度不同，组织结构不均匀意味着界面数量多， 衰减严重。
蛋白质是人体组织声衰减的主要因素（80%）， 水几乎无衰减。
衰减次序：固体> 纤维组织> 细胞组织 >水肿 组织> 血液> 无蛋白的液体
5-1、超声的分辨力：
定义：指超声检查时，能分辨两个细小目标 的能力或最小间距。是超声诊断中重要的技 术指标。主要与声束特性有关。 影响因素：频率、脉冲宽度、声束宽度、声 场远近能量分布、探头类型、仪器功能。
探头
称为负性频移
V =血流速度 C =声速 cosθ=血流与探头间夹角
血管
C
V θ
角度与血流信息检测的关系
fd固定，f0越小，可测的血流速度越大，测高速血流 要低频 当v、f0和c恒定，fd随cosθ值变化 当θ在300之内，所测血流流速为实际的0.87~1.0倍
6.多普勒种类
脉冲多普勒（PW) 连续多普勒（CW） 彩色多普勒（CDFI）
频率高，波长短，呈直线传播
θ
D
近场 远场 D声源直径 θ扩散角
3-1. 超声波的反射和折射
声波遇到大界面产生反射和折射现象:
1.声阻抗(z)=介质密度(ρ)×声速(c) △Z＞0.1%即可产生反射 2.声阻抗差大，反射强 3.两种介质内声速不同可产生折射现象 结果：导致入射声束的偏转
3-2.超声波的散射