超声波物理特性
超声波的物理特性及医学应用
超声波的物理特性及医学应用超声波是一种频率高于人类听觉范围的机械波，波长短于可见光波长的一种波动形式。
它在物理学和医学中有着广泛的应用，其物理特性和医学应用均为我们所熟知。
超声波的物理特性包括频率高、波长短、能量强、穿透力强等特点。
超声波的频率通常在20 kHz到1 GHz之间，远远超出了人类听觉的范围。
波长短于可见光波长，因此在物质中传播时，超声波能够穿透并产生回波，这使得超声波成为了一种理想的成像工具。
超声波能量强，穿透力强，能够穿透人体组织，因而被广泛应用于医学成像和治疗中。
在医学应用方面，超声波已经成为了一种重要的医疗工具。
超声波成像技术被广泛应用于医学影像学中，如超声心动图、超声造影、超声血流动力学等。
通过超声波成像技术，医生可以清晰地看到人体内部器官的结构和功能，从而诊断疾病和指导治疗。
而且，超声波成像技术还具有即时、无辐射和低成本等优点，因此被认为是一种理想的影像学检查手段。
超声波在医学中还被广泛应用于治疗。
超声波治疗技术是一种无创伤的治疗手段，通过超声波的热效应和机械效应对病灶进行治疗。
常见的超声波治疗包括超声波消融治疗、超声波手术刀和超声波射频治疗等，它们被广泛应用于肿瘤治疗、疼痛治疗、美容整形等领域。
超声波治疗技术具有无创伤、局部作用、可靶向等优点，因此备受医生和患者的青睐。
超声波在医学中还被应用于超声心血管造影、超声导航手术、超声检测等领域。
超声心血管造影技术是一种无创伤的心脏和血管成像技术，通过超声波对心脏和血管进行准确成像，帮助医生诊断心血管疾病。
超声导航手术技术则是一种利用超声波引导手术的技术，通过超声波成像对手术器械和病灶进行准确定位，能够提高手术的精确度和安全性。
超声波的物理特性及医学应用
超声波的物理特性及医学应用超声波是一种高频声波，频率高于人类听力范围的20kHz，通常为2MHz至20MHz。
它在医学领域应用广泛，可以用于诊断和治疗。
本文将介绍超声波的物理特性及其医学应用。
超声波是会导致压缩和稀疏的弹性机械波，它的传播速度取决于介质密度和弹性模量。
在介质密度相同的情况下，介质的弹性模量越高，传播速度也就越快。
因此，在人体内部传播的超声波速度通常大约为1540米/秒。
超声波可以通过被测物体的反射和散射来产生图像。
当超声波穿过人体组织时，它会遇到组织的不同密度和形态，进而发生反射和散射。
这些反射和散射信号可以被超声波探头捕获，并转化成图像。
超声波在医学中有许多应用，包括：a. 超声检查：超声波可以用来检查人体内部器官的大小、形态和位置。
它可以检查胎儿、甲状腺、脾脏、肝脏、心脏、乳腺等器官的情况。
b. 超声造影：超声波可以与注射的造影剂相结合，用来检测肾脏、胰腺等器官的血流情况或检查肿块等。
c. 超声诊断：医生可以根据超声波图像来判断是否存在异常情况，如囊肿、结缔组织病、肿瘤等。
d. 超声治疗：超声波可以被用来治疗一些疾病，如关节炎、肌肉痉挛等。
它可以通过加热或振荡来缓解局部疼痛和不适。
3. 超声波在医学中的优点a. 安全性高：超声波检查和治疗过程不会产生放射性辐射，安全性高。
b. 无痛性：与其他检查和治疗手段相比，超声波无痛性更好。
c. 非侵入性：超声波可以通过皮肤进行检查和治疗，不必进行手术。
d. 易于操作：超声波设备易于携带和操作，不需要特别的电源或环境条件。
总之，超声波在医学中的应用广泛，可以用于诊断和治疗多种疾病。
由于具有安全、无痛、非侵入性等优点，超声波成为了医学领域中不可或缺的一种诊断手段。
超声波特点初中物理
超声波特点初中物理超声波是一种机械波，具有许多独特的特点。
下面将从不同的角度对超声波的特点进行详细描述。
超声波是一种机械波，其传播需要介质的存在。
在空气中，超声波的传播速度约为340米/秒，比一般声音的传播速度要快。
这是因为超声波的频率较高，能量传递更快。
超声波的频率通常大于20千赫，高于人类能听到的声音范围。
这也是超声波得名的原因。
超声波的频率越高，波长越短，能够更好地穿透和反射。
超声波具有直线传播特性。
当超声波遇到界面时，一部分能量会被反射回来，另一部分则会穿透进入新的介质。
这种特性使超声波在医学、工业和科学研究等领域得到广泛应用。
例如，在超声波检测中，超声波可以穿透人体组织，通过接收器接收反射回来的波，从而获取内部结构的信息。
超声波还具有声波的共同特点，如折射、衍射和干涉等。
当超声波从一个介质传播到另一个介质时，由于介质的密度不同，波速也会发生变化，导致超声波发生折射现象。
超声波在绕过障碍物或通过孔隙时，会出现衍射现象。
而当两束超声波相遇时，会发生干涉现象，根据干涉的结果可以得到更多的信息。
超声波还具有很强的穿透力和定位能力。
由于超声波具有高频率和短波长的特点，可以穿透许多物质，如人体组织、水、金属等。
这使得超声波在医学影像中得以应用，能够清晰地观察人体内部的器官和组织。
在工业领域，超声波也可以用来检测材料的内部缺陷，并进行无损检测。
超声波还可以被利用来进行测距和测速。
通过测量超声波的往返时间，可以计算出物体与超声波源之间的距离。
在测速仪器中，超声波可以通过测量频率的变化来计算物体的速度。
总结起来，超声波具有传播速度快、频率高、折射、衍射和干涉等特点。
它在医学、工业和科学研究等领域发挥着重要作用。
通过利用超声波的特性，我们可以获取更多的信息，从而对物体的内部结构和性质进行分析和研究。
仪器美容(超声波)
空气与液体、固体的声阻差异大， 超声波难以在其间传播。
耦合剂！！
3. 吸收与穿透
同一频率
气体中被吸收最大， 液体中被吸收较小， 固体中吸收最小 。 治疗中声头下应避免有空气泡。
耦合剂！！
同一组织
频率越高，被吸收越多，穿透越弱； 频率越低，被吸收越少，穿透越强；
超声波作用
1. 机械作用
改善组织营养：促进局部的血液、淋巴循环，加强新陈代谢
镇痛：能使神经组织的生物电活动性降低
软化瘢痕：使坚硬的结缔组织延长、变软
细胞发生机械振动，
细胞之间产生挤压和摩擦，
细胞内容物发生容积变化和运动，刺激半透
膜的弥散。
微细 按摩
2. 温热作用 “内生热”
机械作用
吸收 压力变化 界面反射—产热不均匀 空化作用
产热的 影响因 素
超生剂量越大，产热越多
同一生物组 织
美容护肤技术
仪器美容（超声波）
概述
超声波:高于2000 Hz的,不能被人耳听见的机械波。 现在理疗学中常用的频率一般为800～1000KHz
目录
01 超声波物理特性 02 超声波作用 03 使用中易发生的问题
超声波的物理特性
1.超声波的传播具有方向性 •介质是必要条件！
2. 折射、反射
声阻不 同
2.声波剂量过大会使皮肤产生灼伤。 3.声头要贴紧皮肤否则会产生空泡现象而损伤皮肤。
注意交流电使用时的用电安全
小结
本章节重点主要掌握超声波物理特性、作用； 难点是超声波物理特性。
思考题？
为什么超声波在皮肤上运作时 间过长，皮肤可产生疲劳现象使 皮肤对营养，穿透越浅 频率越低，吸收越少，产热越少，穿透越深
超声波生物物理特性(精)
超声波的生物物理特性 二、超声波的热作用
超声波 热量
机体
组织之间相互摩擦
机体吸收声能，将超声波的机械能转变为热能
超声波的生物物理特性 二、超声波的热作用
相关因素：
频率、剂量
频率越高，剂量越大，热作用越强
介质的物理特性
在人体组织中，神经组织吸收声能最多，肌肉次 之，脂肪更差 皮下组织– 肌肉组织 肌肉组织– 骨组织
介质
微细按摩作用是超声波治疗疾病的最基本的机制
超声波的生物物理特性 一、超声波的机械作用
超声波对细胞的微细按摩作用：
改变组织细胞的体积，减轻肿胀 改变膜的通透性，促进代谢物质的交换 改变细胞的功能，提高组织细胞的再生能力
改变细胞膜的通透性 改变膜两侧的钾、钙等离子的分布，加速组织修 复过程 改变神经的电活动，缓解疼痛
超声波疗法
超声波的生物物理特性
盐城卫生职业技术学院 唐蓉
超声波的生物物理特性
超声波的机械作用 超声波的热作用 超声波的空化作用 超声波的 生物物理 特性
超声波的生物物理特性 一、超声波的机械作用
超声波 质点往复运动 介质内部有 节律的疏密变化 压力变化 微细按 摩人体组织细胞
界面（产热较多）
超声波的生物物理特性 二、超声波的热作用
加快组织局部血液循环 加速新陈代谢 改善细胞缺血、缺氧状态 降低肌张力 减轻疼痛 改善结缔组织延展性
超声波的生物物理特性 三、超声波的空化作用
空化现象 超声波在液体介质中传播产生声压，当负声 压超过液体的内聚力，液体中出现细小空腔
超声波
八、生殖系统：适量的超声波可使精子数目 增加，精子活动性增强，受孕率提高。促 进卵巢滤泡形成。影响胚胎发育。 九、眼：可使眼球血管扩张、促进前房与玻 璃体内的渗出和出血的吸收和消散，改善 视神经营养，恢复眼睛功能。
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超声波治疗技术和方法
一、超声波的治疗设备 １、超声波的发生 逆压电效应：在晶体的两表面加一外电场， 则晶体就会发生压缩或伸长的形变。
声波的发生过程：将一定频率的交变电压加 在石英片的两侧面，石英片的厚度将随着所 加电压的周期性变化而产生相同频率的伸缩， 即机械振动。这些振动可引起周围介质分子 运动，也就是声波。
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２、超声波治疗仪器
主机（即超声发生器）：电源电路、高频 振荡器、调制器和定时器。
声头：又称换能器，是由两面镀有金属层 的压电晶体，装在一个圆柱形的金属外壳 内构成。多为圆柱形。
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超声波的传播
１、反射与折射 ２、干涉与驻波 ３、穿透与吸收 ４、声场与声束
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１、反射与折射：入射角越小，两种介质 的声阻差越小，反射的能量越少。
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２、干涉与驻波 干涉：两列声波频率相同，振动方向相同，在空 间相遇时恰为波峰与波峰相叠加，波谷与波谷相 叠加，使得质点振幅增大，或恰为波峰与波谷相 叠加，使得质点的振幅减小。
①
同一介质中，波速一定，频率越高，波长 越短； 同一频率的波在不同介质中传播时，波速 越大，波长越长。
5
医用超声波频率
诊断用 治疗用 其他
眼5～7 MHz
乳房5 MHz
躯体800～ 1000kHz
皮肤2.5～5 MHz (常用3.2 MHz)
外科2.5～5 MHz
超声波物理
平方米 ) ，或Pa(帕斯卡）。超声在介质中传播，介质的密度随之做周期性变化，介质中的压强也就
随之变化。由声波的动力学方程可知，声压的表达式是：
p
Ac
c os t
x c
2
即p
pm
c os t
x c
2
其中pm Ac称为声压幅值。A是振幅，是密度，
B型：用平面图形的形式来显示被探查组织的具体情况。检查时，首先将人体界面的反射信号转变为强弱不同的光点，这些光点可通 过荧光屏显现出来，这种方法直观性好，重复性强，可供前后对比，所以广泛用于妇产科、泌尿、消化及心血管等系统疾病的诊断。
M型：是用于观察活动界面时间变化的一种方法。最适用于检查心脏的活动情况，其曲线的动态改变称为超声心动图，可以用来观察 心脏各层结构的位置、活动状态、结构的状况等，多用于辅助心脏及大血管疫病的诊断。
第一节 超声波的基本性质
一、超声波的分类
超声波按振动方式分类：纵波和横波。在固体中声振动可以传播纵波和横波，但一般在液体和气体中，由于介质没有切变弹性，只能
传播纵波。人耳只能感受纵波。
超声波在临床按频率分类：1、低频超声 1~2.75MHz频段；2、中频超声3~10MHz；
3、高频超声12~20MHz；
D型：是专门用来检测血液流动和器官活动的一种超声诊断方法，又称为多普勒超声诊断法。可确定血管是否通畅、管腔是否狭窄、 闭塞以及病变部位。新一代的D型超声波还能定量地测定管腔内血液的流量。近几年来科学家又发展了彩色编码多普勒系统，可在超 声心动图解剖标志的指示下，以不同颜色显示血流的方向，色泽的深浅代表血流的流速。现在还有立体超声显象、超声CT、超声内窥 镜等超声技术，并且还可以与其他检查仪器结合使用，使疾病的诊断准确率大大提高。
超声波的特性(精)
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1 超声波的特性
声波是物体的机械振动产生的，振动的频率超过20000次/s 称为超声波，简称超声。
超声波在机体内传播的物理特性是超声影像诊断的基础，其中主要有：
一、超声的定向性
又称方向性或束性。
当探头的声源晶片振动发生超声时，形成了一股声束，以一定的方向传播。
诊断方面利用这一特性做器官的定向探查，以发现体内脏器或组织的位置和形态上的变化。
二、超声的反射性
超声在介质中传播，若遇到声阻抗不同的界面时一部分声能引起反射，所余的声能继续传播。
如介质中有多个不同的声阻界面，则可顺序产生多次的回声反射。
超声界面的大小要大于超声的半波长，才能产生反射。
若界面小于半波长，则无反射而产生绕射。
超声垂直入射界面时，反射的回声可被接收返回探头而在示波屏显示。
入射超声与界面成角而不垂直时，入射角与反射角相等，探头接收不到反射的回声。
三、超声的吸收和衰减性
超声在介质中传播时，由于与介质中的摩擦产生粘滞性和热传播而吸收，又由于声速本身的扩散、反射、散射、折射与传播距离的增加而衰减。
吸收和衰减除与介质的不同有关外，亦与超声的频率有关。
但频率又与超声的穿透力有关，频率愈高，衰减愈大，穿透力愈弱。
超声诊断主要是利用这种界面反射的物理特性。
超声波特性
2．1 超声波的定义波是由某一点开始的扰动所引起的，并按预定的方式传播或传输到其他点上。
声波是一种弹性机械波。
人们所感觉到的声音是机械波传到人耳引起耳膜振动的反应，能引起人们听觉的机械波频率在20Hz~20KHz，超声波是频率大于20KHz的机械波。
在超声波测距系统中，用脉冲激励超声波探头的压电晶片，使其产生机械振动，这种振动在与其接触的介质中传播，便形成了超声波。
2．2超声波的物理特性当声波从一种介质传播到另一种介质时，在两介质的分界面上，一部分能量反射回原介质，称为反射波；另一部分能量透射过分界面，在另一个介质内部继续传播，称为折射波，如图2．1所示，图中L为入射波，S₁为反射横波，L₁为反射纵波，L₂为折射纵波，S₂为折射横波。
S₂图2．1超声波的反射、折射及其波形转换这些物理现象均遵守反射定律、折射定律。
除了有纵波的反射波折射波以外，还有横波的反射和折射。
因为声波是借助于传播介质中的质点运动而传播的，其传播方向与其振动方向一致，所以空气中的声波属于纵向振动的弹性机械波。
在理想介质中，超声波的波动方程描述方法与电磁波是类似的。
描述简谐声波向X 正方向传播的质点位移运动可表示为：()cos()A A x t kx ω=+ （）0()ax A x A e -= （）式中，()A x 为振幅即质点的位移，0A 为常数，ω为角频率，t 为时间，x 为传播距离，2/k πλ=为波数，λ为波长，α为衰减系数。
衰减系数与声波所在介质和频率关系：2af α= （）式(2．3)中，a 为介质常数，f 为振动频率。
2．2．1超声波的衰减从理论上讲，超声波衰减主要有三个方面：(1) 由声速扩展引起的衰减在声波的传播过程中，随着传播距离的增大，非平面声波的声速不断扩展增大，因此单位面积上的声压随距离的增大而减弱，这种衰减称为扩散衰减。
(2) 由散射引起的衰减由于实际材料不可能是绝对均匀的，例如材料中外来杂质金属中的第二相析出、晶粒的任意取向等均会导致整个材料声特性阻抗不均，从而引起声的散射。
超声波的物理特性及医学应用
超声波的物理特性及医学应用
超声波是一种机械波，是指频率超过人类能听到的频率范围的机械波。
超声波的频率一般在20 kHz到1 GHz之间。
超声波的特性主要包括反射、折射、散射和吸收。
超声波在医学中有广泛应用。
超声波可以通过人体组织的反射和折射来获得对内部结构的成像。
医学中常用的超声成像技术有B超和多普勒超声。
B超（B-mode ultrasound）是通过测量超声波通过人体组织的反射信号来成像。
它可以观察到人体内部的器官、血管、肌肉等组织结构。
B超广泛用于妇产科、心脏检查、肝脏、肾脏、胰腺等脏器的检查和病变诊断。
多普勒超声是一种通过测量超声波信号的频率变化来观察物体运动的技术。
多普勒超声可以测量血流速度和方向，用于心血管疾病的诊断和血流监测。
超声波在医学中的应用不仅限于成像，还可以用于治疗。
超声波可以聚焦并产生高能量，用于肿瘤治疗。
超声波治疗可以在不切开皮肤的情况下直接作用于肿瘤组织，达到治疗的效果。
超声波还可以用于骨密度检测、心脏瓣膜功能评估、神经系统疾病的诊断等。
超声波具有无创、无辐射、成本低等优点，在医学中有广泛应用。
随着技术的不断发展，超声波在医学中的应用将更加广泛，为疾病的预防、诊断和治疗提供更好的手段。
超声波测量方法总结
超声波测量方法总结I、超声波的物理特性：声波是声源振动发出的可听到的声音，正常人耳能听到的声音频率范围为16~20000Hz，当声源的振动频率高于20000Hz 时，人耳就听不到了，这种超过人耳听阈的声波叫超声波。
超声波与声波本质上都是由机械振动而产生的机械波，并以确定的速度在介质中传播，具有机械波所具有的各种物理特性，如波长、频率、反射、折射等。
超声波在均匀介质中沿直线传播，遇不同界面时会产生反射，反射的强弱与两种介质的声阻抗（声波传播速度与介质密度的乘积称为声阻抗）差异有关。
不同介质之间因阻抗差异而产生的界面反射是超声波诊断和测试的基础。
目前超声波测量已成功地应用于距离、密度、损伤检测等领域。
人体实质性器官、含液脏器都是超声波传播的良好介质，不同介面间可产生反射。
由于胃肠道内的气体、肺内气体与周围组织的声阻抗差过大，超声波在经过这种界面时会发生全反射，胃肠道内、肺内及后方结构不能显示，这就是常规情况下超声波检查不能用于胃肠道、肺的原因，但经过胃肠道准备，消除内部气体的干扰，超声波检查也可以用于胃肠道。
II、超声波测量原理：超声波测量一般是利用超声波在被测对象里传播时的反射、折射和衰减等等特性来进行测量的。
超声波的优点是可以穿透电磁波、光波等无法穿透的物体，同时又能在两种物质（声阻抗不同的物质）的交界面上反射，由于物体内部的不均匀性，使得在其中传播的超声波携带了媒质内部的弹性性能和结构特征等相关的信息，从而可以通过超声波的速度、衰减及色散等参量来评价媒质的一些基本物理参数和结构特征。
超声检测以其检测灵敏度高、速度快、成本低等特点在各方面得到了非常广泛的应用，在国内外已经成功的应用于船舶、冶金、机械、石油、化工、食品、电子、航天、建筑、农林、水产及医疗等领域。
III、超声波激发方法：电磁场、激光脉冲激发等等。
IV、超声波测量方法分类：从测量超声的角度可以分为两大类：一类是利用超声波在介质中的传播性而发展起来的超声传播测量法；另一类是利用超声作用被检物体的振动特性而发展起来的振动测量法。
第1节 超声波物理基本性质
介质元的动能：
mv2/2
声强单位：W / m2
声波传播的过程就是以声速将声源的能量传播出 去的过程。
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4．声阻抗 Z 声阻抗：介质对声能的损耗，是声介质的力学特
征量，它定义为声压与声振动速度之比：
Z= P/v
单位：瑞利 101 Kg.M 2.S 1
24
当介质表现为一个纯声能传输的声阻时
29
本节完
30
迄今为止，压电材料使用锆钛酸铅（PZT）， 而此次开发的材料不含铅成分，可实现高性能，对 环境无害的传感器及换能器制造。该材料应用于超 声成像（特别是医用超声成像）、声纳、微驱动器 等器件可使其性能有重大提高。
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三． 超声波的速度、声压、声强与声阻抗
1. 声速 超声在弹性介质中传播时，单位时间内传播的距离。
危害小。
本章内容：介绍超声波的基本性质和传播规律；在 超声物理特性的基础上介绍多普勒效应和相关血流
动力学效应。
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第一节 超声波物理基本性质 一．超声波的分类
按其振动形式分类：纵波和横波。 在医学超声的应用中，超声波是纵波形式。
按频率分类：低频超声 1~2.75MHz 中频（常规用）超声 3~10MHz 高频超声 12~20MHz 超高频超声 20MHz以上
通过压电换能器将高频电磁振动的能量转换 为机械振动（超声）的能量，发射超声波；同时 也可以把超声振动的能量转换为电磁能量，通过 信号处理，完成超声的接收。
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压电效应与电致伸缩效应
1. 压电效应 某些各向异性的材料，在外部拉力或压力的作
用下引起材料内部原来重合的正负电荷重心发生相 对位移，在相应表面上产生正负表面电荷，即在机 械力作用下产生了电场，这种机械能转变为电能的 现象称为压电效应。 超声接收换能器用的就是压电效应，将来自人 体的反射（散射）波转化为电压。
超声波的应用
（四）穿透与吸收 穿透是指超声波在介质中的传递，吸收是指超声波 能量的衰减。吸收能量越大，表明穿透能力越差， 反之，吸收能量越少，表明穿透能力越大。 介质吸收超声波能量的能力不仅与介质的密度，黏 滞性，导热性，声速等特性相关，还与超声波的频 率密切相关，超声波的频率越高，介质对超声波的 吸收能力越强，超声波在介质中的穿透能力越差， 穿透的距离越小。
超声波作用于人体时，在行波场和驻波场交
替出现正压和负压的机械作用，使组织产生 压缩、伸张和加速度，从而产生微细按摩作 用、温热效应和促进生物化学效应等。这些 效应作用于瘢痕均可使胶原蛋白分解加速， 利于瘢痕消散吸收。
2。皮肤：超声波作用于皮肤可提高皮肤血管
的通透性，使皮肤轻微充血，但无红斑，同 时可增强汗腺分泌，促进皮肤排泄功能，增 强真皮再生能力。大剂量可引起皮肤伤害性 炎症反应。 3。肌肉与结缔组织：治疗剂量超声波可使肌 肉松弛，肌张力降低，大剂量可改变肌肉形 态，引起肌肉损伤。
4。骨骼：小剂量超声波治疗可促进骨痂生成，
超声波的应用
南京江北人民医院 焦德梅
1。超声波的生物物理特性 2。超声波的治疗作用 3。耦合剂的定义与符合条件 4。超声波疗法的适应症与禁忌症
超声波的定义
超声波物理特性(精)
超声波物理特性1、方向性超声波与一般声波不同，由于频率极高，波长很短，远远小于换能器（探头压电晶体片）的直径，故在传播时发射的超声波集中于一个方向，类似平面波，声场分布呈狭窄的圆柱状，声场宽度与换能器压电晶体片之大小相接近，因有明显的方向性，故称为超声束。
2、反射、散射、透射、折射和绕射超声在密度均匀的介质中传播，不产生反射和散射射。
在传播中，经过两种不同介质的界面时，一部分能量由界面处返回第一介质，此即反射，其方向与声束和界面间的夹角有关，反射角和入射角相等，如二者垂直，即沿原入射声束的途径返回；另一部分能量能穿过界面，进入第二介质，此即透射。
两介质声阻相差愈小，财界面处反射愈少，透射入第二介质愈多，甚至可以没有反射，只有透射，如超声波在均匀介质水中的传播就是如此。
超声诊断常用这一特性来鉴别病变的囊性、实质性及结构是否均匀。
反之，两种不同介质的声阻相差愈大，则界面处反射愈强，透射入第二介质愈少，甚至难以透过，超声波的这一特性限制了超声在肺和骨的应用。
超声在传播时，遇到与超声波波长近似或小于波长（小界面）的介质时，产生散射与绕射。
散射为小介质向四周发散超声，又成为新的声源。
绕射是超声波绕过障碍物的边缘，继续向前传播。
散射回声强度与超声波入射角无关。
穿过大界面的透射波如果发生声束前进方向的改变，称为折射。
折射是由于两种介质声速不同引起的。
超声检查时，通过人体内各组织器官的界面反射和散射回声，不仅能显示器官的轮廓及毗邻关系，而且能显示其细微结构及运动状态，故界面的反射和散射回声是超声成像的基础。
3．吸收与衰减当声波在弹性介质中传播时，由于“内摩擦”或所谓“黏滞性”而使声能逐渐减小，声波的振幅逐渐减低，介质对声能的此种作用即为吸收，而声波由强变弱的过程即为衰减。
吸收与衰减的多少和超声波的频率、介质的黏滞性、导热性、温度及传播的距离等因素有密切关系。
超声波在介质中传播时，入射声能随传播距离的增加而减少的现象称超声衰减，其原因有反射、散射、声束的扩散及吸收。
超声波的物理特性及医学应用
超声波的物理特性及医学应用
超声波是一种机械波，具有很高的频率，大约从20千赫到10千兆赫。
超声波与音波
类似，但频率比声波高得多，因此可以穿透生物组织并产生图像，被广泛用于医学诊断和
治疗。
超声波在医学中的应用主要包括以下几个方面：
1. 超声诊断
超声波可以用于产生人体内部的图像，帮助医生诊断不同器官的疾病。
通过将超声波
辐射到身体里，反射回来的波可以生成图像，这种技术被称为超声成像。
医生可以利用这
些图像来诊断疾病或检查怀孕情况。
2. 超声治疗
超声波也被用于治疗身体内部的疾病。
这种治疗方法被称为聚焦超声波（HIFU）。
超
声波可以通过身体组织并定位到有问题的位置，并以高强度的形式将能量释放到那个区域。
这种方法可以治疗许多疾病，如肿瘤、帕金森病等。
3. 超声测量
超声波也可以用于测量身体部位的运动和血流速度。
这种技术称为多普勒超声。
它可
以帮助医生检测血液循环障碍和心血管疾病。
除了上述应用外，超声波还被用于许多其他医疗应用，如超声切割、超声定位和超声
波制药等。
总结来说，超声波具有许多的物理特性，例如可以穿透生物组织、在高频率下运行和
产生清晰图像等等。
这些特性使其在医疗行业中得到广泛应用，从诊断到治疗都有发挥重
要作用。
虽然超声波已经成为医疗行业中不可或缺的部分，但是研究仍在继续，许多新的
应用正在被广泛研究和开发。
41.4超声波的物理特性及人体组织的声学类型
一、超声波的物理特性
超声场：超声波在弹性介质中传播时，介质中充满超声能量的空间区域 近场：近探头处声束呈狭小圆柱形，称近场，该区侧向、横向分辨力高，指向性好 远场：近场末端超声束开始扩散变宽，声能逐渐减小，侧向、横向分辨力下降
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一、超声波的物理特性
• 垂直入射 • 具有方向性 • 反射（大界面） • 散射（微小粒子） • 探头接受信号反应回声高低及所在深度
一、超声波的物理特性
• 声波的方向性 直线传播
1
一、超声波的物理特性
反射
折射
2
一、超声波的物理特性
• 超声波入射到大界面（远大于波长），界面两侧介质存在声阻抗差时，发生反射或折射 • 两个介质无声阻抗，声波全部通过，无反射现象，称为透射 • 声波垂直入射大界面，按照原有方向前进和返回
3
一、超声波的物理特性
4
一、超声波的物理特性
骨骼：强回声，后方无回声
气管：后方无回声
5
一、超声波的物理特性
散射：声波遇到远小于波长的微小粒子，微粒吸收声波能量后向四周辐射 声波形成球面波 绕射：又名衍射。声波入射到1-2个波长的界面，声束绕过物体后，又以 原来的方向偏斜传播。
6
一、超声波的物理特性
声衰减：声波的强度越到深处越减弱的现象 与超声波的频率有关，频率越高，衰减越明显
9
二、人体组织界面的声学类型
无反射型
01
少反射型
03
人体组织界面的声学类型
（一）无反射型
液性组织（如：血液、尿液、积液、胆汁、羊水、囊肿里面的液体等）。
11
二、人体组织界面的声学类型
（二）全反射型
骨骼、含气组织（如：肺、胃、肠等）、结石。
应用超声波的原理
应用超声波的原理1. 概述超声波是一种频率高于人类听力范围的声波，其频率通常超过20kHz。
超声波在不同领域的应用越来越广泛，如医学、工业、无损检测等。
它的应用原理主要依赖于其特殊的物理特性和传播方式。
2. 超声波的特性超声波是一种机械波，通过分子振动的方式传播在介质中。
与可见光和电磁波相比，超声波具有以下几个特性：•高频率：超声波的频率通常高于20kHz，可以达到数十MHz，因此具有较短的波长；•直线传播：超声波在传播过程中遵循几何光学原理，呈直线传播；•反射和折射：超声波在两种介质之间传播时，会发生反射和折射现象；•吸收和散射：超声波在介质中逐渐被吸收和散射，传播距离有限；•可调节频率和幅度：超声波的频率和幅度可以通过控制发射源进行调节。
3. 超声波的应用3.1 超声波医学成像超声波在医学成像中得到了广泛应用，主要包括超声波检查和超声波治疗。
3.1.1 超声波检查超声波检查是一种无创的检测技术，通过超声波探头将超声波引入人体组织，利用声波在不同组织间的反射和折射，获取图像信息。
超声波检查被广泛用于妇科、产科、心脏、肝脏等疾病的诊断。
3.1.2 超声波治疗超声波治疗是利用超声波的局部加热效应进行医学治疗。
超声波通过发射源产生的能量可以聚焦在特定组织，通过局部加热来杀灭肿瘤细胞或改善血液循环。
3.2 超声波在工业中的应用3.2.1 无损检测超声波无损检测是一种常用的非破坏性检测技术，在工业领域得到了广泛应用。
通过超声波的传播和反射，可以检测到材料内部的缺陷、裂纹等问题，协助进行质量控制和安全评估。
3.2.2 流量测量超声波还被应用于流量测量领域，通过测量超声波在液体或气体中传播的速度，可以准确地计算出流体的流量，广泛用于供水管网、化工流程等领域。
3.2.3 清洗和清理超声波的高频振动可以产生微小的气泡在液体中爆破，并产生冲击波。
这种特性使得超声波被广泛应用于清洗和清理领域，可以去除粘附在物体表面的污垢，提高清洁效果。
超生物理特性
超声的物理特性一、定义1．超声为物体的机械振动波，属于声波的一种，其振动频率超过人耳听觉上限阈值[20000赫(Hz)或20千赫(kHz)]者。
2．超声诊断应用较高频率[1～40MHz，常用为2.2～10MHz间]超声作信息载体，从人体内部获得某几种声学参数的信息后，形成图形(声像图，血流流道图)、曲线(A型振幅曲线，M型心动曲线，流速频谱曲线)或其他数据，用以分析临床疾病。
二、声源、声束、声场与分辨力声源能发生超声的物体称为声源(sound Source)。
声束(sound beam) 是指从声源发出的声波，一般它在一个较小的立体角内传播。
近场与远场声束各处宽度不等。
在邻近探头的一段距离内，束宽几乎相等，称为近场区，近场区为一复瓣区，此区内声强高低起伏；远方为远场区，声束开始扩散，远场区内声强分布均匀。
分辨力(resolution power) 分辨力为超声诊断中极为重要的技术指标。
可分为两大类：基本分辨力及图像分辨力。
1．基本分辨力指根据单一声束线上所测出的分辨两个细小目标的能力。
正确分辨力的测定系两个被测小靶标移动至回声波形与波形间在振幅高度的50％处能分离时，此时两小点间距为确切的分辨力。
模拟试块上测试分辨力受总增益及DGC(深度增益补偿)调节而明显改变，只供一般参考。
基本分辨力又分3类：(1)轴向分辨力：指沿声束轴线方向的分辨力。
轴向分辨力的优劣影响靶标在浅深方向的精细度。
分辨力佳则在轴向的图像点细小、清晰。
通常用3—3.5MHz探头时，轴向分辨力在lmm左右。
(2)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。
声束越细，侧向分辨力越好，其分辨力好坏由晶片形状、发射频率、聚焦效果及距离换能器远近等因素决定。
在声束聚焦区，3～3.5MHz的侧向分辨力应在1.5～2mm左右。
(3)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(国内有称厚度分辨力者)。
超声探头具有一定厚度。
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声速
声速与介质的体弹性系数和密度有关。
由于介质的弹性系数与温度有关，因此声速也与温度有关。
在超声诊断的频段中，人体组织的超声速度与频率无关，而且软组织中的声速都很接近，约为1540m/s。
波长、周期和频率
声波在介质中传播时，两个相邻的同相位点之间的距离，如相邻两点稠密部之间的距离（超声
波在人体中一般是以纵波方式传播），称为声波的波长，以λ表示。
波向前移动一个波长的距离所需的时间，称为声波的周期，以T表示。
介质中任何一给定点在单位时间内通过的波敝，称为声波的频率，以f
表示。
它们之间的关系为
λ=C/f=CT
式中为声波的传播速度。
医学诊断中采用的超声波频率在1-20MHz范围内。
声阻抗
介质中任意点的密度ρ与该点处声波的传播速度C之积为此介质在该点处的声阻抗，以Z表示，即Z=ρC。
它是表征介质的声学特性的一个重要物理量。
声阻抗的变化将影响超声波的传播。
声阻抗是采用反射回波法进行超声诊断的物理基础。
声压级与声强级
声压级LP是以分贝表示的某个声压P与参考分压P0的比值，即LP=20lg(P/P0)
声强级LI是以分贝表示的某个声强I与参考声强I0的比值，即LI=10lg(I/I0)
声强是表示声的客观强弱的物理量，它表示通过垂直于传播方向上单位面积的能流率。
声强为I=1/2(ρCω02A2)= p02/(2Z)
声强的单位是mW/cm2或W/m2。
声强与声源的振幅有关，振幅越大，声强也越大。
对于平面超声波，他的总功率为强度I和面积S的乘积，即W=IS。
由于超声强度太大会破坏人体正常细胞组织，因其不可逆的生物效应。
因此，国际上对诊断用
超声强度安全剂量作出规定，一般接受的安全剂量为20mW/cm2。
超声波的指向性
对于平面园片换能器，在无吸收的介质中其波束形状有两个不同的区域即园柱形区和发散区或称为近场区和远场区。
近场区的长度为D2/4λ，D为晶片直径，λ为该介质中传播的超声波长。
在远场区，发散角由sinθ=1.22λ/D给出。
可见，减小直径可缩短近场长度和增大，即加宽了波束。
增加频率即减小波长时，加长了近场区，减少了发散角，可获得较窄的波束。
声强度沿中心轴距离的分布，近场区声强度有剧烈的起伏变化，存在着许多声强度为极小值的节点。
这些节点可引起不希望有的盲点。
在远场区声强都变化趋于平稳，单随着距离的增加，声强逐渐减
弱。
超声波的反射与折射
当一束平面超声波入射到两种介质交界面上时，或者声阻抗的不连续处时，会产生反射和折射，并遵从反射和折射定律。
θI=θR
SinθI/SinθT=C1/C2
超声波的衰减
超声在介质中传播，其能量将随着距离的增加而减小，这种现象称为超声波的衰减。
噪声衰减的因素主要有两类。
一类是声束本身扩散，使单位面积上的能量下降，或反射，散射的结果，使能量不能再沿着原来的方向传播。
在这一类事件中，声波的总能量并没有减少。
另一类是，超声传播中，由于介质的吸收，将声能转换成为热能，因而使声能减小。
着后一类的机理比较复杂，主要有粘滞吸收；弛豫吸收、相对运动吸收及空化气泡吸收。
对于给定的频率的超声波，其强度和压强幅度都随着距离的增大而按指数规律下降，可表示为：
I(x)=I0e-2αx
P(x)=P0e-αx
式中α为衰减系数。
α是频率的函数。
αmm = βfMHz。
为常数。
衰减系数在很大程度上依赖于频率。
这一点，我们在设计还是临床操作上都具有重大影响意义。
实验结果表明，在医学超声频率范围内，人体组织对超声波的吸收系数几乎与超声波频率成正比。