[医学]第二章 医学超声的物理基础
超声原理课后作业答案(1)
第二章 医学超声的物理基础P46, Q2.8查表得：61.4810/Z Pa s m =⨯⋅水， 60=c=1.57310/Z Pa s m ρ⨯⋅肥肉（1）声强的反射系为：2()0.093%Z Z R Z Z -=≈+水肥肉水肥肉反射波的声强为：32r 0=110/I I R mW cm -⋅≈⨯（2）由能量守恒，折射波的声强为：2t 0r 0.999/I I I mW cm =-= （也可先求得声强透射系数24()Z Z T Z Z =+水肥肉水肥肉，再进一步求得折射波的声t 0I I T =⋅强）P46, Q2.15查表得脂肪的平均衰减系数：0.68/()dB cm MHz β=⋅， 脂肪对3MHz 超声波的衰减系数为： 2.04/f dB cm αβ=⋅=入射超声波的声强级为: 2200122010/10lg 10lg 140'10/I I W m L dB I W m -=== 经6cm 的脂肪衰减后，到脂肪-肾界面，声强级为：10127.76I I L L l dB α=-= 脂肪-肾界面的声强反射系数为：2()=0.0064Z Z R Z Z -=+脂肪肾脂肪肾在该界面反射的超声波声强级为： 21121000=10lg10lg =10lg 10lg 10lg 10lg 105.82'''I I I I R I L R L R dB I I I ⋅=+=+= 再经6cm 的脂肪，由换能器所接收的声强级为：3293.58I I L L l dB α=-=对应的声强为：'9.35823010 2.28/I I mW m ==换能器接收的声波平均功率为：33 2.2810P I S mW -=⋅=⨯（注：'122010/I W m -=）第三章 医用超声换能器P131, Q3.1解：（1）31.5410,0.5c m a cm f λ-==⨯=224 1.624N a Z cm λλ-== 1.220.188rad Dλθ== 注：若c 取340m/s ，Zn=7.35cm ，0.04148rad θ=（2）22414.64N a Z cm λλ-== 1.220.063rad Dλθ== 注：若c 取340m/s ，Zn=66.15cm ，0.01383rad θ=P131, Q3.2 该超声波的波长为： 1.54c mm f λ== 2.44f Fd D λ= 则，换能器的直径为： 2.4418.7f FD cm d λ==（注：如果声速选择340m/S, 则D=4.148cm ）。
超声物理基础及图像基础.pptx
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（四）超声波的三个基本物理量
1、超声波的振态
超声波的振态在固体中有纵波 、横波 和表面波三种，而在液体和气
体中只有纵波振态，在超声诊断中应用的是超声纵波。
2、超声波的三个基本物理量
超声波有三个基本物理量，即波长（wave length,λ）,频率（f）和
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2、波长与介质的关系
（1）同一介质 不同频率的超声波，在同一介质内传播时其波长与频率成反比。 1MHz 的 超 声 波 在 人 体 软 组 织 中 传 播 时 ， 其 波 长 为 1.5mm 。 3MHz 的 超 声 波 在 人 体 软 组 织 中 传 播 时 ， 其 波 长 为 0.5mm 。 5MHz 的 超 声 波 在 人 体 软 组 织 中 传 播 时 ， 其 波 长 为 0.3mm ，
标志反向散射的数量和定量参数称为反向散射系数μb，定义为：
μb = 从组织中反向散射的能量
4）
(参考能量) (立体角) (距离)
（1-1-
式中：参考能量等于脉冲的总能量。
所以超声成像的回声来源是：超声波的背向散射及镜面反射。
3．红细胞散射 在研究红细胞运动规律时，反向散射（Back
scattering）是极有用的超声信息。
（a）传播声波的媒质（介 质）的分子 (b) 波长为λ的平面连续 压缩波的压力分布
图1-1-2质点振动传播声波
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(五) 声速、波长与介质的关系
1、声速与介质的关系
（1）.同一介质 不同频率的探头在同一介质中传播时声速基本相同。所以 用不同频率的探头检查肝脏时，声速基本相同。
超声诊断的物理基础
超声诊断的物理基础超声诊断是一种通过利用超声波在人体组织内的传播和反射特性，来获取人体结构和病变信息的无创检查方法。
超声波是一种机械波，具有高频率、短波长和强穿透力的特点，被广泛应用于临床医学领域。
超声波的物理特性为超声诊断提供了基础。
首先，超声波的频率决定了它在人体组织中的传播速度。
一般来说，超声波在软组织中的传播速度约为1540米/秒。
不同组织的声速略有差异，这也是超声诊断中可以区分不同组织结构的原因之一。
超声波的传播和反射特性使得超声诊断成为一种无创的检查方法。
超声波在人体组织中传播时，会遇到不同组织的界面，如肌肉和骨骼之间的交界处。
当超声波遇到这些界面时，会发生反射和折射，一部分能量被反射回来形成回波，另一部分能量继续传播。
通过接收回波信号，超声设备可以计算出声波从发射到接收的时间，从而确定声波传播的距离。
超声波的反射特性也使得超声诊断可以观察到人体内部的结构和病变。
不同组织对超声波的反射能力不同，这取决于组织的声阻抗差异。
声阻抗是指声波在穿过介质界面时遇到的阻力，它与介质的密度和声速有关。
当声波从一个组织进入另一个组织时，如果两者的声阻抗差异大，则会发生明显的反射。
这样，超声波就可以探测到组织的边界和病变部位。
超声波的频率也决定了它的穿透能力和分辨率。
低频超声波能够穿透较深的组织，但分辨率相对较低，无法清晰地显示细小结构。
高频超声波则能够提供更高的分辨率，但穿透能力相对较弱。
因此，在超声诊断中，医生需要根据不同情况选择适当的频率，以获得较好的图像质量。
超声波的多次反射和散射也会影响超声图像的质量。
当声波在组织中传播时，会受到散射和吸收的影响，导致声波的能量逐渐减弱。
这也是为什么超声波不能穿透骨骼和气体的原因，因为它们对超声波的传播具有较强的散射和吸收能力。
超声诊断是一种基于超声波的无创检查方法，其物理基础包括超声波的频率、传播速度、反射特性和穿透能力等。
通过利用超声波在人体组织内的传播和反射特性，超声诊断可以获取人体结构和病变信息，为临床医学提供重要的辅助诊断手段。
超声基础知识及临床应用 ppt课件
弥漫型： 肝内呈多发、可疑结节样回声，静脉扭曲变形。
小肝癌型： <3cm的单发结节为主，多为弱回声，边界清。
肝癌（大块型）
胆囊结石超声诊断
胆囊内强回声光团或光点 结石回声后方伴有声影 改变体位结石强回声依重力方向移动
横向分辨率的上限是显示器扫描线的宽度。
超声波的分辨率—纵向分辨力
➢超声波频率越高，纵向分辨力越好。
振元
靶点
低频率
振元
回波信号 靶点
高频率
回波信号 20
超声波的分辨率—横向分辨力
➢频率越高，波束越集中，横向分辨力越好。
不能分辨
能分辨
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超声物理基础—小结
1.哪些器官不能（不适合）超声检查？ 2.超声检查时为什么要搽耦合剂？
第三种，对超声的测量存在困惑。
一个病灶不同超声医师测出的大小 不一样，有时甚至相差较远，比如肾 结石上午在这个医院做了是这么大， 而下午跑到另外一个医院来做又是那 么大，难以理解。
未来趋势
超声报告的内容
• 超声报告单分上项、中项、下项。 • 上项：为病人的基本信息和机器的品牌、型号等。 • 中项：记录检查时的发现（包括图片和描述）。应细致、
第一种，临床医生只看结论,不看描述。
有的临床医生说，你们彩超的报告单，我们只看结论， 你们描述的内容我们根本不看，看也不明白什么意思。
第二种，看了描述，解读错了
曾经有一位临床医生看到我的描写（脾厚 4.5cm，肋下未探及）跟患者如此解释：脾已经 比正常厚了4.5公分......。好在患者也看不懂描述。ຫໍສະໝຸດ 炎症积液实性占位
纤维化
钙化
2024年超声医学基础学习课件
超声医学基础学习课件一、引言超声医学是医学领域的一个重要分支，它是利用超声波在人体组织中的传播特性，对人体内部结构进行成像和诊断的一种无创检查方法。
随着科学技术的不断发展，超声医学在临床诊断和治疗中的应用越来越广泛。
本课件旨在为初学者提供超声医学的基础知识，帮助大家更好地理解和掌握超声医学的基本原理和技术。
二、超声波的物理基础1.超声波的传播特性超声波是一种机械波，具有频率高、波长短、传播速度快的特点。
在生物组织中，超声波的传播速度与组织的密度和弹性有关。
一般来说，超声波在固体和液体中的传播速度大于在气体中的传播速度。
2.超声波的反射和折射当超声波遇到不同介质的界面时，会发生反射和折射现象。
反射是指超声波遇到界面时部分能量返回原介质，折射是指超声波穿过界面进入另一种介质。
通过分析反射和折射的超声波信号，可以获取人体内部的解剖结构信息。
3.超声波的衰减超声波在传播过程中，由于与生物组织的相互作用，会发生能量的衰减。
衰减程度与超声波的频率、组织的吸收系数和散射系数有关。
通过分析衰减特性，可以评估组织的性质和病变情况。
三、超声成像原理1.A型超声成像A型超声成像是一种一维成像方法，通过将超声波在组织中的传播时间转换成距离，得到组织结构的深度信息。
A型超声成像具有操作简单、成本低廉的优点，但在成像分辨率和视野范围方面存在一定的局限性。
2.B型超声成像B型超声成像是一种二维成像方法，通过扫描超声波在组织中的反射信号，得到组织结构的二维图像。
B型超声成像具有分辨率高、视野范围广的优点，广泛应用于临床诊断。
3.彩色多普勒超声成像彩色多普勒超声成像是一种基于多普勒效应的超声成像方法，通过检测超声波在组织中的反射信号频率变化，得到血流速度和方向信息。
彩色多普勒超声成像在心血管疾病、肝脏疾病等领域具有重要作用。
四、超声诊断技术1.超声诊断仪器的组成超声诊断仪器主要由发射器、接收器、扫描器、信号处理系统和图像显示系统组成。
第二章 医学超声的物理基础
第二章医学超声的物理基础超声波是一种机械波，机械振动与波动是医学超声的物理基础。
它是由弹性介质中的质点受到机械力的作用而发生周期性振动产生的。
依据质点振动方向与波的传播方向的关系，超声波亦有纵波和横波之分。
由超声诊断仪所发射的超声波，在人体组织中是以纵波的方式传播的。
就是因为人体软组织基本无切变弹性，横波在人体组织中不能传播。
§2.1 超声波的一般概念一、机械振动与机械波宇宙中的一切物质，大至宏观天体，小至微观粒子都处于一定的运动状态，振动和波动是物质运动的基本形式之一。
物体的机械振动是产生波的源泉，波的频率取决于物体的振动频率。
（一）机械振动物体沿着直线和曲线在某一平衡位置附近作往复周期性的运动，称为机械振动。
一切发声物体的运动及超声波源的运动等则是人们难以觉察到的振动现象。
物体（或质点）受到一定力的作用，将离开平衡位置，产生一个位移，该力消失后，由于弹性作用，它将回到其平衡位置，并且还有越过平衡位置移动到相反方向的最大位移位置，然后再返回平衡位置。
这样一个完整运动过程称为一个“循环”或叫一次“全振动”。
振动是往复、周期性的运动，振动的快慢常用振动周期和频率两个物理量来描述。
（二）机械波振动的传播过程，称为波动。
波动分为机械波和电磁波两大类。
机械振动在弹性介质中的传播过程，称为机械波。
交变电磁场在空间的传播过程，称为电磁波。
介质包括各种状态的物质，可以是弹性介质（液体、气体或固体）也可以是非弹性媒质；弹性介质传播机械波的机理可用图2-1加以说明。
弹性介质是由许多很小的微粒（称为质点）所组成，质点间由弹性力相互联系着，恰似由小弹簧联系在一起。
当外力F作用于质点A时，A就会离开平衡位置，这时A周围的质点将对A产生弹性力使A回到平衡位置。
当A 回到平衡位置时，具有一定的速度，由于惯性，A不会停在平衡位置，而会继续向前运动，并在相反方向离开平衡位置。
这时A又会受到反向弹性力，使A又回到平衡位置，产生振动。
超声检测物理基础第二章1
第二章
超声检测的物理基础
2、描述波动的物理量 波长:沿波的传播方向,两个相邻的、 相位差为 2 的振动质点之间的距离，即一个完整 y 波形的长度。A
O A
x
第二章
超声检测的物理基础
频率: 任一给定点在单位时间内所通过的完整 波的个数, 单位：Hz 波的频率是由波源决定的 波速:波在单位时间内所传播的距离
第二章
超声检测的物理基础
按介质形状分类 1 体波 横波 纵波 2 表面波－瑞利波 3 导波 分管中导波和板中导波 板中导波－板波 Lamb波
第一章
超声检测的物理基础
表面波（瑞利波） 介质表面受到交变应力作用时，产 生沿着固体表面传播的具有纵波和横 波的双重性质的波。 表面质点的运动轨迹为椭圆 振幅随深度的增加迅速减少 用于发现表面缺陷
c f
波速只取决于介质的性质
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
第二章
超声检测的物理基础
波按频率分类： 次声波：频率小于20Hz 声波：20－20000Hz 超声波：20000Hz以上 超声波的特点 具有良好的方向性 能量高 在界面处产生反射、折射和波型转换 穿透力强
第二章
超声检测的物理基础
超声波的应用 医学上：疾病的诊断和治疗 机械加工：玻璃，金刚石等材料的 加工 焊接：塑料的焊接 材料检测和性能测试
第一章
超声检测的物理基础
地震波
地震发生时，震源区的介质发生急速的 破裂和运动，这种扰动构成一个波源。由于 地球介质的连续性，这种波动就向地球内部 及表层各处传播开去，形成了连续介质中的 弹性波。
由三部分组成：纵波、横波、表面波
第二章 超声检测的物理基础 按波的形状分类 波的形状是指波阵面的形状。 波阵面：同一时刻，振动相位相同所 有点联成的面。 波前：某一时刻，波动所到达的空间 各点所联成的面。 波线：波的传播方向 1 平面波 2 球面波 * 3 柱面波
超声医学的物理基础医学PPT课件
• 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。
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。
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。
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。
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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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• >20000Hz：超声波
• 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：
超声基础知识ppt课件
超声的模式
Line 1 Line 2 Line 3 Line 4 Line 5 Line 6 Line 7 Line 8
Line
1 2 3 4 5 6 7 8
3. M模式： M模式中的M表示运动，M模式通过B模式图象来显示一个取样线，然后在以时 间为轴线的波形图上表示其运动状态。通常M模式用于检测心脏及胎儿的心率。 Transducer Transducer Transducer Transducer
•
•
电子扫描方式
探头的许多基元通过电子控制产生扫描波束并且通过延时线对波束进 行聚焦。
－线阵：用于小器官、血管及术中。 －凸阵：也称弯曲线阵，与线阵的区别在于 基元是弯曲的。用于腹部和妇产科。 特点： • 孔径大 • 近场视野宽 • 旁瓣影响小 特点： • 近、远场视野宽
－相控阵： 相控阵方式是通过连续变换延时线来得到产生超声波束的不同角度。主要用于心脏。
记录设备
探头
DSC
数字扫描转换器
录像机
打印机
彩色打印机
存储
硬盘、磁光盘 图象档案管理
1. 聚焦
名词解释
透镜
聚焦
发散
许多超声设备都有调整聚焦的功能，对感兴趣的 区域进行聚焦，从而使图象分辨率更高，图象更清晰。
超声系统的几种聚焦方式： －只在发射端聚焦（接收端：自动聚焦）：保持较高的帧频 －发射和接收端聚焦：可使图象质量更好，但是帧频很低 常用的聚焦方式：分段聚焦；动态聚焦；连续动态聚焦(CDF） 动态接收聚焦
• 压电效应：是指具有压电特性的材料(陶瓷、石英)
在受到外界压力后，在其受压端面产生电压；在其 端面施加交变电信号时，其端面会产生机械振动， 发出声波。
超声医学物理基础知识
超声医学物理基础知识超声医学物理基础知识分别有哪些呢？我们不妨一起来参考下范文吧！希望对您有所帮助！以下是小编为您搜集整理提供到的超声医学物理基础知识内容，希望对您有所帮助！欢迎阅读参考学习！超声医学物理基础知识1、什么是超声？答:自然界的声波以频率可以划分为三大类：次声、声、超声。
频率低于20hz的波动称为次声；频率在20－20khz之间的波动称为声；频率在20khz以上的波动称为超声。
我们人耳可以听见声但是听不见次声和超声。
我们超声医学应用的是超声，频率在mhz数量级。
超声和可闻声本质上是一致的，它们的共同点都是一种机械振动，通常以纵波的方式在**介质内传播，是一种能量的传播形式，其不同点是超声频率高，波长短，在一定距离内沿直线传播，具有良好的束**和方向*。
2、什么是超声医学？答:凡研究超声对人体的作用和反作用规律，并加以利用以达到医学诊断和治疗目的的学科即称为超声医学。
它包括超声诊断学、超声治疗学和生物医学超声工程。
3、什么是超声波长、频率和声速?答:波动的同一传播方向上两个相邻的相位相差2的质点,振动的步调恰好是一致的,我们把它们之间的距离即一个完整波的长度称为波长。
波动传过一个波长的时间,或一个完整的波通过某点所需的时间,称为波的周期。
单位时间内质点振动的次数称为频率。
声速是指波动的某一个振动相位在介质中的传播速度。
声速即单位时间内在介质中传播的距离。
4、什么是超声场？5、什么是声反*与折*？答：声波在一个介质中进行，到达与另一个介质的界面上，引起部分或全部声能的返回过程，或者改变进行方向而再在原介质中进行的现象称为声反*。
声折*是因介质中声速的空间变化而引起声传播方向的改变，在声束穿过生阻抗失配的界面时，因二个介质的**和密度不同导致声速不同而发生折转而引起。
6、什么是声衰减？答：声波在介质中传播时，因波束发散、吸收、反*、散*等原因，使声能在传播中减少的现象。
软组织的声衰减随组织厚度而增加，其衰减量等于衰减系数与通路长度的乘积。
超声诊断的物理基础
超声波的物理基础
• 2、超声波产生的必要条件 振动是产生声波的根源，即物体振动后产生声波。 在超声成像过程中，振动的晶片做机械振动产生 超声，故探头的晶片是声源。 超声波的传播需要弹性介质，固体、液体、气体 都属于弹性介质，所以可以传播声波。真空中只 能传播电磁波而不能传播机械波（超声波属于机 械波中的一种）。在超声医学成像中，人体的组 织、器官就是介质。介质的声学特性与超声图像 关系密切。
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多普勒超声伪像
一、脉冲多普勒伪像 1、脉冲多普勒混叠2、频谱缺失（△声束与血流夹角过大；应尽量小于 60°△滤波过高△增益过低△检测速度范围过大）3、基线对称的频 谱 二、彩色多普勒伪像 1、彩色信号衰减伪像2、壁滤波或检查速度设置过高，导致低速血流信 号不显示3、彩色增益过低，导致高、低速血流均不显示4、闪烁伪像。 呼吸，肠蠕动，说话等均会造成闪烁伪像5、镜面反射伪像（同二维 镜面伪像原来）。6、快闪伪像：多见于肾盂、输尿管、膀胱表面有 结晶的不光滑尿路结石7、混叠伪像：表现为彩色血流信号呈多色镶 嵌的“马赛克”状，亦称彩色镶嵌，使血流方向、速度表达错乱。8、 声束夹角过大，导致血流信号不显示。（应调至60° 以下）9、彩色 血流信号“外溢”：彩色增益过高，彩色优先过高、脉冲重复频率及 滤波设置过低、取样框过小都会导致彩色血流信号外溢伪像。10、开 花伪像：静脉注射微泡造影剂，血液内的微泡强散射可以使彩色血流 信号显著增强，特别是不断破裂的微泡会产生强大的声流，致使彩色 血流信号的强度显著增强，呈开花状。
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超声波的物理基础
• 3、超声波的分类 ①、如果质点振动方向与声波的传播方向垂直称为横波（只 能在固体中传播） 如果质点振动方向与声波的传播方向一致称为纵波（也称 疏密波） 超声医学成像中主要应用纵波，它通过激励电压迫使探头晶 片做厚度方向的振动，对人体组织施加压力或拉力而产生 的。纵波在人体组织中传播时，使有的部位质点密集，有 的地方质点稀疏，密集与稀疏交界的部位，产生的声压最 大。 ②、根据发射超声的类型分为脉冲波及连续波。连续波目前 仅在连续多普勒超声仪中使用；A型、B型、M型及脉冲多 普勒超声仪均采用脉冲波。
[医学]第二章 医学超声的物理基础
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所以，可得
rP P ri Z Z2 2c co ossri Z Z1 1c co osstt
当超声波垂直入射时，则有 r Z2 Z1 Z2 Z1
讨论
（1）当 Z2 Z1时（比如超声波从空气进入水中)，r 1 ，即声
波几乎全部反射而不能透射；
当 Z1 Z2时，r 1，这相当于发生全反射，且反射波与入
P1P2间介质的伸长量dξ与原来长度dx之比dξ /dx称为介质元P1P2的相对形变。
由胡克定律，通过单位面积 作用在介质元P1P2上的力与相 对形变量成正比，即
f 1 d A dx
P1 ξ
ξ+dξ P2
x dx
式中α为弹性系数。
介质元的相对形变
第二章 医学超声的物理基础
§2－2 超声波在介质中的传播特性
其中， ρ为介质的平均密度，E为杨氏模量，G为切变模量，B为体积模量。
由于人体的绝大部分组织属于软组织，其声学性质与水相近，所以超声在软 组织中的传播速度近似等于1540ms-1，约为骨骼中的三分之一。
第二章 医学超声的物理基础
表2-2 超声在生物组织及有关物质中的传播速度
§2－1超声波的一般概念
射波的相位突变 ，即半波损失。
（2）如果Z1=Z2，r=0, 这时声波全部透射到第二种介质中。
（3）如果Z1>Z2，r<0, 这时反射波和入射波处于反相状态。
第二章 医学超声的物理基础
§2－2 超声波在介质中的传播特性
声强的反射系数：反射声强与入射声强之比
R I Ir i P P i r 2 2/ /Z Z 1 1 (P P r i)2 r2 ,垂 直 入 射 R Z Z 2 2 Z Z 1 1 2
超声基础
超声基础第一节超声诊断的物理基础一：超声波定义：超声波是指声波震动频率超过2万赫兹的机械波，既超过人耳听觉频率（20到2万赫兹）的一种声音。
二：超声波的物理特性：1声波：振动在介质中以波的形式进行传播为声波。
声波二要素：声源（振动系统）能够传播波动的介质。
声源：能够发声的物体称声源。
物体振动后产生声波。
介质：能传播声波振动的媒介物，称介质；传播机械振动的介质是弹性介质。
声波必须在介质中传播而不能在真空中传播。
波的传播分为纵波和横波：横波，质点的振动方向与波的传播方向相互垂直；纵波，质点的振动方向与波的传播方向相互平行。
生物组织（血液和软组织）只有纵波能够在其中传播。
骨骼属于固体，形状复杂内会部回声不均匀，具有各向异性传播（横波和纵波），同时骨骼的声阻率和声衰减都比软组织大的多，超声波很难穿透骨骼。
2周期和频率超声波在介质中一次全振动，也就是质点在平衡位置往返摆动一次所需要的时间为超声波的周期。
在1秒中时间内完成全振动的次数称为频率（frequence），单位赫兹。
诊断频率2-10Mhz3.5——5.5Mhz频率用于成人心脏，腹部、妇产成像，穿透深度15——20cm7——10Mhz频率用于小器官成像，穿透深度4——5cm10——40Mhz频率用于皮肤、血管内成像。
3声速:声波在介质中每秒传播的距离c，单位m/s，cm/s4波长:声波在介质中传播时两个相邻的周期质点之间的距离。
波长与频率成反比，频率越高波长越短分辨率越高，为提高超声诊断水平（提高分辨率）通常我们尽可能采用波长短，频率高的超声波（高频探头）。
5声束：超声波与一般的声波不同，超声波频率很高，波长很短，在介质中呈直线传播，具有良好的方向性，束射性，故称超声束。
6反射、折射：超声波在介质中传播入射至声阻抗不同的两种介质的界面上时，则会发生反射和折射。
反射：介质面的线度大于声束波长，声波入射到两个界面上，一部分声波从界面返回在原介质中传播称之为反射。
超声基础-物理基础
超声基础-物理基础物理基础第一节声波的定义及分类一、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，而引起听觉器官有声音感觉的波动则称为声波。
根据声波的传导方向与介质的的振动方向的关系，声波有纵波和横波之分。
二、横波所谓横波是指介质中的质点都垂直于传播方向运动的波。
人体的骨骼中，不但传播纵波，还传播横波。
三、纵波即介质中质点沿传播方向运动的波。
在纵波通过的区域内，介质各点发生周期性的疏密变化，因此纵波是胀缩波。
理想流体(气体和液体)中声振动传播方向与质点振动方向是平行的，只存在于纵波。
人体中含水70—80％，故除骨路、肺部以外软组织中的声速和密度均接近于水。
目前医用超声的研究和应用主要是纵波传播方式。
第二节超声显像物理基础一、超声波基本物理量1、超声波是声源振动的频率大于20000 Hz的声波。
2、超声波有三个基本物理量，即频率（f），波长（λ），声速（c），它们的关系是：c=f·λ或λ=c/f，传播超声波的媒介物质叫做介质，不同频率的超声波在相同介质中传播时，声速基本相同。
3、相同频率的超声波在不同介质中传播，声速不相同，人体软组织中超声波速度总体差异约为5％。
因此目前医用超声仪一般将软组织声速的平均值定为1541m/s。
通过该声速可测量软组织的厚度，由于目前超声仪所采用的是脉冲回声法，故该回声测距的公式是：t组织厚度=Ｃ·───2利用超声方法进行测距的误差也是5％左右。
4、声阻抗是用来表示介质传播超声波能力的一个重要的物理量，其数值的大小由介质密度ρ与声波在该介质中的传播速度c的乘积所决定，即：Z=ρ·c单位为Kg／m2·s。
5．临床常用的超声频率在2～10 MHz之间。
二、超声波的物理性能l、超声波在介质中传播时，遇到不同声阻的分界面且界面厚度远大于波长，会产生反射，反射的能量由反射系数R I=〔（Z2-Z1）/（Z2+Z1）〕2决定。
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P v c c A s in (t k x )
Pm cA
式中，ρ 为介质的密度 v为质点振动速度，c为声速。
第二章 医学超声的物理基础
§2－1超声波的一般概念
声强(I)：单位时间内，垂直于传播方向上单位面积的超声能量。 对于平面波，则平均声强为:
对于一段长度为Δx的介质，其左端截面的平衡位置为x，右端截面为x＋Δx， 则左右两端的所受力的大小为：
f11A (d d x)x, f21A (d d x)x x
则这段介质所受的合力为 ：
1 d
1 d
f2
f1
A(dx)xx
A(dx)x
1 Ad2 x dx2
I 1cA22 Pm2
2
2Z
声阻抗(Z)：介质的声阻抗是声介质的力学量，定义为声压和介质振动速度之比， 声阻抗在声波的传播中起着重要的作用，表示超声场中介质对质点振动的阻碍作用。
Z P c
v
由于声速c与温度有关，故声阻抗Z也与温度有关。声阻抗的实用单位为瑞利。
1瑞 利 ＝ 1gcm 2s1
波长、频率
c/f或 T=/c
波长和频率在超声成像中是两个极为重要的参数，其中波长决定了成像的 极限分辨率，而频率决定了可成像的组织深度。
声压、声强与声阻抗
声压（P）：超声波在介质中传播时，介质的质点密度时疏时密，从而使 平衡区的压力时弱时强，因此产生了一个周期性变化的压力。我们将单位面 积上介质受到的压力称为为声压。
第二章 医学超声的物理基础
目录
超声波的一般概念 超声波在介质中的传播特性 多普勒效应 超声波的生物效应
第二章 医学超声的物理基础
§2－1超声波的一般概念 一 超声波的分类
超声波为频率高于20000Hz的高频机械波。超声波具有频率高、方向性好、 能量高、对人体危害小等特点，因此在临床上被广泛应用于医学诊断和治疗。
平时所说的超声检测主要适用于第二类组织。在该类组织中，声阻抗相 差不大，声速大致相等，可保证超声波在组织内几乎沿直线传播；又可利用 不同类组织间声阻抗差异造成的声波反射、散射来识别不同软组织和器官的 形态和性质，这是超声成像及读片的基本物理依据。
第二章 医学超声的物理基础
§2－1超声波的一般概念
声强级与声压级
第二章 医学超声的物理基础
表2-3 人体组织及某些材料的声阻抗
§2－1超声波的一般概念
由表可以看出，人体组织可以分为三大类：
♦ 低声阻抗的气体或者充气组织，如肺部组织 ♦ 中等声阻抗的液体和软组织，如肌肉 ♦ 高声阻抗的矿物组织，如骨骼
当超声波通过声阻抗相差1％的介质时，就可在其交界面上发生相应的反 射。上述三类组织的声阻抗相差很大，界面反射太强，因此彼此之间几乎无 法传播超声波。
强
L I 1 0lgII0 1 0lgP P 0 2 2//Z Z2 0lgP P 0L P
声压级和声强级在数值上是一样的，只是表现形式不同。
第二章 医学超声的物理基础
பைடு நூலகம்
§2－2 超声波在介质中的传播特性
一 超声波的的数学描述——波动方程
超声波传播过程中，介质之间的相互作用力取决于介质的形变程度。
定义声强级的生理学及物理学依据:（1）人耳感觉声音强弱与声强的对 数成正比（2）人耳对声音感觉的强度范围很大。
声强级(LI)：
LI
10lg I I0
(dB)
声压级(LP)：
LP
20 lg
P P0
由于声强正比与声压的平方, 因此
1B(贝尔)=10dB（分贝）
I0=10-12Wm-2
1000Hz时， 引起人耳听 觉的最低声
目前，医用超声的频率范围一般在200kHz～40MHz，而诊断用超声频率范 围多在2~15MHz。从理论上讲，频率越高、波长越短，超声诊断的分辨率越高。
● 按波传播过程中质点振动方向和波传播方向的关系可分为：横波、纵波、 表面波及板波。纵波是超声诊断和治疗中常用的波型。
● 临床上一般按照频率高低将其分为四类：
其中， ρ为介质的平均密度，E为杨氏模量，G为切变模量，B为体积模量。
由于人体的绝大部分组织属于软组织，其声学性质与水相近，所以超声在软 组织中的传播速度近似等于1540ms-1，约为骨骼中的三分之一。
第二章 医学超声的物理基础
表2-2 超声在生物组织及有关物质中的传播速度
§2－1超声波的一般概念
二 超声波的重要物理参数
声速
在各向同性的均匀介质中传播，声速是一个恒量；在各向异性的介质中传
播，沿各个方向传播的声速不同；在非均匀介质中，各部分介质的声速也是不 同的。
平面波在固体介质中传播：
纵波 c E
c固>c液>c气
横波 c G
液体和气体只存在体积形变，只能传播纵波，其声速为：c B
♦ 低频超声：1～2.75MHz ♦ 中频超声：3～10MHz （常规用） ♦ 高频超声：12 ～20MHz ♦ 超高频超声：>40MHz
● 如果按照发射方式还可分为连续波和脉冲波。连续波目前只在连续波多普 勒血流仪中采用，A型、B型、M型及脉冲多普勒血流仪均采用脉冲波。
第二章 医学超声的物理基础
§2－1超声波的一般概念
设P1、P2为x轴上两相邻质点的平衡位置，P1点与原点的距离为x ，P2与 原点的距离则为x＋d x ，两点无限靠近。当纵波传播时，质点在其平衡位置 附近振动。
假设某一时刻t，x处质点离开平衡位置的位移为ξ ，x＋dx处质点离开平衡 位置的位移为ξ＋dξ ，这时两质点的相对位移为dξ ，即P1P2间的介质元发生了形 变，伸长量为dξ 。
P1P2间介质的伸长量dξ与原来长度dx之比dξ /dx称为介质元P1P2的相对形变。
由胡克定律，通过单位面积 作用在介质元P1P2上的力与相 对形变量成正比，即
f 1 d A dx
P1 ξ
ξ+dξ P2
x dx
式中α为弹性系数。
介质元的相对形变
第二章 医学超声的物理基础
§2－2 超声波在介质中的传播特性
介质元受力
第二章 医学超声的物理基础
§2－2 超声波在介质中的传播特性
再由牛顿第二定律可得
f2f1maAxdd2 t2 Axdd2t2 1Addx22x