超声总论1

声阻抗差>1%时就会产生反射 反射回声的强弱主要取决与大界面两侧 介质声阻抗差。声阻抗差愈大，反射声 强愈大，穿透声强愈小。 反射声波带有界面的相关信息（位置、 形态），透射声波将探索更深界面的信 息。

折射：
界面两侧介质中 声速不等，入射 角>00，透射声束 方向发生改变， 即沿偏离入射声 束的方向传播。

是研究超声波与人体组织相互作用的现 象和规律，并运用于医学为目的的一门交叉 学科，涉及物理、生物、医学、电子、计算 机、机械、材料等学科。
超声诊断

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是利用人体不同类型组织之间、病 理或损伤组织与正常组织之间的声学特 性差异，以图像、图形、数字、声音等 形式予以显示，并对疾病的有无、性质、 程度做出判断的过程和行为。
（三）超声波的基本物理量
三个基本物理量：声速(c) 波长(λ) 频率(f) 1、传播速度 2、周期、频率、波长 c= λ*f 3、声特性阻抗（z） 4、声衰减系数（α） 5、声强(I)和声压(p)
1、传播速度
传播速度:单位时间内声波在媒质中传播的距离。 固体 > 液体 > 气体 人体软组织声速差异不大，平均值1540m/s。 目前这是各种超声诊断仪器检测脏器大小的 基础，仪器上用一个标尺去测量不同脏器的
折射声影：
在全反射界面的下方， 声束不能进入第二介质， 该区失照射，出现“无回 声进入区”，称侧后声影 或折射声影。
（二）超声波的散射
小界面对入射声束呈散射现象。 小界面接受声能后，作为二次声源向周围立体 空间所作的二次超声发射。散射现象无方向依赖； 散射现象无回声失落； 探头可接收到很低的散 射回声来自脏器内部的 细小结构，
背向散射

某一方向上散射回来的超声能量朝向探 头，与探头发射超声波的方向相反，称 为反向散射、背向散射或后向散射。
临床使用的超声诊断主要利用超声原理
1.反射是超声诊断的主要物理原理。在人体内 各种组织声阻抗不同的分界面上产生反射， 反射回声被探头接收后再构成声像图。 2.背向散射也是超声诊断的重要物理原理。背 向散射回声被接收后，可供分析组织脏器的 内部结构特性。
一、超声波的基本概念
（一） 超声波的概念 人耳能够听觉 感知的声音，这部分声 波称为可听音（人耳的听觉阈值），频率 在16Hz~20kHz。频率高于可听音上限的 声波称为超声波。属于机械波。是由于弹 性媒质质点受到机械力的作用发生周期振 动并向四周传播。
弹性：若物体在外力作用下产生形变，当外力 去掉之后，物体能迅速恢复到受力前的形态和 大小，物体的这种性质称为弹性。 形变：任何固体介质在外力作用下，其内部质 点的相互位置会发生变化，使得介质的形状或 大小产生变化。

获得超声波的条件（ 最基本要素 ）： 产生振动的声源（soynd soyrce） 超声波的声源是超声换能器（trnsdycer） 传播声波的媒介（固体、液体、气体） 真空中没有介质，不能传播超声波
（二）超声波的分类
1.按发射超声波的类型： 连续波、脉冲波
2.按质点振动方向和传播 方向的关系：
横波、纵波 3.按波振面的形状： 平面波、球面波、柱面波
大小，实质上是假设了它们的声速是相等的。
人体软组织声速差异5%，因此超声测量 器官大小的系统误差在5%。若能将软组织声 速的差异在超声诊断仪中考 虑进去，对于脏器的大小、 病灶范围的测量将会更正确， 显示的位置也更为确切。 （如图）
2、周期 频率 波长
周期：质点在平衡位置往返振动一次所需要的时间。 频率：单位时间内质点振动的次数（单位：赫兹Hz）。 决定可成像的组织深度。 频率高，衰减大，用高频探头检查浅表器官 频率低，衰减小，用低频探头检查腹部脏器 波长：一个周期内声波传播的距离为一个波长。 决定成像的极限分辨力 医学诊断中常用频率2.5--20 MHz，人体软组织中 传播超声波波长为0.075--0.6mm。 c = λ* f
在现代医 学影像诊断中 有几种主要检 查方法
超声波
CT
MR
临床超声诊断学
第一章

总论
第一节 超声医学发展历史 # 第二节 超声诊断基本物理原理 第三节 多普勒超声物理基础 第四节 超声诊断技术基础 # 第五节 超声临床诊断基础 第六节 超声诊断新技术 第七节 超声的生物效应
超声医学
不发生折射的两种情况
声束垂直入射至大界面， 界面两侧介质中声速不 同，透射声束按原方向 前进，无折射； 两介质中声速相等，入 射角>00，透射声束仍按 原方向传播。
全反射与临界角
C2>C1时，折射角>入射 角，入射角增大，直至 折射角为直角时，折射 声束与大界面平行，此 时的入射角称为“临界 角”。入射角>临界角 时，声束从平行状态转 入第一介质中—全反射。
反射：
大界面对入射声束呈反射 现象。声束入射至平滑的 大界面(镜面)，声能从界 面反射回原介质—反射； 余下的声能通过界面进入 第二介质—透射。 声像图中各种回声显像主 要是由于声阻抗差别造成 的。
法 线：与镜面所作的垂直线。 入射角：入射声束的声轴与法线间角度。 反射角：反射声束（回声）的声轴与法 线夹角。入射和反射 回声在同一平面上； 入射声束与反射声束 在法线的两侧；反射 角与入射角相等。
超声检查
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运用超声波的原理，对人体软组织 的物理特性、形态结构及功能状态作出 判断的一种非创伤性的检查方法。
第一节 超声医学发展历史

1880年法国物理学家居里发现压电 效应是现代超声技术的起点。 近10来，超声诊断技术飞速发展， 新技术、新设备、新方法层出不穷，提 高了超声诊断特异性和信息量。
（三）超声波的绕射diffraction (衍射)
当障碍物直径等于或小于 1/2波长时超声波绕过该障碍 物继续向前传播。声束在界面 边缘经过，声束边缘和界面边 缘间距达1—2个波长时，声束 可向界面边缘靠近且绕行，即 产生声轴的弧形转向。 如:小结石后方无声影。
（四）超声波的衰减
超声波强度随传播距离的增大而减小 原因 1.声吸收→声能转化（热能）； 2.声波的反射和折射； 3.声束逐步扩散。
4、声衰减系数：
（公式见书P3）
衰减：声波在媒质中传播，声波的强度随传播距 离的增加而逐渐减弱的现象。 衰减系数：声波传播方向单位距离上的声衰减。 （单位dB/cm）分贝/厘米。 人体中，吸收和散射是声衰减的重要原因。
5、声强和声压



声波在媒质中传播，声波能量从媒质中的一 个体积元通过邻近的体积元向远处传播。声 压和声强可以描述声波在媒质中传播的强弱。 声强（I）：单位时间内通过垂直于声波传播 方向单位面积的能量。 声压（p）：媒质中有声波传播时的压强与 没有声波传播时的静压强之差。 声压、声强、声特性阻抗之间的关系： I = P2 / z
与声能吸收有关
超声波在介质传播，介质质点沿其平衡位置 来回振动，质点之间发生弹性摩擦（内摩擦）， 使超声振动的机械能转变为热能，一部分热能被 组织吸收，称为粘滞吸收，一部分热能通过介质 的热传导，向空中辐射，称为热传导吸收。
声能被吸收的多少与超声频率高低、介质粘 滞性、导热性、温度、传播距离等因素有关。
二、超声换能器和声场特性
（一）压电效应： 某些电介质在其适当 方向施加作用力时，在电 介质的相对两表面上会出 现与外力成正比的符号相 反的束缚电荷; 在电场的作用下，电 介质产生如同外力作用下 的改变(增厚、减薄)。
正压电效应
由于外力作用使电介质带电的现象。
逆压电效应

在电介质上加一外电场，电介质会产生 与外加电场强度成正比的应变现象（如：厚 度的改变）。
（二）超声换能器（探头）

作用：发生和接收超声波 能将电能转换成机械能（声能） 将机械能（声能）转换成电能。

超声波是在逆压电效应情况下产生的。 加以高频的（>1MHz）交变电场，压电元 件产生厚、薄间的高频变化，即高频振动 而产生超声波。

超声波通过人体后产生的反射回声 撞击至压电元件时，产生正压电效应而 呈现电压变化（与回声强度成正比）， 反映体内信息,输入超声诊断仪经信号放 大、处理等过程而形成声像图。
依据不同的使用目的和频率范围分为： 1、凸阵探头:应用于腹部和妇科 2、线阵探头:应用于外周血管和浅表器官 3、相控阵探头:应用于心脏和颅脑

（三）超声换能器的声场特性
声场：媒质中声波存在的区域。 探头向前方辐射超声能量所 到达的空间，即超声在弹性 介质中传播时介质中充满超 声能量的空间区域。 超声场简称声场，亦可称为 声束。
人体组织中衰减与反射有关
反射系数愈高则反射声 强愈大，使透入界面深部介 质的声能下降。 胆囊结石与胆汁的界面反射 系数可达50%以上，透过结 石后声能下降。在加上结石 的声吸收，产生清晰的后方 声影。
人体组织中衰减与散射有关
某些病变（脂肪肝）时散射 增大。致使传入深部的声强显 著下降。
脂肪肝
多量的2-3um脂肪微滴 积聚在肝细胞内，与肝 细胞质之间的声特性阻 抗不等，造成对入射超 声大量散射，声衰减明 显增大，肝脏深部的回 声明显稀少及肝脏底面 的模糊。 脂肪单独的衰减系数甚 低。
四、人体组织的声学参数
参考教材第5页表1-1 密度：骨>软组织>液体>气体 声速：骨>软组织和体液>气体 特性阻抗：骨>软组织和体液>气体 衰减系数：气体>骨>软组织和体液
第三节
多普勒超声物理基础
一、多普勒效应基本原理 二、多普勒信息的显示 三、尼奎斯特极限和频率混叠
一、多普勒效应基本原理
多普勒效应（Doppler effect，DE）：发射、 接收换能器与人体组织间存在相对运动，接 收到的超声信号频率fR和发射信号频率fS之间 有运动差异。 多普勒频移（Doppler frequeney shift，DFS）
超声检查方法中必须掌握的 四个基本环节
1、熟悉仪器性能，正确调节各个按钮，阅读 说明书和操作手册； 2、掌握一些基本操作手法和程序，以获取理 想、规范的图像； 3、全面、正确地描述、记录和分析图像，确 立诊断依据； 4、临床思维，综合分析提示诊断结论。
*第二节 超声诊断基本物理原理
一、超声波的基本概念 二、超声换能器及声场特性 三、超声波的传播特性 四、人体组织的声学参数
超声诊断优点

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1.无创伤性，无放射性损伤；2.信息量丰富接 近解剖真实结构；3.实时动态观察；4.不需要 造影剂显示管腔功能（如肝门静脉）；5.显示 小病灶（1~2mm）；6.取得各种方位的切面图 象；7.准确判定各种先天性心血管畸形的病变 性质和部位；8.检测脏器功能；9.获取结果及 时、重复性强、可做床边检查。
3、声特性阻抗
声特性阻抗（Z）：等于介质中声速和密度的乘积。 是重要的声学参数，是超声诊断中的最基本的物理 量，超声诊断的应用都与声特性阻抗有关。 声像图中各种回声显像主要是由于声阻抗差别造 成的。两种介质的声阻抗相同，超声全部透射过界 面。如两种介质的声阻抗不同，一部分超声在界面 上产生反射，反射声能的大小取决于两种介质的声 阻抗差别，差别越大，反射的声能越大。
*三、超声波的传播特性
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反射、折射、散射和衰减。
（一）超声波的反射和折射
界面：声阻抗不同物体的接触面 界面小于声束波长为小界面；大于波长为 大界面。界面的大小对于探头的频率而言 是相对的。 如：一个0.3mm的人体软组织界面， 3MHz超声（波长=0.5mm）时为小界面； 10MHz超声(波长=0.15mm)时为大界面。

衰减在超声诊断中的应用
衰减间差别为超声诊断重要依据之一。 比较同一深度处的回声情况，可推测该处浅部 声路上的衰减大小。 部分病灶后方增强；部分病灶后方减弱；部分 病灶后方无明显变化。

人体不同组织的声衰减情况
衰减最高：骨、钙、肺（含气） 衰减很高：瘢痕 衰减高：肌腱、软骨 衰减中等：脑、肝、肌肉、心、肾 衰减低：脂肪 衰减很低：血液、血清 衰减极低：尿液、胆汁、囊肿液、胸腹水
声场分为近场和远场
近场：在声束的平行区至 扩散区焦点以内的范围。 近场声压、声强不稳定， 呈无规则地剧烈起伏， 影响诊断准确性，不能 用于诊断。
从声束的扩散点开始，即为远场。 呈喇叭形，声束严重发散，难以 取得高信噪比和清晰图像。

只有一段“自然焦区”有价值。 信噪比：在规定条件下，传输特 定点上的有用功率与和它同时存 在的噪声功率之比。