第一章超声基本原理
超声检测-物理基础
机械振动
机械波
机械振动——谐振动
振动：质点不停地在平衡位置附近往复运动的状态。 谐振动：质点受到跟位移成正比、方向总是指向平衡位置的回 复力作用下的振动。
振动方程：
y A cos t A : 振幅
＝2 f ：角频率 ：初始相位
机械振动——谐振动
特点： 位移随时间的变化符合余弦规律； 振幅和频率始终保持不变、自由、周期的振 动——最基本、最简单的理想的振动； 固有频率由系统本身决定； 只有弹力或重力做功，机械能守恒。
频谱分析在超声检测中的应用 ——提高超声无损检测分辨率的方法 （《无损检测》 1997（4），P91 ）
远场分辨率：两相距2mm反射体
c d 2f 测得：f 1.4MHz d 2.1mm
频谱分析在超声检测中的应用 ——提高超声无损检测分辨率的方法 （《无损检测》 1997（4），P91 ）
机械波——产生与传播
机械波 机械振动在介质中传播形成机械波。 弹性介质 由以弹性力保持平衡的各个质点所构成。
机械波——产生与传播
产生机械波的条件 机械振动源、弹性介质。 特点： 机械振动是机械波的根源、机械波是机械振动状态的 传播。 机械波的传播不是物质的传播，而是振动状态和能量 的传播。
超声检测的历史
1964年，焊缝超声检测技术。
70’，裂纹高度测量，结合断裂力学，评估结 构强度和寿命预测。 80’，随着电子技术和计算机的发展，超声检 测自动化和成像技术发展迅速。
超声波的特点
超声波能量高
超声波穿透力强 超声波方向性好
超声诊断 PPT课件
超声与生物组织间的相互作用
热机制 机械机制 空化效应
LATER
（一）两个基本概念 ◆ 声特性阻抗
介质的密度(ρ)与声速(c)的乘积，不 同组织的声特性阻抗不一样。
◆ 界面
两种具有不同声阻抗的介质的接 触面。
大界面：界面尺寸大于超声波长 小界面：界面尺寸小于超声波长
反射与折射
◆
声束遇到大界面时，就会产生折射与反射
界面的反射信号是声像图的主要组成部 分
衍射和散射
超声遇到小界面时，发生衍射和散射 。 人体中的散射源是血液中的红细胞和脏器内 部的细微结构。
衍射和散射示意图
4.吸收衰减特性
超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，这一现象称为超声波衰减。 声波衰减与介质对声波的吸收、散 射以及声束扩散等原因有关，其中 吸收是衰减的主要因素。
头 ） —— 发 出 超 声 和接收超声回波。
超声诊断仪基本原理
超声的发生通过逆压电效应发生声能
示波屏 产生图像
由主机 处理放大 换能器
（探头）
人体 组织
利用正压电效应接收超声转为电能
超声的传播
1.传播速度 （c）
由传播介质决定，不同人体组织器官的声速不同， 平均声速为1540米/秒，其中空气最小（350米 /秒），骨骼最大（3850米/秒）。
2.超声频率 （f）
由探头中压电材料决定，在2.2～10兆赫兹范围。
3.超声波长 （λ）
超声波长与声速和频率满足关系式：c = f ·λ
超声声束的空间分布
1.声束 在一个有限的立体角内传播的超声 。
2.声轴
声束的中线。
3.近程区
靠近探头区域，声束等宽
医学超声知识点总结高中
医学超声知识点总结高中超声波是指频率超过人耳听觉范围的声波，即频率高于20,000Hz，其中最常用的是2-15MHz的超声波。
医学超声术利用超声波进行影像学检查，可检查人体内部的各种组织器官，对疾病诊断和监测治疗效果有着重要的作用。
本文将介绍医学超声的知识点总结，包括超声波的产生、传播、接收、成像原理，超声造影剂、常见的超声检查、超声在疾病诊断中的应用等。
一、超声波的产生、传播、接收1. 超声波的产生超声波是通过晶体的压电效应产生的。
在压电陶瓷内部，当施加电压时，会使其发生机械振动，从而产生超声波。
2. 超声波的传播超声波可以在介质中传播，其传播速度与介质的密度有关。
在人体中，软组织的传播速度约为1540m/s，而骨骼的传播速度约为3300m/s。
3. 超声波的接收超声波在体内传播时，遇到组织界面时会发生反射、折射、透射等现象。
接收后的超声波信号通过超声探头传到超声设备，经过信号处理后形成超声影像。
二、超声成像原理超声成像原理主要有超声脉冲回波成像、B超成像。
1. 超声脉冲回波成像超声探头向体内发射超声脉冲，当超声波遇到体内物体界面时，会产生反射回波，超声探头接收回波信号，经过信号处理后形成超声影像。
2. B超成像B超是利用超声脉冲回波成像原理进行成像，B超图像更能清晰地显示人体内部的组织结构，广泛应用于医学临床。
三、超声造影剂超声造影剂是通过在体内注射含气体的微小泡沫或固体颗粒，利用超声对其进行成像，以增强超声图像的对比度。
超声造影剂主要有气泡型和微囊型，可以用于改善超声检查所见，提高诊断效果。
四、常见的超声检查常见的超声检查包括B超、彩色多普勒超声和超声造影等。
1. B超B超主要用于检查腹部、心脏、泌尿系统、甲状腺等器官的形态、结构和大小。
2. 彩色多普勒超声彩色多普勒超声是通过利用多普勒效应检测并显示血流速度和血流方向，主要用于检测心脏、血管等的血流情况。
3. 超声造影超声造影是在B超检查中注入超声造影剂，以改善超声图像对比度，提高诊断准确性。
第一章-超声波探伤的物理基础
c λf
波动比较： 概念：振动的传播过程称为波动. 波动的分类: 机械波 机械振动在弹性介质中的传播.
波动 电磁波 交变电磁场在空间的传播.
两类波的不同之处:
机械波的传播需要介质,电磁播的传播可不需要介质
相同之处: 能量传播,反射,折射,干涉,衍射
(1 )纵波(L)：介质中质点有振动 方向相对于波的 传播方向互相平行的波。 (2) 横波S(T)： 介质中质点有振动 方向与波的传播 方向互相垂直的波。 当介质表面受到交变应力作用产生 (3) 表面波R： 沿 介质表面传播的波。 (4 )兰姆波 2 根据波阵面的形状分类 （1）平面波: 波阵面为互相平行的平面的波。 表达式： (2) 球面波:
p A cos( ωt kx )
波阵面为同心球面的波
纵波特点：具有交替出现的疏部和密部
横波特点
A 表达式： p cos(ωt kx ) r
(3) 柱面波： 波阵面为同轴圆柱面的波
A cos(ωt kx ) 表达式： p r
(4) 活塞波 3 按振动的持续时间分类 (1 ) 连续波: 波源持续不断地振动所幅射的波 (2 ) 脉冲波: 波振源作瞬态振动所幅射的波
P P P0 ( )ρ0 dρ ρ
dρ ρ ρ0
2
p C ρ1
P C ρ
2
P 2 ρ1 ——状态方程 …① C t t
P p ( ) ρ 0 ρ1 ρ
C ——为声速
(二)连续性方程(ρ 和μ 的关系)
ρ1 ——连续性方程 …② (ρμ ) t
从而可看出10MHZ的分辨率比1MHZ的分辨率要高出一个 数量级。
结论：在超声检测中,为了提高分辨率力,Qm应尽量提高 探测频率。但Qm低会使幅射能量减小，检测灵敏度降 低,故应根据探伤灵敏度和分辨率综合考虑适当选择Qm， 选择适当的Qm晶片和适当和β 值（β =Rm/2m，由阻尼 吸声层决定）。
超声基础知识.doc1
超声基础知识.doc1第⼀章、超声诊断物理基础第⼀节超声波的概念⼀、超声波的基本概念1、声波的性质超声波是指频率超过⼈⽿听觉范围（20~20000HZ）的⾼频声波，即：频率>20000HZ的机械（振动）波。
超声波不能在真空中传播，超声波的振态在固体中有纵波、横波、表⾯波、瑞利波、板波等多种振态，⽽在液体和⽓体中只有纵波振态，在超声诊断中主要应⽤超声纵波。
2、诊断常⽤的超声频率范围2~10MHZ(1MHZ=106HZ)3、超声波属于声波范畴它具有声波的共同物理性质①⽅式------必须通过弹性介质进⾏传播在液体、⽓体和⼈体软组织中的传播⽅式为纵波(疏密波) 具有反射、折射、衍射、散射特性,以及在不同介质中(空⽓、⽔、软组织、⾻骼)分别具有不同的声速和不同的衰减等②声速------在不同介质中，声速有很⼤差别：空⽓(20℃)344m/s,⽔（37℃）1524m/s,肝1570m/s,脂肪1476m/s,颅⾻3360m/s⼈体软组织的声速平均为1540m/s,与⽔的声速相近。
⾻骼的声速最⾼相当于软组织平均声速的2倍以上⼆、基本物理量声学基本物理量波长、频率、声速及三者的关系λ=С/f 声速：不同介质的声速空⽓(20℃)344m/s、⽔(37℃)1524m/s、肝脏\⾎液1570m/s、脂肪组织1476m/s、颅⾻3360m/s。
⼈体软组织平均声速掌握1540m/s 三、声场（⼀）超声场概念超声场是指发射超声在介质中传播时其能量所达到的空间。
超声场简称声场，⼜可称为声束。
（⼆）声场特性1、①扫描声束的形状、⼤⼩（粗细）及声束本⾝的能量分布，随所⽤探头的形状、⼤⼩、阵元数及其排列、⼯作频率（超声波长）、有⽆聚焦以及聚焦的⽅式不同⽽有很⼤的不同②声束还受⼈体组织不同程度吸收衰减、反射、折射和散射等影响即超声与⼈体组之间相互作⽤的影响。
2、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探头发射⾼度指向性的主瓣并接收回声；旁瓣的⽅向总有偏差，容易产⽣伪像。
超声波技术在食品加工中的应用
超声波技术在食品加工中的应用第一章超声波技术概述超声波是指频率高于20 kHz的机械振动波，其频率范围一般在20 kHz至1000 MHz。
超声波技术在食品加工中得到了广泛应用。
本章将对超声波技术的原理、特点和应用领域进行概述。
1.1 超声波技术原理超声波是通过在介质中传播的机械振动波来实现的。
当超声波通过介质时，会产生一系列的压缩和膨胀，形成声压波。
超声波在传播过程中会发生多种效应，包括机械效应（如剪切、破碎等）、热效应和化学效应等。
这些效应使得超声波技术可以在食品加工中发挥多种作用。
1.2 超声波技术特点超声波技术具有准确性高、速度快、效率高等特点。
首先，超声波的频率高、波长短，使得其在微观尺度下可以精确地控制物质的状态和行为。
其次，超声波的传播速度快，能够在极短的时间内对物质进行处理。
最后，由于超声波能够通过液体和固体等不同介质，因此其应用领域非常广泛。
1.3 超声波技术在食品加工中的应用领域超声波技术在食品加工中的应用既包括传统食品加工过程的改进，也包括新型食品加工技术的开发。
其应用领域包括但不限于：食品浸提、浸渍和提取；食品乳化和稳定剂制备；食品熟化和发酵加速；食品干燥和杀菌等。
第二章超声波技术在食品加工中的具体应用2.1 超声波在食品浸提中的应用超声波技术可以在食品浸提过程中提高浸出效率和品质。
超声波的机械效应可以破坏细胞壁，促进成分的释放。
此外，超声波的热效应可以加速浸出物的传质过程。
因此，利用超声波技术可以提高食品浸出物的质量和产量。
2.2 超声波在食品乳化和稳定剂制备中的应用超声波技术可以在食品乳化和稳定剂制备过程中提高乳化效果和稳定性。
超声波通过其剪切力可以将油脂和水相中的物质细化，并将其分散均匀。
此外，超声波还可以改变乳化剂的分散性，提高乳化效果和稳定性。
2.3 超声波在食品熟化和发酵加速中的应用超声波技术可以在食品熟化和发酵过程中加速反应速率和提高产品品质。
超声波的机械效应可以增加材料间的物质传输速率，加速食品的熟化和发酵过程。
1-第一章超声相控阵技术基本概念
1-第⼀章超声相控阵技术基本概念第⼀章超声相控阵技术的基本概念本章描述超声波原理、相控阵延时（或聚焦定律）概念，并介绍R/D公司研制的相控阵仪器设备。
1.1 原理超声波是由电压激励压电晶⽚探头在弹性介质（试件）中产⽣的机械振动。
典型的超声频率范围为0.1MHz～50MHz。
⼤多数⼯业应⽤要求使⽤0.5MHz～15MHz的超声频率。
常规超声检测多⽤声束扩散的单晶探头，超声场以单⼀折射⾓沿声束轴线传播。
其声束扩散是唯⼀的“附加”⾓度，这对检测有⽅向性的⼩裂纹可能有利。
假设将整个压电晶⽚分割成许多相同的⼩晶⽚，令⼩晶⽚宽度e远⼩于其长度W。
每个⼩晶⽚均可视为辐射柱⾯波的线状波源，这些线状波源的波阵⾯会产⽣波的⼲涉，形成整体波阵⾯。
这些⼩波阵⾯可被延时并与相位和振幅同步，由此产⽣可调向的超声聚焦波束。
超声相控阵技术的主要特点是多晶⽚探头中各晶⽚的激励（振幅和延时）均由计算机控制。
压电复合晶⽚受激励后能产⽣超声聚焦波束，声束参数如⾓度、焦距和焦点尺⼨等均可通过软件调整。
扫描声束是聚焦的,能以镜⾯反射⽅式检出不同⽅位的裂纹。
这些裂纹可能随机分布在远离声束轴线的位置上。
⽤普通单晶探头，因移动范围和声束⾓度有限，对⽅向不利的裂纹或远离声束轴线位置的裂纹，漏检率很⾼（见图1）。
图﹡﹡常规图1-2 脉冲发⽣和回波接收时的声束形成和时间延迟（同相位、同振幅）图1-3 超声波垂直（a ）和倾斜（b ）⼊射时声束聚焦原理发射接收超声波探伤仪超声波探伤仪触发相控阵控制器相控阵控制器脉冲激励阵列探头缺陷缺陷⼊射波阵⾯反射波阵⾯回波信号Σ接收延时延时 [ns]延时 [ns]转⾓产⽣的波阵⾯产⽣的波阵⾯阵列探头阵列探头为产⽣同相位、有相长⼲涉的声束，⽤有微⼩时差的电脉冲分别激励阵列探头各选⽤晶⽚。
来⾃材料中某⼀焦点（如缺陷等）的回波，以⼀定时差返回各换能器单元，见图1-2。
在信号汇合前，各换能器晶⽚上接收到的回波信号均有时差。
信号汇合后形成的A-扫描图形，显⽰了材料中某⼀焦点的回波特性，也显⽰了材料中其它各点衰减各异的回波特性。
超声波的定义及特性ppt课件
反射波 i r t 0
入射波
界面
透射波
aPr
Z2 Z2
Z1 Z1
aPt
2Z2 Z2 Z1
其中： Z2 2c2
2
aI r
Z2 Z2
Z1 Z1
aIt
4Z 2 Z1 Z2 Z1 2
，Z1 1c1
37
显然有：① aPt aPr 1
② aIt aIr 1
③ aIr aPr 2
即声强与该点声压、振速或振动位移的最大值有关。
③ 声强的单位 瓦/厘米2
1瓦＝1焦耳/秒
23
4.声压级和声强级 （1）声强级LI
LI = 10lg(I/I0) 分贝(dB) 称LI为：I相对于I0的声强级，I0为I的参考值。 （2）声压级LP
由I＝P2/ρc , I0＝P02/ρc可得： LI = 10lg(I/I0) = 10lg(P2/P02) = 20lg(P/P0) 定义： LP = 20lg(P/P0) 分贝(dB) 称LP为：P相对于P0的声压级，P0为P的参考值。
10
11
三、按发射超声的类型分类
１．脉冲波 采用机种：A型、M型、B型超声诊断仪， 脉冲波多普勒血流仪。
２．连续波 采用机种：连续波多普勒血流仪。
四、按声波的频率分类（如前述）
１. 次声波 ２．可听声波 ３．超声波
12
第四节 波动方程与波参数
一、波动方程
假定：平面声波，沿x方向传播
1. 基本方程
声学：Z＝P/v， 电学：R＝U/I， 类比：Z－R，P－U，V－I
29
超声成像只能用于那些有液体和软组织的、 且声波传播通路上没有气体或骨骼阻挡的那些 区域。
在液体和软组织中，声速和声阻抗变化不 大，使得声反射量适中，既保证了界面回波的 显像观察，亦保证了声波可穿透足够的深度。 此外，接收回波的时延与目标深度成近似的正 比关系，这是B超诊断图像成功应用必要的物 理基础。
超声诊断学
超声诊断学绪论2
第二节 超声诊断仪器与探头 的选择
一、超声诊断仪器的类别：B型，彩超 二、探头的种类与功能
超声诊断学绪论2
超声诊断学绪论1
超声诊断学绪论1
第三节 超声探测方法
（实验课）
超声诊断学绪论2
第四节 超声回声描述与 图像分析内容
超声诊断学绪论2
一、回声描述与命名
(Posterial Wall Enhancement Effect)
与深度增益补偿有关，在整体图 形正补偿，但其中某一小区衰减 特别小时，在此区的补偿过大， 成“过补偿区”，其后壁因补偿 过高而较同等深度的周围组织亮 得多，称为后壁增强效应。
六、声 影(Acoustic shadow)
在常规DGC正补偿调节后， 在组织或病灶后方所显示的 回声低弱甚或接近无回声的 平直条状区。声影系声路中 具较强衰减体所造成。结石、 骨骼。
2·f ·v ·cosθ fd =
c
fd ·c v=
2 ·f ·cos θ
fd: frequency shift
v: velocity of target
θ: angle
c: velocity of ultrasound
f: transmitting frequency
3．超声多普勒血流频谱
①可求心动周期上任一时刻的血流 速度，如收缩期峰值血流速度或舒 张末期血流速度。
（四）人体组织对入射超声的作用
1、散射：小界面对入射超声产生散射，显示细 小结构
2、反射：大界面对入射超声产生反射 3、折射：声束在不同声速组织中传播方向发生
改变
4、全反射：入射角大于临界角时（折射声 影）
超声知识归纳总结
超声知识归纳总结超声技术是一种基于声波传播和反射原理的医学成像方法，它可用于诊断、评估以及监测疾病的发展。
本文将对超声知识进行归纳总结，包括超声原理、超声检查、超声诊断以及超声应用的领域等内容。
一、超声原理超声波是一种频率大于20kHz的声波，其传播速度和方向可以通过声速和入射角度来测量。
超声波经过物体后发生折射、反射、散射等现象，这些现象可用于形成超声图像，并提供有关被检查组织或器官的信息。
二、超声检查超声检查可以分为二维超声和三维超声。
二维超声是通过探头在患者体表上移动，获取不同角度的断层图像，并以此来观察和评估被检查部位的结构和功能情况。
三维超声则是通过使用探头进行快速扫描，获得更多角度的图像信息，从而生成真实三维图像。
在超声检查中，探头是承载超声波源和接收器的关键部件，其频率和形状的选择会根据被检查对象的不同而有所变化。
同时，患者和操作者的位置和姿势也会对超声图像的质量产生影响，因此操作者需要在检查过程中注意调整和优化。
三、超声诊断超声诊断是基于超声图像来分析和评估疾病情况的过程。
医生通过观察超声图像上的结构形态、血流情况、组织回声等特征来判断是否存在异常。
一般来说，正常组织通常呈现高回声，异常组织则可能呈现低回声、无回声或混合回声等。
超声诊断在很多领域中具有广泛的应用，如妇产科、心脏病学、消化系统、泌尿系统、肝胆胰脾等。
例如，超声在妇产科中可以用于孕妇孕期检查、胎儿发育评估、宫颈、子宫和卵巢病变的检查等。
四、超声应用领域1. 妇产科：超声在妇产科中被广泛应用，如孕妇常规检查、卵巢与宫颈病变检查等。
2. 心脏病学：超声心动图可以通过超声波图像来评估心脏结构和功能，用于检测心脏瓣膜疾病等。
3. 消化系统：超声可用于胆囊、肝胆胰脾等器官的检查和评估，例如胆囊结石、肝动脉瘤等。
4. 泌尿系统：超声在泌尿系统疾病的诊断和评估中有重要作用，如肾结石、前列腺增生等。
5. 乳腺病学：超声在乳腺疾病的检查中被广泛使用，如乳腺肿块的鉴别、乳腺纤维腺瘤的诊断等。
相似三角形课件(1)
11、超声波在传播中遇到粗糙面或极小的障碍物（或一组小障碍物形式）时，这时将有一部分能量被散射，散射声波可进行组合，等频同相波迭加后能量（幅度）加强，等频反相迭加后能量减弱。 红细胞的直径比超声波要小得多，红细胞是一种散射体，其反（后）向散射信息是研究、分析红细胞运动规律的极有用的信息，声束内红细胞数量越多，后向散射强度就越大。
第二节 超声诊断图像基础
二、不同器官组织成分的显像特点 1、皮肤：呈线状强回声。 2、脂肪：回声强弱不同，层状分布的脂肪呈低回声。肿瘤组织中脂肪与其它组织成分混杂分布时，常呈现强回声反射。 3、纤维组织：纤维组织与其它成分交错分布，其反射回声强，排列均匀的纤维瘤回声则 较弱。一般纤维组织的衰减程度较明显。 4、肌肉组织：回声较脂肪组织强，且较粗糙。 5、血管：形成无回声的管状结构，动脉常显示明显的搏动，有时能看到红细胞散射点状 回声。 6、骨组织、钙化或结石，形成很强的回声，其后方留有声影。 7、实质脏器：形成均匀的低回声。 以肝脏为标准：脾脏回声较肝脏低而均细 肾脏实质较肝脏实质回声也低 胰腺回声较肝脏高而且粗糙 8、空腔脏器： 其形状，大小和回声特征因脏器的功能状态改变而有不同 充满液体时可表现为无回声区 充满含有气体的肠内容物可形成杂乱的强回声反射 气体反射常曳有多重反射的斑纹状强回声，称为彗星尾征
三、超声多普勒效应 1、当声源与反射界面（或散射体）作相对运动时，由于超声波在一定介质中传播的速度是恒定的，故可看作超声的波长被压缩或扩展。波长的变化必将伴随着频率的移动（改变），它仍需满足C= f·λ的关系，这种现象称之为多普勒效应。 2VcosQ 其多普勒公式为：fd=fR-f0=± ·fO C fd为多普勒频移，fO为入射频率，fR为反射频率，V为反射物体运动速度，C为声速，Q为运动方向与入射波间的夹角。 2、当fO=3 MHz fR=3.005 MHz 则fd= fR - fO=5000Hz=5KHz所以fd一般都在音频范围内。检出fd后，以声音发出响声来监听，并通过FFT对fd进行频谱分析，所以多普勒频移属于声波范畴。
超声成像原理与技术
平面活塞探头性能探讨（174页）
远场与近场
Z a2
Z a2
超声波波长，晶片半径a 扩散半角
sin 0.61
a
a
七、压电振子的特性讨论
晶片的等效电路 频率特性 换能器的许多参数与频率有关 工作频率 频带宽度 电阻抗匹配 声阻抗匹配 频率相应 同一振子接收不同频率的超声波 同一振子加不同的压力
超声物理：振动和波是理论基础，研究超声波在生物组 织中的传播特性和规律。
超声工程学:电子技术、计算机技术为基础，依靠超声 物理的结论。设计研制医学诊断设备和治疗设备。
超声诊断：主要是根据超声波在生物组织中传播规律、 组织特性、组织几何尺寸的差异使超声波的透射、反射、 散射、绕射及干涉等传播规律和波动现象也不同，从而 使接收信号的幅度、频率、相位、时间等参量发生不同 的改变，通过对这些参量的测量、成像来识别组织的差 异、判别组织的病变特征。
超声治疗：主要利用生物体吸收超声波的特性、也即利 用超声波的生物效能和机理，达到治疗的目的。
超声成像设备分类（上）
一、按超声波型分类 连续波超声设备 脉冲波超声设备 二、按利用物理特性分类 回波式超声诊断仪 透射式超声诊断仪 三、按设备的结构分 A超：是一种最基本的显示，示波器上横坐标表示超声波的
超声设备物理结构模型
信号发生器
发射通道
探
显示
头 接收通道
人
体
电源
第四节A型超声诊断仪
一、A超是回波幅度显示设备 荧光屏上物理含义 Y轴：表示回波强弱 X轴：表示超声波在介质中传播的距离或时间 二、临床运用；测量器官组织的距离或线度
超声检测-基本原理
超声波物理基础
传播规律
① 异质界面的垂直入射：当声波从一种介质 （A）进入另一种介质（B）时，传播特性产生变化。 声波在两种不同介质的结合面（界面）上可分为反 射声波与透射声波两种。反射和透射声波的比例， 与组成界面的两种介质声阻抗有关。
超声波物理基础
当入射介质（A）的声阻抗等于或近似另一介质 （B）的声阻抗时，不产生或基本不产生反射波，所 以当超声波垂直入射到两种声阻抗差很小的介质组 成的界面时，几乎全透射，无反射。因此在焊缝探 伤中，若母材与焊缝金属结合面没有任何缺陷，是 不会产生界面回波，这是直探头探伤的原理。
超声波是由压电晶片的逆压电效应产生的。 探伤使用的超声波频率一般为0.5～10MHz，
其中以2～5MHz最为常用。
超声波物理基础
超声波的性质
1、超声波具有良好的指向性； 2、超声波能在弹性介质中传播，不能在
真空中传播； 3、异质界面上的透射、反射、折射和波形
转换 ； 4、具有可穿透物质和在物质中有衰减的
钢结构焊缝超声检测 基本原理
目录
第一章 超声波物理基础 第二章 检测设备与器材 第三章 探伤方法 第四章 检测技术 第五章 超声波检测的优点与局限性
第一章 超声波物理基础
超声波物理基础
什么是超声波
超声波是声波的一种，是机械振动在弹 性介质中传播而形成的波动，通常以其波动 频率 f 和人的可闻频率加以区分超声波与其 它声波种类：
第二章 检测设备与器材
检测设备及器材 超声波探伤仪
检测设备及器材
超声波探伤仪有多种分类方式：
按超声波的连续性可分为脉冲波探伤仪、连续 波探伤仪、调频波探伤仪；按仪器的信号处理方式 可分为模拟型探伤仪和数字型探伤仪；按缺陷显示 方式分为A型显示、B型显示、C型显示和3D型显示 超声波探伤仪，按超声波的通道数目分为单通道和 多通道探伤仪两种。
超声波检测全.pdf.pdf
超声波检测
垂直入射
单一平面界面
超声波在介质中的传播特性
I0
Ir
Z1
p0
pr
Z2
It
pt
由于Z不同，使I、p在介质两端的分配率不同
超声波检测
超声波在介质中的传播特性
* 声压反射率 * 声压透射率 * 声强反射率
rp
pr p0
Z2 Z1 Z2 Z1
tp
pt p0
2Z 2 Z 2 Z1
R Ir ( Z2 Z1 )2
cS
E
2 (1 )
cR
0 .8 7 1.1 2 1
G
E-杨氏弹性模量；G-剪切弹性模量；σ-泊松比
∴ cL＞cS＞cR
超声波检测
超声场及介质的声参数简介
② 同一介质中，cL＞cS＞cR 当f 相同，λL＞λS＞λR 因λ短，分辨率高，所以，检测能力 L＜S＜R
③ 在液体和气体中只能传播纵波
械波需要有：振动源、弹性介质，是机械振动 在材料介质中的传播。c = fλ
2 方法
产生超声波的方法很多，归纳起来有：机
械法、热学法、电动力法、磁滞伸缩法和压电
法等。常用压电法
超声波检测
超声波检测物理基础
3 超声波的发射和接收
探头（换能器）中的
压电晶片
压电效应
晶片
单晶： 石英（SiO2）、硫酸锂（LSH）
暂时性失聪（致聋）
汽车噪音介乎 80~100 dB
超声波检测
超声场及介质的声参数简介
（3）分贝与奈培
声强级：某一点的声强I与标准声强I0之比的对 数，从而得到二者之差的数量级。用IL表示，即
IL lg I I0
超声诊断原理与诊断基础
---------------------------------------------------------------最新资料推荐------------------------------------------------------超声诊断原理与诊断基础超声诊断原理与诊断基础第一章超声诊断概述一、超声诊断学现代科技（电子技术、计算机科学等）与声学原理相结合应用于临床医学诊断即为超声诊断学。
二、超声发展史 A 型：超声示波诊断法幅度调制型，以波形显示界面回波。
纵轴为回波幅度，横轴为超声波传播深度。
属一维显示，反应不同深度界面的反射强度，于 1958 年应用于临床。
M 型：超声光点扫描法M 型超声心动图。
纵轴为界面运动幅度，横轴为时间，曲线灰度代表界面反射强度。
属一维显示，反应界面随时间的运动曲线， 1961 年应用于临床。
B 型：超声显像诊断法辉度调制型。
即以光点的形式显示二维切面图形。
仪器结构复杂，主要部件有探头、发射电路、接收电路、扫描电路、主控电路、显示器。
20 世纪 70 年代初应用于临床， 70 年代中后期采用了灰阶及1/ 22DSC 技术，实时超声图像质量大大改善，于 80 年代迅速发展并普及， 90 年代后期进入全数字化时代。
DSC：数字扫描转换器，主体是图像存储器, 使数字信号转变成标准电视扫描制式的模拟信号，显示为稳定的二维图像。
D 型：超声频移诊断法Doppler 频谱、 CDFI、 CDE、 DTI 等， 1983 年日本 Aloka 公司研制出世界上第一台彩超，并首先规定朝向探头与背向探头的血流分别以红色及蓝色显示。
20 世纪 90 年代彩超迅速普及， 90 年代后期进入全数字化时代。
三维超声：20 世纪 90 年代开始应用于临床。
三、超声诊断的优点、局限性及临床应用 1、超声与普通X-CT 等影像技术相比有以下优点：（1）无放射性，无创伤，价廉，方便快捷，可反复检查。
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第一章 肺源性心脏病
三、超声诊断的种类
1. 超声示波法 即A型超声，此法是将回声以波的形式显示 出来，为一维超声，现已淘汰（图 1-16）。
2. 切面超声显像法 即B型超声，又称灰阶超声、声像图， 因显示出的图像为切面，属二维图像，也叫二维超声。 此法是将回声信号以不同亮度的光点构成一幅图像， 为 灰度调制型。早期的为静态扫查，扫描速度慢，分辨率 低，当今的二维超声扫描速度非常快，每秒超过 24帧， 称实时超声（real time ultrasound），可生动地描绘 出脏器的活动状态（如心跳）（图 1-17）。
第一章 肺源性心脏病
第一章 肺源性心脏病
3. 超声光点扫描法 此法使回声光点从左到右自动移行 扫描，亦称 M型法。纵坐标代表深度，横坐标代表光点 扫描时间，常用此法检查心脏（图 1-18）。 4. 超声频移法 即多普勒诊断法。此法利用多普勒效 应，对运动目标进行检测，主要用于血流的测定。此法 又分为脉冲多普勒（PW）和连续多普勒（CW），前者以 脉冲形式发射，可确定某一部位的血流信号，以明确信 号性质（图1-19A）；后者以连续形式发射，同时接受取 样线上的所有血流信号，主要用于高速血流的测定（图 1-19B）。
第八节 超声诊断仪介绍
一、线阵探头超声 此类仪器构造相对简单，功能单一，造价较低，仪器探头多 为3.5～5.0MHz，探头晶片线性排列，切面为矩形，适合于基 层单位的腹部及妇产科疾病的检查（图 1-24）。 二、凸阵探头超声仪 此类仪器相对复杂，探头晶片以凸阵形式排列，频率多为 3.5~5.0MHz，切面为类扇形，由于探头与体表接触面较小， 深部显像较开阔，受气体和骨骼干扰少，故显示深部组织器 官较线阵好，适合检查腹部及妇产科疾病（图 1-25）。
第一章 肺源性心脏病
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所有波的基本特征是速度决定频率和波长，关系式如下：
f λ= v 式中v代表速度,它等于频率（f）和波长（λ）的乘积。此式 适用于任何波，包括水波、超声波、无线电波，甚至 X线。此 公式还表明波长缩短时频率加快。频率和波长很重要，因为 波长可确定分辨力，而频率可确定被显像的组织深度。声波 是一种机械波，当通过一个介质时此物质的分子密度会发生 改变：起初分子被压缩至高密度状态（在一个半波长上）， 然后扩张至稀疏状态（在另半个波长上），如图 1-2所示。在 液体和软组织中，这种密度变化伴有静水压的变化，所以超 声波是一种压力波。
第一章 肺源性心脏病
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5. 彩色多普勒血流显像（CDFI） 此法多在二维图像 的基础上，用彩色编码方式将血流信号取样， 将冲向探 头的血流编为红色，背离探头的血流编为蓝色，湍流信 号编为五彩血流。以色彩的深浅表示血流的速度，从而 确定血流的方向、速度和性质 （图1-20）。 6. 彩色多普勒能量图（CDE） 此法是通过多普勒效应 来探查血管内的血流量的多少和方向，较 CDFI更为敏 感，又称多普勒血管造影（图1-２１）。
次之，瘢痕组织回声减低。
第一章 肺Hale Waihona Puke 性心脏病第五节 聚焦与显像
一、 分辨率 分辨率是指超声能区分空间相邻两个界面之间最短距离的能
力。分辨率高的超声仪图像清晰。 超声分辨率有三种： 1． 纵向（深度）分辨率 纵向分辨率是指超声能区分在声
束传播方向（声轴）的两个相邻界面的最小距离，它与 脉冲长度有关。理论上纵向分辨率为 1/2波长（图18），但实际分辨率受多种因素影响而为 2~3个波长。 5MHz探头的纵向分辨率为0.3~0.45mm。 2． 横向（侧向）分辨率 横向（侧向）分辨率是指超声能 区分垂直于声轴、位于探头长轴方向上两个相邻界面的 最小距离。它与声束的宽度有关。图 1-9表示声束宽度与 横向分辨率的关系。声束越细，横向分辨率越高，图像 越细腻。在声束聚焦区内，3.0~3.5MHz探头的横向分辨 率为1.5~2.0mm。
第一章 肺源性心脏病
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7. 三维立体超声 此法利用计算机对二维图像进行重建，从 而形成三维立体图像（图1-２２），对心血管的观察和胎儿 有独到的显示，目前已经应用于临床。 8. 腔内超声 此法将较小的探头插入体腔（管腔）内，实时 地显示组织器官的细微结构，较体表超声探查清晰度高，现 主要有经食管超声、胃肠内窥镜超声、经直肠超声、经阴道 超声、经尿道超声、冠状动脉内超声等（图 1-２３）。
第一章 肺源性心脏病
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第六节 超声波的生物效应及安全剂量
超声波是一种非电离传播，对患者的危害很小，但 当超声能量达到一定强度时可由于其空化、切力和加热 作用使机体受到伤害。通常诊断用超声能量很低，在较 短的检查时间内不会造成人体组织器官的损害。
对于超声波的安全剂量许多国家的学者作了动物 及人体试验。有的人用常规的诊断用超声剂量照射青蛙 和鱼的受精卵，在发育的前 11天内照射２４小时，结果 未发现异常。国内曾有人用声强为２０ mw/cm2对一万名 妊娠妇女作常规检查，未见一例胎儿发生异常。因此， 超声的安全性是由超声能量的强度及检查时间来决定的。 国际上及我国（1978年）均规定超声对人体的安全阈值
第一章 肺源性心脏病
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二、诊断原理
超声波发出后在人体组织器官内传播，遇到各组 织界面时发生反射、散射、透射、绕射等物理现象， 反射、散射回来的超声波遇到探头后发生正压电效 应，使探头的压电晶片振动，从而转变成电能，电信 号进入仪器的高频放大器，经放大后进入视频信号放 大器，再到显示器，形成图像显示出来（图 1-15）。
第一章 肺源性心脏病
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三、黑白复合超声仪 此类仪器具有多种探头和多种功能，可同时具有线阵、凸 阵和扇扫探头，且探头频率从2.5～7.0MHz不等，除可进行 B型扫查，还可进行M型检查，故可用于腹部、妇产科、小 器官及心脏的检查，属中档仪器（图 1-26）。 四、彩色多普勒超声显像仪 此类仪器构造复杂，价格昂贵，除具有各种频率、各种形 状的探头外，还具有能探查血流的多普勒探头，且探头频 率多能变频，有的运用宽频带技术或融合影像技术使表浅 至深部组织器官均能清晰地显示，可同时具有二维、脉冲 及连续多普勒、彩色多普勒、能量图等显像功能，尤其适 用于心血管疾病的检查（图1-27）。
第一章 肺源性心脏病
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第九节 超声波伪像
一、多重反射（近场干扰） 二、后壁回声增强（增强效应） 三、回声衰减 四、声影 五、侧壁效应（边缘声影） 六、旁瓣伪像 七、彗星尾征（光芒征） 八、容积效应（切面厚度像）
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第十节 超声图像的获得方法及观察内容
超声显像是将探头放置于患者体表来获得的一种剖面图像， 根据探头放置的位置不同可获得各种不同的图像。探头沿 人体或器官的长轴方向扫查时可获得长（纵）轴切面，沿 横轴扫查可获得横（短）轴切面，沿器官冠状轴扫查可获 得冠状面，其余均为斜切面。
第一章 肺源性心脏病
3． 厚度分辨率 厚度分辨率是指超声能区分垂直于声轴、 位于探头短轴方向上的两个相邻界面的最小距离。超声探 头有一定的厚度，厚度分辨率就是探头厚度方向上声束的 宽度，厚度分辨率越高，组织断层越薄，形成的二维图像 就越真实。
第一章 肺源性心脏病
二、超声束的聚焦 超声显像中在某一深度超声束的宽窄是确定侧向分辨 率的直接指标，它是靠聚焦来实现的。聚焦可分为固 定聚焦和可变电子聚焦。图 1-10显示为未聚焦的超声 束。声波的传播物理特性导致了两个区域 ——近场和 远场。非聚焦探头只在一个很短的距离（近场）内有 好的分辨率。 图1-11示一个聚焦探头，近场延长，声束变细，分辨 率提高。
第一章 肺源性心脏病
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二、 人体组织、体液回声强度的一般规律
1． 均质性液体如胆汁、尿液为无回声。 2． 非均质液体如尿液混有血液沉淀，液体内回声增加。 3． 血液常是无回声的，但新鲜出血可为强回声。 4． 脂肪在皮下为低回声，但在肝脏内、肾窦内多为强回声。 5． 炎症水肿可使回声减低，结石、钙化回声最强，纤维化
第一章 肺源性心脏病
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二、声与超声波
人耳对声波频率的反应范围为20~20 000 Hz，超过20 000 Hz 为超声频率范围，见图1-3。
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第二节 声能、声强、声压和分贝
我们可以用不同的术语来描述超声能。当超声波传播至介 质某处时，此处静止的质点开始振动，从而具有动能， 同时，质点又离开其平衡位置，故还具有势能。动能与 势能之和构成振动质点的总能量。 与超声显像关系最密 切的是声压和声强。声压与超声波在组织中的介质振荡 幅度成正比，也与施加在探头上的电压成正比。通过组 织单位面积的声能叫能量密度（声强），与任一点的压 力平方成正比，单位是w/cm2、mw /cm2、μw/cm2（表11）。我们通常用声能、声强或声压来表示这些量，其相 关的测量单位是分贝（dB），定义为：
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聚焦方式可分为机械（固定）聚焦和电子（动态）聚焦。 1. 机械聚焦 利用与光学聚焦的相似原理，在探头的 匹配层上连接一个超声透镜，可使探头短轴方向声束聚 焦变细（图1-12），提高探头厚度分辨率。 2. 电子聚焦 可变电子聚焦可以通过电子学方法来改 变聚焦点，从而避免横向分辨率和聚焦深度的矛盾（图 1-13）。近几年随着科学技术的迅猛发展，许多先进的 聚焦技术均应用于探头制作上，如惠普公司的频率融合 控制技术，东芝公司的动态声速控制。
名师手把手教你学超声诊断
第四军医大学出版社
第一章 超声基本原理
第一章 肺源性心脏病
第一节 波、声波及超声波
一、波 波在日常生活中是一种常见的现象，如声波、光波和水
波，其中水波最能说明这些波的共同特性。图 1-1显示 了水通过一个固定于湖底的浮标的情况，借此我们可以 得出三个概念——频率、速度和波长。 波的频率是由通过浮标的波峰次数决定的，即每秒通过多 少个波峰。波的速度是指波峰相对于空间参照物（浮标） 所移动的速度。波长是在任意时间内波峰之间的距离。 据此可以总结为：频率表示声源在单位时间内完成的全 振动的次数，声速指声波在介质中传播的速度，波长表 示一个完整波的长度。