医学超声学基础PPT课件

第三节 超声波的分类
一、按质点振动方向和波传播方向的关系分类
1. 横波 质点振动方向垂直于波的传播方向的波。 由介质的切变弹性引起，亦称切变波。 横波仅在固体中传播。
2. 纵波 质点振动方向平行于波的传播方向的波。 由介质的压缩弹性引起，亦称疏密波或压缩波。 纵波能在固体、液体和气体中传播。
由于人体软组织无切变弹性，横波在人体软组织 中不能传播，而只能以纵波的方式传播，所以纵波是 超声诊断和治疗的常用波型。
医学超声中常用：mm/S
波长λ的单位为：m
医学超声中常用：mm
频率ｆ的单位为：Hz
医学超声中常用：MHz
（6）频率、波长对超声成像的影响 波长：决定了成像的极限分辨率 频率：决定了成像的组织深度
3.声压和声强
(1)声压 P ① 定义
单位面积上介质受到的声波压力称声压，用P表示。 是由声波引起的介质中压强，是介质静压强的一个增量。 随着声波在介质中的传播，该压强随时间和位置而变化。 ② 平面波声压瞬时值 P＝ρcv
① 人体软组织中： c≈1540 m/S
在人体各种软组织中,声速都很接近，可按此估算。
② 人体骨组织中： c≈4000 m/S ③ 空气(22℃)中： c≈ 345 m/S
2.波长、周期和频率 （1） 波长λ
声波中两个相邻同相位点之间的距离称波长，用λ 表示。
纵波：指两个相邻密集点(或稀疏点)之间的距离。 横波：指两个相邻波峰(或波谷)之间的距离。 (或：在一个波周期时间内，波所传播的距离称波长。)
v P
①
t x
连续方程：
P B v
②
t
x
其中：P－声压，v－质点振动速度 ρ－介质密度， t－时间，B －体积弹性系数
2. 波动方程 联立以上①、②式，可得波动方程如下：
2p 1 2p x2 c2 t2 0
x2v2 c12
2v t2
0
它描述了声波传播过程中，每个空间位置上，每 个时刻的声压和质点振动速度。
3. 解的形式
p = f1( x-ct ) + f2( x+ct )
③
对于简谐平面波可写为：
P = A1e-j (ωt-kx ) + A2e-j(ωt+kx )
④
或： P = A1cos (ωt-kx ) + A2cos(ωt+kx ) ⑤
式中：k = ω/c = 2π/λ——波数
ω = 2πf——角频率
一、声波的定义
弹性介质中质点机械振动状态的传播过程。 其实是机械振动能量的传播过程。
二、声波按频率的分类及医用超声的范围
1. 声波按频率(f)的分类
第二节 超声波的产生
超声波产生的基本条件：① 振源；② 介质。
一、单自由度振动系统的数学描述
1. 位移： ξ＝ Acos(ω0t-φ) 式中：A ——振幅，即最大位移 ω0 ＝2πf0 ——角频率 f0 ——固有频率 φ——初相角
2. 速度： v＝dξ/dt＝－Aω0 sin(ω0t-φ) ＝－Vm sin(ω0t-φ)
式中：Vm ＝Aω0 ——最大速度 3. 加速度：a＝dv/dt＝－Aω02 cos(ω0t-φ)
＝－B cos(ω0t-φ) 式中：B ＝Aω02 —— 最大加速度 单个质点无阻尼振动：动能、势能转换，能量守恒。
（2）周期T
声波传播一个波长距离所需的时间称周期，用T表示。 等于声波中质点在平衡位置往返振动一次所需的时间。
（3）频率f
任一点在单位时间内通过的波数称频率，用f表示。等 于介质中的质点在单位时间内振动的次数。
（4）波长、周期、频率与声速之间的关系
λ＝c/f＝ｃT
T＝1/f
（5）单位
声速ｃ的单位为：m/S
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
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。
（1）c与波类型有关。横波c＞纵波c。
（2）在流体与气体介质中（平面纵波）：c B/
B－介质的体积弹性系数 ρ－介质的密度 （3）c与温度有关——因B与温度有关。 如：空气中一定温度内每升高1℃，声速约增加
0.6m/S。 （4）c与频率无关，即无频散（色散）现象。
与超声诊断有关的各种介质的声速
重要声速参数
三、按发射超声的类型分类
１．脉冲波 采用机种：Байду номын сангаас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
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
运动方程：
f ——频率
λ——波长
4. 讨论
③、④、⑤式中，第一项x同向波，第二项x反向波， 如无反向波（反射波），则A2=0
P = P0cos(ωt-kx ) = P0cos[ω( t-x/c )] 该式表明：在离声源x处的振动，要在声源振动 的一个时延x/c后才发生。
二、波参数
1. 声速c
声波在单位时间内传播的距离称声速，用c表示。 声速c与质点振动速度v是不同的。c与以下因素有关：
式中：ρ—介质密度，c—声速，v—质点振动速度 ③ 声压最大值（即振幅）
Pm＝ρcVm＝ρcω0 A ④ 声压有效值 P＝Pm/ 2
（2）声强I
① 定义
单位时间内通过垂直于传播方向上单位面积的超 声能量称为超声强度。简称声强，用I表示。
② 平面波声强计算式
I＝P2/ρc＝Pm2/2ρc＝PmVm/2 ＝ρcVm2 /2＝ρcω02A2/2
二、按波阵面的形状分类
1. 波面与波阵面 • 波 面: 波传播时，某一时刻介质中各同相位 振动点组成的面。波面有无数个。 • 波阵面：波传播方向上最前面的那个波面。
2. 按波阵面的形状分类
1) 平面波：波阵面为平面的波。 2) 球面波：波阵面为球面的波。 3) 柱面波：波阵面为柱面的波。 3. 约定 • 为方便，超声在人体内传播，均视为平面波。 • 遇到小障碍物而散射的超声，均视为球面波。