4医学超声仪器

Z Pm um um :振动质点的速度 单位：瑞利(k g.m2s1)
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3、超声波在介质中的传播特性
p0
pr
pt
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⑴超声波的反射
①声压反射系数：当 超声以θ角投射到 两种不同声阻抗的 介质界面时，在不 考虑超声吸收的情 况下，声压发射系 数为
◦ 直线传播且易会聚 超声波的频率高，波长很短（1MHz，波
长1.5mm；20MHz，波长0.075mm），可以像 光线那样沿直线传播，具有很高的穿透能力， 且能量易会聚。
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◦ 电声转换容易且能量大 超声使介质的微粒振动，虽然振幅很
小，当加速度非常大，具有很大的能量， 能量与频率的平方成正比。 ◦ 物理机制复杂且参数多 ◦ 超声工作安静且危害小
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⑶超声波的透射
①声压透射系数：当 超声以θ角投射到 两种不同声阻抗的 介质界面时，在不 考虑超声吸收的情 况下，声压透射系 数为
tp
2Z2 Z2 Z1
cos1
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②声强透射系数：当 超声以θ角投射到 两种不同声阻抗的 介质界面时，在不 考虑超声吸收的情 况下，声强透射系 数为
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可见，若Z2＝Z1，无发射波，当Z1 ，Z2不同时， 声阻抗差别越大。在气体与固体或气体与液
体的交界面上，无论是Z2>>Z1，还是Z2<<Z1 （例如：Z水＝1.492瑞利， Z气＝0.00428瑞 利），则ri＝99％。因此可见，超声很难从气 体进入固体或液体中，反之也很难从固体或
pt2
ti
2Z2 p02
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②声压
声波作为纵波在弹性介质中传播时，介 质各部分时而密集时而稀疏，交替出现密 部和疏部，介质各部分压强相应变化。
设若没有声波传播时，介质某处的静压 强为P0 出现密部时：P> P0 出现疏部时：P< P0
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声压：由于声波作用而产生的压强叫“声压”。 瞬时声压P与静压强P0的差。
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⑵超声波的折射
sin1 sin3
c1
c2
超声波的折射定律与光波相同 。
据试验测量及计算结果，当超声波经液体入 射到人体体表，临界角约为15～20o。即当入射 角大于15～20o时，超声波在介质分界面上全部 反射。
由于人体内各种软组织的声速相当接近，因 此折射不明显，可将超声看成直线传播。
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液体进入气体中，这就是为什么人体重要器
官之一肺，很难利用超声诊断的原因。
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常见组织界面的声压反射系数：
软组织和水
0.05
软组织和空气 0.9991
肌肉和肝
0.01
肌肉和血
0.03
肌肉和脂肪
0.01
脂肪和骨胳
0.69
脂肪和血
0.03
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4.1超声波的物理基础
1、超声波的基本概念
◦ 超声波：频率高于20KHz的声波 （频率范围在2×104～3×108 Hz）
◦ 在医学中应用的超声波一般在0.2MHz～ 15MHz。
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超声波的特点：
◦ 总之，医用超声的特点：易会聚，能量大，参 数多，危害小。
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6传播方向相 同的波。例如声波。纵波可以在固体、液 体、气体介质中传播。
◦ 横波：质点的振动方向与波的传播方向垂 直的波。不能在液体及气体中传播。
中，垂直于超声传播 方向上截面的单位面
单位：w/ m2
积在单位时间内通过
的超声能量。 声强与声压的关系：
I Pm2 2c
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④声阻抗
表征声振动在介质 中传播时要受到的阻 碍，发生传播损耗。 若不考虑发射波时：
Z＝ρc 人体正常组织的声阻
抗的平均值： 1.5×106瑞利
第四章 医学超声仪器
4.1超声波的物理基础 4.2超声的发射与接收 4.3超声成像系统 4.4超声多普勒成像与彩超 4.5 其他超声设备
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前言
医学超声设备主要有医学诊断设备和医学治疗设 备两种。其中医学超声诊断设备种类较多，应用 很广，是目前医院临床不可缺少的重要医学设备。
人体组织（除骨骼外）基本上都为液体及 气体成分，因此超声诊断仪是用纵波。
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2、超声的物理量
①声速c,频率f,波长λ
c=fλ
一般情况下,超声波的速度是不随频率 而变的。
超声波在人体的软组织，如血液、脂肪、 肝肾等实质性脏器的声速，大致在 1500m/s左右。
（当空气中有声波传播时该点的压强与没有声音传 播时的压强之差叫做该点的声压。 ）
声压是变化的，若声源作周期性振动，声压也随 之周期性变化。
通常用幅值Pm表示：
PmA c
其中A：振幅 ω：角频率 ρ：介质密度 c：声速
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③声强：
指超声在传播的过程 I 22 f 2A2c
rp
pr p0
Z Z22 Z Z11cos1
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②声强反射系数：当 超声以θ角投射到 两种不同声阻抗的 介质界面时，在不 考虑超声吸收的情 况下，声强发射系 数为
ri II0 r p p0 r2 2[Z Z2 2 Z Z1 1co1s]2
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f、λ在超声成像中是两个极 重要的参数，波长决定了成像 的纵向极限分辨率，在纵向上 需检出的病灶必须大于半个波 长；而频率则决定了可成像的 组织深度，f越高则可检出深度 越浅。
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