1__超声波的基本特性及在生物组织中的传播
超声波技术在生物学中的应用及发展趋势
超声波技术在生物学中的应用及发展趋势超声波是一种高频声波，可以在物体中产生压缩波和剪切波，因此被广泛应用于生物学领域中。
本文将从医学、动物学和植物学三个方面探讨超声波技术的应用及发展趋势。
一、医学方面1.1 临床应用超声波在医学影像方面扮演着重要的角色。
它能够通过人体组织和器官的声学特性来生成二维和三维图像，以显示出身体内部器官和结构的形态和运作状况。
此外，还有一些新型的超声波技术正在不断发展，如超声弹性成像技术、超声造影技术、超声血流成像技术等，它们能够提供更为详细、准确的医学信息，包括肿瘤等疾病的鉴别诊断、损伤评估、器官功效分析、心血管疾病研究等。
1.2 细胞生物学超声波除了在医学影像方面应用外，还在细胞生物学方面有一定的应用。
超声波能够以不同频率和波形作用于细胞，从而改变其功能和物质运输过程。
这些作用包括细胞膜的离子通道的打开与关闭、胞内细胞骨架的改变、胞内通过胞骨架的物质运输量的变化等。
此外，还有基于超声波的微流体液体混合、细胞培养、细胞破碎、DNA舒张、共聚焦去色离子等一系列生物学实验技术。
1.3 生物物理学超声波对It水平的生物物理学也有一定的应用。
例如，使用微腔承载超声波定位的转动体系可以实现分子旋转的定向控制。
超声波也能够作为一种对于元件的加热源，从而实现对于元件温度的特定控制。
此外，还可以利用超声波打激芯片的技术解决微通道芯片制作过程中对于表面性状和结构的控制问题。
二、动物学方面超声波技术不仅在医学中有应用，而且在动物学中也有十分广泛的应用。
基于超声波的动物学研究主要有以下几个方面：2.1 生理学研究超声波可以测量动物器官的体积和功能，包括心脏、肝脏、脾脏、胆囊、盲肠、阴囊、肺部等。
这些技术对于纠正某些病理状况、预测生命经济利润和饲料效用等方面具有非常重要的参考价值。
2.2 动物行为研究超声波能够检测出频繁消化的动物婚交信号、动物应激情况、动物互动行为等信息，对于解析和理解一些特定的刺激环境和生态学机理具有重要意义。
超声波理疗参数-概述说明以及解释
超声波理疗参数-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述超声波理疗是一种物理疗法，利用超声波的声能和热能对人体进行治疗的过程。
它通过产生高频声波，并将其传递到人体组织中，以达到促进血液循环、缓解疼痛、促进组织修复等治疗效果。
超声波理疗作为一种常见的物理治疗手段，广泛应用于康复医学、运动医学、康复科、骨伤科等领域。
其原理是利用声波的机械振荡作用，使组织内的细胞及细胞外基质受到机械刺激，从而引起生理和病理反应，以达到治疗的目的。
超声波理疗的常见参数包括频率、强度、治疗时间和治疗区域等。
频率是指超声波每秒震动的次数，常用的频率范围为1MHz至3MHz。
强度则是指超声波能量的大小，通常以W/cm²为单位进行衡量。
治疗时间是指治疗过程中持续施加超声波的时间，可根据患者的具体病情和治疗目的来确定。
治疗区域则是指超声波应用的部位，可以根据患者的病情和需求进行选择。
超声波理疗参数的选择与调整是超声波理疗中非常重要的环节。
不同的病情和治疗目的需要不同的参数设置，因此在进行超声波理疗前，医生需要根据患者的具体情况和需要来制定一个合理的参数方案，并在治疗过程中进行动态调整。
超声波理疗作为一种无创、无药物的治疗手段，在康复医学中具有广阔的应用前景。
它不仅可以用于缓解疼痛、消除炎症，还可以促进组织修复和功能恢复。
随着科学技术的不断发展，超声波理疗在康复医学中的应用将会越来越广泛，并为患者提供更加完善和有效的治疗方案。
文章结构部分的内容可以写成以下方式：1.2 文章结构：本文共分为三个主要部分：引言、正文和结论。
引言部分主要概述了超声波理疗参数的重要性和作用，介绍了本文的目的和结构。
通过引入超声波理疗的基本原理和常见参数，旨在帮助读者了解超声波理疗的原理和参数的选择与调整。
正文部分分为两个小节。
首先，我们将详细讨论超声波理疗的基本原理，包括超声波的产生方式和传播特性。
其次，我们将介绍超声波理疗的常见参数，如频率、功率和治疗时间等，以及它们对治疗效果的影响。
超声波原理
超声波原理引言超声波是指频率高于20kHz的机械波，它在医学、工业和科学领域广泛应用。
超声波通过传播介质中的分子振动传递能量，具有穿透性强、方向性好、无电离辐射等特点。
本文将介绍超声波的原理及其应用。
超声波的产生超声波的产生主要依靠压电效应。
压电材料（如石英晶体、陶瓷等）在受到外力作用时会产生电荷分离，在电极上产生电势差。
当外力撤除时，电荷分布恢复正常，产生电荷重新分布的反应。
这种反应会周期性地产生机械振动，形成超声波。
超声波的传播超声波在传播过程中需要介质作为传导媒介。
在医学领域，常用的介质是生物组织。
超声波的传播需要满足声速、衰减系数以及散射等条件。
超声波的传播速度与介质的密度、弹性模量等因素有关。
传播过程中，超声波在介质中会因为散射和衰减而发生损耗。
超声波的应用医学领域超声波在医学领域应用广泛，包括超声造影、超声检测和超声治疗等。
其中，超声造影技术通过注射含有气体或微小气泡的造影剂，增强超声波对人体组织的成像能力。
超声检测技术可以用于检测人体内部的器官、肿瘤等病变情况。
此外，在超声治疗中，超声波可以用于聚焦破坏肿瘤组织，达到治疗的效果。
工业领域超声波在工业领域的应用也非常广泛。
在无损检测中，超声波可以探测材料内部的缺陷和结构。
在焊接、切割和清洗等工艺中，超声波被使用用于材料的加工和表面处理。
此外，超声波还被用于液位测量、流量控制、清洗等应用。
科学研究领域在科学研究领域，超声波被广泛应用于物质性质的研究。
通过测量超声波在物质中的传播速度和衰减系数，可以获得物质的弹性模量、密度、粘度等性质。
此外，超声波还可以被用于研究材料相变、与其他波的相互作用等。
结论超声波是一种频率高于20kHz的机械波，通过传播介质中的分子振动传递能量。
它具有在医学、工业和科学领域广泛应用的特点。
在医学领域，超声波被用于造影、检测和治疗等应用；在工业领域，超声波被用于无损检测、焊接和清洗等应用；在科学研究领域，超声波被用于研究物质性质和相变等。
超声波基本特性
1.3 超声波的生物效应
④ 空化效应 超声波在液体介质中传播时产生声压。当产生的负声压超 过液体的内聚力时，液体中出现细小的空腔。
空腔分为两种，即稳定空腔和暂时空腔。 稳定空腔周围产生局部的单向的液体流动，可以改变细 胞膜的通透性。 暂时的空腔在声压变化时破灭，产生高热、高压、发光、 放电等现象，对机体有破坏作用。
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折射波
Z1，Z2为介质1和介质2中声阻抗
1.2 超声波的衰减特性
超声波在介质中传播时，随着传播距离的增加，超声波的能量 逐渐减弱的现象称为超声波的衰减。
Px P0 e ax， I x I 0 e 2 ax
式中：Px、Ix——距声源x处的声压和声强；
x——声波与声源间的距离； α——衰减系数，单位为Np/cm（奈培/厘米）。
1.3 超声波的生物效应
② 温热效应 超声在生物组织中传播过程中，部分声能被生物组织吸收， 转换为热能。
超声透热疗法 促进骨折愈合
1.3 超声波的生物效应
③ 理化效应 机械效应和温热效应会促发生物组织内的物理化学变化。 1.氢离子浓度的改变 炎症组织中伴有酸中毒现象时，超声波可使pH值向碱性 方面变化，从而使症状减轻，有利于炎症的修复。 2.对酶活性的影响 超声波能使复杂的蛋白质解聚为普通的有机分子，能影 响到许多酶的活性。
1.1超声波的反射折射特性 （1）反射定律
入射波 反射波
介质1 介质2
′
界面
sin c1 sin ' c1
＝
'
折射波
（2）折射定律
c1， c2为介质1和介质2中波速
sin c1 sin c2
超声PPT课件
人工智能应用
人工智能技术在超声诊断中的 应用将越来越广泛，能够提高 诊断效率，减轻医生工作量。
远程医疗
随着远程医疗技术的发展，超 声检查将能够实现远程诊断和 远程会诊，提高医疗资源的利 用效率。
培训普及
随着超声技术的不断发展，超 声培训将更加普及，提高医生 的技能水平，推动超声医学的
发展。
早孕超声
对早期妊娠进行超声检查，以确定孕囊位置、胚胎数目及胚胎发育 情况。
胎儿畸形筛查
对中晚期妊娠进行超声检查，以筛查胎儿是否存在畸形和异常。
心电图超声
1 2
心脏结构超声
通过心脏超声检查，评估心脏形态、结构和功能 状况。
心脏血流超声
通过多普勒效应，检测心脏血流状况，以诊断心 脏血管疾病。
3
心功能超声
通过超声心动图检查，评估心脏收缩和舒张功能 状况。
04
超声新技术与发展趋 势
三维超声与立体成像技术
三维超声技术
三维超声技术是一种通过计算机技术将二维图像重建为三维图像的技术。它可 以提供更直观、立体的超声图像，有助于医生更准确地诊断疾病。
立体成像技术
立体成像技术是一种将三维物体或场景转化为二维图像的技术。通过立体成像 技术，医生可以更清晰地观察到病变的位置、大小和形态，从而更准确地诊断 疾病。
超声的生物效应
机械效应
超声波在介质中传播时，介质质点在其作用下会产生位移 、速度变化等机械效应。
热效应
超声波在传播过程中，由于介质质点间的内摩擦而产生热 量，这种热效应可引起生物组织温度升高。
空化效应
当超声波的频率和强度达到一定条件时，会在生物组织中 产生微气泡，这些微气泡在声场作用下迅速膨胀、收缩， 产生强大的冲击力，破坏细胞结构。
三基超声考试试题及答案
三基超声考试试题及答案一、选择题（每题2分，共20分）1. 超声波的传播速度在人体软组织中大约是多少？A. 1000 m/sB. 1500 m/sC. 1540 m/sD. 3000 m/s答案：C2. 下列哪项不是超声检查的禁忌症？A. 严重心律不齐B. 严重贫血C. 严重高血压D. 孕妇答案：D3. 超声波在介质中的传播过程中，遇到不同介质界面时会发生以下哪种现象？A. 反射B. 折射C. 散射D. 吸收答案：A4. 超声波的频率范围是多少？A. 1-5 MHzB. 5-10 MHzC. 10-15 MHzD. 15-20 MHz答案：B5. 下列哪项不是超声造影剂的特点？A. 无毒性B. 无放射性C. 可被人体吸收D. 可永久存留于体内答案：D6. 超声波在液体介质中的衰减主要与什么因素有关？A. 超声波的频率B. 介质的温度C. 介质的密度D. 超声波的传播距离答案：A7. 超声波在生物组织中的传播速度与什么因素有关？A. 组织密度B. 组织弹性C. 组织温度D. 组织厚度答案：A8. 多普勒效应在超声诊断中主要用于检测什么？A. 组织结构B. 血流速度C. 组织硬度D. 组织温度答案：B9. 下列哪项不是超声检查的优点？A. 无创B. 实时C. 无辐射D. 价格昂贵答案：D10. 超声波在医学诊断中主要用于以下哪项？A. 组织结构的成像B. 组织成分的分析C. 组织温度的测量D. 组织硬度的评估答案：A二、填空题（每题2分，共20分）1. 超声波的频率越高，其______越强，______越低。
答案：分辨率；穿透力2. 超声波的波长与频率成______比，与传播速度成______比。
答案：反；正3. 在超声检查中，声窗指的是______。
答案：超声波进入人体检查部位的途径4. 超声造影剂的微泡在超声波的作用下会产生______效应。
答案：空化5. 多普勒超声检查中，血流速度的测量是通过检测______变化来实现的。
三基超声试题及答案
三基超声试题及答案### 三基超声试题及答案#### 一、选择题1. 超声波的频率范围是多少？- A. 10 Hz - 20 kHz- B. 20 kHz - 1 MHz- C. 1 MHz - 10 MHz- D. 10 MHz - 100 MHz答案：C2. 超声波在人体组织中的传播速度大约是多少？ - A. 1500 m/s- B. 1000 m/s- C. 500 m/s- D. 300 m/s答案：A3. 下列哪个是超声波的非线性特性？- A. 反射- B. 折射- C. 衍射- D. 谐波产生答案：D4. 超声成像中，下列哪个参数与图像分辨率有关？- A. 脉冲宽度- B. 探头频率- C. 探头深度- D. 扫描速度答案：B5. 超声波在生物组织中的衰减主要与什么有关？- A. 组织密度- B. 组织厚度- C. 超声波频率- D. 超声波波长答案：C#### 二、判断题1. 超声波在不同介质中的传播速度是相同的。
（）答案：错误2. 多普勒效应可以用于测量血流速度。
（）答案：正确3. 超声波在生物组织中的衰减与组织类型无关。
（）答案：错误4. 超声波的频率越高，其穿透力越强。
（）答案：错误5. 彩色多普勒成像可以显示血流的方向和速度。
（）答案：正确#### 三、简答题1. 简述超声波在医学诊断中的应用。
- 超声波在医学诊断中主要用于成像，通过超声波的反射和散射，可以生成内部器官的图像。
超声波无创、无放射性，适用于孕妇和儿童的检查。
常见的应用包括产前检查、心脏检查、腹部器官检查等。
2. 解释什么是多普勒效应，并说明其在医学超声中的应用。
- 多普勒效应是指波源和观察者之间相对运动时，观察到的波频率与波源频率不同的现象。
在医学超声中，多普勒效应用于测量血流速度和方向，帮助诊断血管疾病和心脏疾病。
3. 描述超声波在生物组织中的传播特性。
- 超声波在生物组织中传播时，会经历反射、折射、散射和衰减等现象。
超声波的应用及对应原理
超声波的应用及对应原理1. 超声波技术的基本原理超声波是一种频率高于人耳可听到的声波，通常定义为频率大于20kHz的声波。
超声波技术利用超声波的特性，可以实现诸多应用。
超声波的基本原理包括传播特性、反射特性以及吸收特性。
2. 超声波在医学领域的应用超声波在医学领域有着广泛的应用。
主要应用包括超声波成像、超声检测和超声治疗等。
2.1 超声波成像超声波成像是一种利用超声波的特性来对人体内部器官和病变进行成像的技术。
其原理是利用超声波在介质中传播时的声束会发生折射、反射、散射和衰减的特性，通过探头发射超声波并接收反射回来的波束，然后将这些信号转换成图像。
超声波成像的优点是非侵入性、无辐射，对人体无害。
它在妇产科、肿瘤学、心脏病学等领域有着重要的应用。
2.2 超声检测超声检测是利用超声波的特性对物体进行检测和测量的技术。
通过检测超声波的传播速度、强度和反射程度等参数，可以获取物体的结构信息、缺陷和异常情况。
超声检测广泛应用于材料工程、无损检测和物体测量等领域。
例如，超声波检测可以用于检测金属结构的腐蚀情况、管道的泄漏等。
2.3 超声治疗超声治疗是利用超声波的能量对人体进行治疗的技术。
超声波的能量可以直接作用于生物组织，产生热效应，从而加速组织的新陈代谢和修复。
超声治疗常用于物理治疗、疼痛管理和肿瘤治疗等领域。
例如，超声波可以用于改善关节炎患者的疼痛症状、加速创面愈合等。
3. 超声波在工业领域的应用除了医学领域，超声波技术在工业领域也有广泛的应用。
3.1 超声波清洗超声波清洗利用了超声波的高频振动和微小气泡爆破的特性，可以有效去除物体表面的污垢和油渍。
超声波清洗通常应用于精密零件、光学器件和电子元器件等的清洗过程。
3.2 超声波焊接超声波焊接是利用超声波的高频振动将两个工件粘合在一起的技术。
超声波焊接可以实现无需外加热源、快速高效、无污染的焊接过程，常用于塑料制品、电子元器件等的组装过程。
3.3 超声波测厚超声波测厚是利用超声波的传播速度和反射特性来测量物体的厚度的技术。
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抽气
声音的实质
机械振动在连续媒质中的传播——机械波
声波频率
目前，人类研究与使用的声波频率从10-4到1013Hz,足足跨越了17个数量级。将 声波依其频率高低和人耳对声波的感受能力，区分与命名如下
次声
可听声
超声
特超声
10-4-20
20-2*104
2*104-109
109-1013
参考声压P0 以1000 Hz纯音的听阈声压为基准声压（20µ Pa） Pi = P0， LP = 0
普通谈话约为 载重卡车行驶 喷气式飞机附近 60dB-70dB 80dB-90dB 140dB-150dB
1.3 声波的声强
超声强度：超声波在单位时间内通过与声波传播方向垂直的单 位面积的能量，通常示以I。对于平面连续波其强度I为：
Z C
讨论声波传播问题时，声阻抗Z =ρC是一个极其重要的物理量。
媒质Z均匀不变，那么声波在其中的传播方向将不会改变；
Z不均匀，在变化处呈现出声学界面，发生反射、折射、散射。
现行大部分超声诊断仪（A型、B型、M型及 多普勒型），都是建 立在超声回波（来自人体内）基础上的，其物理基础便是人体组 织的声阻抗不均匀。
达因 dyn 是（CGS）力的单位 1 dyn代表作用于1g的物体，使其产生1cm/s2的加速度的力。
பைடு நூலகம்
蚂蚁叼草的力约100 dyn
1 dyn = 10-5N 1Pa = 1N/m2 = 10 ubar = 10-5 bar 大气压约 1 bar
声压级
比较两个声压的大小，常用声压级(LP)
LP=20logPi/P0（dB）
2 1 Pm 1 2 I CVm 2 C 2
Pm和Vm分别为声压、质点位移速度的最大值
若用它们的有效值P,V表示，
p2 I CV 2 C
声强与声压平方成正比。
声强的单位是瓦/厘米2（W/cm2）或毫瓦/厘米2(mW/cm2)。 总功率：强度与声传播方向垂直的面积的乘积
W IS
超 声
频率超出了人耳所能感受的上限，因而人耳听不见，正如人的眼 睛看不见紫外光一样，都是由于人的感官生理局限性所引起的。
机械波
机械波
电磁波
•都具有一定的传播速度，且与媒质有关； •都能产生反射、折射、干涉和衍射现象；
•电磁波与声波一样不能再真空中传播。
水波的产生
小球点击水面，会形成水波
一个质点的振动会带动邻近质点的振动 而邻近质点的振动又会引起较远质点的振动 这样，振动就以一定的速度在弹性介质中由近及远地传播 产生机械波的条件：
铁磁材料的压磁效应：在外力作用下，晶体会产生磁场；
反之，外加磁场则会引起晶体变形。
铁磁材料中有自发磁化区（磁畴）。无外场时，磁畴取向无 规律，在外磁场作用下，磁畴有转向与外磁场方向一致的倾 向。外磁场愈强，转向也愈厉害。由于磁畴在各个方向上长
度不一致，转向则导致了材料在磁场方向上的宏观增长。
当线圈中通以直流电I0时,产生偏磁场H0。再通以交变电I，产生交变磁场H，
C
小结：
T
f
频率、周期：决定于波源 波速：决定于传输介质
波长：由波源和传输介质共同确定
第三章 超声医学原理
第一节 超声波的基本特性及在生物组织中的传播 第二节 超声的生物效应 第三节 超声诊断的概述
第一节 超声波的基本特性及在生物组织中的传播
一、超声波的基本特性 二、超声场
三、超声波在生物组织中的传播
一、超声波的基本特性 1.1 超声波的传播速度
1.2 声 压 1.3 声波的声强 1.4 特性阻抗 1.5 超声波的产生
1.1 超声波的传播速度
声波在介质中传播的速度受介质密度和弹性的影响，在空
气和液体中传播的是纵波，在固体中可以有纵波和横波。
* 在液体和气体纵波波速
C K
G C
K为媒质的体变模量
1、波源；2、弹性介质
问题：
波动是波源的振动状态或波动能量在介质中的传播
机械波在介质中传播时，质点随波前进
1、横波
2、纵波
波长、波的周期和频率、波速 1、波长——反映波动的空间周期性
y
λ
x
o
2、周期和频率——反映波动的时间周期性
f＝1 / T
问题：
波源作一次完全的振动，波就前进一个波长的距离， 因此波的周期只与振源有关，而与传播介质无关。
稠密区：压强大于没有声波传播时的静压强，即声压为正值；
疏稀区：压强小于静压强，声压为负值。 因此，媒质的声传播可表现为声压随时间（或空间）的周期变化。
在超声诊断中常用的是平面波，对于平面波，声压：
P CV CV0 sin t
（1）
ρ为传声媒质的质量密度，C为声波的传播速度；V为质点振动 速度，V0为其幅值。声压单位为微巴（1 u bar=1达因/厘米2）。
*固体媒质横波和纵波的波速
横波 纵波 G为媒质的切变模量
C
E
E为媒质的弹性模量
C
T
f
例：声波在人体软组织中的传播速度大约为1500m/s。如超声理疗
机向人体发射率为1MHz的超声波，试求在人体内的声波波长？
c
f
1500/ 110 1.5mm
6
即1MHz的超声波在人体软组织中的声波波长为1.5 mm.
1.4 特性阻抗
表征介质传播超声能力的物理量 表征超声在介质中,传播过程能量损耗的特性。
P Z V
界面声压与通过该面的质点流速之比
与电路类比，声压~电压，质点流速~电流。声阻抗~电阻 Z为传声媒质的一个物理常数 对于平面波，声阻抗等于介质密度与波速的乘积 特性阻抗的单位为瑞利即rayls, 1rayls = 1g/（cm2.s）
对于血液：
Z C 1.055g / cm3 157000 cm / s 165635 g /(cm2 s) 1.656105 rayls
对于生物软组织，声阻抗率与水的相近，约为1.5*105 rayls
1.5 超声波的产生
压电式超声换能器
磁致伸缩式超声换能器
1.5.2 磁致伸缩式超声换能器
H叠加在H0上，于是铁芯中的磁场将以H0为中心上下变化。压磁材料在交变
磁场H作用下，由于磁致伸缩效应，上下两端面产生与交变电流频率相同的 交替伸缩。
H I t
Ho
I0
当交变电流频率与换能器的共振频率一致时，换能器端面振动最剧烈。
一、超声波的基本特性
机械波产生的条件
重点
什么是机械波（与电磁波的区别）
3、波速C——描述振动状态传播快慢程度的物理量
波动过程中，某一振动状态在单位时间内所传播的距离。
* 在液体和气体纵波波速(不能产生横向的剪切力,故无横波 )
C K
G C
K为媒质的体变模量
*固体媒质横波和纵波的波速
横波 纵波 G为媒质的切变模量
C
E
E为媒质的弹性模量
4、三者关系式
在一个周期中，波前进一个波长，故
声波的频率和传播速度由什么决定 超声及可听声的频率范围
1.1 超声波的传播速度
速度与媒质的密度和力学弹性有关 速度 频率 波长的关系
1.2 声 压
声压的定义 声压级如何计算
一、超声波的基本特性
1.3 声波的声强
声强的定义及公式
重点
1.4 特性阻抗
特性阻抗的定义及公式
1.5 超声波的产生
压电式及压磁式超声换能器的原理
组织病变常常伴随其Z值发生变化，从而引起超声回波的相应变
化，人们便可以从回波变化中提取人体组织病变的信息。
人体正常组织的密度、声速和特性阻抗
介质名称 空气 血液 大脑 脂肪 软组织 颅骨 密度（g/cm3） 超声纵波速度 （m/s） 0.00118 1.055 1.038 0.955 1.016 1.658 344.8 1570 1540 1476 1500 3860 特性阻抗 （*105瑞利） 0.000407 1.656 1.599 1.410 1.524 5.571
人体绝大部分是软组织，其声学特性与水相似，所以其中传 播的基本上是纵波。但由于传播条件的改变会发生波型的转 换，如超声通过骨骼时会发生由纵波转变为横波。
1.2 声 压
定义：媒质中有声波传播时的压强与没有声波传播时的压强之
差，以符号P表示，单位为帕（Pa）。 当有纵波声波传播时，媒质出现周期相间的稠密与疏稀状态