超声波的特性(精)
超声波的特性及在医学诊断中的应用价值
超声波的特性及在医学诊断中的应用价值
超声波是指频率超过人类听觉最高限度（20kHz）的一种声波，其频率一般在1MHz以上。
超声波具有穿透力强、传播速度快、反射能力强、不易损伤人体组织等特点。
在医学
诊断中，超声波因其无辐射、无创伤、易操作等特点而成为常用的诊断工具。
以下将对超
声波的特性及在医学诊断中的应用价值进行探讨。
超声波的特性
1.穿透力强：超声波在人体内组织传播时，因其波长短，能穿透许多组织，如软组织、骨骼、肺部等。
2.传播速度快：超声波在人体组织中的传播速度大约每秒1500米，相比X射线和CT
扫描等诊断手段传播速度快得多。
3.反射能力强：超声波在传播过程中，能够反射回来从而形成回波，通过分析回波的
声音衰减程度及时间来判断组织的密度、大小、位置等信息。
4.不易损伤组织：超声波对人体组织无任何损伤，因此被认为是一种安全的诊断手段。
1.检查胎儿：超声波是现代产前诊断中最重要的手段之一，能够确定胎儿是否正常发育、胎儿大小和位置等信息。
2.诊断乳腺癌：乳腺超声能够检测出乳房内的肿块，同时还能判断肿块的良恶性。
3.检查心脏：心脏超声是检测心脏疾病的核心手段之一，通过检测心脏每个腔室的大小、形态、收缩功能等能够判断心脏是否出现病变。
4.检查腹部问题：腹部超声能够检测肝、胰、肾等内脏的异样大小、形态、结构，发
现腹部病变，如肝、胆管和胰腺的结石、肿瘤等。
超声波和次声波的特点及应用
超声波和次声波的特点及应用1、超声波的特点和应用：（1）特点：①超声波在传播时，方向性强，能量易于集中。
②超声波能在各种不同媒质中传播，且可传播足够远的距离。
③超声波与传声媒质的相互作用适中，易于携带有关传声媒质状态的信息诊断或对传声媒质产生效用及治疗。
④超声波可在气体、液体、固体、固熔体等介质中有效传播。
⑤超声波可传递很强的能量。
⑥超声波会产生反射、干涉、叠加和共振现象。
超声波是一种波动形式，它可以作为探测与负载信息的载体或媒介如B超等用作诊断；超声波同时又是一种能量形式，当其强度超过一定值时，它就可以通过与传播超声波的媒质的相互作用，去影响，改变以致破坏后者的状态，性质及结构用作治疗。
（2）应用：①超声处理：利用超声的机械作用、空化作用、热效应和化学效应，可进行超声焊接、钻孔、固体的粉碎、乳化、脱气、除尘、去锅垢、清洗、灭菌、促进化学反应和进行生物学研究等，在工矿业、农业、医疗等各个部门获得了广泛应用。
②超声波清洗：清洗的超声波应用原理是由超声波发生器发出的高频振荡信号，通过换能器转换成高频机械振荡而传播到介质，清洗溶剂中超声波在清洗液中疏密相间的向前辐射，使液体流动而产生数以万计的微小气泡，存在于液体中的微小气泡（空化核）在声场的作用下振动。
当声压达到一定值时，气泡迅速增长，然后突然闭合，在气泡闭合时产生冲击波，在其周围产生上千个大气压力，破坏不溶性污物而使它们分散于清洗液中，当团体粒子被油污裹着而粘附在清洗件表面时，油被乳化，固体粒子即脱离，从而达到清洗件表面净化的目的。
③工业自动化控制：利用声波反射、衍射、多普勒效应，制造超声波物位计、超声波液位计、超声波流量计等。
2、次声波的特点和应用：（1）特点：①次声波的特点是来源广、传播远、能够绕过障碍物传得很远。
；②次声的声波频率很低，在20Hz以下，波长却很长，传播距离也很远。
它比一般的声波、光波和无线电波都要传得远。
例如，频率低于1Hz的次声波，可以传到几千以至上万千米以外的地方。
超声波特性
超声波的四个特性及应用特性来源：全球五金网2011-9-8作者：济宁天华超声电子仪器有限公司公司产品公司商机公司招商公司新闻超声波顾名思义，超过常规声波的声波。
声波是指人耳能感受到的一种纵波，其频率范围为16Hz-20KHz。
当声波的频率低于16Hz时就叫做次声波，高于20KHz则称为超声波声波。
超声波特性有四个方面：1）超声波可在气体、液体、固体、固熔体等介质中有效传播。
2）超声波可传递很强的能量。
3）超声波会产生反射、干涉、叠加和共振现象。
4）超声波在液体介质中传播时，可在界面上产生强烈的冲击和空化现象。
1.束射特性由于超声波的波长短，超声波射线能够和光线一样，可以反射、折射，也能聚焦，而且．恪守几何光学上的定律。
即超声波射线从一种物质外表反射时，入射角等于反射角，当射线透过一种物质进入另一种密度不同的物质时就会产生折射，也就是要改动它的传插方向，两种物质的密度差异愈大，则折射也愈大。
2.吸收特性声波在各种物质中传播时，随着传播间隔的增加，强度会渐进削弱，这是由于物质要吸收掉它的能量。
关于同一物质，声波的频率越高，吸收越强。
关于一个频率一定的声波，在气体中传播时吸收最历害，在液体中传播时吸收比拟弱，在固体中传播时吸收最小。
3.超声波的能量传送特性超声波所以往各个工业部门中有普遍的应用，主要之点还在于比声波具有强大得多的功率。
为什么有强大的功率呢?由于当声波抵达某一物资中时，由于声波的作用使物质中的分子也跟着振动，振动的频率和声波频率―样，分子振动的频率决议了分子振动的速度。
频率愈高速度愈大。
物资分子由于振动所取得的能量除了与分子的质量有关外，是由分子的振动速度的平方决议的,所以假如声波的频率愈高，也就是物质分子愈能得到更高的能量、超声波的频率比声波能够高很多，所以它能够使物资分子取得很大的能量；换句话说，超声波自身能够供应物质足够大的功率。
4.超声波的声压特性当声波通入某物体时,由于声波振动使物质分子产生紧缩和稠密的作用，将使物质所受的压力产生变化。
超声波基础知识
可见，血液的半价层最大 , 这说明血液对超声的衰减最小。在人体中 , 不同的组织由于具有不同的介质密度和性质 , 也往往表现出对超声 不同的衰减系数。实测结果表明 , 人体中血液和眼球玻璃体液吸收声 能最小 , 肌肉组织吸收稍强 , 纤维组织及软骨吸收声能较大 , 而骨 骼对超声的吸收最大。下表出了人体主要组织成分对不同频率超声的衰
减系数。
由于超声在人体中的衰减与超声频率有关 , 因此 , 研究超声衰减与频率的 关系 , 对超声仪器的设计和使用都颇具意义。实验结果表明 , 在 1 ～ 15MHz 超声频率范围内 , 人体组织对超声波的吸收衰减系数几乎与频率成正 比。人体软组织对超声的平均衰减系数约为 0.81dB /cm / MHz, 其含义是超 声波频率每增加 1MHz 或超声传播距离每增加 1cm , 则组织对超声的衰减增 加 0.81dB 。因此 , 对一个 3MHz 声束 , 当其在人体软组织中传播 10cm 时 , 则声强衰减可达 : 0.81dB /cm/MHz × 3MHz × 10cm =24.3dB 而当频率升高到 10MHz 时 , 传播相同的距离所导致的声强衰减将达 : 0.81dB /cm / MHz × 10MHz × 10cm =81dB
由超声诊断仪所发射的超声波 , 在人体组织中是以纵波的方式传播 的。就是因为人体软组织基本无切变弹性 , 横波在人体组织中不能 传播。
与普通声波 ( 可闻波 ) 相比 , 超声波具有许多特性 。 其中最突出的有 : ①由于超声波的频率高 , 因而波长很短 , 它可以像光线那样沿直线传播 , 使 我们有可能只向某一确定的方向发射超声波 ; ②由超声波所引起的媒质微粒的振动 , 即使振幅很小 , 加速度也非常大 , 因 此可以产生很大的力量。 超声波的这些特性 , 使它在近代科学研究、工业生产和医学领域等方面得到日 益广泛的应用。 例如 , 我们可以利用超声波来测量海底的深度和探索鱼群、暗礁、潜水艇等。 在工业上 , 则可以用超声波来检验金属内部的气泡、伤痕、裂隙等缺陷。在医 学领域则可以用超声波来灭菌、清洗 , 更重要的用途是做成各种超声波治疗和 诊断仪器。
超声波生物物理特性(精)
超声波的生物物理特性 二、超声波的热作用
超声波 热量
机体
组织之间相互摩擦
机体吸收声能，将超声波的机械能转变为热能
超声波的生物物理特性 二、超声波的热作用
相关因素：
频率、剂量
频率越高，剂量越大，热作用越强
介质的物理特性
在人体组织中，神经组织吸收声能最多，肌肉次 之，脂肪更差 皮下组织– 肌肉组织 肌肉组织– 骨组织
介质
微细按摩作用是超声波治疗疾病的最基本的机制
超声波的生物物理特性 一、超声波的机械作用
超声波对细胞的微细按摩作用：
改变组织细胞的体积，减轻肿胀 改变膜的通透性，促进代谢物质的交换 改变细胞的功能，提高组织细胞的再生能力
改变细胞膜的通透性 改变膜两侧的钾、钙等离子的分布，加速组织修 复过程 改变神经的电活动，缓解疼痛
超声波疗法
超声波的生物物理特性
盐城卫生职业技术学院 唐蓉
超声波的生物物理特性
超声波的机械作用 超声波的热作用 超声波的空化作用 超声波的 生物物理 特性
超声波的生物物理特性 一、超声波的机械作用
超声波 质点往复运动 介质内部有 节律的疏密变化 压力变化 微细按 摩人体组织细胞
界面（产热较多）
超声波的生物物理特性 二、超声波的热作用
加快组织局部血液循环 加速新陈代谢 改善细胞缺血、缺氧状态 降低肌张力 减轻疼痛 改善结缔组织延展性
超声波的生物物理特性 三、超声波的空化作用
空化现象 超声波在液体介质中传播产生声压，当负声 压超过液体的内聚力，液体中出现细小空腔
超声波特性
1.声速：超声波在不同介质中传输速度是不同的。
气体350m/s左右，液体中1500m/s左右；固体中5000m/s左右。
2.声衰减在空气中，超声波除了因扩散引起衰减外，由于空气中的粘滞性、热传导以及分子的吸收也会引起衰减。
在20℃时的空气中，衰减系数在20℃时的水中，衰减系数如换算成位移衰减到I/e的距离x（1/ɑ）,则空气中x（m）=则水中x（m）=从表中可以看出：空气可水相比，其声衰减随频率的增大而急剧增加，即空气（各种气体均如此）不利于高频声传播，衰减很快，如500KHZ以上。
所以液体中超声一般选择1-5MHz，而气体中超声一般选择50-300KHz。
当然选择频率时还应考虑超声换能器之间的距离（声程）以及测量精度等要求。
3.特性阻抗与声反射、声折射、声散射特性阻抗由介质的密度和声速之积确定。
气体、液体和固体的特性阻抗之比约为1:3000:80000，差异很大。
超声从一种介质进入另一种介质的能力取决于特性阻抗。
流体中只存在纵波，纵波从流体向固体倾斜射入，在固体中除纵波外，还存在横波。
高频率的声波，如2MHZ，在照射到含有气泡和固体颗粒时液体时，会产生声散射。
4.超声换能器的指向性式中：--------指向性半角；--------波长；--------圆型辐射面直径气体介质中换能器的角一般取3-7度；液体介质中换能器的角一般取2-10度；可以上换能器的指向性均要求尖锐，以使能量较为集中。
5.温度特性在水中中，超声传播速度随温度升高而增大，但在90℃之后又开始减小。
1. 压电陶瓷片PZT用于测量液体流量的超声换能器，工作频率在0.5-5MHz.PZT压电片（圆形、半圆形、方形、矩形）是常用的形式，它的频率由下公式确定式中：-----------频率常数，PZT均为2200；-----------厚度（应远小于横向尺寸）。
1MHz的PZT圆片，直径10-12mm，厚度约2mm；1.5MHz的的PZT圆片，直径15mm左右，厚度约1.3mm；2. 换能器的基本结构压电圆片换能器一般结构有一下三种：液体换能器中，若在前后端设置匹配层，可有效提高电声转换效率和扩展频带宽度。
《超声波》课件
折射
当超声波从一种介质传播到另 一种介质时，会发生折射现象 ，改变传播方向。
反射和散射
当超声波遇到不同介质或障碍 物时，会发生反射和散射现象 ，导致声能分散或反射回原介
质。
PART 03
超声波的检测技术
超声波检测原理
超声波检测基于声波在物体中的传播特 性，通过接收和测量反射或透射的声波
信号，推断出物体的状态和性质。
检查和诊断。
清洗和加工
利用超声波的振动和空 化作用，对物体表面进 行清洗、刻蚀、破碎等
加工处理。
声学测量
利用超声波的传播特性 ，进行流速、流量、液
位等参数的测量。
PART 02
超声波的产生与传播
超声波的产生
超声波是由物体的振动产生的，当物体以超过20000赫兹的频率振动时，产生的声 波即为超声波。
穿透能力和衰减
随着频率的增加，超声波 的穿透能力和衰减程度逐 渐增大。
传播速度
在固体、液体和气体中， 超声波的传播速度与介质 的性质有关。
超声波的应用领域
无损检测
利用超声波的反射、透 射和散射等特性，对材 料进行缺陷检测、厚度
测量等。
医学诊断
通过高频超声成像技术 ，对人体内部结构进行 无创、无痛、无辐射的
超声波的应用实例
列举了超声波在医学、工业 、军事等领域的应用实例， 并对其原理和效果进行了说 明。
超声波的局限性
指出了超声波在实际应用中 存在的局限性，如穿透深度 、分辨率和安全性等问题， 并提出了相应的解决措施。
展望
超声波技术的发展趋势
展望了未来超声波技术的发展方向，如高分辨率、高穿透深度和高安 全性等方面的技术革新。
超声波的频率范围
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
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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。
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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
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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
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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。
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1 超声波的特性
声波是物体的机械振动产生的，振动的频率超过20000次/s 称为超声波，简称超声。
超声波在机体内传播的物理特性是超声影像诊断的基础，其中主要有：
一、超声的定向性
又称方向性或束性。
当探头的声源晶片振动发生超声时，形成了一股声束，以一定的方向传播。
诊断方面利用这一特性做器官的定向探查，以发现体内脏器或组织的位置和形态上的变化。
二、超声的反射性
超声在介质中传播，若遇到声阻抗不同的界面时一部分声能引起反射，所余的声能继续传播。
如介质中有多个不同的声阻界面，则可顺序产生多次的回声反射。
超声界面的大小要大于超声的半波长，才能产生反射。
若界面小于半波长，则无反射而产生绕射。
超声垂直入射界面时，反射的回声可被接收返回探头而在示波屏显示。
入射超声与界面成角而不垂直时，入射角与反射角相等，探头接收不到反射的回声。
三、超声的吸收和衰减性
超声在介质中传播时，由于与介质中的摩擦产生粘滞性和热传播而吸收，又由于声速本身的扩散、反射、散射、折射与传播距离的增加而衰减。
吸收和衰减除与介质的不同有关外，亦与超声的频率有关。
但频率又与超声的穿透力有关，频率愈高，衰减愈大，穿透力愈弱。
超声诊断主要是利用这种界面反射的物理特性。