超声成像的物理原理

,超声诊断学,高职高专卫生部规划教材超声诊断学,高职高专卫生部规划教材 医学影像技术专业超声诊断学CAI课件,第二章 超声成像的物理原理,包头医学院第一附属医院 闫国珍,学习目标,1. 掌握超声的定义及超声传播中频率、 声速、波长三者之间的关系。2. 熟悉人体组织对入射声束的作用;入射超声对人体组织的作用。3. 了解超声诊断的安全性及注意事项。,第一节 超声成像的物理基础,一、超声波的定义 声源振动频率20000Hz的机械波为超声波。超声诊断使用的频率范围: 0.5-60MHz ，常用 2-14MHz。,次声波 20Hz 20000Hz 超声波 （声波）,二、超声波的特性 超声在弹性介质中以纵波形式传播，遵守声波的物理特性，即束射、反射、折射、绕射、散射、吸收、衰减和多普勒效应等特性。,三、超声波的发生,正压电效应：由外力作用引起材料表面产生电荷，形成电场，称为正压电效应；,逆压电效应：在材料两端施加一个电压时，晶体将产生几何变形，称为逆压电效应。,变形 电场,电场 变形,三、超声波的发生 在临床工作中，利用逆压电效应形成超声发生器；利用正压电效应形成回声接收器。,常用的超声探头与临床应用：,1、凸阵探头：主要用于腹部、妇产科；2、线阵探头：主要用于外周血管、小器官；3、机械扇形扫描探头：主要用于心脏检查；4、环阵扇形探头：主要用于腔内检查。,四、超声波的传播超声波的三个基本物理量 1、波长()：在波的传播方向上，质点完成一次振动的距离，单位：mm；2、频率(f)：单位时间内质点完成一个振动过程的次数，单位：Hz； 3、声速(c)：单位时间内声波在介质中的传播距离, 单位：m/s。目前医用超声仪一般将软组织声速的平均值定为1540m/s。,三者的关系：=c/f 超声波在固体中传播速度最快，在气体中最慢：骨与软骨中声速约为4500m/s；软组织(肝、胆、胰等)平均声速约为1540m/s；肺、胃肠道等含气脏器中声速为350m/s。,4、声场,5、分辨力： 超声能够发现最小障碍物的能力，称为分辨力，包括：（1）空间分辨力：能够辨别两个细小目标空间位置的能力，分为轴向分辨力、横向分辨力和侧向分辨力；（2）对比分辨力：在灰阶或亮度上分辨不同目标的能力 。,空间分辨力,第二节 人体组织对超声的作用,一、声阻抗与界面,1、声阻抗：系密度与声速的乘积，单位为瑞利；2、界面：两种声阻抗不同物体接触在一起时，形成一个界面，尺寸小于波长时称小界面，反之称为大界面。,二、反射与折射 1、反射：在超声的传播过程中，如果声束遇到大界面，则一部分超声能量会返回到原来的介质中，形成反射。2、折射：在超声的传播过程中，当分界面两边的声速不同时，超声波透入第二种介质后，其传播方向将发生改变，产生折射。,反射与折射,三、散射 超声波在传播中遇到粗糙面或极小的障碍物时，将有一部分能量被散射，向各个空间方向分散辐射。散射来自脏器内的细小结构，红细胞的背向散射是多普勒超声诊断的基础。,散射,四、绕射 当入射声束遇到同超声波长大小接近的界面时；或者当入射声束经过界面的边缘，并且声束边缘与界面边缘的距离小于12个超声波长时，声束就会在界面边缘处发生弯曲，绕过该障碍物而继续前进，反射很少，这种现象称为绕射，亦称衍射。,绕射,五、衰减 超声波在介质内的传播过程中，随着传播距离的增大，声波能量逐渐减少的现象，称为衰减。 造成衰减的主要原因：反射、散射、吸收、声束发散。,衰减,第三节 超声对人体组织的作用,一、超声的生物效应 超声波是带有一定能量的机械波，当一定剂量的超声波在生物体内传播时，通过超声与生物组织的相互作用，可以引起生物体的功能、结构或状态的变化，这就是超声生物效应。,一、超声的生物效应 产生超声生物效应的主要机制有：热效应、机械效应、空化效应、化学作用。当超声剂量超出规定，将造成若干生物效应。,二、超声诊断的安全性诊断用超声剂量（声强）的限定值：Ispta100mW/cm2，一次超声照射时间10-20分钟。,1、超声波是声源振动频率大于20000Hz的机械波，可以通过换能器的正、逆压电效应产生和接收，医用超声诊断频率最常选用在2-14MHz频率范围内；2、不同组织的超声速度和声特性阻抗不同，超声探测是利用声束的反射、折射、散射、绕射、衰减等传播特性，通过与生物组织的相互作用进行临床分析和诊断。3、超声对生物组织具有热效应、机械效应和空化效应，在进行超声探测时须控制安全剂量并遵循检查、操作规程。,课后小结,思考题1