超声成像的物理原理

1、超声诊断学超声诊断学高职高专卫生部规划教材高职高专卫生部规划教材超声诊断学超声诊断学高职高专卫生部规划教材高职高专卫生部规划教材 医学影像技术专业医学影像技术专业超声诊断学超声诊断学CAICAI课件课件第二章第二章 超声成像的物理原理超声成像的物理原理包头医学院第一附属医院包头医学院第一附属医院 闫国珍闫国珍学习目标学习目标1. 掌握超声的定义及超声传播中频率、掌握超声的定义及超声传播中频率、 声速、波声速、波长三者之间的关系。长三者之间的关系。2. 熟悉人体组织对入射声束的作用熟悉人体组织对入射声束的作用;入射超声对人入射超声对人体组织的作用。体组织的作用。3. 了解超声诊断的安全性及注意事

2、项。了解超声诊断的安全性及注意事项。 第一节第一节 超声成像的物理基础超声成像的物理基础一、超声波的定义一、超声波的定义 声源振动频率声源振动频率2000020000HzHz的机械波为超声波。的机械波为超声波。超声诊断使用的频率范围超声诊断使用的频率范围: 0.5-60MHz ，常用，常用 2-14MHz。次声波次声波 20Hz 20Hz 20000Hz 20000Hz 超声波超声波 （声波）（声波）二、超声波的特性二、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、散波的物理特性，即束射、反射、折射、绕射、散射

3、、吸收、衰减和多普勒效应等特性。射、吸收、衰减和多普勒效应等特性。三、超声波的发生三、超声波的发生正压电效应：正压电效应：由外力作用引起材料表面产生电荷，形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；成电场，称为正压电效应；逆压电效应：逆压电效应：在材料两端施加一个电压时，晶体将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。产生几何变形，称为逆压电效应。 变形变形 电场电场电场电场 变形变形三、超声波的发生三、超声波的发生 在临床工作中，利用逆压电效应形成超声在临床工作中，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。发生器；利用正压电效应形成回声接

4、收器。常用的超声探头与临床应用：常用的超声探头与临床应用：1 1、凸阵探头：主要用于腹部、妇产科；、凸阵探头：主要用于腹部、妇产科；2 2、线阵探头：主要用于外周血管、小器官；、线阵探头：主要用于外周血管、小器官；3 3、机械扇形扫描探头：主要用于心脏检查；、机械扇形扫描探头：主要用于心脏检查；4 4、环阵扇形探头：主要用于腔内检查。、环阵扇形探头：主要用于腔内检查。四、超声波的传播四、超声波的传播超声波的三个基本物理量超声波的三个基本物理量 1 1、波长、波长()()：在波的传播方向上，质点完成一次振动的距离，：在波的传播方向上，质点完成一次振动的距离，单位：单位：mmmm；2 2、频率、频

5、率(f)(f)：单位时间内质点完成一个振动过程的次数，：单位时间内质点完成一个振动过程的次数，单位：单位：HzHz； 3 3、声速、声速(c)(c)：单位时间内声波在介质中的传播距离：单位时间内声波在介质中的传播距离, , 单位：单位：m/sm/s。目前医用超声仪一般将软组织声速的平均值定为。目前医用超声仪一般将软组织声速的平均值定为1540m/s1540m/s。 三者的关系：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与软骨中声速约为4500m/s；软组织；软组织(肝、胆、胰等肝、胆、胰等)平均平均声速约为声速

6、约为1540m/s；肺、胃肠道等含气脏器中声速为；肺、胃肠道等含气脏器中声速为350m/s。 近场近场远场远场D 1/2 1/2D D声源直径声源直径 扩散角扩散角4 4、声场、声场5 5、分辨力：、分辨力： 超声能够发现最小障碍物的能力，称为分辨力，超声能够发现最小障碍物的能力，称为分辨力，包括：包括：（1）空间分辨力）空间分辨力：能够辨别两个细小目标空间位置：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；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）对比分辨力：在灰阶或亮度上分辨不同目标的：在灰阶或亮度上分辨不同目标的能力能力 。 空间分辨

7、力空间分辨力第二节第二节 人体组织对超声的作用人体组织对超声的作用一、声阻抗与界面一、声阻抗与界面1 1、声阻抗、声阻抗：系密度与声速的乘积，单位为瑞利；：系密度与声速的乘积，单位为瑞利；2 2、界面、界面：两种声阻抗不同物体接触在一起时，形成：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，反之称为大一个界面，尺寸小于波长时称小界面，反之称为大界面。界面。 二、反射与折射二、反射与折射 1、反射：、反射：在超声的传播过程中，如果声束遇到大界面，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。则一部分超声能量会返回到原来的介质中，形

8、成反射。2、折射：、折射：在超声的传播过程中，当分界面两边的声速不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。，产生折射。反射与折射反射与折射 三、散射三、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。的基础。 散射散射 四、绕射四

9、、绕射 当入射声束遇到同超声波长大小接近的界面时；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面边缘的距离小于1 12 2个超声波长时，声束就会在界个超声波长时，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。很少，这种现象称为绕射，亦称衍射。 绕射绕射 五、衰减五、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

10、。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。造成衰减的主要原因：反射、散射、吸收、声束发散。 衰减衰减 第三节第三节 超声对人体组织的作用超声对人体组织的作用 一、超声的生物效应一、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。，这就是超声生物效应。一、超声的生物效应一、超声的生物效应 产生超声生物

11、效应的主要机制有：热效应、机械效应、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。物效应。 二、超声诊断的安全性二、超声诊断的安全性诊断用超声剂量（声强）的限定值：诊断用超声剂量（声强）的限定值：Ispta100mW/cmIspta100mW/cm2 2，一次超声照射时间，一次超声照射时间10-2010-20分钟。分钟。1、超声波是声源振动频率大于、超声波是声源振动频率大于20000Hz的机械波，可以通的机械波，可以通过换能器的正、逆压电效应产生和接收，医用超声诊过换能器的正、逆压

12、电效应产生和接收，医用超声诊断频率最常选用在断频率最常选用在2-14MHz频率范围内；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、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。，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、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、操作规进行超声探测时须控制安全剂量并遵循检查、操作规程。程。 课后小结课后小结