超声成像的物理原理省名师优质课赛课获奖课件市赛课一等奖课件

超声成像物理原理

第1页第一节超声成像物理基础一、定义

1.超声

是一个机械波，其频率在20千赫兹以上。

2.医学诊疗用超声

频率在2.5～10兆赫兹范围超声。

3.超声特征

◆超声波可在气体、液体、固体等介质中传输

◆超声波能够传递很强能量

◆超声波在传输过程中会产生反射、折射、散射、绕射、干涉等现象

◆超声波在液体介质中传输时，会在界面产生冲击和空化现象

第2页第一节超声成像物理基础二、超声产生与接收

1.压电效应

是电能与声能相互转换过程。2.超声产生

电场作用到特定材料两端引发振动，在周围介质中传输形成超声，是逆压电效应过程。3.超声接收

声场作用到特定材料两端产生电位差，经过接收器转换成电信号，是正压电效应过程。

第3页第一节超声成像物理基础

4.压电材料

能够产生压电效应材料。

◆无机材料主要包含钛酸钡、钛酸铅、锆钛酸铅等。

◆有机材料

主要由聚偏氟乙烯（PVDF）组成，材料声阻抗与人体靠近。

◆混合材料

由压电陶瓷和有机压电材料混合组成，机电耦合系数大，适宜制作宽带换能器。第4页第一节超声成像物理基础

5.换能器（探头）

◆结构

面材、压电材料、背材

，关键是压电材料。

◆种类

体表检验用探头；手术用探头；体腔检验用探头。

第5页第一节超声成像物理基础三、超声传输1.传输速度（c）

由传输介质决定，不一样人体组织器官声速不一样，平均声速为1540米/秒，其中空气最小（350米/秒），骨骼最大（3850米/秒）。2.超声频率（f）

由探头中压电材料决定，在2.2～10兆赫兹范围。3.超声波长（λ）

超声波长与声速和频率满足关系式：第6页第一节超声成像物理基础四、超声声束空间分布

1.声束

在一个有限立体角内传输超声

。2.声轴

声束中心线。3.近程区

靠近探头区域，声束等宽

4.远程区

远离探头区域，声束发散第7页第一节超声成像物理基础超声声束空间分布示意图第8页第二节超声与生物组织间相互作用一、生物组织对入射超声作用

（一）两个基本概念

◆声特征阻抗介质密度(ρ)与声速(c)乘积，不一样组织声特征阻抗不一样。

◆界面

两种含有不一样声阻抗介质接触面。大界面：界面尺寸大于超声波长小界面：界面尺寸小于超声波长第9页第二节超声与生物组织间相互作用

（二）反射与折射

入射声束与大界面作用◆三个条件方向、截面、角度

◆全反射

两种介质声速关系入射角度◆界面反射信号是声像图主要组成部分第10页第二节超声与生物组织间相互作用

（三）散射

入射声束与小界面作用◆散射回声强度低

（四）绕射

入射声束与界面（界面尺寸与超声波长大小相当）作用◆绕射使入射声束发生方向偏转第11页第二节超声与生物组织间相互作用

（五）衰减

因为组织对超声吸收造成声能减小。

◆不一样组织，吸收系数不一样，衰减程度不一样；◆相同组织，入射深度越大，衰减越大；

◆相同组织，入射超声频率越高，衰减越大。

第12页第二节超声与生物组织间相互作用二、入射超声对生物组织作用

1.超声生物效应

当一定剂量超声波在生物体内传输时，经过超声与生物组织相互作用，能够引发生物体功效、结构或状态改变

2.热机制

超声声能转换成生物组织热能第13页第二节超声与生物组织间相互作用

3.机械机制

超声声能转换成生物组织机械能

4.空化机制

超声声能使生物组织中气泡活性改变低声强长时间作用以热机制为主高声强短时间作用以空化机制为主第14页第二节超声与生物组织间相互作用三、超声诊疗安全性及注意事项

1.超声强度计算方式空间平均时间平均；空间峰值时间平均；为多个国家和组织采取空间平均时间峰值；空间峰值时间峰值。2.安全声强（美国FDA，我国超声标准化委员会推荐）

空间峰值时间平均声强：小于100毫瓦/平方厘米第15页第二节超声与生物组织间相互作用

3.超声探测安全性（世界卫生组织提议）

(1)只有在医学上含有明确理由时，才对人体使用诊疗超声；(2)以商业显示和取得试验图像为目标时，不应把超声用于辐照人体，尤其是辐照孕妇；(3)在确保取得良好图像质量和取得必要诊疗信息前提下，应使超声诊疗设备输出强度尽可能小。

第16页第二节超声与生物组织间相互作用

4.超声探测应遵照标准在明确诊疗目标情况下，应主动使用超声诊疗技术。在超声诊疗过程中，必须坚持最小剂量标准。即在确保取得必要诊疗信息前提下，应采取最小超声强度和最短辐照时间。拒绝一切与诊疗无关胎儿超声显像。对早孕胚胎不做或少做超声探测，对3个月以上胎儿定时超声探测时，应控制在3～5分钟之内完成。第17页第二节超声与生物组织间相互作用

5.超声探测注意事项成人超声探测

颅脑检验时每一固定切面连续检验时间控制在2分钟以内；

眼球检验时每一固定切面连续检验时间不应超出半分钟；

卵巢、睾丸检验时每一固定切面连续检验时间不应超出1分钟。第18页第二节超声与生物组织间相互作用产科超声探测

对不足3个月早孕孕妇尽可能不用超声进行常规检验；

对于有习惯性流产或已经有先兆流产症状者3个月内不提议做超声探测。必须要进行超声探测时，应控制每一固定切面检验连续时间在1分钟以内；

对3个月以上胎儿在脑、心、眼、脊髓等脏器检验