超聲成像的物理原理

1、,,超聲診斷學(xué),高職高專衛(wèi)生部規(guī)劃教材《超聲診斷學(xué)》,高職高專衛(wèi)生部規(guī)劃教材 醫(yī)學(xué)影像技術(shù)專業(yè)《超聲診斷學(xué)》CAI課件,第二章 超聲成像的物理原理,包頭醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院 閆國(guó)珍,學(xué)習(xí)目標(biāo),1. 掌握超聲的定義及超聲傳播中頻率、 聲速、波長(zhǎng)三者之間的關(guān)系。2. 熟悉人體組織對(duì)入射聲束的作用;入射超聲對(duì)人體組織的作用。3. 了解超聲診斷的安全性及注意事項(xiàng)。,,第一節(jié) 超聲成像的物理基礎(chǔ),一、超聲波的定義

2、 聲源振動(dòng)頻率>20000Hz的機(jī)械波為超聲波。超聲診斷使用的頻率范圍: 0.5-60MHz ，常用 2-14MHz。,次聲波 20Hz 20000Hz 超聲波 （聲波）,,,,,二、超聲波的特性 超聲在彈性介質(zhì)中以縱波形式傳播，遵守聲波的物理特性，即束射、反射、折射、繞射、散射、吸收、衰減和多普勒效應(yīng)等特性

3、。,三、超聲波的發(fā)生,正壓電效應(yīng)：由外力作用引起材料表面產(chǎn)生電荷，形成電場(chǎng)，稱為正壓電效應(yīng)；,逆壓電效應(yīng)：在材料兩端施加一個(gè)電壓時(shí)，晶體將產(chǎn)生幾何變形，稱為逆壓電效應(yīng)。,變形 電場(chǎng),,電場(chǎng) 變形,,三、超聲波的發(fā)生 在臨床工作中，利用逆壓電效應(yīng)形成超聲發(fā)生器；利用正壓電效應(yīng)形成回聲接收器。,常用的超聲探頭與臨床應(yīng)用：,1、凸陣探頭：主要用于腹部、婦產(chǎn)科；2、線陣探頭：主要用于外周血管、小器

4、官；3、機(jī)械扇形掃描探頭：主要用于心臟檢查；4、環(huán)陣扇形探頭：主要用于腔內(nèi)檢查。,四、超聲波的傳播超聲波的三個(gè)基本物理量 1、波長(zhǎng)(λ)：在波的傳播方向上，質(zhì)點(diǎn)完成一次振動(dòng)的距離，單位：mm；2、頻率(f)：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)質(zhì)點(diǎn)完成一個(gè)振動(dòng)過(guò)程的次數(shù)，單位：Hz； 3、聲速(c)：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)聲波在介質(zhì)中的傳播距離, 單位：m/s。目前醫(yī)用超聲儀一般將軟組織聲速的平均值定為1540m/s。,三者的關(guān)系：λ=c/f

5、 超聲波在固體中傳播速度最快，在氣體中最慢：骨與軟骨中聲速約為4500m/s；軟組織(肝、膽、胰等)平均聲速約為1540m/s；肺、胃腸道等含氣臟器中聲速為350m/s。,,4、聲場(chǎng),5、分辨力： 超聲能夠發(fā)現(xiàn)最小障礙物的能力，稱為分辨力，包括：（1）空間分辨力：能夠辨別兩個(gè)細(xì)小目標(biāo)空間位置的能力，分為軸向分辨力、橫向分辨力和側(cè)向分辨力；（2）對(duì)比分辨力：在灰階或亮度上分辨不同目標(biāo)的能力 。,空間分辨力,第二節(jié)

6、 人體組織對(duì)超聲的作用,一、聲阻抗與界面,1、聲阻抗：系密度與聲速的乘積，單位為瑞利；2、界面：兩種聲阻抗不同物體接觸在一起時(shí)，形成一個(gè)界面，尺寸小于波長(zhǎng)時(shí)稱小界面，反之稱為大界面。,二、反射與折射 1、反射：在超聲的傳播過(guò)程中，如果聲束遇到大界面，則一部分超聲能量會(huì)返回到原來(lái)的介質(zhì)中，形成反射。2、折射：在超聲的傳播過(guò)程中，當(dāng)分界面兩邊的聲速不同時(shí)，超聲波透入第二種介質(zhì)后，其傳播方向?qū)l(fā)生改變，產(chǎn)生折射。,,反射與折射,三、

7、散射 超聲波在傳播中遇到粗糙面或極小的障礙物時(shí)，將有一部分能量被散射，向各個(gè)空間方向分散輻射。散射來(lái)自臟器內(nèi)的細(xì)小結(jié)構(gòu)，紅細(xì)胞的背向散射是多普勒超聲診斷的基礎(chǔ)。,散射,四、繞射 當(dāng)入射聲束遇到同超聲波長(zhǎng)大小接近的界面時(shí)；或者當(dāng)入射聲束經(jīng)過(guò)界面的邊緣，并且聲束邊緣與界面邊緣的距離小于1～2個(gè)超聲波長(zhǎng)時(shí)，聲束就會(huì)在界面邊緣處發(fā)生彎曲，繞過(guò)該障礙物而繼續(xù)前進(jìn)，反射很少，這種現(xiàn)象稱為繞射，亦稱衍射。,繞射,,

8、五、衰減 超聲波在介質(zhì)內(nèi)的傳播過(guò)程中，隨著傳播距離的增大，聲波能量逐漸減少的現(xiàn)象，稱為衰減。 造成衰減的主要原因：反射、散射、吸收、聲束發(fā)散。,衰減,第三節(jié) 超聲對(duì)人體組織的作用,一、超聲的生物效應(yīng)  超聲波是帶有一定能量的機(jī)械波，當(dāng)一定劑量的超聲波在生物體內(nèi)傳播時(shí)，通過(guò)超聲與生物組織的相互作用，可以引起生物體的功能、結(jié)構(gòu)或狀態(tài)的變化，這就是超聲生物效應(yīng)。,一、超聲的生物效應(yīng) 

9、 產(chǎn)生超聲生物效應(yīng)的主要機(jī)制有：熱效應(yīng)、機(jī)械效應(yīng)、空化效應(yīng)、化學(xué)作用。當(dāng)超聲劑量超出規(guī)定，將造成若干生物效應(yīng)。,二、超聲診斷的安全性診斷用超聲劑量（聲強(qiáng)）的限定值：Ispta<100mW/cm2，一次超聲照射時(shí)間10-20分鐘。,1、超聲波是聲源振動(dòng)頻率大于20000Hz的機(jī)械波，可以通過(guò)換能器的正、逆壓電效應(yīng)產(chǎn)生和接收，醫(yī)用超聲診斷頻率最常選用在2-14MHz頻率范圍內(nèi)；2、不同組織的超聲速度和聲特性阻抗不同，超聲