超声成像的物理原理

,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,Click to edit Master title style,*,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,Click to edit Master title style,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,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,20000,Hz,的机械波为超声波。,超声诊断使用的频率范围,:,0.5-60MHz,，常用,2-14,MHz,。,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,。,近场,远场,D,1/2,D,声源直径,扩散角,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,1,2,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/cm,2,，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,、超声波的概念是什么？,2,、临床使用的二维超声主要是利用超声波什么物 理原理？,3,、生物组织对入射超声有哪些主要作用？,4,、超声对生物组织有什么作用？,5,、超声探测应遵循的原则和注意事项是什么？,谢谢！,