第七章 超聲波物理

第七章超聲波物理超聲(ultrosound，US)高頻機(jī)械波20000Hz～1015Hz人耳感覺(jué)不到超聲波20Hz～20000Hz診斷超聲頻率高、波長(zhǎng)短、方向性強(qiáng)、能量大、危害小人耳聽(tīng)閾1MHz(106Hz)～100MHz第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)第七章超聲波物理第一節(jié)超聲波的基本性質(zhì)一、超聲波的分類二、超聲波的產(chǎn)生機(jī)制三、聲速、聲壓、聲強(qiáng)與聲阻抗第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)一、超聲波的分類1.按振動(dòng)形式分縱波橫波氣體、液體、固體固體2.按頻率分(臨床用)低頻超聲1～2.75MHz中頻（常規(guī)）超聲3～10MHz高頻超聲12～20MHz超高頻超聲>20MHz3.按發(fā)射方式分類連續(xù)波脈沖波第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)脈沖波一、超聲波的分類第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)連續(xù)波正弦等幅波超聲頻率與振幅穩(wěn)定不變輸出電功率Ue有效電壓電壓峰值的0.707倍R聲源負(fù)載阻抗10％左右電功率轉(zhuǎn)變成聲功率一、超聲波的分類第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)振動(dòng)持續(xù)時(shí)間1.5～5S兩個(gè)相鄰脈沖前沿相隔時(shí)間脈沖寬度T脈沖重復(fù)周期(PRP)脈沖波特征量一、超聲波的分類脈沖寬度

T脈沖重復(fù)周期Tr間歇期（靜止期）第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)脈沖波特征量每秒內(nèi)脈沖重復(fù)出現(xiàn)的次數(shù)Tr+

=Tf脈沖重復(fù)頻率(PRF)f=1/T50～2000HzTr

間歇期

(靜止期)相鄰脈沖的間歇時(shí)間一、超聲波的分類脈沖寬度

T脈沖重復(fù)周期Tr間歇期（靜止期）第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)脈沖波特征量脈沖發(fā)射期間最大輸出功率單位時(shí)間輸出的功率S=/Tr0.0075％～1％S

占空因子脈沖寬度與靜止期之比W峰峰值功率平均功率一、超聲波的分類脈沖寬度

T脈沖重復(fù)周期Tr間歇期（靜止期）W=S·W峰第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)超聲探頭應(yīng)用壓電式換能法發(fā)射和接收超聲波壓電式換能法電磁能量機(jī)械振動(dòng)發(fā)射超聲接收超聲二、超聲波的產(chǎn)生機(jī)制彈性介質(zhì)產(chǎn)生超聲波必備條件聲源第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)1.壓電效應(yīng)機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能超聲接收換能器機(jī)械力引起材料內(nèi)部正負(fù)電荷重心相對(duì)位移,產(chǎn)生符號(hào)相反的表面電荷而產(chǎn)生電場(chǎng)。二、超聲波的產(chǎn)生機(jī)制第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)2.電致伸縮效應(yīng)電場(chǎng)引起材料內(nèi)部正負(fù)電荷重心相對(duì)位移,內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力導(dǎo)致宏觀上的幾何形變。電能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能壓電陶瓷超聲發(fā)射換能器二、超聲波的產(chǎn)生機(jī)制第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)3.壓電材料的選擇壓電效應(yīng)主要性能參數(shù)Tc居里點(diǎn)電疇結(jié)構(gòu)完全解體壓電效應(yīng)消失的溫度臨界值二、超聲波的產(chǎn)生機(jī)制第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)壓電接收常數(shù)g壓電片單位形變產(chǎn)生的電位移單位V·m·N-1接收型換能器選擇g大的壓電材料壓電發(fā)射常數(shù)d電場(chǎng)單位場(chǎng)強(qiáng)而產(chǎn)生的形變發(fā)射型換能器選擇d大的壓電材料二、超聲波的產(chǎn)生機(jī)制4.壓電效應(yīng)的主要新能參數(shù)第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)三、聲速、聲壓、聲強(qiáng)與聲阻抗固體中傳播縱波

Y楊氏模量G切變模量

介質(zhì)平均密度橫波1.

聲速(c)單位ms-1超聲單位時(shí)間傳播的距離第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)

B

體積彈性模量流體和氣體只能傳播縱波聲速與介質(zhì)性質(zhì)有關(guān)與頻率基本無(wú)關(guān)聲速與溫度成正比關(guān)系20℃空氣中343ms-1水中1450ms-1骨骼中比軟組織中快3倍以上臨床應(yīng)用時(shí)超聲速度在軟組織中近似取1500ms-1

介質(zhì)密度三、聲速、聲壓、聲強(qiáng)與聲阻抗1.

聲速(c)第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)020406080100T(℃)c(ms-1)

1550145014001500蒸餾水在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下聲速與溫度變化曲線三、聲速、聲壓、聲強(qiáng)與聲阻抗第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)2.聲壓(p)壓強(qiáng)瞬時(shí)值P與無(wú)超聲傳播時(shí)壓強(qiáng)值P0

之差超聲介質(zhì)中傳播介質(zhì)密度周期性變化瞬時(shí)壓強(qiáng)P變化聲壓周期性變化三、聲速、聲壓、聲強(qiáng)與聲阻抗第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)2.聲壓(p)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度連續(xù)超聲波運(yùn)動(dòng)方程質(zhì)點(diǎn)位移速度幅值vm

=A三、聲速、聲壓、聲強(qiáng)與聲阻抗第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)2.聲壓(p)聲壓數(shù)學(xué)表達(dá)式儀器顯示有效聲壓pepm

聲壓幅值A(chǔ)

聲振動(dòng)幅值

介質(zhì)密度c

波速

聲波圓頻率三、聲速、聲壓、聲強(qiáng)與聲阻抗第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)3.聲強(qiáng)(I)與聲壓關(guān)系單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位橫截面積的周期平均能量聲波傳播過(guò)程是聲源能量以聲速傳播出去的過(guò)程三、聲速、聲壓、聲強(qiáng)與聲阻抗第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)4.聲阻抗(Z)聲壓與聲振動(dòng)速度之比當(dāng)聲壓與振動(dòng)速度同位相時(shí)單位瑞利(Rayleigh)(10-1kg·m-2·s-1)聲阻抗與溫度有關(guān)三、聲速、聲壓、聲強(qiáng)與聲阻抗第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)血液1.05515701.656血漿1.027______大腦1.03815401.599小腦1.03014701.514脂肪0.95514761.410軟組織（平均值）1.01615001.542肌肉（平均值）1.07415681.684肝1.05015701.648腎___1560___腦積液1.00015221.522顱骨1.65838605.571甲狀腺______1.620-1.660介質(zhì)名稱密度（103kgm-3）速度（ms-1）聲阻抗(106

Nsm-3)三、聲速、聲壓、聲強(qiáng)與聲阻抗第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)胎體1.02315051.540羊水1.01314741.493胎盤___1541___角膜___1550___水晶體1.13616501.874前房水0.992-1.01214951.486-1.513玻璃體0.992-1.01014951.483-1.510鞏膜___1630___空氣（22℃）0.00118334.80.000407三、聲速、聲壓、聲強(qiáng)與聲阻抗第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)低聲阻的氣體或充氣組織如肺部組織中等聲阻的液體和軟組織如肌肉高聲阻的礦物組織如骨骼人體組織分成三大類三類組織聲阻相差甚大，彼此不能傳播聲波超聲檢測(cè)主要適用第二類組織三、聲速、聲壓、聲強(qiáng)與聲阻抗第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)第二類組織中，聲阻抗相差不大，聲速大致相等，又可利用不同類組織間的聲阻抗造成的反射、散射識(shí)別不同軟組織與器官的形態(tài)和性質(zhì)。這是超聲成像及讀片的基本物理依據(jù)。超聲通過(guò)聲阻抗差達(dá)到1的介質(zhì),可在其交界面上產(chǎn)生發(fā)射三、聲速、聲壓、聲強(qiáng)與聲阻抗第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)聲強(qiáng)級(jí)單位5.聲強(qiáng)級(jí)(LI)與聲壓級(jí)(LP)定義聲強(qiáng)級(jí)的生理學(xué)及物理學(xué)依據(jù)人耳感覺(jué)聲音強(qiáng)弱與聲強(qiáng)對(duì)數(shù)成正比人耳對(duì)聲音感覺(jué)的強(qiáng)度范圍甚大比較相差甚大的兩信號(hào)聲強(qiáng)比的對(duì)數(shù)I0

基準(zhǔn)聲強(qiáng)

10-12Wm-2貝爾（Bel、B）分貝（dB）1B=10dB聲強(qiáng)級(jí)(LI)三、聲速、聲壓、聲強(qiáng)與聲阻抗第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)5.聲強(qiáng)級(jí)(LI)與聲壓級(jí)(LP)聲壓級(jí)聲強(qiáng)正比于聲壓的平方聲壓級(jí)與聲強(qiáng)級(jí)數(shù)值上一樣表現(xiàn)形式不同三、聲速、聲壓、聲強(qiáng)與聲阻抗第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)5.聲強(qiáng)級(jí)(LI)與聲壓級(jí)(LP)I1

始波強(qiáng)度I2

儀器可探測(cè)最小強(qiáng)度臨床用聲強(qiáng)級(jí)表示儀器的探測(cè)靈敏度w

回波功率S

探頭面積U1、U2輸入、輸出電壓A1、A2聲壓信號(hào)幅值(增益)三、聲速、聲壓、聲強(qiáng)與聲阻抗第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)第二節(jié)超聲場(chǎng)一、圓形單晶片聲源的超聲場(chǎng)二、聲束的聚焦第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)一、圓形單晶片聲源的超聲場(chǎng)超聲能量空間分布狀態(tài)用聲壓分布或聲強(qiáng)分布描述換能器可看成許多微小面積聲源的疊加每個(gè)微小聲源的超聲場(chǎng)形狀用惠更斯原理計(jì)算超聲場(chǎng)r

任意點(diǎn)至點(diǎn)源距離dS

點(diǎn)源面積k

波數(shù)角頻率p0

點(diǎn)源初始聲壓對(duì)點(diǎn)源積分可得換能器在空間任意點(diǎn)的超聲場(chǎng)第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)聲壓幅值分布圓形晶片換能器沿中心法線上聲壓1.超聲場(chǎng)軸線上的聲壓分布p0

晶片表面聲壓幅值超聲波長(zhǎng)D

晶片直徑一、圓形單晶片聲源的超聲場(chǎng)第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)1.超聲場(chǎng)軸線上的聲壓分布近場(chǎng)區(qū)內(nèi)聲壓分布聲場(chǎng)中心軸上聲壓幅值隨聲程x變化而變化，范圍是0～2p0求出聲場(chǎng)中心軸上聲壓最大及最小值觀察近場(chǎng)區(qū)內(nèi)聲壓分布一、圓形單晶片聲源的超聲場(chǎng)第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)近場(chǎng)區(qū)內(nèi)聲壓分布1.超聲場(chǎng)軸線上的聲壓分布聲壓極小值pm=0此時(shí)X位置即聲壓極小值位置一、圓形單晶片聲源的超聲場(chǎng)第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)物理意義直徑為D圓形晶片，向彈性介質(zhì)輻射波長(zhǎng)超聲波，應(yīng)有個(gè)極小值x不能為負(fù)晶片表面聲壓幅值不能為零n取小于的正整數(shù)近場(chǎng)區(qū)內(nèi)聲壓分布1.超聲場(chǎng)軸線上的聲壓分布聲壓極小值一、圓形單晶片聲源的超聲場(chǎng)第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)聲壓極大值pm=2po此時(shí)x值位置為聲壓極大值位置近場(chǎng)區(qū)內(nèi)聲壓分布1.超聲場(chǎng)軸線上的聲壓分布一、圓形單晶片聲源的超聲場(chǎng)第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)物理意義直徑為D圓形活塞聲源向彈性介質(zhì)輻射波長(zhǎng)超聲波，近場(chǎng)有包含0在內(nèi)的個(gè)極大值x不能為負(fù)且不能為零m=0公式仍有意義m取包含0在內(nèi)小于正整數(shù)聲壓極大值近場(chǎng)區(qū)內(nèi)聲壓分布1.超聲場(chǎng)軸線上的聲壓分布一、圓形單晶片聲源的超聲場(chǎng)第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)直徑D愈大愈短頻率愈高n和m取值愈多,近場(chǎng)內(nèi)聲壓起伏愈大,聲壓分布愈不均勻。一、圓形單晶片聲源的超聲場(chǎng)第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)直徑D愈大愈短頻率愈高n和m取值愈多,近場(chǎng)內(nèi)聲壓起伏愈大,聲壓分布愈不均勻。一、圓形單晶片聲源的超聲場(chǎng)第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)近場(chǎng)區(qū)長(zhǎng)度用m=0處聲壓極大值的位置來(lái)表示L近場(chǎng)長(zhǎng)度半徑a愈大，超聲頻率愈高，近場(chǎng)長(zhǎng)度L愈長(zhǎng)聲學(xué)上稱L以內(nèi)的近場(chǎng)區(qū)為菲涅爾(Fresnel)區(qū)一、圓形單晶片聲源的超聲場(chǎng)第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)x

較大A為圓形晶片面積泰勒(Taylor)級(jí)數(shù)運(yùn)算得遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)內(nèi)聲壓分布聲程x大于近場(chǎng)長(zhǎng)度L區(qū)域內(nèi)聲壓呈單值變化一、圓形單晶片聲源的超聲場(chǎng)第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)一般遠(yuǎn)場(chǎng)滿足三角函數(shù)性質(zhì)(很小sin)一、圓形單晶片聲源的超聲場(chǎng)第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)聲壓P與距離x按反比例減弱P與x反比關(guān)系在x>5L時(shí)才明顯表現(xiàn)一般遠(yuǎn)場(chǎng)滿足三角函數(shù)性質(zhì)(很小sin)聲壓P與距離x按反比例減弱P與x反比關(guān)系在x>5L時(shí)才明顯表現(xiàn)一、圓形單晶片聲源的超聲場(chǎng)第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)主瓣

副瓣

20Ｏ

10Ｏ

0Ｏ

10Ｏ

20Ｏ2.超聲場(chǎng)的角分布換能器指向性即描述聲束集中程度聲壓不但隨距離而變=0

聲壓最大在中心軸及其以外的聲壓不均勻分布中心部出現(xiàn)一主瓣，主瓣旁出現(xiàn)許多副瓣。還隨方向角而變表現(xiàn)為主瓣稱主聲束一、圓形單晶片聲源的超聲場(chǎng)單晶片的指向性第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)2.超聲場(chǎng)的角分布聲壓空間角分布表示r

圓片中心到場(chǎng)點(diǎn)距離

r與軸線間的夾角J1第一類貝塞爾函數(shù)一、圓形單晶片聲源的超聲場(chǎng)主瓣

副瓣

單晶片的指向性20Ｏ

10Ｏ

0Ｏ

10Ｏ

20Ｏ第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)Dc

指向性因數(shù)距晶片中心距離為r并與聲場(chǎng)中軸線成角處的聲壓與中心軸線上同樣距離r處的聲壓之比超聲強(qiáng)度角分布的相對(duì)值當(dāng)kasin=3.83，7.02，10.17等時(shí)J1等于零Dc等于零數(shù)值相應(yīng)的角方向上沒(méi)有輻射波一、圓形單晶片聲源的超聲場(chǎng)第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)半擴(kuò)散角Dc=0的第一點(diǎn)即kasin=3.83時(shí)相應(yīng)的角度D

圓形晶片直徑主瓣指向角的Franhofer公式越小D越大L越大、θ越小超聲成束性越好d

方形晶片邊長(zhǎng)一、圓形單晶片聲源的超聲場(chǎng)第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)近場(chǎng)內(nèi)超聲束平行度最高，反射界面與晶片垂直性最好，反射聲強(qiáng)較高，失真度小，但在近場(chǎng)近晶片端，由于發(fā)射干擾可存在盲區(qū)遠(yuǎn)場(chǎng)有聲束擴(kuò)散，聲束不平行反射聲強(qiáng)較弱，失真度高醫(yī)學(xué)診斷要求超聲束擴(kuò)散角在±3.5以下超聲束截面積太大可使超聲橫向分辨力降低一、圓形單晶片聲源的超聲場(chǎng)第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)B為常數(shù)二、聲束的聚焦1.超聲聚焦原理聲束寬度限制橫向分辨力使用聲聚焦探頭減小聲束寬度集中治療腫瘤不損壞正常組織聲程x及焦距f大于晶片半徑a(x>a，f>a)聚焦聲束軸上聲壓幅值第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)焦點(diǎn)上聲壓增加到

倍表示聲壓在焦點(diǎn)處上升程度愈短，p上升幅度越高，聚焦效果愈好但焦距f不能比近場(chǎng)長(zhǎng)度L小得太多否則焦點(diǎn)后面聲束迅速擴(kuò)散，無(wú)法探測(cè)信息(一般f在L附近)。Ｐ值表達(dá)式二、聲束的聚焦第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)焦點(diǎn)處超聲強(qiáng)度不得超過(guò)安全值為獲得細(xì)長(zhǎng)聲束，須綜合考慮半徑a、波長(zhǎng)和焦距fd的大小影響超聲診斷的橫向分辨力實(shí)際應(yīng)用希望焦點(diǎn)直徑d小，焦距f大，但這是矛盾的a

探頭晶片半徑理想球面透鏡焦點(diǎn)直徑d與波長(zhǎng)和焦距f的關(guān)系超聲功率小于200Wm-2對(duì)人體無(wú)害二、聲束的聚焦第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)2.聲聚焦方法聲透鏡聚焦凹透鏡曲面換能器聚焦晶片型探頭電子聚焦多晶片電子聚焦換能器兩邊延遲時(shí)間最小并對(duì)稱中央延遲線延遲時(shí)間最大由兩邊向中間依次振動(dòng)形成圓形波陣面圓心即聚焦點(diǎn)二、聲束的聚焦第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)電子聚焦二、聲束的聚焦2.聲聚焦方法第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)改變晶片間相對(duì)延遲時(shí)間，能改變聲束的方向。對(duì)各晶片依次加上線性遞變延遲激勵(lì)脈沖，超聲束方向偏轉(zhuǎn)一個(gè)角度，不斷改變這個(gè)角度，可得到扇形掃描超聲束，即相控扇形掃描。為提高橫向分辨力，常采用相控陣聚焦方法，用不同超聲換能器實(shí)現(xiàn)線性掃描成像、扇形掃描成像及各種復(fù)合掃描成像。電子聚焦換能器是B超診斷儀采用的一種換能器。二、聲束的聚焦第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)一、反射與透射二、衍射與散射三、聲波在介質(zhì)中的衰減規(guī)律四、聲波的波形轉(zhuǎn)換和聲學(xué)諧波五、聲波通過(guò)介質(zhì)薄層的特征第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)聲學(xué)中介質(zhì)是以聲阻抗劃分，聲波介質(zhì)界面就是聲阻抗不同的介質(zhì)分界面。在聲學(xué)介質(zhì)中，兩物質(zhì)物理性質(zhì)不同，或由不同的原子、分子組成，如果其聲阻抗相同，則認(rèn)為它們是聲學(xué)的同種均勻介質(zhì)，其間不存在界面。一、反射與透射第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)超聲波傳播遵循幾何聲學(xué)原則反射或透射的條件介質(zhì)聲阻抗界面處突變“不連續(xù)”界面線度遠(yuǎn)大于聲波波長(zhǎng)及聲束直徑直線傳播遇到界面發(fā)生反射和透射臨床上反射回聲帶來(lái)體內(nèi)臟器及大界面信息一、反射與透射第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)研究聲波傳播特性基本依據(jù)聲壓連續(xù)法向速度連續(xù)能量守恒界面兩側(cè)聲壓相等質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度在垂直界面的分量相等一、反射與透射第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)1.反射系數(shù)Z2Z1c1c2rvrprtvtpt反射聲壓pr和入射聲壓pi之比pt

透射聲壓質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度與聲傳播方向相同如圖向下方向定為正兩個(gè)連續(xù)ivipi一、反射與透射聲壓反射系數(shù)第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)結(jié)合速度、聲壓與聲阻抗關(guān)系聯(lián)立導(dǎo)出一、反射與透射1.反射系數(shù)第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)聲波垂直入射Z2>>Z1rp≈lZ1>>Z2半波損失全反射且反射波與入射波位相突變Z1=Z2rp=0Z1>Z2rp<0rp≈-1全反射無(wú)透射全透射反射波與入射波反相一、反射與透射1.反射系數(shù)第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)表7-2在生物介質(zhì)不同界面超聲垂直入射時(shí)的聲壓反射系數(shù)一、反射與透射1.反射系數(shù)水0.3500.5700.0070.0350.0070.0290.0200.0470脂肪0.3900.6100.0470.0490.0540.0760.067肌肉0.3300.5600.0200.0150.0130.009皮膚0.3200.5600.0290.0060.022腦0.3400.5700.00.028肝0.3200.5500.028血液0.3500.570顱骨0.290名稱熒光樹(shù)脂顱骨血液肝腦皮膚肌肉脂肪水查表聲波由水入腦的rＩ＝0.007計(jì)算分貝第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)1.反射系數(shù)分貝(dB)表示反射聲強(qiáng)與入射聲強(qiáng)之比一、反射與透射聲強(qiáng)反射系數(shù)第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)2.全反射超聲波透射定律rZ2itZ1c1c2vivrvttib如圖cl<c2

透射角隨入射角增大而增大入射角達(dá)到b值透射角增大至90入射角大于b值超聲在界面全反射b角稱全反射臨界角一、反射與透射第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)2.全反射水作探頭與皮膚間夾層，臨界角7630'石蠟油作夾層，臨界角67o10'實(shí)際應(yīng)用中探頭探測(cè)角度不超24o全反射現(xiàn)象對(duì)超聲診斷無(wú)意義，應(yīng)盡量避免。減少信號(hào)強(qiáng)度損失避免產(chǎn)生透射偽像及全反射現(xiàn)象一、反射與透射第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)3.透射系數(shù)由聲壓連續(xù)和法向速度連續(xù)可知衡量超聲在不同介質(zhì)中透射能量的大小聲壓透射系數(shù)如圖一、反射與透射rZ2itZ1c1c2vivrvtpiprpt第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)聲壓透射系數(shù)3.透射系數(shù)由反射定律可知i=rpr=pt–pi

一、反射與透射rZ2itZ1c1c2vivrvtpiprpt第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)聲壓透射系數(shù)3.透射系數(shù)聲波垂直入射Z1>>Z2

tP0

超聲強(qiáng)烈反射無(wú)透射Z1≈Z2

tP≈1

超聲全部透射Z2>>Z1

tP≈2

駐波現(xiàn)象反射強(qiáng)烈一、反射與透射第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)聲壓透射系數(shù)3.透射系數(shù)聲波垂直入射超聲在界面反射和透射只有垂直入射聲強(qiáng)才能守恒一、反射與透射第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)二、衍射與散射1.衍射超聲波長(zhǎng)與物體尺寸可以比擬甚至更大時(shí)，會(huì)發(fā)生衍射和散射現(xiàn)象

界面或障礙物線度與超波長(zhǎng)相近，超聲繞過(guò)障礙物傳播聲影聲波不能完全繞過(guò)線度較大障礙物其后存在聲波不能達(dá)到的空間圖像表現(xiàn)為暗區(qū)，是探測(cè)不到的盲區(qū)第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)1.衍射與波長(zhǎng)相仿的病灶探測(cè)不到聲波完全繞過(guò)與其波長(zhǎng)相仿的病灶不形成反射回波不形成病灶輪廊圖像可存在反向散射可判定病灶性質(zhì)二、衍射與散射第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)2.散射界面或障礙物線度ｄ小于且接近超聲波波長(zhǎng)，傳播方向連續(xù)改變。懸浮粒子成為子波源（散射中心）向空間各方向發(fā)射散射波（子波）形成干涉空間（散射波場(chǎng)）干擾入射波（入射波與子波相干涉）超聲入射懸浮粒子(塵埃、煙霧、雜質(zhì)、氣泡等)二、衍射與散射第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)2.散射散射截面定量描述散射程度W

總散射功率Ii

入射聲強(qiáng)二、衍射與散射第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)3.結(jié)論d>>λd<<λd≈λ

散射不明顯，主要是反射、透射，并有聲影散射明顯，散射場(chǎng)強(qiáng)度均勻分布散射聲強(qiáng)與入射波頻率四次方成反比散射場(chǎng)強(qiáng)度分布復(fù)雜，表現(xiàn)為角分布聲強(qiáng)與頻率四次方成正比，與距離平方成反比二、衍射與散射第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)三、聲波在介質(zhì)中的衰減規(guī)律1.衰減概念聲波衰減的主要原因擴(kuò)散衰減

散射衰減吸收衰減聲波聲強(qiáng)隨傳播距離增加而逐漸減弱的現(xiàn)象第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)1.衰減概念S0I0=SI

S=4r2，S0=4r02

擴(kuò)散衰減

r0rS0SI0I聲波能量分布改變?cè)斐傻乃p設(shè)距離聲源半徑ro的球面So上聲強(qiáng)Io

傳到r處強(qiáng)度I，不考慮介質(zhì)吸收單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)波陣面能量相等平方反比定律擴(kuò)散衰減與波陣面形狀有關(guān)，與介質(zhì)特性無(wú)關(guān)三、聲波在介質(zhì)中的衰減規(guī)律第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)1.衰減概念散射衰減聲波與散射中心多次相互作用部分聲能轉(zhuǎn)化為熱能散失介質(zhì)并不絕對(duì)均勻含有雜質(zhì)成為散射中心同時(shí)熱起伏導(dǎo)致介質(zhì)局部密度變化聲波散射能量損耗聲波與散射中心相互作用生物組織更是一個(gè)不均勻介質(zhì)三、聲波在介質(zhì)中的衰減規(guī)律第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)吸收衰減聲能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?、機(jī)械能等其它形式能量吸收機(jī)制粘滯吸收熱傳導(dǎo)和熱輻射吸收弛豫吸收介質(zhì)吸收聲能后分子勢(shì)能增加一段時(shí)間后以聲波形式發(fā)射

吸收與聲波頻率關(guān)系甚大（f大吸收衰減多）三、聲波在介質(zhì)中的衰減規(guī)律1.衰減概念第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)2.介質(zhì)吸收衰減規(guī)律聲強(qiáng)吸收系數(shù)平行窄束聲波通過(guò)無(wú)限大均勻介質(zhì)“平行”“窄束”避開(kāi)散射、擴(kuò)散衰減影響積分得薄層dx內(nèi)強(qiáng)度減少量-dIx=0處強(qiáng)度幅值I0

如圖超聲沿X軸正向傳入均勻介質(zhì)研究方法超聲波的吸收特性dx

I0Ix=0x三、聲波在介質(zhì)中的衰減規(guī)律第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)2.介質(zhì)吸收衰減規(guī)律同理聲壓幅值吸收規(guī)律兩吸收系數(shù)關(guān)系p0

起始聲壓p

傳播X距離后聲壓p

聲壓吸收系數(shù)聲壓表示聲強(qiáng)吸收三、聲波在介質(zhì)中的衰減規(guī)律第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)3.生物組織主要聲學(xué)參數(shù)衰減系數(shù)吸收衰減系數(shù)、散射衰減系數(shù)與組織厚度、超聲頻率有關(guān)α=βf

β平均吸收系數(shù)軟組織對(duì)超聲平均衰減系數(shù)頻率增加1MHz，傳播距離增加1cm組織對(duì)超聲衰減增加0.81dB0.81×dB(cm·MHz)-1三、聲波在介質(zhì)中的衰減規(guī)律第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)3.生物組織主要聲學(xué)參數(shù)半價(jià)層H組織內(nèi)傳播的超聲波其強(qiáng)度衰減到初始值一半時(shí)的距離，單位為cm

。混響時(shí)間聲源停止發(fā)射后，聲場(chǎng)中某點(diǎn)振動(dòng)延續(xù)時(shí)間原因界面間多次反射聲波引起固有振動(dòng)介質(zhì)不均勻性引起散射三、聲波在介質(zhì)中的衰減規(guī)律第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)聲束與界面垂直無(wú)透射不產(chǎn)生橫波1.聲波類型的轉(zhuǎn)換縱波以一定角度由液體射入固體產(chǎn)生反射和透射。反射波仍在液體中為縱波；透射波透入固體改變傳方向，與振動(dòng)方向成一定角度?？煞纸鉃榇怪狈至亢推叫蟹至?jī)深惒ǎ礄M波和縱波。介質(zhì)性質(zhì)不同透射角度不同，橫波和縱波振幅不同。液體固體縱波縱波原傳播方向振動(dòng)方向四、聲波的波形轉(zhuǎn)換和聲學(xué)諧波聲波轉(zhuǎn)換臨床意義由腦組織射入顱骨產(chǎn)生橫波形成偽影第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)2.聲學(xué)諧波基礎(chǔ)

線性聲學(xué)中聲速與聲波強(qiáng)度無(wú)關(guān)，單頻聲波射入靜止介質(zhì)，回波頻率和入射波一樣。介質(zhì)不符合線性關(guān)系聲波強(qiáng)度很大

精細(xì)分析

非線性聲學(xué)理論的應(yīng)用四、聲波的波形轉(zhuǎn)換和聲學(xué)諧波第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)2.聲學(xué)諧波基礎(chǔ)

常見(jiàn)聲學(xué)諧波的類型波形的畸變組織諧波氣泡產(chǎn)生的諧波四、聲波的波形轉(zhuǎn)換和聲學(xué)諧波第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)2.聲學(xué)諧波基礎(chǔ)

波形的畸變四、聲波的波形轉(zhuǎn)換和聲學(xué)諧波第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)2.聲學(xué)諧波基礎(chǔ)

波形的畸變頻率越高振幅越大，非線性畸變?cè)酱笏?、聲波的波形轉(zhuǎn)換和聲學(xué)諧波第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)2.聲學(xué)諧波基礎(chǔ)

組織諧波單頻簡(jiǎn)諧波在組織中傳播發(fā)生非線性畸變時(shí)，周期不變，按照傅立葉變換理論，相當(dāng)于產(chǎn)生頻率為原始頻率整數(shù)倍的諧波。x=0幅度為零，x增大幅度增大。深度幅度基波諧波基頻波和諧波隨傳播距離變化規(guī)規(guī)律四、聲波的波形轉(zhuǎn)換和聲學(xué)諧波第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)2.聲學(xué)諧波基礎(chǔ)

氣泡產(chǎn)生的諧波空化效應(yīng)超聲液體中傳播聲壓起伏聲壓為負(fù)液體汽化產(chǎn)生氣泡穩(wěn)態(tài)空化周期性振動(dòng)暫態(tài)空化劇烈振動(dòng)四、聲波的波形轉(zhuǎn)換和聲學(xué)諧波第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)氣泡產(chǎn)生的諧波2.聲學(xué)諧波基礎(chǔ)

四、聲波的波形轉(zhuǎn)換和聲學(xué)諧波第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)氣泡產(chǎn)生的諧波2.聲學(xué)諧波基礎(chǔ)

四、聲波的波形轉(zhuǎn)換和聲學(xué)諧波第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)氣泡產(chǎn)生的諧波2.聲學(xué)諧波基礎(chǔ)

氣泡振動(dòng)是非線性的，包含各種諧波包括入射超聲波的基頻f0

、倍頻（2f0、3f0、4f0…）和次頻成分(

)醫(yī)學(xué)利用造影劑產(chǎn)生微氣泡獲得諧波進(jìn)行諧波成像氣泡產(chǎn)生的諧波比組織諧波強(qiáng)的多含有氣泡的介質(zhì)非線性很強(qiáng)四、聲波的波形轉(zhuǎn)換和聲學(xué)諧波第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)3.反射增強(qiáng)對(duì)不同深度回波信號(hào)進(jìn)行不同程度放大,部位越深信號(hào)放大倍數(shù)越大,使同種均勻介質(zhì)回波信號(hào)強(qiáng)度基本相同。若使軟組織反射信號(hào)均勻一致則液體反射信號(hào)比入射波強(qiáng)度大,即反射增強(qiáng)。四、聲波的波形轉(zhuǎn)換和聲學(xué)諧波第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)3.反射增強(qiáng)四、聲波的波形轉(zhuǎn)換和聲學(xué)諧波第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)3.反射增強(qiáng)四、聲波的波形轉(zhuǎn)換和聲學(xué)諧波第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)得出聲強(qiáng)透射系數(shù)五、聲束通過(guò)介質(zhì)薄層的特征如圖聲波垂直通過(guò)厚度d的介質(zhì)薄層。忽略介質(zhì)對(duì)聲能量吸收，因入射波和反射波疊加各層間聲壓重新分布。IiIt第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)

1.

Z1·Z3>>Z2

如Z2為軟組織間的空氣薄層聲束不能透射五、聲束通過(guò)介質(zhì)薄層的特征第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)相當(dāng)于聲束垂直通過(guò)Z1、Z3

介質(zhì)薄層消失

2.

d=2/2，2，3/22，…，n2/4

(n不等于零的偶數(shù))，或d<<2五、聲束通過(guò)介質(zhì)薄層的特征第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)相當(dāng)于兩個(gè)介質(zhì)界面不存在且d為奇數(shù)倍3.五、聲束通過(guò)介質(zhì)薄層的特征第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)4.耦合劑(couplinggel)填充厚度極小的耦合劑，相當(dāng)于聲束垂直通過(guò)介質(zhì)薄層探頭與體表間存在聲阻抗差很大的界面，使超聲波難以進(jìn)入人體使耦合劑厚度等于奇數(shù)倍阻抗值平方等于兩側(cè)介質(zhì)阻抗的乘積可使超聲盡可能完全進(jìn)入人體五、聲束通過(guò)介質(zhì)薄層的特征第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)4.耦合劑(couplinggel)臨床使用液體石蠟最大透射率是入射強(qiáng)度的四分之三左右超聲從高聲阻探頭射向低聲阻皮膚時(shí)應(yīng)選擇聲阻大小介于探頭與皮膚聲阻之間某一值的耦合劑，這樣可增加超聲的初始透射率。治療用探頭聲阻16.90×105瑞利檢測(cè)用探頭聲阻3.20×105瑞利皮膚聲阻1.59×105瑞利五、聲束通過(guò)介質(zhì)薄層的特征第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)第四節(jié)多普勒效應(yīng)二、多普勒效應(yīng)的數(shù)學(xué)表示一、聲波的多普勒效應(yīng)三、頻移信號(hào)的采集第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)一、聲波的多普勒現(xiàn)象1842年奧地利數(shù)學(xué)家和天文學(xué)家多普勒效應(yīng)(Dopplereffect)ChristianJohannDoppler聲源或接收體或兩者同時(shí)相對(duì)介質(zhì)運(yùn)動(dòng)，接收頻率發(fā)生變化1.波源和接收體相對(duì)運(yùn)動(dòng)發(fā)生在兩者連線上f

發(fā)射頻率波源相對(duì)介質(zhì)運(yùn)動(dòng)的速度u接收體相對(duì)介質(zhì)運(yùn)動(dòng)的速度v接收頻率第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)2.波源與接收體相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向成一定的角度波源相對(duì)于介質(zhì)運(yùn)動(dòng)方向與波源和接收體連線的夾角接收體相對(duì)于介質(zhì)運(yùn)動(dòng)方向與波源和接收體連線的夾角u·cos

u在連線上的分量v·cos

v在連線上的分量一、聲波的多普勒現(xiàn)象第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)二、多普勒效應(yīng)的數(shù)學(xué)表示1.多普勒頻移公式

第一次多普勒頻移被血液顆粒散射超聲波返回接收極血液顆粒作為波源相當(dāng)接收體運(yùn)動(dòng)超聲波射入血液顆粒血液顆粒作為接收體相對(duì)波源運(yùn)動(dòng)第二次多普勒頻移第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)1.多普勒頻移公式

如圖所示二、多普勒效應(yīng)的數(shù)學(xué)表示第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)1.多普勒頻移公式

第一次多普勒頻移第二次多普勒頻移接收體靜止波源運(yùn)動(dòng)接收體運(yùn)動(dòng)波源靜止二、多普勒效應(yīng)的數(shù)學(xué)表示第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)1.多普勒頻移公式

c2>>v2v≠0，I、r≠90f0、c、i、r一定，fd與血流速度

v有關(guān)測(cè)得fd可求得相應(yīng)血流速度v若i=r=f與fo存在差頻，即多普勒頻移fd二、多普勒效應(yīng)的數(shù)學(xué)表示第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)2.矢量公式及物理意義

多普勒頻移與入射角和反射角大小密切相關(guān)引入矢量表示更為直觀

速度矢量波矢量方向沿聲波傳播方向二、多普勒效應(yīng)的數(shù)學(xué)表示第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)2.矢量公式及物理意義

多普勒頻移矢量表示式超聲多普勒技術(shù)理論的最基本數(shù)學(xué)模型分析超聲儀器對(duì)速度矢量的檢測(cè)靈敏度二、多普勒效應(yīng)的數(shù)學(xué)表示第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)二、多普勒效應(yīng)的數(shù)學(xué)表示方向與成1800d

負(fù)值方向水平軸向流動(dòng)靈敏度高橫向流檢測(cè)不靈敏發(fā)射和接受換能器處于血管兩側(cè)無(wú)法避免有礙聲波傳播的骨骼、氣腔等缺點(diǎn)(a)第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)二、多普勒效應(yīng)的數(shù)學(xué)表示方向與成1800d

負(fù)值方向水平軸向流動(dòng)靈敏度高橫向流檢測(cè)不靈敏發(fā)射和接受換能器處于血管兩側(cè)無(wú)法避免有礙聲波傳播的骨骼、氣腔等缺點(diǎn)(a)第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)(b)d=0任何方向流速都不靈敏二、多普勒效應(yīng)的數(shù)學(xué)表示第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)(b)二、多普勒效應(yīng)的數(shù)學(xué)表示d=0任何方向流速都不靈敏第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)(c)軸向流不靈敏垂向流高靈敏度垂直d=0二、多普勒效應(yīng)的數(shù)學(xué)表示第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)(c)二、多普勒效應(yīng)的數(shù)學(xué)表示軸向流不靈敏垂向流高靈敏度垂直d=0第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳播特性第四節(jié)多普勒效應(yīng)第五節(jié)血流動(dòng)力學(xué)效應(yīng)(d)傾斜既能測(cè)定水平流速，也能測(cè)定垂直流速發(fā)送器、接收器處于同一側(cè)且比較接近，可固定在一個(gè)換能器中最實(shí)用二、多普勒效應(yīng)的數(shù)學(xué)表示第一節(jié)超聲波物理基本性質(zhì)第二節(jié)超聲場(chǎng)第三節(jié)聲波在介質(zhì)中的傳