网络机械设备基础知识讲座

网络设备基础知识v

物理层设备与冲突域v

数据链路层设备与广播域

v

网络层设备v

中继器

v

集线器

v

冲突域v

由于在网络中存在损耗，在线路上传输的信号功率会逐渐衰减，衰减到一定程度时将造成信号失真，因此会导致接收错误。v

为解决这一问题——中继器。v

中继器(Repeater)是最简单的互连设备。它工作在OSI模型的物理层，用于扩展LAN网段的长度，延伸信号传输的范围，完成物理线路的连接，对

衰减的信号进行放大，并保持与原数据相同。v

中继器的工作就是重发数据位，将所收到的信号进行再生和还原并传给每个与之相连的网段。中断器是一个没有鉴别能力的设备，它会精确的再生所收到的信号，包括错误信息，而且再生后传给每个与之相连网段而不管目的计算机是否在该网段上。v

因此中继器不关心数据的格式和含义，它只负责

复制和增强通过物理介质传输的表示“1”和“0”的信号。v

中继器不仅功能有限，而且作用范围也有限。一

个中继器只包含有一个输入端口和一个输出端口，所以它就只能接收和转发数据流。v

此外，中继器只适用于总线拓扑结构的网络（总线形网络）。v

使用中继器的好处是扩展网络的成本较低廉。通常在一个网络中，最多可以分为5个网段；其中用4个中继器连接；只允许在其中3个网段包含计算机或设备，其他2个网段只能用于延长传输距离。例如，假设你需要把位于学校图书馆的一台个人计算机连接上网络。最近的数据接口在200米开外。网络采用的是10Base2（Thinnet,细同轴

电缆）以太网，而这种网络的线缆的最大传输距离是185米。在这种情况下，利用一个中继器，最大传输距离就可以再增加185米。v

一般情况下，中继器的两端连接的是相同的媒体，但有的中继器也可以完成不同媒体的转接工作。v

中继器适用于较小地理范围内的相对较小的局域网（少于100个节点），如一栋办公楼。v

由于中继器不能隔断局域网网段间的通信，所有的数据都能双向通过中继器（不能过滤任何数

据），所以不能用它连接负载沉重的局域网。v

中继器可以将局域网的一个网段和另一个网段相连，而且可以连接不同类型的介质，如10Base2与10Base5。v

由于中继器只是一种信号放大设备，它不能连接

两种不同的介质访问类型，如令牌环网和以太网。v

中继器只是一种物理层设备，它不能识别数据桢的格式和内容，也不能将一种数据链路报头类型转换成另外一种形式。v

集线器(Hub)是一个具有多个端口的中继器。

v

它有一个端口与主干网相连，并有多个端口连接一组工作站。在以太网中，集线器通常是支持星形或混合形拓扑结构的。在星形结构的网络中，集线器被称为多址访问单元（MAU）。v

集线器的基本功能是信息分发，它把一个端口接收的所有信号向所有端口分发出去。一些集线器在分发之前将弱信号重新生成，一些集线器整理信号的时序以提供所有端口间的同步数据通信。具有多个10Base-F接口的集线器就象是使用镜子来把光线分到各个端口。

集线器能够支持各种不同的传输介质和数据传输速率。有些集线器还支持多种传输介质的连接器和多种数据传输速率。数据端口：供线缆接头插入其中以使工作站或其 他设备与集线器互连。采用的接口类型（例如RJ-45与BNC）是由所采用的网络技术来决定的。数据端口通常是4

~

2

4个。v

上行链接端口：它被用来与另一个集线器连接以构成菊花链或层次结构，上行链接端口可以被看作另外一种端口，但它只能用于集线器之间的连接。v

管理控制台端口：它被用来连接控制台（例如一台便携式电脑）。通过它可以查看集线器的管理信息，如负载或冲突次数。由于不是所有的集线器都提供管理信息，因而并不是每一种集线器都具有管理控制台端口。v

主干网端口：它被用来与网络的主干网连接。对

1

0

B

a

s

e

T网络，这种连接通常是采用短的

细同轴电缆。v在设计网络时，集线器的位置是可以不同的，但最简单的结构就是使用一组独立式集线器与其他的网络设备连接，如交换机和路由器。大多数网络都是使用几台集线器分别服务于不同的工作组，这样就可以把可能出现的问题分散到了多个节点，也可以减少切换次数和管理数据的工作量。v

集线器的特性包括灵活性、高速连接、集中式网络管理、可扩展性、带宽优化及可靠性等。v

集线器可以以不同的形式、规模和价格提供执行特性来满足几乎所有的网络集成的需要。在物理层，集线器是简单的多端口中继器。但是，也可以将其他的网络互联模块集成进集线器中，包括网桥和广域网端口等。v

集线器通常通过一个上行连接端口相互连接，使用该端口的时候通常要禁止一个常规端口。计算机1的网卡将信

息通过双绞线送到集

线器上，集线器将信

息进行广播，将信息同时发送给8个端口，当8个端口上的计算机接收到这条广播消息

后，会对信息进行检

查，如果发现该消息

是给自己的，则接收，否则不予理睬；由于该信息是计算机1发给计算机4的，因此最终计算机4接收该消息，而其他计算机不接收

该消息。v

所谓冲突，就是在总线上同时有多个机器在传送数据，从而造成数据包的碰撞。v

当某个区域中的一台设备发送了单播数据之后，如果这个区域中的其他设备不论是否是数据包的接收者，都可以收到这个单播数据，则这个区域就被称为冲突域。v

简单地说，一个冲突域由所有能够看到同一个冲突或者被该冲突涉及的设备组成。v

网桥

v

交换机

v

广播域v

网桥这种设备看上去有点像中继器。它具有单个的输入端口和输出端口。它与中继器的不同之处就在于它能够解析它收发的数据。v

网桥属于OSI模型的数据链路层；网桥能够解析它所接受的帧，并能指导如何把数据传送到目的地。特别是它能够读取目标地址信息（MAC），并决定是否向网络的其他段转发（重发）数据包，而且，如果数据包的目标地址与源地址位于同一

段，就可以把它过滤掉。当节点通过网桥传输数

据时，网桥就会根据已知的MAC地址和它们在网

络中的位置建立过滤数据库（也就是转发表）。属于A网段的节点1发送数据到属于网段B的节点6时，先 将数据经集线器发送到网桥的端口A，网桥解析数据中的

MAC地址信息，在过滤数据库中发现目标MAC地址对应

的节点6位于另一个网段B，于是将数据通过端口B发送

到网段B的集线器，最终到达节点6。如果节点1发送数据到节点3，数据同样会经集线器到达网桥的端口A，网桥根据数据的源和目标MAC地址判断出节点1和节点

3同属于网段A，则网桥将该数

据过滤掉，不会将数据发送到网段B。这样就隔离了网段A和网

段B，减少了网段间不必要的数据通讯。网桥工作在OSI模型的数据链路层，可以用于连接具有不同物理层的网络，如连接使用同轴电缆和UTP的网络。网桥是一种数据帧存储转发设备，它通过缓存、过滤、学习、转发和扩散等功能来完成操作。缓存：网桥首先会对收到的数据帧进行缓存并处理；

过滤：判断入帧的目标节点是否位于发送这个帧的网段中，如果是，网桥就不把帧转发到网桥的其他端口；

转发：如果帧的目标节点位于另一个网络，网桥就将帧发往正确的网段；

学习：每当帧经过网桥时，网桥首先在网桥表中查找帧的源MAC地址，如果该地址不在网桥表中，则将有该

MAC地址及其所对应的网桥端口信息加入；

扩散：如果在表中找不到目标地址，则按扩散的办法将该数据发送给与该网桥连接的除发送该数据的网段外的所有网段。v

这些年来，随着连接设备硬件技术的提高，已经很难再把集线器、交换机、路由器和网桥相互之间的界限划分得很清楚了。v

交换机这种设备可以把一个网络从逻辑上划分成几个较小的段。不像属于OSI模型第一层的集线器，交换机属于OSI模型的数据链路层（第二层），并且，它还能够解析出

MAC地址信息。从这个意义上讲，交换机

与网桥相似。但事实上，交换机相当于多个网桥。交换机(Switch)其实是更先进的网桥，它除了具备网桥的所有功能外，还通过在节点或虚电路间创建临时逻辑连接，使得整个网络的带宽得到最大化的利用。通过交换机连接的网段内的每个节点，都可以使用网络上的全部带宽来进行通信，而不是各个节点共享带宽。交换机的所有端口都单独占用一指定的带宽。交换 机的每一个端口都扮演一个网桥的角色，而且每一 个连接到交换机上的设备都可以享有它们自己的专 用信道。换言之，交换机可以把每一个共享信道分 成几个信道。交换机自身也还是有缺点的。尽管它带有缓冲区来 缓存输入数据并容纳突发信息，但连续大量的数据 传输还是会使它不堪重负的。在这种情况下，交换 机不能保证不丢失数据。从以太网的观点来看，每一个专用信道都代表了 一个冲突检测域。冲突检测域是一种从逻辑或物 理意义上划分的以太网网段。在一个段内，所有 的设备都要检测和处理数据传输冲突（即 CSMA/CD）,不同的网段有不同的数据传输冲突（CSMA/CD），互不干涉。可以说，交换机每个端口都相当于一个以太网网 段。•0260.8c01.3333•0260.8c01.2222

•0260.8c01.4444如果数据帧的目的MAC地址在MAC地址表中有相应的表项，则交换机将该数据帧直接发往对应的接口，从而保证其它接口上的主机不会收到无关的数据帧广播帧和组播帧仍将被泛洪（flood）到除接收接口以外的所有其它接口•E0:•E2:0260.8c01.11110260.8c01.2222•E1:•E3:0260.8c01.33330260.8c01.4444•0260.8c01.1111E0E1E2E3•D•C•A•B•MAC

address

tablev

当某个区域中有一台设备发送了一个广播数据（二层地址为全1），如果这个区域中的其他设备都能收到这个广播数据，这个区域就被称为一个广播域。v

简单地说，一个广播域由所有能够看到相同广播数据的设备组成。v

一般情况下，一个广播域代表一个逻辑网段，一个路由器就构成一个广播域的边界。v

冲突域：所有直接连接在一起的，而且必须竞争以

太网总线的节点都可以认为是处在同一个冲突域中。在同一个冲突域中的每一个节点都能收到所有被发

送的帧。v

广播域：是一个逻辑上的计算机组，该组内的所有计算机都会收到同样的广播信息。网络中能接收任一设备发出的广播帧的所有设备的集合。v

冲突域：一个站点向另一个站点发出信号，能收到信号的站点就构成一个冲突域。v

一个局域网就是一个广播域，广播域中的机器可以收到域中其他任何一台机器的广播，而不能收到域外机器的广播，域外机器也不能收到域内机器发出的广播。v

集线器和中继器的所有端口在同一个冲突域中，同一个广播域中。v

交换机所有端口处于同一个广播域中，每一个端口就是一个冲突域。v

路由器v

三层交换机v

路由器是一种多端口设备，它可以连接不同传输速率并运行于各种环境的局域网和广域网，也可以采用不同的协议。路由器属于O

S

I模型的第三层。v

网络层指导从一个网段到另一个网段的数据传输，也能指导从一种网络向另一种网络的数据传输。

不像网桥和第二层交换机，路由器是依赖于协议

的。在它们使用某种协议转发数据前，它们必须

要被设计或配置成能识别该协议。路由器(Router)工作在OSI模型的网络层，因此可以连接1层和2层结构不同的网络。路由器通过在相邻的路由器节点之间进行路径选择

(即路由)功能，通过最佳的路径来传送数据包。隔离广播，阻止广播风暴。所有通过路由器连接的网络必须使用相同的寻址机制(通常使用IP地址)。如果工作组C中的工作站想使用工作组A的打印机，就要创建一个

包 含工作组A中的打印机地址的连接。然后才能把数据包传送到集

线 器C。当路由器C接收到传输的数据后，在解析第三层数据时，

路 由器C就会暂存这个数据包。一旦发现数据包要传向工作组A中

的打 印机，路由器C就会选择最优路径把数据包传送到工作组A中

的打 印机。在这个例子中，也许会把数据包直接传向路由器A。在

它转 发该数据包前，路由器就增加该数据包尾部的中继次数。然后，路由 器C就把数据包转发到路由器A，路由器A解析出数据包的目

标地址 后再把它转发至集线器A。再由集线器A向工作组A中的所

有用户 传播此次传输，直到打印机A响应为止。v

与网桥和交换机使用帧中的MAC地址转发帧相比较，路由器是通过数据包中的网络层地址(如IP地址)来转发数据包的，不对MAC地址进行操作。因此，在用路由器连接的网络上，源节点不需要知道目的节点的MAC也能够找到它。v与网桥和交换机类似，路由器的内存中也存有一个表，叫做路由表(Routing

Table)，其中记录的是数据包地址(网络层地址)和物理端口号的对应关系。路由器根据路由表来转发数据包。如果包中的目标地址与源地址在同一个网段内，路由器就数据流限制在那个网段内，不转发数据包；如果目标地址在另一个网段，路由器就把包发送到与目标网段相对应的物理端口上。v

具有第三层交换功能的设备是一个带有第三层路

由功能的第二层交换机，但它是二者的有机结合，并不是简单地把路由器设备的硬件及软件叠加在

局域网交换机上。v

三层交换机是指具备三层路由功能的交换机,其接口可以实现基于三层寻址的分组转发,每个三层接口都定义了一个单独的广播域。在为接口配置好IP协议（设置IP地址）后，该接口就成为连接该接口的同一个广播域内其它设备和主机的网关。v使用IP的设备A——三层交换机——使用IP的设备Bv比如A要给B发送数据，已知目的IP，那么A就用子网掩码取得网络地址，判断目的IP是否与自己在同一网段。v如果在同一网段，但不知道转发数据所需的MAC地址，A就发送一个ARP请求，B返回其MAC地址，A用此MAC封装数据包并发送给交换机，交换机起用二层交换模块，查找MAC地址表，将数据包转发

到相应的端口。v

如果目的IP地址显示不是同一网段的，那么A要实现和

B的通讯，在流缓存条目中没有对应MAC地址条目，就将第一个正常数据包发送向一个缺省网关，这个缺省网关一般在操作系统中已经设好，对应第三层路由模块，所以可见对于不是同一子网的数据，最先在MAC表中放的是缺省网关的MAC地址；然后就由三层模块接收到此数据包，查询路由表以确定到达B的路由，将构造一个新的帧头，其中以缺省网关的MAC地址为源MAC地址，以主机B的MAC地址为目的MAC地址。通过一定的识别

触发机制，确立主机A与B的MAC地址及转发端口的对

应关系，并记录进流缓存条目表，以后的A到B的数据，就直接交由二层交换模块完成。这就通常所说的一次路由多次转发。v

二层交换机使用的是MAC地址交换表，而三层交换机使用的是基于IP地址的交换表。第3讲

医学超声成像技南方医术科术大学汇报人姓名主要内容超声成像基本原理——超声回波法医学超声设备的分类超声诊断仪的主要参数6/23/2023医学超声仪器原理讲义43Part

.01超声成像基本原理——超声回波法超声回波法把几兆赫至几十兆赫的高频声脉冲发射到生物体内，再接收反射波（回波），这种方法称为超声脉冲回波法。脉冲宽度：几微秒脉冲间隔：几百微秒（接收放大器处理回波的时间）脉冲回波法最早较早是应用于雷达和声纳。回波时间t、探测距离L的关系，c为声速6/23/2023医学超声仪器原理讲义456/23/2023医学超声仪器原理讲义466/23/2023医学超声仪器原理讲义47超声回医学波超声仪器法原理讲示义

意图6/23/202348仪器基本框图发射通道：时钟电路（同步脉冲发生器）、发射器（高频脉冲发生器）、换能器（探头）接收通道：接收换能器、射频放大器（RFA）、6/2检3/2023

波及抑制电路、视频医学超声放仪器原大理讲义器（UFA）49Part

.022医学超声设备的分类A型超声A型超声诊断仪因其回声显示采用幅度调制

(Amplitude

Modulation)而得名。A型显示是超声诊断仪最基本的一种显示方式，即在阴极射线管(CRT)荧光屏上，以横坐标代表被探测物体的深度，纵坐标代表回波脉冲的幅度，故由探头(换能器)定点发射获得回波所在的位置可测得人体脏器的厚度、病灶在人体组织中的深度以及病灶的大小。根据回波的其他一些特征，如波幅和波密度等，6/2还3/2023

可在一定程度上对病医学超声灶仪器原进理讲义行定性分析。516/23/2023医学超声仪器原理讲义52由于A型显示的回波图，只能反映局部组织的回波信息，不能获得在临床诊断上需要

的解剖图形，且诊断的准确性与操作医师

的识图经验关系很大，因此其应用价值已

渐见低落，即使在国内，A型超声诊断仪也很少生产和使用了。6/23/2023医学超声仪器原理讲义53M型超声6/23/2023医学超声仪器原理讲义54M型超声成像诊断仪适用于对运动脏器，如心脏的探查。由于其显示的影像是由运动回波信号对显示器扫描线实行辉度调制，并按时间顺序展开而获得一维空间多点运动时序（motion-time）图，故称之为M型超声成像诊断仪，其所得的图像也叫做超声心动图。6/23/2023医学超声仪器原理讲义556/23/2023医学超声仪器原理讲义56M型超声诊断仪发射和接收工作原理与A型有些相似，不同的是其显示方式。对于运动脏器，由于各界面反射回波的位置及信号大小是随时间而变化的，如果仍用幅度调制的A型显示方式进行显示，所显示波形会随时间而改变，得不到稳定的波形图。因此，M型超声诊断仪采用辉度调制的方法，使深度方向所有界面反射回波用亮点形式在显示器垂直扫描线上显示出来，随着脏器的运动，垂直扫描线上的各点将发生位置上的变动，定时地采样这些回波并使之按时间先后逐行在屏上显示出来。图中可以看出，由于脏器的运动变化，活动曲线的间隔亦随之发生变化，如果脏器中某一界面是576/2静3/2023

止的，活动曲线将变医学超声为仪器原水理讲义平直线。6/23/2023医学超声仪器原理讲义58M型超声诊断仪对人体中的运动脏器，如心脏、胎儿胎心、动脉血管等功能的检查具有优势，并可进行多种心功能参数的测量，如心脏瓣膜的运动速度、加速度等。但M型显示仍不能获得解剖图像，它不适用于对静态脏器的诊查。6/23/2023医学超声仪器原理讲义59B型超声6/23/2023医学超声仪器原理讲义60为了获得人体组织和脏器解剖影像，继A型超声诊断仪应用于临床之后，B型、P型、BP型、C型和F型超声成像仪又先后问世，由于它们的一个共同特点是实现了对人体组织和脏器的断层显示，通常将这类仪器称为超声断层扫描诊断仪。虽然B型超声成像诊断仪因其成像方式采用辉度调制(Brightness

Modulation)而得名，其影像所显

示的却是人体组织或脏器的二维超声断层图(或称

剖面图)，对于运动脏器，还可实现实时动态显示。6/23/2023医学超声仪器原理讲义616/23/2023医学超声仪器原理讲义62C型超声C型扫查，又称C型显示，“特定深度扫查”

(constant

depth

mode)。与B型扫查一样都是辉度调制的二维切面象显示方式，所不同的是B型扫查所获得的是超声波束扫查平面本身的切面象，即纵向切面象。可惜由于C型扫查的灵敏度较低，显象速度不易提高，使C型扫查技术的发展受到6/2限3/2023

制。医学超声仪器原理讲义

636/23/2023医学超声仪器原理讲义646/23/2023医学超声仪器原理讲义65D型超声D型超声成像诊断仪也即超声多普勒诊断仪，它是利用声学多普勒原理，对运动中的脏器和血液所反射回波的多普勒频移信号进行检测并处理，转换成声音、波形、色彩和辉度等信号，从而显示出人体内部器官的运动状态。超声多普勒诊断仪主要分为3种类型：即连续式超声多普勒(continuous

wave

doppler)成像诊断仪脉冲式超声多普勒(pulsed

wave

doppler)成像诊断仪实时二维彩色超声多普勒血流成像(color

doppler666/23/2023

flow

image)诊断仪。医学超声仪器原理讲义F型超声67F型扫查，又称F型显示。它与C型扫进原理上是相似的。区别仅在于：在扫查一幅图像的过程中，

C型扫查平面距探头的深度是不变的，而F型扫查面距探头的深度是一变量，不是一个常量。根据成像需要可作相应变动，从而可获得6/2斜3/2023

面、曲面的F型医图学超声仪像器原理讲义6/23/2023医学超声仪器原理讲义68P型超声6/23/2023医学超声仪器原理讲义69又称P型显示，它可视为一种持殊的B型显示，超声换能器置于圆周的中心，径向旋转扫查线与显示器上的径向扫描线作同步的旋转。主要适用于对肛门、直肠内肿瘤、食道癌及子宫颈癌的检查，亦可用于对尿道、膀胱的检查。P型超声诊断仪所使用的探头称为径向扫描探头，如尿道探头，直肠探头都属于径向扫描探头。扫

描时探头置于体腔内，如食道、胃或直肠等。6/23/2023医学超声仪器原理讲义706/23/2023医学超声仪器原理讲义71Part

.013超声诊断仪的主要参数主要参数6/23/2023医学超声仪器原理讲义73表征超声诊断仪性能的参数，从大的方面可分为三类，这就是：声系统参数图

像

特

性

参数电气特性参数在众多的参数中，我们只讨论其中几个主

要参数。声系统参数：声输出的强度、总功率等；

超声场的时频特性，如波型、持续时间、脉冲重复频率、脉冲形状、频率、脉冲带宽等；

声场分布特性，如换能器类型、波束形状、聚焦特性、景深等。6/23/2023医学超声仪器原理讲义74图像特性参数：分辨力；位置记录精度；深度测量精度；帧频；存贮器的容量；图像处理能力。6/23/2023医学超声仪器原理讲义75电气特性参数：灵敏度；增益及TGC指标；压缩特性及动态范围；显示器的动态范围；系统的带宽等。6/23/2023医学超声仪器原理讲义76Part

.02几个主要参数动态范围显示信号的最大水平与最小水平的比称为动态范围(Dynamic

Range,DR)，DR描述了信号幅度变化的大小，一般用分贝[dB]值表示。式中：Umax—信号最大值，Umin

—信号最小6/23/2值02378医学超声仪器原理讲义生物组织的声界面特性，组织吸收（超声衰减）特性及探测深度决定了信号的动态范围6/23/2023医学超声仪器原理讲义79因此动态范围DR通常由两个部分组成：声界面特性（声阻抗差）所确定的信号幅度变化（SDR）超声在组织传播过程中衰减所引起的信号幅度变化，超声传播衰减取决于组织特性（超声衰减系数

）与传播距离（L）由此超声回波总动态范围可写为：DR

=

2 L

+

SDR对动态范围的影响因素6/23/2023医学超声仪器原理讲义80超声在生物组织中传播所产生的全部回波；

超声发射功率、接受放大器的等效输入噪声；终端显示装置的动态范围；动态压缩方法时间增益控制——补偿传输衰减幅度增益控制——使有用信号相对压缩线形范围线性范围，一般指的是仪器中放大器线性范围，它给出放大器输入信号和输出信号之间成线性关系的区域。即Uo

=

KUi线性关系也用分贝值来表示式中：Umax—信号最大值，Umin

—信号最小值，可6/23/20见23线性放大器的线性医学范超声仪围器原理讲即义

是动态范围816/23/2023医学超声仪器原理讲义82当输出信号的最大幅度保持不变时，输入信号的线性范围将随着K值的减小而增大。6/23/2023医学超声仪器原理讲义83分辨率6/23/2023医学超声仪器原理讲义84分辨力指成像系统能分辨空间尺寸的能力，即能把两点区分开来的最短距离。超声显像仪的分辨力是衡量其质量好坏的最重要的指标，分辨力越高，越能显示出脏器的细小结构。6/23/2023医学超声仪器原理讲义85超声成像的分辨力有横向分辨力和纵向分辨力之分。前者是指垂直于超声脉冲束方向上的分辨力，后者是沿波束轴方向上的分辨力。这两种分辨力的大小差别很大，纵向分辨力总是优于横向分辨力。而且，垂直于波束轴的两个维上的横向分辨力也往往不同。影响横向分辨力和纵向分辨力的因素各不相同，6/23/2023医学超声仪器原理讲义86横向分辨力又称侧向分辨力，它表示区分处于声束轴垂直的平面上的两个物体的能力。超声波束直径尺寸直接影响横向分辨力，波束直径越细，能分辨的尺度越小，横向分辨力越高。6/23/2023医学超声仪器原理讲义87影响横向分辨率的因素显示荧光点尺寸的影响波束直径尺寸的影响

动态范围的影响6/23/2023医学超声仪器原理讲义886/23/2023医学超声仪器原理讲义896/23/2023医学超声仪器原理讲义90仪器的图像质量主要取决于横向分辨力。横向分辨力好，图像细腻，小结构就能显示清楚。横向分辨力主要由换能器的尺寸、形状、发射频率、聚焦等因素决定。当显示屏光点尺寸较大时，也会影响横向分辨力。此外，随着深度的增加，脉冲频谱中的各种频率成分的衰减情况也不同，这个因素也潜在地影响着横向分辨力。现代化的显像仪横向分辨力可优于2mm。6/23/2023医学超声仪器原理讲义91纵向分辨力又称轴向分辨力或距离分辨力，表示在声束轴线方向上对相邻两回声点的分辨力。纵向分辨力与发射超声频率有关，因为声波的纵向分辨力理论极限为声波的半波长。频率越高，波长越短。纵向分辨力与超声脉冲的持续时间有关，脉冲持续时间越短，即脉冲越窄，纵向分辨力越高。超声脉冲持续时间与发射电脉冲宽度及换能器阻6/2尼3/2023

有关。医学超声仪器原理讲义

92影响纵向分辨率的因素脉冲宽度的影响增益大小的影响6/23/2023医学超声仪器原理讲义936/23/2023医学超声仪器原理讲义946/23/2023医学超声仪器原理讲义95色散吸收对横向、纵向分辨率的影响6/23/2023医学超声仪器原理讲义96吸收与频率的关系——频率越高，吸收越强；频谱中心向低频偏移；波束变宽；前沿变坏；理想的情况下，工作频率越高，分辨率越高；生物组织的平均衰减系数接近1dB/cm·MHz；频率3MHz—深度20

cm—衰减60dB，94%频率10MHz—深度20

cm—衰减200dB，99.5%在大多数情况下，最佳工作频率就是超声波穿透深度不超过200个波长时就能达到被探测脏器的

那个频率；例如：频率为3MHz时，波长是0.51mm它能够像。6/2形3/2023

成102mm深处组织的医学良超声仪好器原理讲图义97带宽6/23/202398医学超声仪器原理讲义工作频率超声诊断仪的工作频率，根据两个方面因素作最佳的选择。首先，从分辨力的角度说，增高频率，可以改善分辨力。频率越高，波长越短，则波束的指向性越好（近场距离大，而发散角小），横向和纵向分辨力都能提高。其次，从穿透深度的角度来看，工作频率越高，则衰减成正比地增加，必然使探测深度减小。若6/2要3/2023

求较大的穿透深度，医学超声就仪器原得理讲义取较低的工作频率。99因此，在设计中不得不在工作深度与频率之间取合理的折衷。比如眼科应用中，所要求深度小，可以用高频率以提高分辨力，一般用10MHz。而

要穿透较大深度（如腹腔）时，则只能取较低工作频率。通用B型超声诊断仪的工作频率一般在

3.5MHz，有些诊断仪配有多种不同频率的的需要。6/2探3/2023

头以满足不同检医查学超声仪深器原理讲度义100常用超声诊断仪的超声频率；动态范围分辨率(波长mm)频率(MHz)10dB1.520dB2.530dB3.010.253.754.52.50.91.51.850.450.750.910学0.2750.3750.45作用距离（穿透深度）指仪器发射的超声波束可以穿透并能显示出回声图像的被测介质深度。超声医学成像系统的作用距离，通常要满足处于相当深度上的各种器官的成像需要，如腹部成像就需要有20cm的工作距离，而用于眼球的深度为

10cm。影响作用距离的主要因素是脉冲信号在传播途中的衰减，这是由于组织的吸收、反射、折射、散射等原因引起的。6/23/2023

医学超声仪器原理讲义

102要提高仪器的探测深度，有三个方面的途径。

降低工作频率。但降低工作频率，则分辨力也随之降低，这是一个限制。

提高接收机的灵敏度和扩大动态范围，使能接收较远距离的微弱的反射信号，但这要受到换能器噪声的限制，信噪比极限对诊断超声的最大穿透深度上的限制为300个波长左右。

加大发射功率，使远距离的微小声阻抗差也能产生较强反射，从而使更远距离的病灶也能被探测到，但要考虑安全剂量的限制。6/23/2023

考虑到各方面的指医标学超声，仪器原理应讲义合理选取作用距离。103脉冲重复频率6/23/2023医学超声仪器原理讲义