超声波考试题库及答案

超声波考试题库及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.医用超声成像中，决定轴向分辨力的主要因素是A.声束宽度  B.脉冲重复频率  C.脉冲持续时间  D.扫描线密度答案：C解析：轴向分辨力Δz≈cτ/2，其中c为组织声速，τ为脉冲持续时间。τ越短，Δz越小，分辨力越高。声束宽度影响侧向分辨力，脉冲重复频率与最大探测深度有关，扫描线密度影响图像均匀性。2.某超声探头标称频率5MHz，在软组织中（c=1540m/s）的波长最接近A.0.077cm  B.0.31mm  C.0.62mm  D.0.154mm答案：B解析：λ=c/f=1540/(5×10⁶)=0.308mm≈0.31mm。3.彩色多普勒取样框过大时最可能出现A.帧频升高  B.混叠伪像  C.彩色外溢  D.镜像伪像答案：C解析：取样框增大→需处理更多扫描线→帧频下降；同时每线需多次采样，导致彩色外溢（colorbleed）。4.下列哪项最能提高多普勒检测低速血流的灵敏度A.提高发射频率  B.降低脉冲重复频率  C.增大壁滤波  D.缩小取样容积答案：B解析：降低PRF→提高最大可测速度Vmax=PRF·λ/2，同时降低最低可测速度Vmin，故对低速血流更敏感。5.组织谐波成像（THI）中，二次谐波频率f₂与基频f₁关系为A.f₂=f₁  B.f₂=2f₁  C.f₂=f₁/2  D.f₂=√2f₁答案：B解析：非线性传播产生二次谐波，其频率为基频的两倍。6.超声生物效应中，最需关注的机制是A.热指数TI>1  B.机械指数MI>0.7  C.空化阈值<0.3MPa  D.辐射力>1μN答案：A解析：TI>1表示温升可能>1°C，对胚胎组织存在潜在风险，临床需实时显示并控制。7.在B模式下，若增益提高6dB，图像亮度将A.增加2倍  B.增加4倍  C.增加10倍  D.减少一半答案：B解析：增益+6dB对应电压放大2倍，功率放大4倍，亮度与回波功率成正比。8.超声弹性成像中，应变ε与组织杨氏模量E的关系（假设线性弹性、一维）A.E=σε  B.E=σ/ε  C.E=ε/σ  D.E=σ+ε答案：B解析：胡克定律σ=Eε，故E=σ/ε。9.采用动态接收聚焦时，聚焦延迟Δt与阵元位置x、焦距F、声速c的关系为A.Δt=(F−√(F²+x²))/c  B.Δt=(√(F²+x²)−F)/c  C.Δt=x²/(2Fc)  D.Δt=2F/(cx²)答案：B解析：几何路径差ΔL=√(F²+x²)−F，延迟Δt=ΔL/c。10.若多普勒频移fd=3kHz，发射频率f₀=2MHz，声速c=1540m/s，血流速度v为A.0.12m/s  B.0.23m/s  C.1.16m/s  D.2.31m/s答案：C解析：v=fdc/(2f₀)=3000×1540/(2×2×10⁶)=1.155m/s≈1.16m/s。二、多项选择题（每题3分，共15分；多选少选均不得分）11.关于声阻抗Z，下列正确的是A.Z=ρc  B.单位Rayl=kg·m⁻²·s⁻¹  C.反射系数R=((Z₂−Z₁)/(Z₂+Z₁))²  D.脂肪-肌肉界面反射约1%答案：A、C、D解析：B单位应为kg·m⁻²·s⁻¹即Rayl，但表述无误；脂肪Z≈1.34×10⁶，肌肉Z≈1.70×10⁶，R≈0.9%。12.提高侧向分辨力的可行措施A.增加探头孔径  B.提高频率  C.采用多线接收  D.减小焦距答案：A、B解析：侧向分辨力≈λF/D，增大孔径D、提高频率（降低λ）均可改善；多线接收提升帧频，减小焦距降低F，但非直接提高分辨力。13.下列属于超声伪像的是A.声影  B.增强后壁  C.振铃  D.彗星尾答案：A、B、C、D解析：均为常见伪像，声影由强衰减或反射引起；增强后壁见于囊肿；振铃与彗星尾由微气泡多次反射产生。14.关于脉冲多普勒取样容积SV，正确的是A.长度与发射脉冲持续时间成正比  B.宽度与声束宽度一致  C.长度可通过门宽调节  D.宽度可通过动态孔径调节答案：A、B、C解析：SV长度=cτ/2，τ为门宽；宽度≈声束侧向分辨率；动态孔径影响聚焦，但不直接改变SV宽度。15.超声造影剂微泡共振频率fr与半径R关系（自由气泡模型）A.fr∝1/R  B.fr∝√(3γP₀/ρ)/R  C.fr随外壳弹性增加而升高  D.实际fr低于自由模型答案：B、D解析：Minnaert公式fr=(1/2πR)√(3γP₀/ρ)；外壳增加刚度使fr升高，但粘滞阻尼使实际共振峰下移。三、判断题（每题1分，共10分；正确打“√”，错误打“×”）16.声速在骨骼中约为软组织的2倍，因此骨折线更易显示。 ×解析：骨骼声速约3000–4000m/s，但衰减极大，骨折线常伴声影，显示困难。17.多普勒角度θ=90°时，理论上检测不到频移。 √解析：fd=(2f₀vcosθ)/c，cos90°=0。18.组织衰减系数随频率线性增加，即α=βf，β≈0.5dB·cm⁻¹·MHz⁻¹（肝）。 √解析：生物软组织经验公式。19.二维阵列探头可实现实时三维成像而不需机械扫描。 √解析：2D阵列电子聚焦扫描体积。20.镜像伪像总是出现在强反射界面后方。 ×解析：镜像伪像出现在界面另一侧，与真实结构对称。21.机械指数MI=Pr.3/√f，其中Pr.3为衰减后峰值负压（MPa），f为频率（MHz）。 √解析：FDA定义。22.脉冲反向谐波成像（PIH）可完全消除基频成分。 ×解析：只能抑制，无法完全消除。23.声功率增加10dB，意味着强度增加10倍。 ×解析：功率+10dB=10倍，强度亦10倍，但声压增加√10≈3.16倍。24.超声引导穿刺时，穿刺针与声束夹角越大，针尖越易显示。 ×解析：夹角大→反射回波偏离探头，显示困难；理想为10–30°。25.弹性成像中，蓝色编码区域通常代表硬组织。 √解析：应变小→硬→蓝（厂商默认编码）。四、填空题（每空2分，共20分）26.某探头频率3.5MHz，脉宽0.4μs，则轴向分辨力理论值________mm。答案：0.308解析：Δz=cτ/2=1540×0.4×10⁻⁶/2=0.308mm。27.若脂肪-肌肉界面反射系数0.009，则透射系数T=________（保留3位小数）。答案：0.991解析：R+T=1→T=1−0.009=0.991。28.多普勒角度校正时，若测得频移4kHz，θ=60°，真实速度为________m/s（f₀=2MHz）。答案：1.54解析：v=fdc/(2f₀cosθ)=4000×1540/(2×2×10⁶×0.5)=3.08m/s；注意题目问“真实速度”，已含cosθ，无需再除。29.采用4cm孔径、5MHz线阵，焦距6cm，则焦点处侧向分辨力________mm。答案：0.46解析：λ=0.308mm，Δx≈λF/D=0.308×60/40=0.462mm。30.某微泡半径1.5μm，壳弹性系数Ks=0.8N/m，预测共振频率________MHz（ρ=1000kg/m³）。答案：2.9解析：修正公式fr=(1/2πR)√(3γP₀+Ks)/ρ，γ=1.07，P₀=101kPa；代入得fr≈2.9MHz。31.超声在肝中传播8cm，频率5MHz，则衰减________dB（β=0.5dB·cm⁻¹·MHz⁻¹）。答案：20解析：Att=βfd=0.5×5×8=20dB。32.若TI=1.5，扫描时间30s，估算温升________°C（经验系数0.5°C/TI·min）。答案：0.375解析：ΔT=0.5×1.5×0.5=0.375°C。33.脉冲重复频率10kHz，则最大不模糊速度Vmax________m/s（f₀=3MHz）。答案：2.57解析：Vmax=PRF·c/(2f₀)=10⁴×1540/(2×3×10⁶)=2.57m/s。34.弹性成像测得应变2%，应力4kPa，则杨氏模量________kPa。答案：200解析：E=σ/ε=4/0.02=200kPa。35.采用5cm孔径、动态聚焦，焦点移至10cm，所需最大延迟________μs（c=1540m/s）。答案：6.5解析：边缘阵元x=D/2=2.5cm，ΔL=√(F²+x²)−F=√(100+6.25)−10=0.01m，Δt=0.01/1540≈6.5μs。五、简答题（每题8分，共40分）36.阐述超声轴向与侧向分辨力的物理定义，并给出改善二者各两项工程措施。答案：轴向分辨力（纵向）指沿声束方向可分辨最小两点间距，理论值Δz=cτ/2，τ为脉冲持续时间。侧向分辨力（横向）指垂直于声束方向可分辨最小间距，近似Δx=λF/D。改善轴向：①提高中心频率（降低λ）；②缩短脉冲宽度（增加带宽，采用高阻尼材料）。改善侧向：①增大孔径D（更多阵元同时发射接收）；②采用多段动态聚焦（减小有效F）。37.说明彩色多普勒能量图（PowerDopplerImaging,PDI）相对传统彩色速度图的三大优势与两大局限。答案：优势：①无角度依赖性：显示信号功率∝红细胞数量，不受cosθ影响；②灵敏度高：可检测极低流速（<1cm/s）；③无混叠：不依赖频移正负，仅显示能量，无彩色反转。局限：①无方向信息：无法区分流向；②易受运动伪像：组织运动导致“闪烁”噪声，需高壁滤波。38.给出脉冲反向谐波成像（PIH）原理框图文字描述，并解释其为何能抑制基频、增强谐波。答案：流程：发射正极性脉冲P₁(t)，接收回波R₁(t)；发射反向脉冲P₂(t)=−P₁(t)，接收R₂(t)；将R₁与R₂相加得S(t)=R₁(t)+R₂(t)。线性散射体：R₂≈−R₁→S≈0；非线性组织：二次谐波分量相位相同，相加后幅度加倍。结果：基频抵消，谐波保留，实现对比度提升。39.推导机械指数MI的表达式，并说明FDA对产科扫描的MI上限值及理由。答案：MI=Pr.3/√f，Pr.3为衰减后峰值负压（MPa），f为频率（MHz）。空化阈值实验表明，微泡崩溃概率∝(Pr.3/√f)。FDA规定产科MI<0.7，因胎儿肺、肠含气微泡少，但潜在空化风险仍需防范；同时TI<1.0防止热损伤。40.描述剪切波弹性成像（SWE）中“马赫锥”形成条件，并给出剪切波速度cs与杨氏模量E、密度ρ的关系式。答案：条件：推脉冲速度vp>cs，即超音速位移，产生锥形波前，类似航空音爆。关系：对线性弹性体，E=3ρcs²（假设不可压缩，泊松比≈0.5）。临床通过测量cs可直接定量E，无需外部压缩，实现“无应力”弹性图。六、计算与综合题（共45分）41.（10分）某线阵探头128阵元，间距0.3mm，频率7MHz，采用电子聚焦使焦距F=20mm。(1)求延迟法则：中心阵元延迟为0，求最边缘阵元相对延迟Δt；(2)若需实现±30°扇形扫描，求最大延迟差Δtmax；(3)给出波束宽度−6dB在焦点处的理论值。答案：(1)边缘x=63.5×0.3=19.05mm，ΔL=√(F²+x²)−F=√(400+362.9)−20=1.79mm，Δt=ΔL/c=1.79/1540≈1.16μs。(2)最大偏转角θ=30°，相控阵延迟公式：τn=(ndsinθ)/c，n=63，Δtmax=63×0.3×sin30°/1.54=6.14μs。(3)λ=0.22mm，D=128×0.3=38.4mm，Δx≈λF/D=0.22×20/38.4=0.115mm。42.（10分）一囊肿直径8mm，内部衰减可忽略，后方肝组织衰减0.5dB·cm⁻¹·MHz⁻¹，频率5MHz。(1)计算后壁增强伪像的相对增益（dB）；(2)若原肝灰度值50，囊肿内40，估算后壁灰度值（线性假设，增益=10^(ΔdB/20)）。答案：(1)往返衰减=2×0.8cm×0.5×5=4dB，囊肿无衰减→后方增益+4dB。(2)增益倍数=10^(4/20)=1.58，后壁灰度≈50×1.58=79。43.（10分）多普勒检测腹主动脉，f₀=3.5MHz，θ=45°，最大频移5kHz，求：(1)峰值速度v；(2)若PRF=12kHz，是否发生混叠？(3)欲测速>1.5m/s，求最小PRF。答案：(1)v=fdc/(2f₀cosθ)=5000×1540/(2×3.5×10⁶×0.707)=1.56m/s。(2)Nyquist极限=PRF/2=6kHz>5kHz，无混叠。(3)PRFmin=2fd=2×(2f₀vcosθ)/c=2×2×3.5×1.5×0.707/1540×10⁶=13.8kHz。44.（15分）设计一个超声测温实验：利用组织声速温度系数α=1.5m·s⁻¹·°C⁻¹，通过回波移位法估算温升。(1)给出飞行时间移位Δt与温升ΔT、传播距离L、原声速c₀关系；(2)若L=4cm，中心频率5MHz，求ΔT=5°C时的相位移位Δφ（周期数）；(3)估算系统需达到的时基分辨力Δtmin，以检测1°C温升；(4)说明两主要误差来源及抑制方法。答案：(1)Δt=LαΔT/(c₀(c₀+αΔT))≈LαΔT/c₀²（小ΔT近似）。(2)Δt=0