2026年超声原理试题及答案

2026年超声原理试题及答案一、单项选择题（每题1分，共20分。每题只有一个正确答案，请将正确选项字母填入括号内）1.超声在软组织中的平均传播速度最接近下列哪一数值（单位：m/s）A.1450  B.1540  C.1650  D.1800  （ B ）2.下列关于超声衰减的描述，正确的是A.衰减系数与频率无关B.衰减系数与介质黏滞性成反比C.衰减系数α(f)=βf，其中β为组织相关常数D.衰减仅由散射引起  （ C ）3.二维B型超声成像中，决定轴向分辨力的主要因素是A.声束侧向宽度  B.脉冲空间长度  C.扫描线密度  D.帧频  （ B ）4.多普勒频移fd与声速c、发射频率f0、血流速度v的关系为A.fd=2f0v/c  B.fd=f0v/2c  C.fd=cv/2f0  D.fd=cf0/2v  （ A ）5.彩色多普勒血流图（CDFI）中，自相关技术主要估计的物理量是A.平均速度  B.最大速度  C.速度方差  D.回波幅度  （ A ）6.超声生物效应中，引起空化阈值最低的机制是A.热效应  B.稳态空化  C.惯性空化  D.辐射力  （ C ）7.下列哪一项不是超声造影剂微泡的必备特性A.直径1–10μm  B.外壳弹性模量高  C.血液内半衰期长  D.可携带靶向配体  （ B ）8.组织谐波成像（THI）中，二次谐波频率为基频的A.相同值  B.1/2倍  C.2倍  D.4倍  （ C ）9.声阻抗Z的定义式为A.Z=ρc  B.Z=ρ/c  C.Z=ρc²  D.Z=ρ/c²  （ A ）10.在脉冲回波系统中，若最大探测深度为15cm，则最小可分辨轴向距离（理论极限）约为（c=1540m/s，宽带脉冲中心频率5MHz，带宽100%）A.0.15mm  B.0.31mm  C.0.62mm  D.1.2mm  （ B ）11.超声相控阵实现电子聚焦时，各阵元激励延迟Δt与焦距F、阵元间距d、声速c的关系近似为A.Δt=d²/2Fc  B.Δt=F/2dc  C.Δt=2F/dc  D.Δt=dc/2F  （ A ）12.多普勒角度θ校正错误将导致测速误差，若真实θ=60°，误用θ′=45°，则速度低估百分比约为A.15%  B.27%  C.37%  D.50%  （ C ）13.超声弹性成像中，采用静态压缩法，若组织杨氏模量E与应变ε、应力σ的关系为A.E=σε  B.E=σ/ε  C.E=ε/σ  D.E=σ+ε  （ B ）14.声辐射力脉冲成像（ARFI）中，辐射力大小与下列哪项成正比A.吸收系数  B.散射截面  C.声强  D.频率平方  （ C ）15.超声图像中“彗星尾”伪像产生的物理基础是A.多次反射  B.声速差异  C.衍射  D.旁瓣  （ A ）16.下列哪项技术可有效抑制斑点噪声A.频率复合  B.增加发射功率  C.降低帧频  D.减小探头孔径  （ A ）17.超声探头阻尼块的主要作用是A.增加灵敏度  B.降低Q值、缩短脉冲  C.提高阻抗匹配  D.防止电磁干扰  （ B ）18.在M型超声中，横轴代表A.时间  B.深度  C.速度  D.幅度  （ A ）19.超声造影剂微泡共振频率f0与微泡半径R、壳参数的关系可用下列简化模型描述（忽略壳黏滞）A.f0∝1/R  B.f0∝R  C.f0∝√R  D.f0∝1/R²  （ A ）20.国际电工委员会（IEC）规定，胎儿超声最大允许ISPTA（空间峰值时间平均声强）为A.50mW/cm²  B.94mW/cm²  C.190mW/cm²  D.720mW/cm²  （ B ）二、多项选择题（每题2分，共20分。每题有两个或两个以上正确答案，多选、少选、错选均不得分）21.下列因素可导致超声图像侧向分辨力下降A.声束宽度增大  B.发射频率降低  C.焦距缩短  D.阵元有效孔径减小  （ ABD ）22.关于超声散射，正确的有A.瑞利散射强度与f⁴成正比  B.散射体尺寸远小于波长时适用瑞利近似C.散射强度与入射角无关  D.散射是衰减机制之一  （ ABD ）23.超声探头采用1–3复合材料的优势包括A.高声阻抗匹配  B.低机械Q值  C.高机电耦合系数  D.易加工曲面阵列  （ BCD ）24.彩色多普勒出现混叠（aliasing）的条件有A.PRF<2fmax  B.奈奎斯特频率被超过  C.基线偏移过大  D.壁滤波设置过高  （ AB ）25.下列属于超声生物效应指标的有A.TI（热指数）  B.MI（机械指数）  C.ISPTA  D.EL（曝光长度）  （ ABC ）26.超声弹性成像中，噪声来源包括A.位移估计误差  B.压缩不均匀  C.信号去相关  D.声辐射力不足  （ ABC ）27.关于相控阵波束形成，正确的有A.延迟精度影响旁瓣水平  B.加权切趾可降低旁瓣  C.二维阵列可实现三维聚焦  D.数字波束形成可动态变迹  （ ABCD ）28.超声造影剂在肝脏成像中的延迟相特点A.肝实质增强高于血管  B.微泡被网状内皮系统吞噬  C.可用于检测局灶性结节增生  D.延迟相常出现在注射后5–10min  （ ACD ）29.下列属于超声图像伪像的有A.声影  B.增强  C.镜像  D.振铃  （ ABCD ）30.提高超声多普勒灵敏度的措施A.增加发射功率  B.降低壁滤波截止频率  C.提高接收增益  D.采用编码激励  （ ABCD ）三、填空题（每空1分，共20分）31.超声在脂肪组织中的声速约为______m/s，低于软组织平均值。（1450）32.若脉冲持续时间τ=0.2μs，则其轴向分辨力理论极限为______mm。（0.15）33.多普勒频移fd=1.5kHz，发射频率f0=3MHz，血流速度v=0.5m/s，则多普勒角度θ=______°。（60）34.声强I与声压幅值p的关系式为I=______。（p²/2Z）35.超声探头阻尼后Q值从20降至2，则脉冲-回波轴向分辨力提高约______倍。（10）36.机械指数MI定义为MI=______。（p_r.3/√f）37.若组织衰减系数为0.5dB/(cm·MHz)，频率5MHz，深度4cm，则单程衰减为______dB。（10）38.采用4个周期脉冲，频率7MHz，则脉冲空间长度为______mm。（0.88）39.超声造影剂微泡半径2μm，壳弹性可忽略，其共振频率近似为______MHz。（1.5）40.在弹性成像中，若应变ε=0.5%，应力σ=2kPa，则杨氏模量E=______kPa。（400）41.二维阵列探头实现三维实时成像，阵元数若为128×128，则总通道数为______。（16384）42.彩色多普勒帧频F与扫描线数N、每条线采样包数M、PRF关系为F=______。（PRF/2NM）43.声束侧向分辨力常用-______dB波束宽度定义。（6）44.超声图像动态范围压缩常用______变换。（对数）45.超声弹性成像中，采用剪切波速度cs=2m/s，则剪切模量μ=______kPa。（4ρ=4×1000=4000）46.若PRF=10kHz，则最大不模糊速度v_max=______m/s（f0=3MHz，θ=0°）。（2.57）47.超声探头匹配层特征阻抗Zm应满足Zm=______。（√Z1Z2）48.超声在骨中的衰减约为______dB/(cm·MHz)。（10–20，填15可给分）49.采用编码激励可提升______比。（信噪）50.超声弹性成像中，去相关噪声可用______滤波器抑制。（中值或自适应，填任一即给分）四、简答题（共30分）51.简述超声轴向分辨力与侧向分辨力的物理定义及主要影响因素。（6分）答：轴向分辨力指沿声束轴线方向可分辨的最小两点间距，主要受脉冲空间长度限制，与频率、带宽、阻尼有关；侧向分辨力指垂直于声束轴线方向可分辨的最小间距，主要受声束宽度限制，与孔径、频率、聚焦及波长有关。52.写出Rayleigh散射强度公式，并说明其在超声成像中的意义。（6分）答：I_s∝I_0f⁴V²/r²(ΔZ/Z)²，其中V为散射体体积，ΔZ为阻抗差异。意义：解释微结构（<λ）回声来源，提供组织背散射信息，用于组织定征。53.说明机械指数MI的物理意义及临床安全阈值。（6分）答：MI=p_r.3/√f，p_r.3为负峰值声压（MPa），f为频率（MHz）。阈值：FDA/IEC建议MI<1.9，用于评估惯性空化风险。54.简述彩色多普勒能量图（PDI）与速度图（CDV）的区别。（6分）答：PDI显示多普勒信号功率，角度依赖性小，灵敏度高，无方向性；CDV显示平均速度与方向，角度敏感，可定量，但易受混叠影响。55.说明组织谐波成像（THI）抑制旁瓣伪像的机理。（6分）答：谐波由组织非线性传播产生，仅存在于主瓣高强度区；旁瓣强度低，谐波成分可忽略，接收滤波提取二次谐波，旁瓣贡献被抑制，图像对比度提高。五、计算与分析题（共60分）56.某相控阵探头中心频率f0=3MHz，阵元间距d=0.3mm，声速c=1540m/s，要求偏转角θ=30°，求相邻阵元激励延迟Δt；若孔径D=19.2mm，求-6dB侧向束宽（Rayleigh判据）。（10分）解：(1)波束偏转公式：Δt=(dsinθ)/c=(0.3×10⁻³×0.5)/1540=0.097μs(2)波长λ=c/f0=0.513mm，束宽≈λF/D，设焦距F=40mm，则束宽=0.513×40/19.2=1.07mm答：Δt=0.097μs，束宽≈1.1mm。57.超声脉冲-回波系统，发射频率5MHz，带宽50%，组织衰减0.5dB/(cm·MHz)，深度10cm，求回波总衰减；若接收机动态范围80dB，判断能否覆盖信号。（10分）解：单程衰减=0.5×5×10=25dB，回波双程=50dB；带宽因子可忽略；50dB<80dB，可覆盖。答：总衰减50dB，可覆盖。58.多普勒测速：f0=2MHz，θ=60°，测得fd=2kHz，求血流速度v；若系统PRF=8kHz，判断是否混叠；若将PRF提高至15kHz，求新v_max。（10分）解：v=fdc/(2f0cosθ)=2000×1540/(2×2×10⁶×0.5)=1.54m/s奈奎斯特极限=PRF/2=4kHz，fd<4kHz，无混叠；新v_max=PRF·c/(4f0)=15×10³×1540/(4×2×10⁶)=2.89m/s答：v=1.54m/s，无混叠，新v_max=2.89m/s。59.超声造影剂微泡线性共振模型：半径R=1.5μm，壳参数忽略，求共振频率f0；若驱动频率f=2f0，求散射截面σs与几何截面σg比值（使用Rayleigh-Plesset近似）。（15分）解：f0=(1/2πR)√(3γP0/ρ)，γ=1.07，P0=101kPa，ρ=1000kg/m³f0=1/(2π×1.5×10⁻⁶)√(3×1.07×1.01×10⁵/1000)=2.18MHz驱动频率f=4.36MHz，散射截面σs=4πR²[(f0²-f²)²+(δf)²]⁻¹(f0/f)⁴，阻尼δ忽略，得σs/σg≈(f0/f)⁴×4πR²/(πR²)=4(f0/f)⁴=4×(0.5)⁴=0.25答：f0=2.18MHz，σs/σg=0.25。60.超声弹性成像：静态压缩2%，测得轴向位移u(z)呈线性，表面u=0，深部u=0.2mm，深度z=2cm，求应变分布ε(z)；若噪声标准差σu=2μm，估计应变信噪比SNRε（采用差分窗Δz=4mm）。（15分）解：ε(z)=du/dz=0.02mm/20mm=0.001=0.1%应变估计方差Var(ε)=2σu²/(Δz)²=2×(2×10⁻³)²/16=5×10⁻⁷SNRε=ε²/Var(ε)=(0.001)²/(5×10⁻⁷)=2答：ε=0.1%，SNRε=2。六、综合设计题（共30分）61.设计一款用于小鼠心脏成像的超高频超声系统：(1)给出中心频率、轴向与侧向分辨力目标；(2)选择探头类型与阵元参数；(3)计算所需PRF、帧频与通道数；(4)评估MI与TI安全值。（30分）答：(1)目标：中心频率f0=50MHz，轴向分辨力<30μm，侧向<5