超声波的定义及特性.ppt

1、第A，1，1章医用超声学的基础第一节超声定义及其特性，波，其性质可分为两大类：A，2，弹性介质中粒子机械振动状态的传播过程。机械振动能量的传播过程。第二，按频率分类的声波分类和按医学超声范围分类的声波分类(F)，1，声波的定义，A，3，简单的分类：F 20khz是：超声波医学超声诊断仪的频率范围：200khz-40 MHz超声诊断仪的频率范围：1 MHz-10 MHz相应波长：1.5mm-0.15mm 3，超声波(最显著)的特性1。方向良好用于检测、诊断。能量用于清洗、杀菌和手术。A，4，2节超声波产生，超声波产生的基本条件：振源；媒体。首先，单自由度振动系统的数学描述，A，5，1。位移：=a

2、cos ( 0t-)式：A 振幅，即最大位移 0=2 F0 角频率F0 固有频率3354初始相位角度2。速度：v=d/dt=-a0 sin(0t-)=-VM sin(0t-)表达式：VM=A0 3354最大速度3。加速度：a=dv/dt=-a 02 cos(0t-)=-b cos(0t-)表达式：b=a02 3354最大加速度单个粒子衰减无振动：动能，A，6，A，7，2，机械波产生的连续弹性介质，特定粒子的振动通过弹性力的作用传递给相邻粒子，后者也振动并继续传递.能量传播，形成机械波。第三，超声波生成和传播通过超声波转换器产生振动，引起接触剂的振动，接触剂的振动引起人体皮肤、脂肪和内脏的振动，

3、超声波能量流入人体。A，8，3节超声波分类1，根据粒子振动方向和波传播方向的关系分类，1。横波粒子振动方向与波传播方向垂直的波。也称为剪切波，是由介质的剪切弹性引起的。剪切波只在固体中传播。纵波粒子振动方向与波传播方向平行的波。由介质的压缩弹性引起，也称为稀疏波或压缩波。纵波可以在固体、液体和气体中传播。a，9，由于对人类软组织没有剪切弹性，横波不能在人体软组织中传播，只能通过纵波传播，因此纵波是超声诊断和治疗中常用的波形。A，10，2，根据波前形状分类，1 .波面和波面：波传播时在特定瞬时介质上由相同相位振荡点组成的面。波前很多。波阵：波传播方向上最前面的波曲面。2.平面波：按波阵列的形状对

4、平面波进行分类。球面波：球面波。圆柱波：具有圆柱形波浪图案的波。3.为了协议的便利，超声波在人体内传播的东西都被认为是平面波。遇到小障碍物散射的超声波都被认为是方波。A，11，A，12，3，按发射超声波类型分类，1 .脉冲波采用模型：a型、m型、b型超声诊断仪、脉冲多普勒流量计。连续波使用模型：连续波多普勒流量计。4、根据声波的频率分类(上述等)1。次声波2。可听到的声波3。超声波，A，13，4节波动方程和波参数，1，波动方程假设：平面声波，在x方向传播1。基本方程运动方程：连续方程：其中：p-声压，v-粒子振动速度介质密度，t-时间，b-体积弹性系数，A，14，2。波动方程，联立理想，式，可

5、用的波动方程如下。描述声波传播过程中每个空间的位置，每个瞬间的声压和粒子振动速度。3.解决方案的形式p=f1 (x-CT) F2 (x CT) a，15，对于谐波平面波，可以写为：P=A1e-j (t-kx) A2e-j(t kx) 或P=A1cos (t-kx) A2cos(t kx) 格式：k=讨论，表达式中的第一个x等方声波，如果没有第二个x反转波(反射波)，则a2=0 p=p0cos(t-kx)=p0cos(t)，A，16，1。声速c声波在单位时间内传播的距离称为声速，用c表示。声速c和粒子振动速度v不同。c与以下因素相关：(1)c与波类型相关。剪切波c 纵波C. (2)对于流体和气体

6、介质(平面纵波):b介质的体积弹性系数介质的密度(3)c与温度相关的原因b与温度相关。例如：在空气中，在一定温度内每增加1 ，声速就增加约0.6m/S。(4)c是与频率无关的，即没有色散的(色散)现象。第二，波参数，A，17，与超声诊断相关的各种介质的声速，A，18，重要的声速参数，对于人体软组织来说：c 1540m/s在人体各种软组织中的声速很接近，可以据此估计。人体骨组织：c4000m/S空气(22)中：c345m/S，A，19，2。波长、周期和频率，(1)波长声波中两个相邻同相点之间的距离称为波长，用表示。纵波：表示两个相邻集中点(或稀疏点)之间的距离。剪切波：表示两个相邻波峰值(或波谷

7、)之间的距离。(或：波在一个波周期时间内传播的距离称为波长。)，A，20，(2)周期t，声波传播一个波长距离所需的时间称为周期，用t表示。在声波中，等于粒子从平衡位置往返一次所需的时间。(3)频率f任意点处在单位时间内通过的波的数目称为频率，用f表示。等于介质中的粒子在单位时间内振动的次数。(4)波长、周期、频率和声速的关系=c/f=CT t=1/f (5)单位声速c的单位如下：通常用于m/S医学超声：mm/S波长的单位通常用于m医学超声：mm频率f的单位通常用于Hz医学超声：MHz，A，21，(6)频率，波长对超声成像的影响；波长：确定成像的极限分辨率频率a，22，3。定义声压和调和，(1)

8、声压P 单位面积介质受到的声波压力。声压用p表示。声波引起的介质中压力，介质中静态压力的增加值。随着声波在介质中传播，这种压力随时间和位置的变化而变化。平面波声压瞬时值p= cv式：介质密度，c-声速，v-粒子振动速度声压最大值(即振幅)pm= CVM= c 0 a 声压有效值p=pm/，a简称用I表示。平面声强计算I=p2/c=PM2/2c=pmvm/2=CVM 2/2=c02a 2/2即，声强与该点的声压、振动速度或振动位移的最大值相关。声音单位瓦/厘米2瓦=1焦耳/秒，A，24，4。声压级和声级，(1)声强LI=10lg (I/I0)分贝(dB)称为LI。I是I对i0的声音强度，I0是I

9、的参考值。(2)声压级LP可从I=p2/ c，i0=P02/ c中获得。Li=10 LG(I/i0)=10 LG(p2/P02)=20 LG(P/P0)定义：LP=20lg(P/P0)分贝(dB，A，25，(3)说明与相同基准声波的数量相比，恒定LI=LP 超声诊断回波信号动态范围LD=10lg(Imax/Imin)100dB，即Imax/Imin=1010(1010)如果没有说明参考性力，默认值i0=10-16w/cm2是f=1khz时听觉最小且国际。、A、26、A、27，5。声阻抗比Z，(1)定义声场中特定点对粒子振动速度的声压比。z=p/v表示平面波：z=p/v= c在水和空气中，z=p

10、/v= c=(b ) 1/2式：介质密度，c声速，b体积弹性系数(2) Z单位为瑞利，1瑞利=1g/cm2S；声阻抗速度越大，超声波纵波速度越快。A，28，A，29，(3)根据声音阻抗，人类组织可以分为3大类：体液和软组织：z 1.5105瑞利气体和膨胀肺组织：z；0.0004-0.26105瑞利骨头和钙化组织：Z5.57-8.3105瑞利(4)声阻抗被比作电阻，被称为“机械-电类比”。“机器-电类比”是用电的理论、手段研究声音问题的方法。因为很多声学系统与相应的电气系统具有相同的微分方程声学。z=p/v，电：r=u/I，类推：z-r，p-u，v-I，a，30，超声波成像只能用于具有未被气体或

11、骨骼阻挡的液体和软组织的区域。在液体和软组织中，声速和声音阻抗几乎没有变化，声音反射量适中，接口回波的视频观察和声波可以通过足够的深度。反向接收延迟还与目标深度成正比，目标深度是成功应用b超诊断图像所需的物理基础。A，31，5节超声波传播特性，超声波传播特性：波反射、折射、透射、衍射和散射等。两派见面时遵循重叠原理。一、反射和折射条件和约定：声波类型：平面波界面条件：平滑平面，足够大小(与波长相对)文字，下标的意义p-声压，I-声强，c-声速，z-声阻抗，无线电波的几何特性，i，r，t，Ii，Pi，Ir，Pr，It，Pt，入射波，反射波，折射波，A，34，2。无线电波的机械性质称为透射波。透射

12、波相对强度对反射波、透射率入射波的响应是反射系数和透射系数。(1)定义声压反射系数：声压透射系数：声音的强反射系数：声音的强透射系数：A，35，(2)根据接口平衡条件解决想法：接口两侧的总压力必须相同；界面两侧粒子的速度必须连续。(1) (2)还根据声音阻抗进行定义，(2)表达式可以通过(3)耦合解决方案(1)、(3)来获得。A，36，A，37，(3)超声波垂直入射界面的机械特性，其中：A，38，显然原因如下。即: I=p2/ c，可推注意：A，39，(4)讨论，反射，透射无反射，完全透射；几乎所有反射，没有传输；几乎全部反射，没有透射。反射超声能量的大小取决于两种介质的声阻抗比差超声垂直入射

13、时的大小。对于空气-软组织连接，声强反射系数为0.9989。软组织-颅骨连接面的声强反射系数为0.32。在这两个界面中，99.9%和32%的超声波能量被反射。这就是超声诊断师不能检查包含气体的器官，头部检查也很困难的原因。超声诊断仪必须避免声音路径中的骨头和空气。A，40，2，通过薄层波在超声波转换器中，超声波通过不同介质传播不同层的特性阻抗。这里只讨论假设平面超声波通过三段介质垂直入射的最简单的情况。图：A，41，可以获得：格式：I1 第一层入射波能量I3 第三层透射波能量介质2的波数L2 中间层厚度(1)，n=1，2，(L2是半波的整数倍)d与相比时发生衍射。像胆石一样。如果是D，则发生散射。例如，红细胞。A，46，1。散射，条件：d；现象：小障碍物变成新的补源，向四面发射超声波。回波：散射信号的回波大小与入射角没有显著关系。应用：移动红细胞散射超声多普勒流量计；长期内小结构散射B长期结构特性成像。衍射条件：d接近；现象：障碍物边缘超声波绕过障碍物继续前进。应用：绕过胆石的边缘，在其后形成填方，判定是否为胆石。A，47，A，48，4，超声波叠加原理，1。叠加原理在超声波传播过程中相遇：相遇前后海浪的特性不改变独立性。相遇，粒子振动角波矢量合成叠加。(波的特性：频率、肖像、振动方向、传播