第二章超声成像的物理原理1

超声医学 ultrasound

第二章 超声成像的物理原理

福建医科大学附属漳州市医院超声医学科

陈明

高职高专卫生部规划教材 医学影像技术专业《超声诊断学》CAI课件

教学目标1. 掌握超声的定义、特性及产生机制2. 掌握超声传播中频率、声速、波长三者之间的关系

3. 熟悉生物组织对入射声束的作用4. 熟悉入射超声对生物组织的作用 5.了解超声诊断的安全性及注意事项

第一节 超声成像的物理基础一、定义1.超声 是一种机械波，其频率在20千赫兹以上。 2.医学诊断用超声 频率在2.2~10兆赫兹范围的超声。 3.超声的特性 ◆ 超声波可在气体、液体、固体等介质中传播 ◆ 超声波可以传递很强的能量 ◆ 超声波在传播过程中会产生反射、折射、散射、绕射、 干涉等现象 ◆ 超声波在液体介质中传播时，会在界面产生冲击和空 化现象

第一节 超声成像的物理基础

二、超声的产生与接收1.压电效应 是电能与声能相互转换的过程。 2.超声的产生 (说) 电场作用到特定的材料两端引起振动，在周围 介质中传播形成超声，是逆压电效应过程。 3.超声的接收 (听) 声场作用到特定的材料两端产生电位差，通过 接收器转换成电信号，是正压电效应过程。

第一节 超声成像的物理基础

4.压电材料能够产生压电效应的材料。◆ 无机材料 主要包括钛酸钡、钛酸铅、锆钛酸铅等。 ◆ 有机材料 主要由聚偏氟乙烯(PVDF)构成，材料声阻抗 与人体接近。 ◆ 混合材料 由压电陶瓷和有机压电材料混合构成，机电耦 合系数大，适宜制作宽带换能器。

第一节 超声成像的物理基础

5.换能器 (探头)◆ ◆

结构 种类

面材、压电材料、背材 ，核心是压电材料。体表检查用探头； 手术用探头； 体腔检查用探头。

第一节 超声成像的物理基础

第一节 超声成像的物理基础三、超声的传播1.传播速度 (c) 由传播介质决定，不同人体组织器官的声速不同， 平均声速为1540米/秒，其中空气最小(350米/秒), 骨骼最大(3850米/秒)。 2.超声频率 (f) 由探头中压电材料决定，在2.2~10兆赫兹范围。 3.超声波长 (λ) 超声波长与声速和频率满足关系式：

c f

第一节 超声成像的物理基础

四、超声声束的空间分布1.声束 在一个有限的立体角内传播的超声 。 2.声轴 声束的中心线。 3.近程区 靠近探头区域，声束等宽 4.远程区 远离探头区域，声束发散

第一节 超声成像的物理基础 超声声束空间分布示意图

第二节 超声与生物组织间的相互作用

一、生物组织对入射超声的作用(一)两个基本概念 ◆ 声特性阻抗介质的密度(ρ)与声速(c)的乘积，不同

组织 的声特性阻抗不一样。◆

界面两种具有不同声阻抗的介质的接触面。 大界面：界面尺寸大于超声波长 小界面：界面尺寸小于超声波长

第二节 超声与生物组织间的相互作用

第二节 超声与生物组织间的相互作用

(二)反射与折射 入射声束与大界面的作用 ◆ 三个条件方向、截面、角度◆

全反射 两种介质的声速关系 入射角度

◆

界面的反射信号是声像图的主要组成部

分

第二节 超声与生物组织间的相互作用

第二节 超声与生物组织间的相互作用

(三)散射 入射声束与小界面的作用 ◆ 散射回声强度低 (四)绕射 入射声束与界面(界面尺寸与超声波长大 小相当)的作用 ◆ 绕射使入射声束发生方向偏转

第二节 超声与生物组织间的相互作用

Ax A0 e ( f ) x

第二节 超声与生物组织间的相互作用 (五)衰减由于组织对超声的吸收造成声能的减小。

Ax A0e

( f ) x

◆ 不同组织，吸收系数不同，衰减程度不同；

◆ 相同组织，入射深度越大，衰减越大； ◆ 相同组织，入射超声频率越高，衰减越大。

第二节 超声与生物组织间的相互作用

二、入射超声对生物组织的作用1.超声的生物效应 当一定剂量的超声波在生物体内传播时，通 过超声与生物组织的相互作用，可以引起生 物体的功能、结构或状态的变化 2.热机制 超声声能转换成生物组织的热能

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