超聲波的基本性質(zhì)講解

醫(yī)用物理學(xué)醫(yī)用物理學(xué)超聲波的基本性質(zhì)

一、超聲波的分類二、超聲波的產(chǎn)生機(jī)制三、聲速、聲壓、聲強(qiáng)與聲阻抗超聲波的基本性質(zhì)連續(xù)波1.按振動(dòng)形式分縱波橫波氣體、液體、固體固體2.按頻率分(臨床用)低頻超聲1～2.75MHz中頻（常規(guī)）超聲3～10MHz高頻超聲12～20MHz超高頻超聲>20MHz3.按發(fā)射方式分類脈沖波一、超聲波的分類連續(xù)波正弦等幅波超聲頻率與振幅穩(wěn)定不變輸出電功率Ue有效電壓電壓峰值的0.707倍R聲源負(fù)載阻抗10％左右電功率轉(zhuǎn)變成聲功率一、超聲波的分類振動(dòng)持續(xù)時(shí)間1.5～5s兩個(gè)相鄰脈沖前沿相隔時(shí)間

脈沖寬度T

脈沖重復(fù)周期(PRP)脈沖波特征量脈沖寬度

T脈沖重復(fù)周期Tr間歇期（靜止期）一、超聲波的分類脈沖聲波及其參數(shù)每秒內(nèi)脈沖重復(fù)出現(xiàn)的次數(shù)Tr+

=Tf脈沖重復(fù)頻率(PRF)f=1/T50～2000HzTr

間歇期

(靜止期)相鄰脈沖的間歇時(shí)間一、超聲波的分類脈沖波特征量脈沖寬度

T脈沖重復(fù)周期Tr間歇期（靜止期）脈沖聲波及其參數(shù)脈沖發(fā)射期間最大輸出功率單位時(shí)間輸出的功率S=

/Tr0.0075％～1％S

占空因子脈沖寬度與靜止期之比W峰峰值功率平均功率W=S·W峰一、超聲波的分類脈沖波特征量脈沖寬度

T脈沖重復(fù)周期Tr間歇期（靜止期）脈沖聲波及其參數(shù)超聲探頭應(yīng)用壓電式換能法發(fā)射和接收超聲波壓電式換能法電磁能量機(jī)械振動(dòng)發(fā)射超聲接收超聲產(chǎn)生超聲波必備條件二、超聲波的產(chǎn)生機(jī)制彈性介質(zhì)聲源1.壓電效應(yīng)機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能超聲接收換能器機(jī)械力引起材料內(nèi)部正負(fù)電荷重心相對(duì)位移,產(chǎn)生符號(hào)相反的表面電荷而產(chǎn)生電場(chǎng)。二、超聲波的產(chǎn)生機(jī)制2.電致伸縮效應(yīng)電場(chǎng)引起材料內(nèi)部正負(fù)電荷重心相對(duì)位移,內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力導(dǎo)致宏觀上的幾何形變。電能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能超聲發(fā)射換能器二、超聲波的產(chǎn)生機(jī)制3.壓電材料的選擇Tc居里點(diǎn)電疇結(jié)構(gòu)完全解體壓電效應(yīng)消失的溫度臨界值二、超聲波的產(chǎn)生機(jī)制壓電接收常數(shù)g壓電片單位形變產(chǎn)生的電位移單位V·m·N-1接收型換能器選擇g大的壓電材料壓電發(fā)射常數(shù)d電場(chǎng)單位場(chǎng)強(qiáng)而產(chǎn)生的形變發(fā)射型換能器選擇d大的壓電材料4.壓電效應(yīng)的主要性能參數(shù)二、超聲波的產(chǎn)生機(jī)制固體中傳播縱波Y楊氏模量G切變模量

介質(zhì)平均密度橫波1.

聲速(c)單位ms-1超聲單位時(shí)間傳播的距離三、聲速、聲壓、聲強(qiáng)與聲阻抗

B

體積彈性模量流體和氣體只能傳播縱波聲速與介質(zhì)性質(zhì)有關(guān)與頻率基本無(wú)關(guān)聲速與溫度成正比關(guān)系20℃空氣中343ms-1水中1450ms-1骨骼中比軟組織中快3倍以上臨床應(yīng)用時(shí)超聲速度在軟組織中近似取1500ms-1

介質(zhì)密度1.

聲速(c)三、聲速、聲壓、聲強(qiáng)與聲阻抗蒸餾水在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下聲速與溫度變化曲線三、聲速、聲壓、聲強(qiáng)與聲阻抗1.

聲速(c)2.聲壓(p)壓強(qiáng)瞬時(shí)值P與無(wú)超聲傳播時(shí)壓強(qiáng)值P0

之差超聲介質(zhì)中傳播介質(zhì)密度周期性變化瞬時(shí)壓強(qiáng)P變化聲壓周期性變化三、聲速、聲壓、聲強(qiáng)與聲阻抗2.聲壓(p)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度連續(xù)超聲波運(yùn)動(dòng)方程質(zhì)點(diǎn)位移速度幅值vm

=A

三、聲速、聲壓、聲強(qiáng)與聲阻抗2.聲壓(p)聲壓數(shù)學(xué)表達(dá)式儀器顯示有效聲壓pepm

聲壓幅值A(chǔ)

聲振動(dòng)幅值

介質(zhì)密度c

波速

聲波圓頻率三、聲速、聲壓、聲強(qiáng)與聲阻抗3.聲強(qiáng)(I)與聲壓關(guān)系單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)單位橫截面積的周期平均能量聲波傳播過(guò)程是聲源能量以聲速傳播出去的過(guò)程三、聲速、聲壓、聲強(qiáng)與聲阻抗4.聲阻抗(Z)聲壓與聲振動(dòng)速度之比當(dāng)聲壓與振動(dòng)速度同位相時(shí)單位瑞利(Rayleigh)(10-1kg·m-2·s-1)聲阻抗與溫度有關(guān)三、聲速、聲壓、聲強(qiáng)與聲阻抗血液1.05515701.656血漿1.027______大腦1.03815401.599小腦1.03014701.514脂肪0.95514761.410軟組織（平均值）1.01615001.542肌肉（平均值）1.07415681.684肝1.05015701.648腎___1560___腦積液1.00015221.522顱骨1.65838605.571甲狀腺______1.620-1.660介質(zhì)名稱密度（103kg

m-速度（ms-1）聲阻抗三、聲速、聲壓、聲強(qiáng)與聲阻抗(106Nsm-3)胎體

1.02315051.540羊水

1.01314741.493胎盤(pán)

___1541___角膜

___1550___水晶體

1.13616501.874

前房水

0.992-1.01214951.486-1.513玻璃體

0.992-1.01014951.483-1.510鞏膜

___1630___空氣（22℃）

0.00118334.80.000407介質(zhì)名稱密度（103kg

m-3）速度（ms-1）聲阻抗三、聲速、聲壓、聲強(qiáng)與聲阻抗(106Nsm-3)低聲阻的氣體或充氣組織如肺部組織中等聲阻的液體和軟組織如肌肉高聲阻的礦物組織如骨骼人體組織分成三大類三類組織聲阻相差甚大，彼此不能傳播聲波超聲檢測(cè)主要適用第二類組織三、聲速、聲壓、聲強(qiáng)與聲阻抗第二類組織中，聲阻抗相差不大，聲速大致相等，又可利用不同類組織間的聲阻抗造成的反射、散射識(shí)別不同軟組織與器官的形態(tài)和性質(zhì)。這是超聲成像及讀片的基本物理依據(jù)。超聲通過(guò)聲阻抗差達(dá)到1

的介質(zhì),可在其交界面上產(chǎn)生發(fā)射三、聲速、聲壓、聲強(qiáng)與聲阻抗聲強(qiáng)級(jí)單位5.聲強(qiáng)級(jí)(LI)與聲壓級(jí)(LP)定義聲強(qiáng)級(jí)的生理學(xué)及物理學(xué)依據(jù)人耳感覺(jué)聲音強(qiáng)弱與聲強(qiáng)對(duì)數(shù)成正比人耳對(duì)聲音感覺(jué)的強(qiáng)度范圍甚大比較相差甚大的兩信號(hào)聲強(qiáng)比的對(duì)數(shù)I0

基準(zhǔn)聲強(qiáng)

10-12W?m-2貝爾（Bel、B）分貝（dB）1B=10dB聲強(qiáng)級(jí)(LI)三、聲速、聲壓、聲強(qiáng)與聲阻抗聲壓級(jí)聲強(qiáng)正比于聲壓的平方聲壓級(jí)與聲強(qiáng)級(jí)數(shù)值上一樣表現(xiàn)形式不同三、聲速