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1、第1页，本讲稿共20页第一节 超声成像的物理基础一、定义一、定义 1.1.超声超声 是一种机械波，其频率在20千赫兹以上。2 2.医学诊断用超声医学诊断用超声 频率在2.510兆赫兹范围的超声。3.3.超声的特性超声的特性 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2页，本讲稿共20页第一节 超声成像的物理基础二、超声的二、超声的产生与接收生与接收 1.1.压电效效应 是电能与声能相互转换的过程。2.超声的超声的产生生 电场作用到特定的材料两端引起振动，在
2、周围介质中传播形成超声，是逆压电效应过程。3.超声的接收超声的接收 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3页，本讲稿共20页第一节 超声成像的物理基础 4.4.压电材料压电材料 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4页，本讲稿共20页第一节 超声成像的物理基础 5.5.换能器换能器（探头）结构 面材、压电材料、背材，核心是压电材料。种类 体表检查用探头；手术用探头；体腔检
3、查用探头。第5页，本讲稿共20页第一节 超声成像的物理基础三、超声的传播三、超声的传播 1.1.传播速度传播速度（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.超声频率超声频率（f）由探头中压电材料决定，在2.210兆赫兹范围。3.超声波长超声波长（）超声波长与声速和频率满足关系式：第6页，本讲稿共20页第一节 超声成像的物理基础四、超声声束的空四、超声声束的空间分布分布 1.1.声束声束 在一个有限的立体角内传播的超声。2.声声轴 声束的中心线。3.近程区近程区 靠近探头区域，声束等宽 4.远程区程区
4、远离探头区域，声束发散第7页，本讲稿共20页第一节 超声成像的物理基础v 超声声束空间分布示意图第8页，本讲稿共20页第二节 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、生物组织对入射超声的作用 （一）两个基本概念（一）两个基本概念 声特性阻抗 介质的密度()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9页，本讲稿共20页第二节 超声与生物组织间的相互作用 （二）反射与折射（二）反射与折射 入射声束与大界面的作用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
5、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10页，本讲稿共20页第二节 超声与生物组织间的相互作用 （三）散射（三）散射 入射声束与小界面的作用入射声束与小界面的作用 散射回声强度低 （四）绕射（四）绕射 入入射射声声束束与与界界面面（界界面面尺尺寸寸与与超超声声波波长长大大小小相相当）的作用当）的作用 绕射使入射声束发生方向偏转第11页，本讲稿共20页第二节 超声与生物组织间的相互作用 （五）衰减（五）衰减 由于组织对超声的吸收造成声能的减小。由于组织对超声的吸收造成声能的减小。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
6、，衰减越大；相同组织，入射超声频率越高，衰减越大。第12页，本讲稿共20页第二节 超声与生物组织间的相互作用二、入射超声二、入射超声对生物生物组织的作用的作用 1.1.超声的生物效超声的生物效应 当当一一定定剂剂量量的的超超声声波波在在生生物物体体内内传传播播时时，通通过过超超声声与与生生物物组组织织的的相相互互作作用用，可可以以引引起起生生物物体体的功能、结构或状态的变化的功能、结构或状态的变化 2.2.热机制机制 超声声能转换成生物组织的热能超声声能转换成生物组织的热能第13页，本讲稿共20页第二节 超声与生物组织间的相互作用 3.3.机械机制机械机制 超声声能转换成生物组织的机械能超声声
7、能转换成生物组织的机械能 4.4.空化机制空化机制 超声声能使生物组织中的气泡活性改变超声声能使生物组织中的气泡活性改变v 低声强长时间作用以热机制为主低声强长时间作用以热机制为主v 高声强短时间作用以空化机制为主高声强短时间作用以空化机制为主第14页，本讲稿共20页第二节 超声与生物组织间的相互作用三、超声三、超声诊断的安全性及注意事断的安全性及注意事项 1.1.超声超声强度的度的计算方式算方式 空空间平均平均时间平均；平均；空空间峰峰值时间平均；平均；为多个国家和多个国家和组织采用采用 空空间平均平均时间峰峰值；空空间峰峰值时间峰峰值。2.2.安全声安全声强（美国（美国FDAFDA，我国超
8、声，我国超声标准化委准化委员会推荐）会推荐）空间峰值时间平均声强：小于空间峰值时间平均声强：小于100毫瓦毫瓦/平方厘米平方厘米第15页，本讲稿共20页第二节 超声与生物组织间的相互作用 3.3.超声探超声探测的安全性（世界的安全性（世界卫生生组织建建议）(1)(1)只只有有在在医医学学上上具具有有明明确确理理由由时，才才对人人体体使使用用诊断超声；断超声；(2)(2)以以商商业显示示和和获得得实验图像像为目目的的时，不不应把超声用于把超声用于辐照人体，特照人体，特别是是辐照孕照孕妇；(3)(3)在在保保证获得得良良好好图像像质量量和和取取得得必必要要的的诊断断信信息息前前提提下下，应使使超超
9、声声诊断断设备的的输出出强度度尽尽可可能能小。小。第16页，本讲稿共20页第二节 超声与生物组织间的相互作用 4.4.超声探超声探测应遵循的原遵循的原则v在明确在明确诊断目的的情况下，断目的的情况下，应积极使用超声极使用超声诊断断技技术。v在超声在超声诊断断过程中，必程中，必须坚持最小持最小剂量原量原则。即。即在保在保证获得必要得必要诊断信息的前提下，断信息的前提下，应采用最小采用最小超声超声强度和最短度和最短辐照照时间。v拒拒绝一切与一切与诊断无关的胎儿超声断无关的胎儿超声显像。像。v对早孕胚胎不做或少做超声探早孕胚胎不做或少做超声探测，对3 3个月以上的个月以上的胎儿定期超声探胎儿定期超声
10、探测时，应控制在控制在3 35 5分分钟之内完之内完成。成。第17页，本讲稿共20页第二节 超声与生物组织间的相互作用 5.5.超声探超声探测的注意事的注意事项v成人超声探测成人超声探测 颅脑检查时 每一固定切面持每一固定切面持续检查时间控制在控制在2 2分分钟以内；以内；眼球眼球检查时 每一固定切面持每一固定切面持续检查时间不不应超超过半分半分钟；卵巢、睾丸卵巢、睾丸检查时 每一固定切面持每一固定切面持续检查时间不不应超超过1 1分分钟。第18页，本讲稿共20页第二节 超声与生物组织间的相互作用v产科超声探测产科超声探测 对不足不足3 3个月的早孕孕个月的早孕孕妇 尽量不用超声尽量不用超声进
11、行常行常规检查；对于有于有习惯性流性流产或已有先兆流或已有先兆流产症状者症状者 3 3个月内不建个月内不建议做超声探做超声探测。必。必须要要进行超声探行超声探测时，应控制每一固定切面控制每一固定切面检查持持续时间在在1 1分分钟以内；以内；对对3 3个月以上胎儿个月以上胎儿 在在脑、心、眼、脊髓等、心、眼、脊髓等脏器器检查时，每一固定，每一固定切面持切面持续时间不不应超超过2 2分分钟，其他，其他脏器可适当延器可适当延长检查时间。检查时应不断移不断移动探探头。第19页，本讲稿共20页第二节 超声与生物组织间的相互作用v新生儿超声探测新生儿超声探测 作作颅脑检查时 每一固定切面持每一固定切面持续检查时间不不应超超过1 1分分钟；作心作心脏检查时 每一固定切面持每一固定切面持续检查时间不不应超超过2 2分分钟。第20页，本讲稿共20页