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超声成像的物理原理 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2.5～10兆赫兹范围的超声。 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 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 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 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； 体腔检查用探头。 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： 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 （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 （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 （五）衰减 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，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 第二节 超声与生物组织间的相互作用 3.机械机制 超声声能转换成生物组织的机械能 4.空化机制 超声声能使生物组织中的气泡活性改变