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超声基础知识 一、超声波的产生和特性 　　超声波的产生 物体的机械振动是产生波的源泉 , 波的频率取决于物体的振动频率。 可见，整个声波频谱是比较宽的，其中只有可听声波才能为人耳所听到，而次声、超声虽然属于声波却不能为人耳所察觉。 在自然界存在着多种多样的超声波 , 如某些昆虫和哺乳动物就能发出超声波 , 又如风声、海浪声、喷气飞机的噪声中都含有超声波成分。在医学诊断上所使用的超声波是由压电晶体一类的材料制成的超声探头产生的。眼科方面所使用的超声频率在 5 ～ 15MHz 范围内 , 心和腹部所使用的超声频率在 2 ～ 10MHz 范围内。 超声波和可听声波一样 , 也是一种机械波 , 它是由介质中的质点受到机械力的作用而发生周期性振动产生的。依据质点振动方向与波的传播方向的关系 , 超声波亦有纵波和横波之分。 纵波是质点的振动方向与波的传播方向相同的波。例如音叉在空气介质中振动所产生的声波 , 空气介质中的质点沿水平方向振动 , 振动的方向与声波的传播方向一致 , 传播时介质的质点发生疏密的变化 。纵波可以在固体、液体、气体介质中传播。 　　  横波是质点振动方向与波的传播方向垂直的波。一个典型的例子便是软绳上的波 , 我们不妨把软绳看成密集质点的集合 , 如果不断地摆动软绳的一头 , 则一系列的横向振动的波就由绳子的左端向右端移去 , 而绳上各质点并不随波的传播方向移去 , 只是在各自的平衡位置附近作横向 ( 剪切形式 ) 的振动。横波不能在液体及气体介质中传播 , 这是因为液体和气体无切变弹性。  由超声诊断仪所发射的超声波 , 在人体组织中是以纵波的方式传播的。就是因为人体软组织基本无切变弹性 , 横波在人体组织中不能传播。 与普通声波 ( 可闻波 ) 相比 , 超声波具有许多特性 。 其中最突出的有 : ①由于超声波的频率高 , 因而波长很短 , 它可以像光线那样沿直线传播 , 使我们有可能只向某一确定的方向发射超声波 ; ②由超声波所引起的媒质微粒的振动 , 即使振幅很小 , 加速度也非常大 , 因此可以产生很大的力量。 超声波的这些特性 , 使它在近代科学研究、工业生产和医学领域等方面得到日益广泛的应用。 例如 , 我们可以利用超声波来测量海底的深度和探索鱼群、暗礁、潜水艇等。在工业上 , 则可以用超声波来检验金属内部的气泡、伤痕、裂隙等缺陷。在医学领域则可以用超声波来灭菌、清洗 , 更重要的用途是做成各种超声波治疗和诊断仪器。 二、超声波的物理量 1. 声速 　　 声波在介质中单位时间内传播的距离 , 称为声速。用符号 c 表示 , 单位为 m ／ s( 米／秒 ) 。声波的传播过程实质上是能量的传递过程 , 它不仅需要一定时间 , 而且其传递速度的快慢还与介质的密度及弹性、介质的特性以及波动的类型有关。 在有关介质中的超声速度  2. 周期和频率 质中的质点在平衡位置往返振动 1 次所需要的时间叫周期 , 用 T 表示，单位是秒（ s ）；在 1s 的时间内完成振动的次数称为频率 , 用 f 表示 , 单位为周 /s ，又称作 Hz(Hz) 。周期与频率成互为倒数关系 , 以下式表示： f=1 ／ T 超声诊断常用的频率范围在 0.8 ～ 15MHz 之间 , 而最常用的为 2.5 ～ 10 （ MHz ）。  3. 波长 在一个周期内 , 声波所传播的距离就是一个波长 , 用λ表示。 对于纵波 , 等于两相邻密集点 ( 或稀疏点 ) 间的距离 , 对于横波 , 则是从一个波峰 ( 或波谷 ) 到相邻波峰 ( 波谷 ) 的距离 λ＝ c/f 频率和波长在超声成像中是 2 个极为重要的参数 , 波长决定了成像的极限分辨率 , 而频率则决定了可成像的组织深度。下表给出了医学超声诊断常用的几种超声波频率与其波长、周期和极限分辨力的关系。  波长、周期与极限分辨力之间的关系 注：取超声波在人体中传播的平均声速 c=1540mm/s 作为换算标准 4. 声压  纵波在弹性媒质内传播过程中 , 媒质质点的压强是随时间变化的 , 媒质质点的密度时疏时密 , 从而使平衡区的压力时强时弱 , 结果导致有波动时压强 (P W ) 与无波动时压强 (P O ) 之间有一定额压强差 (P W － P O ), 这一波动压强称为声压。对于一无吸收媒质的平面波 , 有波动时压强的最大值与没有波动作用时各点压强的差值称为压强振幅 (P m ), 它可由下式确定：  P m = ρ cV m 即：声压振幅 P m 与媒质密度ρ、质点运动速度的最大值 V m 及波速 c 成正比