第一章超声基本原理.docVIP

———————————————————————————————————————————————第一章超声基本原理 第一章　超声基本原理 第一节　波、声波及超声波 一、波 波在日常生活中是一种常见的现象，如声波、光波和水波，其中水波最能说明这些波的共同特性。图1-1显示了水通过一个固定于湖底的浮标的情况，借此我们可以得出三个概念——频率、速度和波长。 波的频率是由通过浮标的波峰次数决定的，即每秒通过多少个波峰。波的速度是指波峰相对于空间参照物（浮标）所移动的速度。波长是在任意时间内波峰之间的距离。据此可以总结为：频率表示声源在单位时间内完成的全振动的次数，声速指声波在介质中传播的速度，波长表示一个完整波的长度。 所有波的基本特征是速度决定频率和波长，关系式如下： f λ= v 式中v代表速度,它等于频率（f）和波长（λ）的乘积。此式适用于任何波，包括水波、超声波、无线电波，甚至X线。此公式还表明波长缩短时频率加快。频率和波长很重要，因为波长可确定分辨力，而频率可确定被显像的组织深度。声波是一种机械波，当通过一个介质时此物质的分子密度会发生改变：起初分子被压缩至高密度状态（在一个半波长上），然后扩张至稀疏状态（在另半个波长上），如图1-2所示。在液体和软组织中，这种密度变化伴有静水压的变化，所以超声波是一种压力波。 二、声与超声波 人耳对声波频率的反应范围为20~20 000 Hz，超过20 000 Hz 为超声频率范围，见图1-3。 第二节　声能、声强、声压和分贝 我们可以用不同的术语来描述超声能。当超声波传播至介 质某处时，此处静止的质点开始振动，从而具有动能， 同时，质点又离开其平衡位置，故还具有势能。动能与 势能之和构成振动质点的总能量。与超声显像关系最密 切的是声压和声强。声压与超声波在组织中的介质振荡 幅度成正比，也与施加在探头上的电压成正比。通过组 织单位面积的声能叫能量密度（声强），与任一点的压 力平方成正比，单位是w/cm2、mw /cm2、μw/cm2（表1- 1）。我们通常用声能、声强或声压来表示这些量，其相 关的测量单位是分贝（dB），定义为： dB = 10·log （声强／参考声强） dB= 20·log (声压／参考声压) 第三节　超声波的传播特性 一、声特性阻抗 二、声特性阻抗差和声学界面 三、透射 四、反射 五、折射 六、散射 七、绕射 八、吸收与衰减 第四节　人体不同组织回声强度与分级 声像图由人体器官组织构成的许多界面反射和小界面的散射回声组成。这些大小界面的回声反射强度差别可高达120dB。灰阶超声技术通过对数压缩方法，使人体不同组织和体液的界面反射回声强度通过荧光屏以肉眼能够分辨的明暗灰度层次加以显示。 一、 回声强度分级 国内尚未统一标准，根据实际应用情况可大致分为四级。 1． 高水平回声　也可称为强回声。 2． 中等水平回声　也称等回声。 3． 低水平回声　也可称弱回声。 4． 无回声 回声强度与所代表的人体组织或介质，见表1-2。 二、 人体组织、体液回声强度的一般规律 1． 均质性液体如胆汁、尿液为无回声。 2． 非均质液体如尿液混有血液沉淀，液体内回声增加。 3． 血液常是无回声的，但新鲜出血可为强回声。 4． 脂肪在皮下为低回声，但在肝脏内、肾窦内多为强回声。 5． 炎症水肿可使回声减低，结石、钙化回声最强，纤维化次之，瘢痕组织回声减低。 第五节　聚焦与显像 一、 分辨率 分辨率是指超声能区分空间相邻两个界面之间最短距离的能力。分辨率高的超声仪图像清晰。 超声分辨率有三种： 1． 纵向（深度）分辨率　纵向分辨率是指超声能区分在声束传播方向（声轴）的两个相邻界面的最小距离，它与脉冲长度有关。理论上纵向分辨率为1/2波长（图1- 8），但实际分辨率受多种因素影响而为2~3个波长。5MHz探头的纵向分辨率为0.3~0.45mm。 2． 横向（侧向）分辨率　横向（侧向）分辨率是指超声能区分垂直于声轴、位于探头长轴方向上两个相邻界面的最小距离。它与声束的宽度有关。图1-9表示声束宽度与横向分辨率的关系。声束越细，横向分辨率越高，图像越细腻。在声束聚焦区内，3.0~3.5MHz探头的横向分辨率为1.5~2.0mm。 3． 厚度分辨率　厚度分辨率是指超声能区分垂直于声轴、位于探头短轴方向上的两个