超声物理基础与超声新技术.ppt

超声物理基础 西南医院超声科 郭燕丽 教学目的和要求 掌握超声波的概念、几种常见的诊断用超声波和超声检查方法。 熟悉超声波的物理特性。 了解超声诊断仪工作原理。 序 论 在过去的半个世纪中，超声诊断进展非常迅速。 随着声学理论的深入、计算机技术的发展，使超声诊断取得了前所未有的进步。 早期的A型（amplitude mode）、M型（motion mode）一维超声成像、B超二维成像，演进到动态实时三维成像；由黑白灰阶超声成像发展到彩色血流显像。 谐波成像、组织多普勒成像等新型成像技术和各项新的超声检查技术（如腔内超声检查、器官声学造影检查、介入超声）逐渐应用于临床。 目前超声诊断已成为一门成熟的学科，不仅能观察形态，而且能检测人体脏器功能和血流状态，在临床诊断与治疗决策上发挥着重要作用，成为医学影像学中的重要组成部分。 超声检查：超声检查是利用超声波的物理特性和人体器官组织声学特性相互作用后产生的信息，并将其接收、放大和信息处理后形成图形、曲线或其他数据，借此进行疾病诊断的检查方法。 特点： 无创伤性 操作简单 实时、动态 对软组织分辨率强 第一节、超声诊断的基础知识 一、超声波（Ultrasound）的概念 1.定义：声源振动频率大于20000Hz的机械波 次声波←20Hz--20000Hz→超声波 （声波） 2.超声波的三个基本物理量： 频率（f），波长（λ），声速（c）， 三者的关系：λ=c/f 人体软组织中声速为1540m/s，探测1cm深度需13.4μs 肺、胃肠道等含气脏器为350m/s，骨与软骨约为4500m/s。 二、诊断用超声波：频率常用2-10MHz 1.频率与分辨力： 频率越高，分辨力越强。 纵向分辨率的极限是1/2λ，实际分辨率为理论值的1/5～1/8 f(MHz) 2.5 7.0 λ(mm) 0.6 0.2 上表所示：频率（f）越高，波长（λ）越短，分辨力越强。 2.频率与衰减： 衰减系数 α=βf （β也为衰减系数，单位：dB） 频率越高，衰减越快。 3.常用超声探头频率： 脑、心脏：2～2.5MHz 腹部：3～5MHz 浅表器官(眼、甲状腺、乳腺及四肢)：7～10MHz 三、超声波在人体内传播主要物理特性 反射、折射和散射 吸收与衰减 多普勒效应 非线性传播 1.反射和折射 : 声波入射到两个介质的分界面上， 如界面的线度远远大于波长，则产生反射和折射现象。入射声波的能量一部分被返回到同一介质中，另一部分被折射到下一介质中。 障碍物直径大于 1/2λ，即可产生反射,声阻抗差1‰ ，就有反射回声，故超声波对软组织分辨率极高。超声波透入第二种介质后 ，其传播方向发生改变产生折射。 反射是A、B、M型超声的成像基础。 2．散射 超声波通过明显小于彼长的微粒，微粒吸收超声波能量后，再向各个方向辐射声波，称为散射。血流信号主要由红细胞散射构成。 3. 衰减 超声波在介质中传播，随着传播距离的增加，声能逐渐减弱，称为衰减。原因：反射、散射、吸收、声束发散吸收：超声波在介质中传播时，一部分声能转变为其它形式的能量。主要是组织粘滞性→内摩擦→机械能→热能 人体常见组织的衰减系数见下表： 组　织 衰减系数(dB/cm) 羊水 4.08×E-2 肝 1.76 颅骨 20 肺 40 骨组织声衰减明显，故成人颅内成像困难。 空气反射极大，后方组织难以成像，故需作肠道准备，胀尿、灌肠等。 二、超声波的产生  超声波属于机械波，由物体机械振动产生。目前医学上产生和接收超声的器件通常采用压电晶体作为换能器。 压电晶体具有两种可逆的能量转变效应即在交变电场的作用下导致厚度的交替改变从而产生声振动，即由电能转变为声能，称为逆压电效应；相反，由声波的压力变化使压电晶体两端的电极随声波的压缩与弛张发生正负电位交替变化，称为正压电效应。 在逆电压效应中，压电晶体成为超声发生器，在正压电效应中，压电晶体成为回声接收器。 三、超声成像基本原理 一般超声仪器均含有换能器、信号处理系统和显示器。含有压电晶体的换能器发射一定频率的超声波，在人体组织中传播时，常可穿透多层界面，在每一层界面上均可发生不同程度的发射或/和散射，这些发射或散射声波含有超声波传播途中所经过的不同组织的声学信息，被换能器接收并经过仪器的信号处理系统的一系列处理，在显示器上以不同的形式显示为波形或图像。 超声设备 第二节 超声检查法 一、A型(Amplit