医学超声学基础..ppt

第一章 医学超声学基础第一节 超声波的定义及特性 一、声波的定义 弹性介质中质点机械振动状态的传播过程。 其实是机械振动能量的传播过程。 二、声波按频率的分类及医用超声的范围 声波按频率(f)的分类 第二节 超声波的产生 　　超声波产生的基本条件：① 振源；② 介质。 一、单自由度振动系统的数学描述 1. 位移： ξ＝ Acos(ω0t-φ) 式中：A ——振幅，即最大位移 ω0 ＝2πf0 ——角频率 f0 ——固有频率 φ——初相角 2. 速度： v＝dξ/dt＝－Aω0 sin(ω0t-φ) ＝－Vm sin(ω0t-φ) 式中：Vm ＝Aω0 ——最大速度 3. 加速度：a＝dv/dt＝－Aω02 cos(ω0t-φ) ＝－B cos(ω0t-φ) 　　 式中：B ＝Aω02 —— 最大加速度 单个质点无阻尼振动：动能、势能转换，能量守恒。 二、机械波产生的过程 　　 连续弹性介质中，某一质点的振动，通过弹性力的作用，传递给与它相邻的质点，后者也振动，并继续传递……能量传播，形成机械波。 三、超声波的产生及传播 由超声换能器产生振动，引起接触剂的振动，接触剂的振动又引起人体皮肤、脂肪及内脏的振动，超声波能量就这样进入了人体。 第三节 超声波的分类一、按质点振动方向和波传播方向的关系分类 1. 横波 质点振动方向垂直于波的传播方向的波。 由介质的切变弹性引起，亦称切变波。 横波仅在固体中传播。 2. 纵波 质点振动方向平行于波的传播方向的波。 由介质的压缩弹性引起，亦称疏密波或压缩波。 纵波能在固体、液体和气体中传播。 二、按波阵面的形状分类 1. 波面与波阵面 波 面: 波传播时，某一时刻介质中各同相位 振动点组成的面。波面有无数个。 波阵面：波传播方向上最前面的那个波面。 2. 按波阵面的形状分类 平面波：波阵面为平面的波。 球面波：波阵面为球面的波。 柱面波：波阵面为柱面的波。 3. 约定 为方便，超声在人体内传播，均视为平面波。 遇到小障碍物而散射的超声，均视为球面波。 三、按发射超声的类型分类 １．脉冲波 采用机种：A型、M型、B型超声诊断仪， 脉冲波多普勒血流仪。 ２．连续波 采用机种：连续波多普勒血流仪。 四、按声波的频率分类（如前述） １. 次声波 ２．可听声波 ３．超声波 第四节 波动方程与波参数 一、波动方程 　　假定：平面声波，沿x方向传播 1. 基本方程 运动方程：　　　　　　　　　　　 ① 　　　　　　　　　 　 连续方程：　　　　　　　　　　　 ② 其中：P－声压，v－质点振动速度 ρ－介质密度， t－时间，B －体积弹性系数 2. 波动方程 对于简谐平面波可写为： 　　　　P = A1e-j (ωt-kx ) + A2e-j(ωt+kx ) ④ 　或：　P = A1cos (ωt-kx ) + A2cos(ωt+kx ) 　 ⑤ 　式中：k = ω/c = 2π/λ——波数 　ω = 2πf——角频率 　f ——频率 　λ——波长 4. 讨论 　 ③、④、⑤式中，第一项x同向波，第二项x反向波， 　如无反向波（反射波），则A2=0 P = P0cos(ωt-kx ) = P0cos[ω( t-x/c )] 　该式表明：在离声源x处的振动，要在声源振动 　的一个时延x/c后才发生。 二、波参数 1. 声速c 声波在单位时间内传播的距离称声速，用c表示。声速c与质点振动速度v是不同的。c与以下因素有关： （1）c与波类型有关。横波c＞纵波c。 （2）在流体与气体介质中（平面纵波）： 　 B－介质的体积弹性系数 　 ρ－介质的密度 （3）c与温度有关——因B与温度有关。 如：空气中一定温度内每升高1℃，声速约增加 0.6m/S。 （4）c与频率无关，即无频散（色散）现象。 与超声诊断有关的各种介质的声速 重要声速参数 ① 人体软组织中： c≈1540 m/S 在人体各种软组织中,声速都很接近，可按此估算。 ② 人体骨组织中： c≈400