医学超声学基础.ppt

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1、第一章医学超声学基础第一节超声波的定义及特性波类型传播条件传播能量传播速度波实例电磁波真空、介质电磁能约3×108m／s无线电波、光波、X、γ射线机械波介质机械能几百至几千m／s水波、地震波、声波波，根据其性质可分为两大类：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)的分类一、声波的定义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＝2

2、πf0——角频率f0——固有频率φ——初相角2.速度：v＝dξ/dt＝－Aω0sin(ω0t-φ)＝－Vmsin(ω0t-φ)式中：Vm＝Aω0——最大速度3.加速度：a＝dv/dt＝－Aω02cos(ω0t-φ)＝－Bcos(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

3、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。由于人体软组织无切变弹性，横波在人体软组织中不能传播，而只能以纵波的方式传播，所以纵波是超声诊断和治疗的常用波型。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

4、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

5、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.波动方程联立以上①、②式，可得波动方程如下：它描述了声波传播过程中，每个空间位置上，每个时刻的声压和质点振动速度。3.解的形式p=f1(x-ct)+f2(x+ct)③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

6、项x同向波，第二项x反向波，如无反向波（反射波），则A2=0P=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。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

7、频散（色散）现象。二、波参数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≈1540m/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≈4000m/S③空气(22℃)中：c≈345m/S2.波长、周期和频率（1）波长λ声波中两个相邻同相位点之间的距离称波长，用λ表示。纵波：指两个相邻密集点(或稀疏点)之间的距离。横波：指两个相邻波峰(或波谷)之间的距离。(或：在一个波周期时间内，波所传播的距离称波长。)（2）周期T声波传播一个波长距离所需的时间称周期，用T表示。等于声波中质点在平衡位

8、置往返振动一次所需的时间。（3）频率f任一点在单位时间内通过的波数称频率，用f表示。等于介质中的质点在单位时间内振动的次数。（4）波长、周期、频率与声速之间的关系λ＝c/f＝ｃTT＝1/f（5）单位声速ｃ的单位为：m/S医学超声中常用：mm/S波长λ的单位为：m医学超声中常用：mm频率ｆ的单位为：Hz医学超声中常用：MHz（6）频率、波长对超声