超声影像学超声成像的物理原理教学文案.ppt

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1、超声影像学超声成像的物理原理波：分横波和纵波，声波是纵波；横波：波的传播方向和振动方向垂直；纵波：波的传播方向和振动方向垂直；第一节超声成像的物理基础一、定义1.超声是一种机械波，其频率在20千赫兹以上。2.医学诊断用超声频率在2.5～10兆赫兹范围的超声。3.超声的特性◆传导性：超声波可在气体、液体、固体等介质中传播；◆放向性：超声波可以朝一个方向传递很强的能量；◆超声波在传播过程中会产生反射、折射、散射、绕射、干涉等现象；◆超声波在液体介质中传播时，会在界面产生冲击（超声洁牙）和空化现象。第一节超声成像的物理基础超声波是机械波，纵波，能在介质中传导。第一节超声成像的物理基础二、超声的产生与

2、接收1.压电效应是电能与声能相互转换的过程。2.超声的产生：逆压电效应电场作用到特定的材料两端引起振动，在周围介质中传播形成超声，是逆压电效应过程。3.超声的接收：正压电效应声场作用到特定的材料两端产生电位差，通过接收器转换成电信号，是正压电效应过程。第一节超声成像的物理基础压电效应与逆压电效应示意图第一节超声成像的物理基础4.压电材料能够产生压电效应的材料。◆无机材料：压电陶瓷构成主要包括钛酸钡、钛酸铅、锆钛酸铅等。◆有机材料主要由聚偏氟乙烯（PVDF）构成，材料声阻抗与人体接近。◆混合材料由压电陶瓷和有机压电材料混合构成，机电耦合系数大，适宜制作宽带换能器。第一节超声成像的物理基础5.换能

3、器（探头）◆结构面材、压电材料、背材，核心是压电材料。◆种类体表检查用探头；手术用探头；体腔检查用探头。第一节超声成像的物理基础探头第一节超声成像的物理基础探头第一节超声成像的物理基础探头第一节超声成像的物理基础柱形单振元探头结构剖面第一节超声成像的物理基础相控阵探头结构示意第一节超声成像的物理基础电子线阵探头剖面示意第一节超声成像的物理基础三、超声的传播1.声速（c）：超声在介质中的传播速度。由传播介质决定，与介质的密度及弹性系数有关。与密度成正比。不同人体组织器官的声速不同，平均声速为1540米/秒，其中空气最小（350米/秒），骨骼最大（3850米/秒）。2.超声频率（f）：声源在单位时

4、间内振动的次数。由探头中压电材料决定，在2.5～10兆赫兹范围。3.超声波长（λ）：一个完整波的波长。超声波长与声速和频率满足关系式：第一节超声成像的物理基础四、超声声束的空间分布：声场1.声束在一个有限的立体角内传播的超声。2.声轴声束的中心线。3.近程区：近场靠近探头区域，声束等宽4.远程区：远场远离探头区域，声束发散第一节超声成像的物理基础超声声束空间分布示意图远程区近程区*--------------*轴向分辨力横向分辨力*-----*第二节超声与生物组织间的相互作用（六）分辨力评价声像图质量的重要技术指标◆空间分辨力：◆纵向分辨力：调节脉冲宽度提高；◆横向分辨力：增加换能器直接和采取

5、声透镜方式提高；◆侧向分辨力（厚度分辨力）：电子聚焦方法提高。◆对比度分辨力：灰阶或亮度。取决于信噪比和像素大小。采取低噪音高增益放大电路等提高。第二节超声与生物组织间的相互作用一、生物组织对入射超声的作用（一）两个基本概念◆声阻抗（声特性阻抗，特性声阻抗）介质的密度(ρ)与声速(c)的乘积，不同组织的声特性阻抗不一样。z=ρc◆界面两种具有不同声阻抗的介质的接触面；大界面：界面尺寸大于超声波长；小界面：界面尺寸小于超声波长；◆人体有各种组织，各种组织都是介质，介质组成不同，就有不同的声阻抗，由于有介质不同的声阻抗才能产生界面，有界面才能反射，才能收到回声信息，才能形成声像图。第二节超声与生物

6、组织间的相互作用（二）反射与折射反射：入射声束与大界面的作用，一部分超声能量会返回到原来的介质中◆三个条件：同一平面、位于法线两侧、入射角与反射角相等◆界面的反射信号是声像图的主要组成部分折射：入射声束与大界面作用时，一部分进入的另一面的介质◆三个条件：同一平面、位于法线两侧、入射角与折射角满足下列条件：入射角和折射角的正弦之比为一常数，等于界面两侧介质的声速比；sinθI◆注意：第二种介质的声速大于第一种时，则折射角大于入射角，如果折射角大于90°时，入射声能全部返回，称全反射。全反射对声像图的影响：折射声影，侧后声影，全反射在胃肠及肺探测时，难辨别脏器声像图。反射与折射的示意图第二节超声与

7、生物组织间的相互作用第二节超声与生物组织间的相互作用散射第二节超声与生物组织间的相互作用（三）散射入射声束与小界面的作用◆散射回声强度低（四）绕射入射声束与界面（界面尺寸与超声波长大小相当）的作用◆绕射使入射声束发生方向偏转第二节超声与生物组织间的相互作用（五）衰减超声在介质中传播其强度随传播距离的增加而逐渐减弱的现象。◆主要原因：反射、散射、吸收、扩散◆不同组织，吸收系数不同，衰减程度不同蛋白质