高职高专卫生部规划教材 医学影像技术专业超声诊断学CAI课件第二章 超声成像的物理原理 山东医学高等专科学校 徐笑敏教学目标1. 掌握超声的定义、特性及产生机制2. 掌握超声传播中频率、声速、波长三者之间的关系3. 熟悉生物组织对入射声束的作用 4. 熟悉入射超声对生物组织的作用 5.了解超声诊断的安全性及注意事项 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2.210兆赫兹范围的超声。3.超声的特性 超声波可在气体、液体、固体等介质中传播 超声波可以传递很强的能量 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，会在界面产生冲击和 空化现象 第一节 超声成像的物理基础二、超声的产生与接收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4.压电材料 能够产生压电效应的材料。 无机材料主要包括钛酸钡、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三、超声的传播1.传播速度 （c） 由传播介质决定，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）由探头中压电材料决定，在2.210兆赫兹范围。3.超声波长 （）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.近程区靠近探头区域，声束等宽4.远程区远离探头区域，声束发散第一节 超声成像的物理基础v 超声声束空间分布示意图第二节 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 声特性阻抗介质的密度()与声速(c)的乘积，不同组 织的声特性阻抗不一样。 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第二节 超声与生物组织间的相互作用（二）反射与折射 入射声束与大界面的作用 三个条件方向、截面、角度 全反射 两种介质的声速关系 入射角度 界面的反射信号是声像图的主要组成 部 分第二节 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 由于组织对超声的吸收造成声能的减小。 不同组织，吸收系数不同，衰减程度不同 ； 相同组织，入射深度越大，衰减越大； 相同组织，入射超声频率越高，衰减越大 。第二节 超声与生物组织间的相互作用二、入射超声对生物组织的作用1.超声的生物效应当一定剂量的超声波在生物体内传播时， 通过超声与生物组织的相互作用，可以引 起生物体的功能、结构或状态的变化2.热机制超声声能转换成生物组织的热能第二节 超声与生物组织间的相互作用3.机械机制超声声能转换成生物组织的机械能 4.空化机制超声声能使生物组织中的气泡活性改变 低声强长时间作用以热机制为主 高声强短时间作用以空化机制为主第二节 超声与生物组织间的相互作用三、超声诊断的安全性及注意事项1.超声强度的计算方式空间平均时间平均；空间峰值时间平均； 为多个国家和组织采用空间平均时间峰值；空间峰值时间峰值。2.安全声强（美国FDA，我国超声标准化委员会推 荐）空间峰值时间平均声强：小于100毫瓦/平方厘米第二节 超声与生物组织间的相互作用3.超声探测的安全性（世界卫生组织建议）(1) 只有在医学上具有明确理由时，才对人体 使用诊断超声；(2) 以商业显示和获得实验图像为目的时，不 应把超声用于辐照人体，特别是辐照孕妇；(3) 在保证获得良好图像质量和取得必要的诊 断信息前提下，应使超声诊断设备的输出强度尽 可能小。 第二节 超声与生物组织间的相互作用4.超声探测应遵循的原则v在明确诊断目的的情况下，应积极使用超声诊断 技术。 v在超声诊断过程中，必须坚持最小剂量原则。即 在保证获得必要诊断信息的前提下，应采用最小 超声强度和最短辐照时间。 v拒绝一切与诊断无关的胎儿超声显像。 v对早孕胚胎不做或少做超声探测，对3个月以上的 胎儿定期超声探测时，应控制在35分钟之内完 成。第二节 超声与生物组织间的相互作用5.超声探测的注意事项 v成人超声探测 颅脑检查时每一固定切面持续检查时间控制在2分钟以内；眼球检查时每一固定切面持续检查时间不应超过半分钟；卵巢、睾丸检查时每一固定切面持续检查时间不应超过1分钟。第二节 超声与生物组织间的相互作用v产科超声探测 对不足3个月的早孕孕妇尽量不用超声进行常规检查；对于有习惯性流产或已有先兆流产症状者3个月内不建议做超声探测。必须要进行超声 探测时，应控制每一固定切面检查持续时间在1分 钟以内；对3个月以上胎儿在脑、心、眼、脊髓等脏器检查时，每一固定 切面持续时间不应超过2分钟，其他脏器可适当延 长检查时间。检查时应不断移动探头。第二节 超声与生物组织间的相互作用v新生儿超声探测 作颅脑检查时每一固定切面持续检查时间不应超过1分 钟；作心脏检查时每一固定切面持续检查时间不应超过2分 钟。v本章思考题 1.什么是超声探测？超声探测中的换能器是 如何工作的？ 2.生物组织对入射超声有哪些主要作用？ 3.超声对生物组织有什么作用？ 4.超声探测应遵循的原则和注意事项是什么 ？高职高专卫生部规划教材 医学影像技术专业超声诊断学CAI课件