超声波超声诊断仪的物理原理SupersonicwavePhysicsprincipleofultrasonicdiagonsticapparatus简谐运动简谐运动机械波机械波判断方法判断方法运动方程运动方程特征量特征量振动能量振动能量振动合成振动合成阻尼与共振阻尼与共振波动方程波动方程波的能量波的能量波的干涉波的干涉驻波驻波多普勒效应多普勒效应惠更斯原理惠更斯原理复复习习声波声波超声波超声波声压声压声强级声强级响度级响度级特点特点作用作用产生原理产生原理声阻声阻声强声强诊断原理诊断原理最新进展最新进展知知识识结结构构超声成像仪ultrasonicimagingdevice三维动态超声图像超声波超声波 超声诊断仪的物理原理超声诊断仪的物理原理一、一、声波的性质声波的性质二、二、人的听觉范围人的听觉范围三、三、超声波的性质超声波的性质四、四、超声波在医学上的应用超声波在医学上的应用五、五、总结总结一、声波的性质一、声波的性质propertiesofsoundwave超声和次声超声和次声声压和声阻声压和声阻声强声强反射和折射反射和折射18901890年，年， 一艘名叫一艘名叫“马尔波罗号马尔波罗号”帆船在从新帆船在从新西兰驶往英国的途中，突然神秘地失踪了。西兰驶往英国的途中，突然神秘地失踪了。 1948 1948年初，一艘荷兰货船在通过马六甲海峡时，年初，一艘荷兰货船在通过马六甲海峡时，一场风暴过后，全船海员莫明其妙地死光；上述一场风暴过后，全船海员莫明其妙地死光；上述惨案，引起了科学家们的普遍关注，其中不少人惨案，引起了科学家们的普遍关注，其中不少人还对船员的遇难原因进行了长期的研究。还对船员的遇难原因进行了长期的研究。关于次声关于次声infrasonicwave经过反复调查，终于弄清了制造上述惨案的经过反复调查，终于弄清了制造上述惨案的“凶手凶手”，是一种为人们所不很了解的次声的声波。，是一种为人们所不很了解的次声的声波。人人体体内内脏脏固固有有的的振振动动频频率率和和次次声声频频率率相相近近似似（2020赫赫），倘倘若若外外来来的的次次声声频频率率与与人人体体内内脏脏的的振振动动频频率率相相似似或或相相同同，就就会会引引起起人人体体内内脏脏的的 共共振振 ，从从而而使使人人产产生生上上面面提提到到的的头头晕晕、烦烦躁躁、耳耳鸣鸣、恶恶心心等等一系列症状。等等一系列症状。超声和次声超声和次声supersonicwave&infrasonicwave在连续介质中传播的弹性波，若其频率在连续介质中传播的弹性波，若其频率f在在20 2 104Hz之间，则能使人产生声音之间，则能使人产生声音的感觉，这种波称为的感觉，这种波称为声波声波(soundwave)；若其频率在若其频率在10 4 20Hz之间，则这种波称之间，则这种波称为为次声波次声波(infrasonicwave)；若其频率在若其频率在2 104 5 108Hz之间，则这种之间，则这种波称为波称为超声波超声波(supersonicwave)。人能听到声音的频率为人能听到声音的频率为20Hz20Hz20000Hz20000Hz，其，其中最敏感的频率中最敏感的频率2000Hz2000Hz3000Hz3000Hz。老年人。老年人的听觉随着年龄而衰退，能听到的频率约的听觉随着年龄而衰退，能听到的频率约为为50Hz50Hz12000Hz12000Hz。听阈声压声压sound pressuresound pressure在媒质中，有声波传播时的压在媒质中，有声波传播时的压强与无声波传播时的静压强的强与无声波传播时的静压强的差值为差值为声压声压，以，以P P表示表示 ：声压幅声压幅有效声压有效声压声阻声阻acousticimpedance在同一声压下，质点振动速度在同一声压下，质点振动速度v与与c成反比。成反比。将此式与欧姆定律相比较，将此式与欧姆定律相比较，声压与电压声压与电压对应，对应，振动速度与电流振动速度与电流对应，则对应，则cc与电阻与电阻对应，对应，称为称为声阻抗声阻抗Z声强声强soundintensity定义：定义：是是单位时间单位时间内通过垂直声波传播方内通过垂直声波传播方向的向的单位面积单位面积上的能量。上的能量。声压、声阻、声强声压、声阻、声强声压声压P电压电压U声阻声阻Z电阻电阻R声强声强I功率功率P振动速度振动速度v电流电流I有效声压有效声压PC有效电压有效电压UC反射和折射反射和折射reflection&transmission在声波的传播过程中，当遇到两种不同在声波的传播过程中，当遇到两种不同媒质的界面时，要发生发射、折射，他媒质的界面时，要发生发射、折射，他们遵守们遵守反射、折射定律反射、折射定律。反射波强度与入射波强度之比，为反射波强度与入射波强度之比，为反射反射 系数系数，用，用air表示。表示。折射波强度与入射波强度之比，为媒质折射波强度与入射波强度之比，为媒质的的折射系数或透射系数折射系数或透射系数，用，用ait表示。表示。incidence-reflectionincidence-transmission反射和折射反射和折射 reflection&transmission对于对于垂直入射垂直入射的情况，有理论证明：的情况，有理论证明：阻抗阻抗差值越大，反射越强差值越大，反射越强；声阻抗相近时，透；声阻抗相近时，透射强，反射弱。射强，反射弱。人人体体各各部部分分声声阻阻抗抗是是不不同同的的，导导致致超超声声波波入入射射到到各各组组织织界界面面反反射射时时的的反反射射量量不不同同，成成为为超超声诊断的物理基础。声诊断的物理基础。二、人耳的听觉范围二、人耳的听觉范围thehumanearshearingrange人耳的灵敏度对于每人耳的灵敏度对于每一个频率一个频率都有一个最小都有一个最小声强，低于它的声音人耳就听不见了，这个声强，低于它的声音人耳就听不见了，这个最小声强称为最小声强称为听阈听阈(thresholdofhearing)；同时，还有一个最大声强，高于它的声音同时，还有一个最大声强，高于它的声音会使人耳感到不适或痛苦，这个最大声强称会使人耳感到不适或痛苦，这个最大声强称为为痛阈痛阈(thresholdoffeeling)。声强与声强级声强与声强级soundintensity&intensitylevel 人人耳耳对对声声音音的的感感觉觉，近近似似地地与与声声强强的的对对数成正比，常用数成正比，常用声强级声强级L L来表示：来表示：声强级声强级L的单位为的单位为dB（分贝）。（分贝）。I0=10-12W/m2，是接近，是接近1000Hz时的听阈。时的听阈。声强增加声强增加1010倍，声强级增加多少？倍，声强级增加多少？声强增加声强增加1 1倍，声强级增加多少？倍，声强级增加多少？0-500-50分贝：舒适，细语声；分贝：舒适，细语声；50-9050-90分贝：妨碍睡眠、难过、焦虑；分贝：妨碍睡眠、难过、焦虑；90-13090-130分贝：耳朵发痒、耳朵疼痛；分贝：耳朵发痒、耳朵疼痛；130130分贝以上：耳膜破裂、耳聋。分贝以上：耳膜破裂、耳聋。噪噪音音对对人人体体的的危危害害是是很很大大的的，噪噪音音量量（分分贝）对人体影响：贝）对人体影响：演示响度与响度级响度与响度级loudness&loudnesslevel声强、声强级是根据声波的能量来确定的，是客声强、声强级是根据声波的能量来确定的，是客观物理量。观物理量。响度响度是人耳对声音强弱的主观感受，是人耳对声音强弱的主观感受，不仅取决不仅取决声强声强，也与声音的，也与声音的频率频率有关。有关。为比较声音响度的大小，提出了为比较声音响度的大小，提出了响度级响度级的概念。的概念。以以1000Hz1000Hz声音的响度声音的响度为标准，将其他频率声音的为标准，将其他频率声音的响度与其比较，只要它们响度相同，则有相同的响度与其比较，只要它们响度相同，则有相同的响度级。响度级的单位是方响度级。响度级的单位是方(phon)。把频率不同，响度级相同的各点连成的一条线，把频率不同，响度级相同的各点连成的一条线，就构成了就构成了等响曲线等响曲线。演示020406080100120201001000 2000 5000 1000010 1210 1010 810 610 410 21020406080100120痛阈痛阈听阈听阈声强声强 (W/m (W/m2 2）声强级声强级 (dB (dB）Hz响度级响度级 ( (方）方）关于听阈关于听阈thresholdofhearing同一频率，声强越大，响度越大同一频率，声强越大，响度越大同一声强，频率不同，响度不同同一声强，频率不同，响度不同人耳对人耳对25003000Hz最敏感最敏感20Hz，20000Hz，听阈曲线，痛阈曲线，听阈曲线，痛阈曲线组成人的听觉区域。组成人的听觉区域。1000Hz时，响度级等于声强级时，响度级等于声强级三、超声波的特性三、超声波的特性ultrasoundfeatures机械作用、空化作用、热作用。机械作用、空化作用、热作用。方向性好。方向性好。强度大。强度大。固体、液体贯穿本领强，气体中衰减大固体、液体贯穿本领强，气体中衰减大为什么超声探头表面和人体皮为什么超声探头表面和人体皮肤之间需加石蜡等耦合剂？肤之间需加石蜡等耦合剂？超声波的产生超声波的产生ultrasonicgeneration高频信号发生器高频信号发生器压电晶体压电晶体探头探头发射超声波：发射超声波：逆压电效应，逆压电效应，高频电压转化为机械振动高频电压转化为机械振动接收超声波：接收超声波：正压电效应，正压电效应，机械振动转化为高频电压。机械振动转化为高频电压。四、超声波的医学应用四、超声波的医学应用ultrasonicmedicalapplications1 1、超声诊断、超声诊断基本原理基本原理A A型超声诊断仪型超声诊断仪B B型超声诊断仪型超声诊断仪M M型超声诊断仪型超声诊断仪超声多普勒超声多普勒2 2、超声成像最新进展超声成像最新进展3 3、超声治疗超声治疗超声诊断基本原理超声诊断基本原理thebasicprinciplesofultrasounddiagnosis超声诊断仪应用超声诊断仪应用超声脉冲回波技术超声脉冲回波技术，遇到几个反射面，遇到几个反射面就有几个回波信号，显示在显示屏上。就有几个回波信号，显示在显示屏上。回波的脉冲幅度回波的脉冲幅度提供了产生反射的界面种类的信息，提供了产生反射的界面种类的信息，各回波脉冲与始波的各回波脉冲与始波的时间间隔时间间隔提供了各反射面的深度提供了各反射面的深度信息。信息。脉脉冲冲信号信号回回波波信号信号t超声诊断基本原理超声诊断基本原理thebasicprinciplesofultrasounddiagnosis根据显示的方式不同，超声诊断仪分为根据显示的方式不同，超声诊断仪分为A（Amplitude）型）型M（Motion）型）型B（Brightness）型）型已为临床广泛应用。已为临床广泛应用。A A型超声诊断仪型超声诊断仪amplitudeultrasounddiagnosis回回波波强强度度探头探头深度（时间）深度（时间）一维成像，测量器官长度一维成像，测量器官长度B B型超声诊断仪型超声诊断仪 brightnessultrasounddiagnosis探探头头时间时间深深度度二维成像，显示器官断层图像二维成像，显示器官断层图像M M型超声诊断仪型超声诊断仪 motionultrasounddiagnosis时间时间深深度度探头探头二维成像，显示器官运动轨迹二维成像，显示器官运动轨迹超声多普勒超声多普勒UltrasoundDoppler由由多多普普勒勒效效应应可可知知，利利用用多多普普勒勒效效应应可可检检测测运运动动物物体体。当当超超声声波波传传入入人人体体某某一一血血液液流流动动区区，被被红红细细胞胞散散射射返返回回探探头头，回回波波信信号号的的频频率率将将会会变变化化，可可求求血血液液的的速度速度。超超声声成成像像具具有有实实时时性性好好、无无损损伤伤、无无痛痛苦苦，以及低成本等独特优点以及低成本等独特优点近近年年来来，超超声声成成像像在在彩彩色色血血流流测测量量技技术术、三三维超声维超声等方面的发展特别引人注目等方面的发展特别引人注目彩彩色色多多普普勒勒血血流流成成像像系系统统（通通常常称称为为彩彩超超）是是一一种种能能同同时时显显示示B B型型图图像像和和多多普普勒勒血血流流数数据据（血血流流方方向向、流流速速、流流速速分分布布）的的双双重重超超声声扫描系统，可以得到彩色多普勒血流图扫描系统，可以得到彩色多普勒血流图三维超声图像的重建及实时显示三维超声图像的重建及实时显示 超声成像最新进展超声成像最新进展thelatestprogressofultrasoundimaging超声成像的发展超声成像原理及超声成像仪Medison SONOACE 9900 Medison SONOACE 8000 肾脏心脏30周胎儿的脸Iamangry唇裂的胎儿胎儿的手指胎儿的脊椎胼胝体动脉心脏动态血流图三维动态超声图像超声治疗超声治疗小剂量超声波能使神经兴奋性降低，传导速度减慢，因而小剂量超声波能使神经兴奋性降低，传导速度减慢，因而对神经炎、神经痛等疾病具有明显的镇痛作用。对神经炎、神经痛等疾病具有明显的镇痛作用。超声药物透入疗法：利用超声波把药物经过完整的皮肤或超声药物透入疗法：利用超声波把药物经过完整的皮肤或粘膜，送入人体内的治疗方法。粘膜，送入人体内的治疗方法。超声聚焦刀，将体外低能量（超声聚焦刀，将体外低能量（3W1000W1000W）超声波产生瞬态高）超声波产生瞬态高温效应、空化效应，杀死靶区肿瘤细胞。温效应、空化效应，杀死靶区肿瘤细胞。声波声波超声波超声波声压声压声强级声强级响度级响度级特点特点作用作用产生原理产生原理声阻声阻声强声强诊断原理诊断原理最新进展最新进展相关习题：习题四：4-17,4-18