医用超声技术基础知识培训讲义

医用超声基础知识培训讲义

换能器实验室

刘毅春

1.什么是超声波？超声波是声源振动的频率大于20KHz的机 械波。临床常用的超声频率在1~10MHz之间。 目前腹部及心脏检查所用的频率范围在2.5~ 5MHz之间，小器官、眼科检查所用的频率范 围在5~10MHz之间，皮肤及血管内检查所用 的频率范围在10~30MHz之间，生物显微镜成 像所用的频率范围在40~100MHz之间。

c = f λ

2. 超声波的频率、声速和波长声速(c)=频率(f)×波长(λ)超声波在人体软组织中的传播速度为1540米/秒，所 以人体软组织中超声频率与波长的关系如下——频率(MHz) 1 2 3 4 5 6 0.26 7 10 波长(mm) 1.5 1.25 0.5 0.4 0.3 0.22 0.15

对于不同频率超声波，其分辨率不可能小于波 长的一半。

3.超声波的发生和接收超声的发生是利用换能器逆压电效应 的原理，而超声的接收是利用正压电效应 的原理。超声诊断仪的探头里安装着具有 压电效应性质的晶片(换能器),由主机 发生高频交电场，电场方向与晶体压电轴 方法一致，压电晶片沿一定方向发生压缩 和拉伸，这种现象为逆压电交应；当有回 声时，作用于晶体片上，则晶体片产生电 荷，这种现象为正压电效应。

4.什么是超声换能器？换能器是将一种物理能量变为另一种物理能 量的器件。凡能将其它物理能量转变为超声能量 的器件均为超声换能器。超声诊断仪的探头里安 装着具有压电效应性质的晶片。能将电能转变为 声能，又能将声能转变为电能。完成物理能量的 转变。所以，又将探头称为换能器。医用超声诊 断仪探头有多种形式，但其基本结构一致。还可 根据需要制成使用功能不同，超声频率不一的各 种各样的探头。

5.什么是超声的束射性？当声源的直径远大于传播介质内的波长时，超声的能量高度焦中，成束 状往前传播，这就是超声波的束射性。从声源发出的超声波最近的一段声束 几乎平行，这段区域为近场区。远离此区后，声束向前稍有扩散，为远场区。 扩散的声束与平行声束间形成的夹角叫做扩散角(α),探头的直径d越大， 扩散角愈小，束射性愈好，则方向性愈强，探测效果愈好，从公式中可以看 出，探头的直径d愈大，则半扩散角就愈小。超声换能器 α

近场半角α方程是经验公式 ×λ α=

远场

×λ × 式中λ为波长(m),V为声速(m/s),f为频率(c/s)

6. 超声的反射与透射当声波从一种介质向另一种传播时，如果两者的声 阻抗不同，就会在其分界面上产生反射和透射现象，使 一部分能量返回第一种介质。另一部分能量，穿过界面 进入第二种介质，继续向前传播。当两种不同介质的声 阻抗

差达到0.1%时，便能产生超声反射。 如果界面的尺寸大于声束的直径为大界面，这时其 反射规律遵循几何学的反射定律，即；反射角(β)等 于入射角(α)。显然，当超声的入射角大于0°时，由 于反射角等于入射角，反射的声束就不能被一探头全部 接收。当入射角接近0°时，反射的声束就可全部为同 一探头所接收，所以，在超声诊断中，应注意手法，不 断地转动或侧动探头，使入射声束方向与被探测脏器的 表面垂直，以期得到尽可能多的回声。

7. 超声的绕射和散射绕射：声波在传播过程中，如遇到直径小于超声半个波长的障碍时， 其声波会绕过障碍物而继续传播为绕射。所以，诊断用的超声波仪器， 常规要求对探测的对象加以选择，以使波长比被探测对象小很多，使 绕射现象不显著或很小发生，从而提高分辨力。 散射：如果界面的尺寸小于声束(晶片)的直径，为小界面。入射超 声遇到小界面时，发生散射现象 透射

绕射

散射

8. 超声的吸收和衰减超声在介质的传播过程中，将随着传播距离的增加而减小，这种现 象为超声的衰退减。 衰减的原因主要有两个方面：超声在其传播过程中由于反射和散射， 使其一部分声能偏离其探测方向，而造成探测方向上声能的减小。另 一方面是介质的吸收作用，将一部分声能转化成另一种能量(往往是 热能),而使声强减小。衰减为反射、散射及吸收等效应的总和。 由于介质对超声能量的这种吸收和衰减作用，同样的组织在不同的 距离上所得到的回声强度就不同，这一点在分析不同浓度界面回声强 度上，应加以注意。 衰减的强弱通常用衰减系数来表示，其单位dB/cm,即经过1cm 距离超声能量减小的分贝数。不同的介质不不同的衰减系数。不同频 率的超声波，介质对它的衰减也不相同。一般认为：人体软组织的衰 减系数与频率的平方成正比。所以频率低的超声波其穿透力要强一些， 反之，其穿透力弱些。

9. 超声波的分辨力超声的分辨力是指超声诊断仪能够区分两个相邻界面的能力。 分为轴(纵)向、侧(横)向两种分辨力。 (1) 轴(纵)向分辨力。是指在超声束轴线上，能分辨两点 (两个病灶)间的最小纵深距离。这与脉冲宽度有关(脉冲宽度 =脉冲时间×超声声速)。只有当两上障碍物(或病灶)相隔大 于脉冲宽度的1/2时，超声才能分别产生两个回声。目前用陶瓷 制成的压电晶片脉冲宽度大约为1微秒，轴向分辨力为1mm左右。 (2) 侧(横)向分辨力。成像系统在与声束轴线垂直的方向上 可分辨最小距离的能力。侧向分辨力与超声束直径有关，只有当 超声束直径小于两点

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