超声成像的物理原理精选文档.ppt

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1、本讲稿第一页，共二十页第一节 超声成像的物理基础一、定义一、定义 1.1.超声超声 是一种机械波，其频率在20千赫兹以上。2 2.医学诊断用超声医学诊断用超声 频率在2.510兆赫兹范围的超声。3.3.超声的特性超声的特性 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 本讲稿第二页，共二十页第一节 超声成像的物理基础二、超声的产生与接收二、超声的产生与接收 1.1.压电效应压电效应 是电能与声能相互转换的过程。2.超声的产生超声的产生 电场作用到特定的材料两端引

2、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。本讲稿第三页，共二十页第一节 超声成像的物理基础 4.4.压电材料压电材料 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。本讲稿第四页，共二十页第一节 超声成像的物理基础 5.5.换能器换能器（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

3、头；体腔检查用探头。本讲稿第五页，共二十页第一节 超声成像的物理基础三、超声的传播三、超声的传播 1.1.传播速度传播速度（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（）超声波长与声速和频率满足关系式：本讲稿第六页，共二十页第一节 超声成像的物理基础四、超声声束的空间分布四、超声声束的空间分布 1.1.声束声束 在一个有限的立体角内传播的超声。2.声轴声轴 声束的中心线。3.近程区近程区 靠近探头区域，声束等宽 4

4、.远程区远程区 远离探头区域，声束发散本讲稿第七页，共二十页第一节 超声成像的物理基础v 超声声束空间分布示意图本讲稿第八页，共二十页第二节 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、生物组织对入射超声的作用 （一）两个基本概念（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本讲稿第九页，共二十页第二节 超声与生物组织间的相互作用 （二）反射与折射（二）反射与折射 入射声束与大界面的作用入射声束与大界面的作用 三个条件 方向、截面、角度

5、 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 分本讲稿第十页，共二十页第二节 超声与生物组织间的相互作用 （三）散射（三）散射 入射声束与小界面的作用入射声束与小界面的作用 散射回声强度低 （四）绕射（四）绕射 入入射射声声束束与与界界面面（界界面面尺尺寸寸与与超超声声波波长长大大小小相相当）的作用当）的作用 绕射使入射声束发生方向偏转本讲稿第十一页，共二十页第二节 超声与生物组织间的相互作用 （五）衰减（五）衰减 由于组织对超声的吸收造成声能的减小。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

6、，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。本讲稿第十二页，共二十页第二节 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二、入射超声对生物组织的作用 1.1.超声的生物效应超声的生物效应 当当一一定定剂剂量量的的超超声声波波在在生生物物体体内内传传播播时时，通通过过超超声声与与生生物物组组织织的的相相互互作作用用，可可以以引引起起生生物物体体的的功功能、结构或状态的变化能、结构或状态的变化 2.2.热机制热机制 超声声能转换成生物组织的热能超声声能转换成生物组织的热能本讲稿第十三页，共二十页第二节 超声与生物组织间的相互作用 3.3.机械机制机械机制 超声声能转换

7、成生物组织的机械能超声声能转换成生物组织的机械能 4.4.空化机制空化机制 超声声能使生物组织中的气泡活性改变超声声能使生物组织中的气泡活性改变v 低声强长时间作用以热机制为主低声强长时间作用以热机制为主v 高声强短时间作用以空化机制为主高声强短时间作用以空化机制为主本讲稿第十四页，共二十页第二节 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三、超声诊断的安全性及注意事项 1.1.超声强度的计算方式超声强度的计算方式 空间平均时间平均；空间平均时间平均；空间峰值时间平均；空间峰值时间平均；为多个国家和组织采用为多个国家和组织采用 空间平均时间峰值；空间平均时间峰值；空间峰值时间峰值

8、。空间峰值时间峰值。2.2.安全声强（美国安全声强（美国FDAFDA，我国超声标准化委员会推荐），我国超声标准化委员会推荐）空间峰值时间平均声强：小于空间峰值时间平均声强：小于100毫瓦毫瓦/平方厘米平方厘米本讲稿第十五页，共二十页第二节 超声与生物组织间的相互作用 3.3.超声探测的安全性（世界卫生组织建议）超声探测的安全性（世界卫生组织建议）(1)(1)只只有有在在医医学学上上具具有有明明确确理理由由时时，才才对对人人体体使使用诊断超声；用诊断超声；(2)(2)以以商商业业显显示示和和获获得得实实验验图图像像为为目目的的时时，不不应应把超声用于辐照人体，特别是辐照孕妇；把超声用于辐照人体，

9、特别是辐照孕妇；(3)(3)在在保保证证获获得得良良好好图图像像质质量量和和取取得得必必要要的的诊诊断断信信息息前前提提下下，应应使使超超声声诊诊断断设设备备的的输输出出强强度度尽尽可可能能小。小。本讲稿第十六页，共二十页第二节 超声与生物组织间的相互作用 4.4.超声探测应遵循的原则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在明确诊断目的的情况下，应积极使用超声诊断技术。技术。v在超声诊断过程中，必须坚持最小剂量原则。即在超声诊断过程中，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。超

10、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。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，对对早孕胚胎不做或少做超声探测，对3 3个月以上的个月以上的胎儿定期超声探测时，应控制在胎儿定期超声探测时，应控制在3 35 5分钟之内完分钟之内完成。成。本讲稿第十七页，共二十页第二节 超声与生物组织间的相互作用 5.5.超声探测的注意事项超声探测的注意事项v成人超声探测成人超声探测 颅脑检查时颅脑检查时 每一固定切面持续检查时间控制在每一固定切面持续检查时间控制在2 2分钟以内；分钟以内；眼球检查时眼球检查时 每一固定切面持续检查时间不应超过半分钟；每一固定切面持续检

11、查时间不应超过半分钟；卵巢、睾丸检查时卵巢、睾丸检查时 每一固定切面持续检查时间不应超过每一固定切面持续检查时间不应超过1 1分钟。分钟。本讲稿第十八页，共二十页第二节 超声与生物组织间的相互作用v产科超声探测产科超声探测 对不足对不足3 3个月的早孕孕妇个月的早孕孕妇 尽量不用超声进行常规检查；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对于有习惯性流产或已有先兆流产症状者 3 3个月内不建议做超声探测。必须要进行超声探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测时，应控制每一固定切面检查持续时间在1 1分钟分钟以内；以内；对对3 3个月以上胎儿个月以上胎儿 在脑、心、眼、脊髓等脏器检查时，每一固定在脑、心、眼、脊髓等脏器检查时，每一固定切面持续时间不应超过切面持续时间不应超过2 2分钟，其他脏器可适当延分钟，其他脏器可适当延长检查时间。检查时应不断移动探头。长检查时间。检查时应不断移动探头。本讲稿第十九页，共二十页第二节 超声与生物组织间的相互作用v新生儿超声探测新生儿超声探测 作颅脑检查时作颅脑检查时 每一固定切面持续检查时间不应超过每一固定切面持续检查时间不应超过1 1分钟；分钟；作心脏检查时作心脏检查时 每一固定切面持续检查时间不应超过每一固定切面持续检查时间不应超过2 2分钟。分钟。本讲稿第二十页，共二十页