超声波的定义和特性ppt课件.ppt
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1、文档仅供参考,不能作为科学依据,请勿模仿;如有不当之处,请联系网站或本人删除。弹性介质中质点机械振动状态的传播过程。弹性介质中质点机械振动状态的传播过程。其实是机械振动能量的传播过程。其实是机械振动能量的传播过程。二、声波按频率的分类及医用超声的范围二、声波按频率的分类及医用超声的范围1.1.声波按频率声波按频率(f)(f)的分类的分类一、声波的定义一、声波的定义一、声波的定义一、声波的定义文档仅供参考,不能作为科学依据,请勿模仿;如有不当之处,请联系网站或本人删除。简单的分类简单的分类简单的分类简单的分类:f f16 Hz 16 Hz 称:称:次声波次声波 16 Hzf20 kHz 16 H
2、zf20 kHz 称:称:可听声波可听声波 f f20 kHz 20 kHz 称:称:超声波超声波2.2.医学超声仪的频率范围:医学超声仪的频率范围:200 kHz200 kHz40 MHz40 MHz3.3.超声诊断仪的频率范围:超声诊断仪的频率范围:1 MHz1 MHz10 MHz10 MHz 相应的波长:相应的波长:1.5mm1.5mm0.15mm0.15mm三、超声波(最突出)的特性三、超声波(最突出)的特性1.1.方向性好方向性好用于探测、诊断。用于探测、诊断。2.2.能量大能量大 用于清洗、灭菌、手术。用于清洗、灭菌、手术。文档仅供参考,不能作为科学依据,请勿模仿;如有不当之处,请
3、联系网站或本人删除。第二节第二节 超声波的产生超声波的产生超声波产生的基本条件:超声波产生的基本条件:振源;振源;介质。介质。一、单自由度振动系统的数学描述一、单自由度振动系统的数学描述文档仅供参考,不能作为科学依据,请勿模仿;如有不当之处,请联系网站或本人删除。1.位移位移:Acos(Acos(0 0t-)t-)式中:式中:A A 振幅,即最大位移振幅,即最大位移 0 0 2f2f0 0 角频率角频率 f f0 0 固有频率固有频率 初相角初相角2.速度速度:v vd/dtd/dtAA0 0 sin(sin(0 0t-)t-)VmVm sin(sin(0 0t-)t-)式中:式中:Vm Vm
4、 AA0 0 最大速度最大速度3.加速度加速度:a adv/dtdv/dtAA0 02 2 cos(cos(0 0t-)t-)B cos(B cos(0 0t-)t-)式中:式中:B B AA0 02 2 最大加速度最大加速度单个质点无阻尼振动:动能、势能转换,能量守恒。单个质点无阻尼振动:动能、势能转换,能量守恒。文档仅供参考,不能作为科学依据,请勿模仿;如有不当之处,请联系网站或本人删除。文档仅供参考,不能作为科学依据,请勿模仿;如有不当之处,请联系网站或本人删除。二、机械波产生的过程二、机械波产生的过程 连续弹性介质中,某一质点的振动,通过弹连续弹性介质中,某一质点的振动,通过弹性力的作
5、用,传递给与它相邻的质点,后者也振性力的作用,传递给与它相邻的质点,后者也振动,并继续传递动,并继续传递能量传播,形成机械波。能量传播,形成机械波。三、超声波的产生及传播三、超声波的产生及传播 由超声换能器产生振动,引起接触剂的振动,由超声换能器产生振动,引起接触剂的振动,接触剂的振动又引起人体皮肤、脂肪及内脏的振接触剂的振动又引起人体皮肤、脂肪及内脏的振动,超声波能量就这样进入了人体。动,超声波能量就这样进入了人体。文档仅供参考,不能作为科学依据,请勿模仿;如有不当之处,请联系网站或本人删除。第三节第三节 超声波的分类超声波的分类一、按质点振动方向和波传播方向的关系分类一、按质点振动方向和波
6、传播方向的关系分类一、按质点振动方向和波传播方向的关系分类一、按质点振动方向和波传播方向的关系分类1.横波横波质点振动方向质点振动方向垂直于垂直于波的传播方向的波。波的传播方向的波。由介质的切变弹性引起,亦称切变波。由介质的切变弹性引起,亦称切变波。横波仅在横波仅在固体固体中传播。中传播。2.纵波纵波质点振动方向质点振动方向平行于平行于波的传播方向的波。波的传播方向的波。由介质的压缩弹性引起,亦称疏密波或压缩波。由介质的压缩弹性引起,亦称疏密波或压缩波。纵波能在纵波能在固体固体、液体液体和和气体气体中传播。中传播。文档仅供参考,不能作为科学依据,请勿模仿;如有不当之处,请联系网站或本人删除。由
7、于人体软组织无切变弹性,横波在人体软组织由于人体软组织无切变弹性,横波在人体软组织中不能传播,而只能以纵波的方式传播,所以纵波是中不能传播,而只能以纵波的方式传播,所以纵波是超声诊断和治疗的常用波型。超声诊断和治疗的常用波型。文档仅供参考,不能作为科学依据,请勿模仿;如有不当之处,请联系网站或本人删除。二、按波阵面的形状分类二、按波阵面的形状分类二、按波阵面的形状分类二、按波阵面的形状分类1.波面与波阵面波面与波阵面波波 面面:波传播时,某一时刻介质中各同相位波传播时,某一时刻介质中各同相位 振动点组成的面。波面有无数个。振动点组成的面。波面有无数个。波阵面:波传播方向上最前面的那个波面。波阵
8、面:波传播方向上最前面的那个波面。2.按波阵面的形状分类按波阵面的形状分类1)1)平面波:波平面波:波阵阵面为平面的波。面为平面的波。2)2)球面波:波球面波:波阵阵面为球面的波。面为球面的波。3)3)柱面波:波柱面波:波阵阵面为柱面的波。面为柱面的波。3.约定约定为方便,超声在人体内传播,均视为平面波。为方便,超声在人体内传播,均视为平面波。遇到小障碍物而散射的超声,均视为球面波。遇到小障碍物而散射的超声,均视为球面波。文档仅供参考,不能作为科学依据,请勿模仿;如有不当之处,请联系网站或本人删除。文档仅供参考,不能作为科学依据,请勿模仿;如有不当之处,请联系网站或本人删除。三、按发射超声的类
9、型分类三、按发射超声的类型分类三、按发射超声的类型分类三、按发射超声的类型分类脉冲波脉冲波 采用机种:采用机种:A A型、型、M M型、型、B B型超声诊断仪,型超声诊断仪,脉冲波多普勒血流仪。脉冲波多普勒血流仪。连续波连续波 采用机种:连续波多普勒血流仪。采用机种:连续波多普勒血流仪。四、按声波的频率分类(如前述)四、按声波的频率分类(如前述).次声波次声波可听声波可听声波 超声波超声波文档仅供参考,不能作为科学依据,请勿模仿;如有不当之处,请联系网站或本人删除。第四节第四节 波动方程与波参数波动方程与波参数一、波动方程一、波动方程假定:平面声波,沿假定:平面声波,沿x方向传播方向传播1.基
10、本方程基本方程运动方程:运动方程:连续方程:连续方程:其中:其中:P声压,声压,v质点振动速度质点振动速度 介质密度,介质密度,t时间,时间,B 体积弹性系数体积弹性系数文档仅供参考,不能作为科学依据,请勿模仿;如有不当之处,请联系网站或本人删除。2.2.波动方程波动方程波动方程波动方程联立以上联立以上、式,可得波动方程如下:式,可得波动方程如下:它描述了声波传播过程中,每个空间位置上,每它描述了声波传播过程中,每个空间位置上,每个时刻的声压和质点振动速度。个时刻的声压和质点振动速度。3.解的形式解的形式 p=f1(x-ct)+f2(x+ct)文档仅供参考,不能作为科学依据,请勿模仿;如有不当
11、之处,请联系网站或本人删除。对于简谐平面波可写为:对于简谐平面波可写为:P=A1e-j(t-kx)+A2e-j(t+kx)或:或:P=A1cos(t-kx)+A2cos(t+kx)式中:式中:k=/c=2/波数波数 =2f角频率角频率 f 频率频率 波长波长 4.讨论讨论 、式中,第一项式中,第一项x同向波,第二项同向波,第二项x反向波,反向波,如无反向波(反射波),则如无反向波(反射波),则A2=0 P=P0cos(t-kx)=P0cos(t-x/c)该式表明:在离声源该式表明:在离声源x x处的振动,要在声源振动处的振动,要在声源振动的一个时延的一个时延x/cx/c后才发生。后才发生。文档
12、仅供参考,不能作为科学依据,请勿模仿;如有不当之处,请联系网站或本人删除。1.1.声速声速c c 声波在单位时间内传播的距离称声速,用声波在单位时间内传播的距离称声速,用c c表示。声表示。声速速c c与质点振动速度与质点振动速度v v是不同的。是不同的。c c与以下因素有关:与以下因素有关:(1 1)c c与与波类型波类型有关。横波有关。横波c c纵波纵波c c。(2 2)在流体与气体介质中(平面纵波):)在流体与气体介质中(平面纵波):B B介质的体积弹性系数介质的体积弹性系数 介质的密度介质的密度 (3 3)c c与与温度温度有关有关因因B B与温度有关。与温度有关。如:空气中一定温度内
13、每升高如:空气中一定温度内每升高11,声速约增加,声速约增加 0.6m/S 0.6m/S。(4 4)c c与频率无关,即无频散(色散)现象。与频率无关,即无频散(色散)现象。二、波参数二、波参数二、波参数二、波参数文档仅供参考,不能作为科学依据,请勿模仿;如有不当之处,请联系网站或本人删除。与超声诊断有关的各种介质的声速与超声诊断有关的各种介质的声速与超声诊断有关的各种介质的声速与超声诊断有关的各种介质的声速 文档仅供参考,不能作为科学依据,请勿模仿;如有不当之处,请联系网站或本人删除。重要声速参数重要声速参数重要声速参数重要声速参数 人体软组织中:人体软组织中:c1540 m/S c1540
14、 m/S 在人体各种软组织中在人体各种软组织中,声速都很接近,可按此估算。声速都很接近,可按此估算。人体骨组织中:人体骨组织中:c4000 m/S c4000 m/S 空气空气(22)(22)中:中:c c 345 m/S 345 m/S文档仅供参考,不能作为科学依据,请勿模仿;如有不当之处,请联系网站或本人删除。2.2.2.2.波长、周期和频率波长、周期和频率波长、周期和频率波长、周期和频率(1 1)波长波长 声波中两个相邻同相位点之间的距离称波长,用声波中两个相邻同相位点之间的距离称波长,用表示。表示。纵波:指两个相邻密集点纵波:指两个相邻密集点(或稀疏点或稀疏点)之间的距离。之间的距离。
15、横波:指两个相邻波峰横波:指两个相邻波峰(或波谷或波谷)之间的距离。之间的距离。(或:在一个波周期时间内,波所传播的距离称波长。或:在一个波周期时间内,波所传播的距离称波长。)文档仅供参考,不能作为科学依据,请勿模仿;如有不当之处,请联系网站或本人删除。(2 2 2 2)周期)周期)周期)周期T T T T 声波传播一个波长距离所需的时间称周期,用声波传播一个波长距离所需的时间称周期,用T T表示。等表示。等于声波中质点在平衡位置往返振动一次所需的时间。于声波中质点在平衡位置往返振动一次所需的时间。(3 3)频率)频率f f 任一点在单位时间内通过的波数称频率,用任一点在单位时间内通过的波数称
16、频率,用f f表示。等于表示。等于介质中的质点在单位时间内振动的次数。介质中的质点在单位时间内振动的次数。(4 4)波长、周期、频率与声速之间的关系)波长、周期、频率与声速之间的关系c/fc/fT TT T1/f1/f(5 5)单位)单位声速的单位为:声速的单位为:m/Sm/S医学超声中常用:医学超声中常用:mm/Smm/S波长波长的单位为:的单位为:m m 医学超声中常用:医学超声中常用:mm mm 频率的单位为:频率的单位为:Hz Hz 医学超声中常用:医学超声中常用:MHzMHz文档仅供参考,不能作为科学依据,请勿模仿;如有不当之处,请联系网站或本人删除。(6 6 6 6)频率、波长对超
17、声成像的影响)频率、波长对超声成像的影响)频率、波长对超声成像的影响)频率、波长对超声成像的影响 波长:决定了成像的极限分辨率波长:决定了成像的极限分辨率 频率:决定了成像的组织深度频率:决定了成像的组织深度文档仅供参考,不能作为科学依据,请勿模仿;如有不当之处,请联系网站或本人删除。3.3.3.3.声压和声强声压和声强声压和声强声压和声强(1)(1)声压声压 P P 定义定义 单位面积上介质受到的声波压力称声压,用单位面积上介质受到的声波压力称声压,用P P表示。表示。是由声波引起的介质中压强,是介质静压强的一个增量。是由声波引起的介质中压强,是介质静压强的一个增量。随着声波在介质中的传播,
18、该压强随时间和位置而变化。随着声波在介质中的传播,该压强随时间和位置而变化。平面波声压瞬时值平面波声压瞬时值 P Pcvcv 式中:式中:介质密度,介质密度,cc声速,声速,vv质点振动速度质点振动速度 声压最大值(即振幅)声压最大值(即振幅)P Pm mcVcVm mcc0 0 A A 声压有效值声压有效值 P PP Pm m/文档仅供参考,不能作为科学依据,请勿模仿;如有不当之处,请联系网站或本人删除。(2 2 2 2)声强)声强)声强)声强I I I I 定义定义 单位时间内通过垂直于传播方向上单位面积的超单位时间内通过垂直于传播方向上单位面积的超声能量称为超声强度。简称声强,用声能量称
19、为超声强度。简称声强,用I I表示。表示。平面波声强计算式平面波声强计算式 I IP P2 2/c/cP Pm m2 2/2c/2cP Pm mV Vm m/2/2 cVcVm m2 2/2/2cc0 02 2A A2 2/2/2 即声强与该点声压、振速或振动位移的最大值有关。即声强与该点声压、振速或振动位移的最大值有关。声强的单位声强的单位 瓦瓦/厘米厘米2 2 1 1瓦瓦1 1焦耳焦耳/秒秒文档仅供参考,不能作为科学依据,请勿模仿;如有不当之处,请联系网站或本人删除。4.4.4.4.声压级和声强级声压级和声强级声压级和声强级声压级和声强级(1 1 1 1)声强级)声强级)声强级)声强级L
20、L L LI I I I L L L LI I I I=10lg(I/I=10lg(I/I=10lg(I/I=10lg(I/I0 0 0 0)分贝分贝分贝分贝(dB)(dB)(dB)(dB)称称称称L L L LI I I I为:为:为:为:I I I I相对于相对于相对于相对于I I I I0 0 0 0的声强级,的声强级,的声强级,的声强级,I I I I0 0 0 0为为为为I I I I的参考值。的参考值。的参考值。的参考值。(2 2 2 2)声压级)声压级)声压级)声压级L L L LP P P P 由由由由I I I IP P P P2 2 2 2/c,I/c,I/c,I/c,I0
21、 0 0 0P P P P0 0 0 02 2 2 2/c/c/c/c可得:可得:可得:可得:L L L LI I I I=10lg(I/I=10lg(I/I=10lg(I/I=10lg(I/I0 0 0 0)=10lg(P)=10lg(P)=10lg(P)=10lg(P2 2 2 2/P/P/P/P0 0 0 02 2 2 2)=20lg(P/P=20lg(P/P=20lg(P/P=20lg(P/P0 0 0 0)定义:定义:定义:定义:L L L LP P P P=20lg(P/P=20lg(P/P=20lg(P/P=20lg(P/P0 0 0 0)分贝分贝分贝分贝(dB)(dB)(dB)
22、(dB)称称称称L L L LP P P P为:为:为:为:P P P P相对于相对于相对于相对于P P P P0 0 0 0的声压级,的声压级,的声压级,的声压级,P P P P0 0 0 0为为为为P P P P的参考值。的参考值。的参考值。的参考值。文档仅供参考,不能作为科学依据,请勿模仿;如有不当之处,请联系网站或本人删除。(3 3)说明)说明 对同一声波量,相对于同一参考声波量,恒有对同一声波量,相对于同一参考声波量,恒有L LI I=L=LP P 超声诊断仪回波信号动态范围超声诊断仪回波信号动态范围L LD D=10lg(I=10lg(Imaxmax/I/Iminmin)100dB
23、,)100dB,即:即:I Imaxmax/I/Iminmin=10=101010(100(100亿亿)倍,或倍,或P Pmaxmax/P/Pminmin=10=105 5(10(10万万)倍。倍。如未指明参考声强,默认值如未指明参考声强,默认值I I0 010101616 W/cm W/cm2 2,这是当这是当f f1kHz1kHz时,人耳能听觉的最小声强,国际通用。时,人耳能听觉的最小声强,国际通用。文档仅供参考,不能作为科学依据,请勿模仿;如有不当之处,请联系网站或本人删除。文档仅供参考,不能作为科学依据,请勿模仿;如有不当之处,请联系网站或本人删除。5.5.5.5.声阻抗率声阻抗率声阻
24、抗率声阻抗率Z Z Z Z(1 1)定义)定义 声场中某点的声压与该质点振动速度之比称声阻抗率声场中某点的声压与该质点振动速度之比称声阻抗率Z ZP/vP/v 对于平面波,可求得:对于平面波,可求得:Z ZP/vP/vcc 在水和空气中在水和空气中,还可得:还可得:Z ZP/vP/vcc(B)(B)1/21/2 式中:式中:介质密度,介质密度,c c 声速,声速,BB体积弹性系数体积弹性系数 (2 2)说明)说明 Z Z只与介质本身声学特性有关,又称特性阻抗;只与介质本身声学特性有关,又称特性阻抗;Z Z的单位是瑞利,的单位是瑞利,1 1瑞利瑞利1g/cm1g/cm2 2SS;声阻抗率越大,超
25、声纵波速度越快。声阻抗率越大,超声纵波速度越快。文档仅供参考,不能作为科学依据,请勿模仿;如有不当之处,请联系网站或本人删除。文档仅供参考,不能作为科学依据,请勿模仿;如有不当之处,请联系网站或本人删除。(3 3 3 3)人体组织按声阻抗率大致可分成三类)人体组织按声阻抗率大致可分成三类)人体组织按声阻抗率大致可分成三类)人体组织按声阻抗率大致可分成三类 体液及软组织:体液及软组织:Z1.510 Z1.5105 5 瑞利瑞利 气体及充气的肺组织:气体及充气的肺组织:Z0.0004-0.2610Z0.0004-0.26105 5 瑞利瑞利 骨及钙化了的组织:骨及钙化了的组织:Z5.57-8.31
- 配套讲稿:
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