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1、超声波超声诊断仪的物理原理SupersonicwavePhysicsprincipleofultrasonicdiagonsticapparatus 简谐运动 机械波 判断方法 运动方程 特征量 振动能量 振动合成 阻尼与共振 波动方程 波的能量 波的干涉 驻波 多普勒效应 惠更斯原理 复习 声波 超声波 声压 声强级 响度级 特点 作用 产生原理 声阻 声强 诊断原理 最新进展 知识结构 超声成像仪ultrasonicimagingdevice 三维动态超声图像 超声波超声诊断仪的物理原理 一 声波的性质二 人的听觉范围三 超声波的性质四 超声波在医学上的应用五 总结 一 声波的性质prop
2、ertiesofsoundwave 超声和次声声压和声阻声强反射和折射 1890年 一艘名叫 马尔波罗号 帆船在从新西兰驶往英国的途中 突然神秘地失踪了 1948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 关于次声infrasonicwave 经过反复调查 终于弄清了制造上述惨案的 凶手 是一种为人们所不很了解的次声的声波 人体内脏固有的振动频率和次声频率相近似 0 0001 20赫 倘若外来的次声频率与人体内脏的振动频率相似或相同 就会引起人体内脏的 共振 从而使人产生上面提到的
3、头晕 烦躁 耳鸣 恶心等等一系列症状 超声和次声supersonicwave infrasonicwave 在连续介质中传播的弹性波 若其频率f在20 2 104Hz之间 则能使人产生声音的感觉 这种波称为声波 soundwave 若其频率在10 4 20Hz之间 则这种波称为次声波 infrasonicwave 若其频率在2 104 5 108Hz之间 则这种波称为超声波 supersonicwave 人能听到声音的频率为20Hz 20000Hz 其中最敏感的频率2000Hz 3000Hz 老年人的听觉随着年龄而衰退 能听到的频率约为50Hz 12000Hz 声源 听阈 声压soundpre
4、ssure 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差值为声压 以P表示 声压幅 有效声压 声阻acousticimpedance 在同一声压下 质点振动速度v与 c成反比 将此式与欧姆定律相比较 声压与电压对应 振动速度与电流对应 则 c与电阻对应 称为声阻抗Z 声强soundintensity 定义 是单位时间内通过垂直声波传播方向的单位面积上的能量 声压 声阻 声强 声压P 电压U 声阻Z 电阻R 声强I 功率P 振动速度v 电流I 有效声压PC 有效电压UC 反射和折射reflection transmission 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
5、 折射 他们遵守反射 折射定律 反射波强度与入射波强度之比 为反射系数 用air表示 折射波强度与入射波强度之比 为媒质的折射系数或透射系数 用ait表示 incidence reflection incidence transmission 反射和折射reflection transmission 对于垂直入射的情况 有理论证明 阻抗差值越大 反射越强 声阻抗相近时 透射强 反射弱 人体各部分声阻抗是不同的 导致超声波入射到各组织界面反射时的反射量不同 成为超声诊断的物理基础 二 人耳的听觉范围thehumanear shearingrange 人耳的灵敏度对于每一个频率都有一个最小声强 低
6、于它的声音人耳就听不见了 这个最小声强称为听阈 thresholdofhearing 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 这个最大声强称为痛阈 thresholdoffeeling 声强与声强级soundintensity intensitylevel 人耳对声音的感觉 近似地与声强的对数成正比 常用声强级L来表示 声强级L的单位为dB 分贝 I0 10 12W m2 是接近1000Hz时的听阈 声强增加10倍 声强级增加多少 声强增加1倍 声强级增加多少 0 50分贝 舒适 细语声 50 90分贝 妨碍睡眠 难过 焦虑 90 130分贝 耳朵发痒 耳朵疼痛 130分贝
7、以上 耳膜破裂 耳聋 噪音对人体的危害是很大的 噪音量 分贝 对人体影响 演示 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 是客观物理量 响度是人耳对声音强弱的主观感受 不仅取决声强 也与声音的频率有关 为比较声音响度的大小 提出了响度级的概念 以1000Hz声音的响度为标准 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 就构成了等响曲线 演示 0 20 40 60 80 100 120 20 100 1000 2000 5000 10000 10 12
8、 10 10 10 8 10 6 10 4 10 2 1 0 20 40 60 80 100 120 痛阈 听阈 声强 W m2 声强级 dB Hz 响度级 方 关于听阈thresholdofhearing 同一频率 声强越大 响度越大 同一声强 频率不同 响度不同 人耳对2500 3000Hz最敏感 20Hz 20000Hz 听阈曲线 痛阈曲线组成人的听觉区域 1000Hz时 响度级等于声强级 演示 三 超声波的特性ultrasoundfeatures 机械作用 空化作用 热作用 方向性好 强度大 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肤之间需加石蜡等耦合剂 超声波的
9、产生ultrasonicgeneration 高频信号发生器 压电晶体 探头 发射超声波 逆压电效应 高频电压转化为机械振动接收超声波 正压电效应 机械振动转化为高频电压 四 超声波的医学应用ultrasonicmedicalapplications 1 超声诊断基本原理A型超声诊断仪B型超声诊断仪M型超声诊断仪超声多普勒2 超声成像最新进展3 超声治疗 超声诊断基本原理thebasicprinciplesofultrasounddiagnosis 超声诊断仪应用超声脉冲回波技术 遇到几个反射面就有几个回波信号 显示在显示屏上 回波的脉冲幅度提供了产生反射的界面种类的信息 各回波脉冲与始波的时
10、间间隔提供了各反射面的深度信息 根据显示的方式不同 超声诊断仪分为A Amplitude 型 M Motion 型 B Brightness 型 并已为临床广泛应用 A型超声诊断仪amplitudeultrasounddiagnosis 一维成像 测量器官长度 B型超声诊断仪brightnessultrasounddiagnosis 二维成像 显示器官断层图像 M型超声诊断仪motionultrasounddiagnosis 时间 深度 探头 二维成像 显示器官运动轨迹 超声多普勒UltrasoundDoppler 由多普勒效应可知 利用多普勒效应可检测运动物体 当超声波传入人体某一血液流动区
11、 被红细胞散射返回探头 回波信号的频率将会变化 可求血液的速度 超声成像具有实时性好 无损伤 无痛苦 以及低成本等独特优点近年来 超声成像在彩色血流测量技术 三维超声等方面的发展特别引人注目 彩色多普勒血流成像系统 通常称为彩超 是一种能同时显示B型图像和多普勒血流数据 血流方向 流速 流速分布 的双重超声扫描系统 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 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 MedisonSONOACE9900 MedisonSONOACE8000 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 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 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 超声聚焦刀 将体外低能量 1000W 超声波产生瞬态高温效应 空化效应 杀死靶区肿瘤细胞 声波 超声波 声压 声强级 响度级 特点 作用 产生原理 声阻 声强 诊断原理 最新进展 相关习题 习题四 4 17 4 18
