《2医学超声原理第二讲超声波的一般概念》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2医学超声原理第二讲超声波的一般概念（125页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第二讲超声波的一般概念主讲：牛金海联系方式：指定教材目前，关于生物医学超声的参考书很多；但是从教十年多来，一直很难找到一本非常适合本科生的教材。这也是编者下定决心编写本书的主要原因之一。本书的内容主要包括超声物理基础，压电效应与换能器技术，超声成像诊断原理，超声治疗技术，医学超声实验，医学超声的最新进展等。每章节都配置了一定量的练习与思考题，以帮助读者巩固书中的内容，并提高分析解决问题的能力。为配合双语教学，本书保留了关键专业词汇的中英文对照。本书的特点是在注重基本概念，基本原理，基本方法的同时，兼顾一定的工程技术实用性，如包含声场的数值模拟，超声图像的C语言程序处理，超声波发射电路原理，换能
2、器的匹配技术等。本书适合医学超声以及相关领域的本科生作教材，也可供该领域的研究生，科研及工程技术工作者参考。主要内容：主要内容：一、机械振动与机械波二、超声波的类型三、超声波的传播速度四、超声波的叠加、干涉、衍射五、超声场的表征值六、声学参量的测量七、本讲思考题一、机械振动与机械波一、机械振动与机械波(Mechanicalvibrationmechanicalwave)(一)、机械振动物体沿着直线或者曲线在某一平衡位置附近作往复周期性的运动，称为机械振动。提问：日常生活中的机械振动？描述振动的参数：1）周期T，单位为秒s2）频率f，单位为赫兹Hz两者的关系T1/f3）相位（请翻译下图解释）相位
3、（phase）Rippleinwaterisasurfacewave.常见的振动 音叉发声的过程一、机械振动与机械波（二）、机械波振动的传播过程，称之为波动。波动分为机械波以及电磁波。机械振动在弹性介质中的传播过程，称为机械波；交变电磁场在空间的传播过程，称为电磁波；思考题：在机械波传播的过程中，媒质质点有没有随着波动向前运动？向前传播的什么？知识点通常情况下，电磁波在大气中的衰减仅为1.53分贝兆米,而在海水中的衰减是0.210分贝米。如果说10KHZ的甚低频在海水中的衰减是3db/m。功率衰减一半，幅度衰减到原来的0.7。思考题日常生活中，发现球掉入池塘，能否通过垂直往池塘丢入石块，借助于
4、石块激起的水波把球冲到岸边？为什么？一、机械振动与机械波振动的传播称为波动(简称波)。产生波动首先要有称为波源的振动系统激发波动，其次要有能够传播波动的介质。只有通过介质中质点间的相互作用，才能把振动向外传播出去。振动和波动的关系十分密切，振动是产生波动的根源，波动是振动的传播。产生机械波具备以下两个条件： 1要有做机械振动的波源；2要有能传播机械振动的弹性介质；思考题：机械波与电磁波有哪些相同点与不同点？一、机械振动与机械波（三）、波长、频率、波速1、波长同一波线上相邻两振动相位相同的质点间的距离，称为波长，用表示。波源或介质中任意一质点完成一次全振动，波正好前进一个波长的距离。波长的常用单
5、位为毫米(mm)，米(m)。2、频率波动过程中任一给定点在1s内所通过的完整波的个数，称为波动频率。波动频率在数值上同振动频率，用f表示、单位为Hz。一、机械振动与机械波3、波速波动在弹性介质中，单位时间内所传播的距离称为波速，用c表示。常用单位为米秒（ms或千米秒（kms)波速、波长和频率的定义可得cf ，或者波速波长频率参数之间的关系一、机械振动与机械波（四）、次声波，声波，超声波频率在2020000Hz之间的机械波为声波低于该频率的为次声波，高于的为超声波超声波超声波的特点：1）方向性好；2）能量高，与频率的平方成正比；3）传播特性，反射，折射，衍射，散射等特性；4）穿透力强；声波的定义
6、声波声波（Sound Wave或Acoustic Wave）是声音的传播形式。声波是一种机械波，由物体（声源）振动产生，声波传播的空间就称为声场。在气体和液体介质中传播时是一种纵波，但在固体介质中传播时可能混有横波。人耳可以听到的声波的频率频率一般在20赫兹至20000赫兹之间。声波可以理解为介质偏离平衡态的小扰动的传播。这个传播过程只是能量的传递过程，而不发生质量的传递。如果扰动量比较小，则声波的传递满足经典的波动方程，是线性波。如果扰动很大，则不满足线性的声波方程，会出现波的色散，和激波的产生。二、超声波的分类1）根据质点的振动方向纵波：质点的振动方向与波的传播方向相同凡是能承受拉伸或者压
7、缩应力的介质都可以传播纵波，固体可以承受拉伸应力所以可以传播纵波，液体或者气体不能承受拉伸应力，但是可以承受压缩应力，所以也可以传播纵波。二、超声波的分类横波：振动方向与波的传播方向垂直只有固体才能承受剪切应力，液体与气体不能承受剪切应力，所以只有固体才能传播横波，气体与液体不能传播横波。表面波：介质表面质点做椭圆运动，椭圆的长轴垂直于波的传播方向，短轴平行于波的传播方向；板波：比较复杂，感兴趣可以自学演示动画ABC二、超声波的分类二、超声波的分类表面波：当介质表面受到交变应力作用时，沿介质表面传播的波称为表面波，表面波是瑞利最早提出的，也叫瑞利波。Divinggrebecreatessurf
8、acewaves表面波表面波二、超声波的分类2）根据波面分类，波阵面的形状平面波：波源为一个平面，振幅与距离无关；柱面波：波源为一条直线，振幅与距离的平方根成反比；球面波：波源为一个点，振幅与距离成反比；3）根据振动持续时间（在黑板上画出这两种波形）连续波：振源连续不断地振动，辐射发出的波为连续波；脉冲波：振源振动时间很短，间隙辐射的波为脉冲波；平面波柱面波二、超声波的分类球面波：思考题：理想的平面波，柱面波，球面波存在吗？球面波二、超声波的分类各种类型的波平面圆形探头发射的超声波：近场可近似为平面波，远场可近似为球面波。三、超声波的传播速度超声波在介质中的传播速度与介质的弹性模量和介质的密度
9、有关，对于一定的介质，弹性模量与密度为常数，所以声速也是常数。不同的介质，声速不同。同一种介质，不同的波型，声速也不同。三、超声波的传播速度1).固体中的声速：固体介质不仅可以传播纵波，而且可以传播横波与表面波；不同类型的波（横波，纵波，表面波）在介质中的速度不同；弹性模量越大，密度越小，声速越大；对于同一介质，纵波声速横波声速表面波声速.思考题：请试着根据（(2-1-1)-(2-1-2)(2-1-3)推导，在什么情况下，如上关系成立？并给出物理解释。2).液体与气体中的声速液体与气体介质中只能传播纵波，原因是液体与气体只能承受压应力，而不能承受剪切应力；三、超声波的传播速度固体中的声速：纵波
10、声速为(2-1-1)横波声速为(2-1-2)表面波声速为(2-1-3)E是介质的杨氏弹性模量，介质承受的拉应力与相对伸缩之比；G是介质的弹性切变模量，是介质的泊松比。详细情况，可以参考弹性力学。三、超声波的传播速度液体中的声速：(2-1-4)B为液体、气体介质的容变弹性模量，表示产生单位容积相对变化量所需压强；为液体、气体介质的密度。3).液体与气体中声速随温度增高而变大？温度()102025304050607080声速(m/s)144814881497151015301544155215551564表2.1不同温度下的水中速度人体组织以及体液中的声速超声波在水中的传播速度与温度的关系C014
11、02+5.01t-0.055t2+0.00022t3(米秒)式中，1402米秒是0C时声速，一般说来，即每升高1C时水中声速增加约501米秒，右图画出了水的声速与温度的关系，t是温度。从上式中，试着求解声速随温度变化的极大值点？参考自王鸿璋老师的书的p84四、超声波的叠加、干涉、绕射1.叠加原理(superpositionprinciple)当几个波在同一介质中传播相遇的时候，相遇点的介质的振动是各列波引起的分振动的合成，任一时刻该质点的位移是各列波引起的位移的矢量和。相遇后各列波仍然保持它们各自原有的特性，频率，波长，振幅，振动方向等，表现出波的独立性。叠加原理四、超声波的叠加、干涉、绕射2
12、.波的干涉(interferenceofwave)频率相同，振动方向相同，相位相同或者相差固定的波相遇时，由于波的叠加原理，会使某些地方的振动加强，另外一些地方的振动减弱或者完全抵消，为波的干涉。两列振幅相同的相干波，在同一条直线上沿相反方向传播时由于叠加而形成驻波。水波干涉图干涉示意图驻波驻波（驻波（standing wave） 波在介质中传播时其波形不断向前推进，故称行波；但是，频率和振幅均相同、振动方向一致、传播方向相反的两列波叠加后形成的波，波形并不向前推进，故称驻驻波波。四、超声波的叠加，干涉，绕射3.波的绕射（diffraction）波在传播的过程中遇到障碍物时能绕过障碍物的边缘继
13、续前进的现象，为波的绕射或者衍射。衍射的本领与障碍物的尺寸有关。当障碍物的尺寸远远大于波长时：只反射，不衍射当障碍物的尺寸远远小于波长时：只衍射，不反射当障碍物的的大小与波长相当时，既反射，又衍射超声探头能探测的病灶组织的最小尺寸为1/2波长。试估计超声诊断组织的最小尺寸？超声波的频率为3.5Mhz，超声在生物组织中的传播速度为1500m/s。衍射示意图孔隙大小对衍射影响示意图五、超声场的表征值1、声压p：单位面积上的压力，为压强。超声场中某一点在某一瞬时所具有的压强p1与没有超声波存在时同一点的静态压强p0之差称为该点的声压，用p表示，单位为Pa。声波在空气中传播时形成压缩和稀疏交替变化，所
14、以压力增值是正负交替的。但通常讲的声压是取均方根值，叫有效声压，故实际上总是正值。例子：平面余弦波的声压：(2-1-5)有效声压声压（soundpressure）声压级声压级：表示声压大小的指标，给定声压与参考声压之比的以10为底的对数乘以20，以分贝计。式中：LP声压级（dB）；P声压（Pa）；P0基准声压，为210-5Pa，该值是对1000HZ声音人耳刚能听到的最低声压。声压示意图声压示意图:1.无声2.可闻音3.大气压4.瞬时声压五、超声场的表征值2、声阻抗以及声阻抗率声阻抗（声阻抗（ acoustic impedance ） ：等于界面声压与通过该面的声通量之比。其中p是声压，U的体积
15、速度，v是质点的振动速度，S为面积。实数部分Ra表示声阻，虚数部分Xa表示声抗。声阻抗有时候也称为声欧姆。声阻表示的是声的能量传递而不是损耗，这一点与电子学中的电阻不同。一般情况下我们不用声阻抗这个定义，而是用如下声阻抗率的定义。声阻抗率：（声阻抗率：（ specific acoustic impedance ）Zs：介质中某质点的声压与质点的振动速度之比为声阻抗率。通常简称为Z或者小写z（如果不作说明我们用到的Z通常指声阻抗率）。(2-1-6)五、超声场的表征值一般情况下，声阻抗率为复数，但是对于无衰减的平面波，声阻抗率是一个与频率无关的实数，它等于媒质的密度与声速的乘积。它完全由媒质的性质
16、决定，与位置没有关系，其正负表示传播方向。但是在生物体软组织和水的情况下，仍可近似地认为式(2-1-6)成立。声阻抗率介质的密度与介质中声速的乘积。(2-1-6)这种情况下，声阻抗率完全由媒质的特性决定，是衡量介这种情况下，声阻抗率完全由媒质的特性决定，是衡量介质声学性质的重要参数，所以有时候我们也称声阻抗率为质声学性质的重要参数，所以有时候我们也称声阻抗率为媒媒质的特性阻抗。质的特性阻抗。 AcousticimpedanceTheacousticimpedanceZa(orsoundimpedance)is a frequency(f) dependentparameterandisvery
17、useful,forexample,for describing the behaviour of musicalwindinstruments.Mathematically,itisthesound pressure p divided by the particlevelocityvandthesurfaceareaS,throughwhich an acoustic wave of frequency fpropagates.acousticimpedancePlanar,single-frequencytravelingwaveshaveacousticimpedanceequalto
18、thecharacteristicimpedancedividedbythesurfacearea,wherethecharacteristicimpedanceistheproductoflongitudinalwavevelocityanddensityofthemedium.Acousticimpedancecanbeexpressedineitheritsconstituentunits(pressurepervelocityperarea)orinrayls.Za=Z/S=c/SNotethatsometimesvSisreferredtoasthevolumevelocity.Th
19、especificacousticimpedancezistheratioofsoundpressureptoparticlevelocityvatasinglefrequency.z=p/v五、超声场的表征值特征声阻抗的两种表示方式:或（2.7）式中，K为绝热压缩系数（后面会提到其定义）它的单位可以是下述的任何一种：Pas/msN/m3kg/m3或rayl（瑞利）对于35的水，它的数值为：声阻抗率解释声阻抗率和电学中一个无限长、无损耗传输线的特性阻抗相似,其中声压相当于电压,振速相当于电流强度,声阻抗率相当于电阻。通常声阻抗率是一个复数,其实部称为声阻率,虚部称为声抗率。人体正常组织的声阻抗
20、率的平均值约为1.5106牛顿秒/米3(Nsm3),而与超声测量有关材料的密度和声阻抗率则如表2-3所示。组织的声阻抗率几种物质以及人体组织的声阻抗率五、超声场的表征值3、声强I：单位时间内垂直通过单位面积的声能量。对于平面余弦波，声强与声压平方成正比，与频率平方成正比。可以理解为单位面积上的声功率。它的单位是焦耳(秒平方厘米)J/(scm2)。（2-1-8）4、分贝与奈培的概念某一声强与标准声强的比，取以10为底的对数可以得到两者相差的数量级，称为声强级，单位为分贝（dB）。（2-1-9）声强的含义五、超声场的表征值如果是用声压来计算，则分贝dB表达式为：（2-1-10）p1与p2取自然对数
21、为奈培。（2-1-11）闻阈以及dB由于人所感受到的声强范围很大（1012瓦/米21瓦/米2），并且人耳对响度的感觉，不是和声强的大小成正比，而是近乎跟它的对数成比例。于是人们采用一种声强比的对数作为声间强弱的单位，称为分贝（dB），作为声强级的单位，并规定以闻阈声强I0=1012瓦/米2为标准。按上述定义，闻阈的声强级为0分贝。声强为1瓦/米2声音，人耳已有痛感叫做痛阈，声强级为120分贝。再强的声音将损伤人的听觉系统。日常生活中的声音dB概念1分贝是人类耳朵刚刚能听到的声音，20分贝以下的声音，一般来说，我们认为它是安静的，当然，一般来说15分贝以下的我们就可以认为它属于“死寂”的了。20
22、-40分贝大约是情侣耳边的喃喃细语。40-60分贝属于我们正常的交谈声音。60分贝以上就属于吵闹范围了，70分贝我们就可以认为它是很吵的，而且开始损害听力神经，90分贝以上就会使听力受损，而呆在100-120分贝的空间内，如无意外，一分钟人类就得暂时性失聪（致聋）。其中汽车噪音介乎80-100分贝，以一辆汽车发出90分贝的噪音为例，在一百米处，仍然可以听到81分贝的噪音。日常生活中的声音dB概念是否正确？日常生活中的声音dB概念五、超声场的表征值5、辐射压与声功率辐射压：静态声压为辐射压，辐射压与振动频率无关，只与声功率有关。声功率是指单位时间内，声波通过垂直于传播方向某指定面积的声能量。声功
23、率级计算： （2-3-9）式中：LW声功率级（dB），W声功率（W），W0基准声功率，噪声检测中，采用W0=10-12（W）。声功率的测量方法：对于平面波全吸收情况下辐射声压力F与声功率W的关系：FW/c,c为声速。对于全反射型界面：F2W/c。声强可以通过超声功率除以接收面积来获得。五、超声场的表征值6、声功率密度与声强(声功率密度就是声强)声功率密度就是通过垂直于声波传播方向的单位面积的瞬时功率。即声功率密度为：Id功率面积因为，功率=功/时间=（力距离）/时间所以，声功率密度=功/（面积时间）=（力距离）/（面积时间）=声压质点速度五、超声场的表征值即：（2-1-12）其中peve分别为
24、有效声压与有效质点速度，pm和Vm为声压与质点振动速度的峰值，且pe2=pm2/2,ve2=vm2/2。根据式Z=pe/ve=pm/vm得：（2-1-13）通过该面积的总的声功率就等于声功率密度与该面积的乘积。声功率与其他声学参数的关系（对于平面超声波）其中Z为声阻抗率7、非线性声学参量（B/A）一般我们讨论的是线性声学，线性声学的假设条件是：声波是小振幅；具体包含质声波是小振幅；具体包含质点速度远小于声速，质点位移远小于波长，点速度远小于声速，质点位移远小于波长，媒质的密度扰动远小于静态密度。媒质的密度扰动远小于静态密度。忽略了媒质运动方程，连续性方程，物态方程中的二级以上的微量，即进行了线
25、性化。然而如果是大振幅声波（有限振幅声波），这些二次项就不能忽略，这时需要考虑声波的非线性问题。将流体（包括气体以及液体）的物态方程在绝热或者等熵的条件下按照泰勒级数展开：其中定义一个量为非线性参量，这个量反映媒质的非线性性质。非线性参数被认为是医学诊断技术的新参量。非线性波传播过程中的畸变。非线性声学参量在生物医学工程中的应用？诊断？成像等？文献查找！非线性声学参量（B/A）Thepressurechangeswithinamediumcausethewaveenergytotransfertohigherharmonics.Sinceattenuationgenerallyincrease
26、swithfrequency,acountereffectexiststhatchangesthenatureofthenonlineareffectoverdistance.Todescribetheirlevelofnonlinearity,materialscanbegivenanonlinearityparameter,B/A.ThevaluesofAandBarethecoefficientsofthefirstandsecondordertermsoftheTaylorseriesexpansionoftheequationrelatingthematerialspressuret
27、oitsdensity.TheTaylorserieshasmoreterms,andhencemorecoefficients(C,D,.etc)buttheyareseldomused.Typicalvaluesforthenonlinearityparameterinbiologicalmediumsareshowninthefollowingtable.不同生物组织B/A的实测值 Material (B/A)1、 Blood6.12、Brain6.63、Fat104、Liver6.85、Muscle7.45、Water5.2六、声场以及声学参量的测量1、声功率的测量重要性：声压、声强和
28、声功率是声学测量中三个很重要的量。在国内外得到声学计量中，很多研究都是围绕着上述三个量开展的。超声功率是超声医学、工业等应用领域中最关心的基本量之一。超声功率的准确与否直接关系到医疗设备的安全性、可靠性等。是超声设备质量控制的重要依据。测量方法超声功率的测量方法：1）基于超声辐射产生的力的方法有：电磁力发、链条法、天平法等。2）基于吸收超声辐射而引起的温度变化和体积变化的方法有量热法、体积法等。由于辐射力天平法具有测量速度快、量值准确、容易实现自动化等优势，被广泛采用。1）辐射力法声功率测量示意图医学超声诊断仪器声功率的测量方法辐射力法测量声功率全吸收靶的剖面图辐射力天平测量声功率方案（声束向
29、上）辐射力天平测量声功率方案（声束向下）辐射力法-超声功率的测定出于临床医学安全性的考虑。（1）辐射压力法实际测量过程中，为了避免由于驻波测量误差，通常不是垂直入射，而是以一定的角度入射，计算公式修改为：辐射压力天平装置2)量热法-超声功率的测定(2)量热法量热法也是测量超声功率的基本方法之一。其基础是测定工作液体吸收超声能量转化为热能引起的温升或体积膨胀，再换算成声功率的一种方法。前者称量热计后者称热胀法。声辐射功率与温度的关系为：C为工作液的比热，m为工作液质量流的速率T为热平衡时输出液体与输入液体的温度差。指定教材目前，关于生物医学超声的参考书很多；但是从教十年多来，一直很难找到一本非常
30、适合本科生的教材。这也是编者下定决心编写本书的主要原因之一。本书的内容主要包括超声物理基础，压电效应与换能器技术，超声成像诊断原理，超声治疗技术，医学超声实验，医学超声的最新进展等。每章节都配置了一定量的练习与思考题，以帮助读者巩固书中的内容，并提高分析解决问题的能力。为配合双语教学，本书保留了关键专业词汇的中英文对照。本书的特点是在注重基本概念，基本原理，基本方法的同时，兼顾一定的工程技术实用性，如包含声场的数值模拟，超声图像的C语言程序处理，超声波发射电路原理，换能器的匹配技术等。本书适合医学超声以及相关领域的本科生作教材，也可供该领域的研究生，科研及工程技术工作者参考。3）声光衍射法-超
31、声功率的测定3）声光衍射法声光衍射法是我国国标推荐的二级标准方法。其原理是RamanMath衍射。小振幅超声平面波束在透明液体中产生的相位光栅，调制与其垂直相交的单色光束后引起的m级衍射光的光强Ilm与RamanNath参量的m阶贝塞尔函数平方成正比，即 Il0为液体中没有施加超声时的直达光的强度，v为RamanNath参量。声光衍射法-超声功率的测定特点：声光衍射法测量精度高，不扰动声场，能测出距换能器辐射表面很近处的声功率，但局限在透明液体中进行测过。图3.34声光衍射超声功率计的原理图资料调研请在本课件的基础上，系统调研超声功率，声压，声强测量的原理，方法，设备等。最后以word的形式，
32、写成调研报告。建议想办法查一些英文资料。请附带参考文献的出处，原始文档等信息。2、脉冲超声强度定义以及测量方法Spatialaverage-temporalaverage(SATA)Spatialpeak-temporalaverage(SPTA)Spatialaverage-pulseaverage(SAPA)Spatialpeak-pulseaverage(SPPA)Spatialaverage-temporalpeak(SATP)Spatialpeak-temporalpeak(SPTP)声强的定义TPandTASPandSATPandTAFig (a) The peak positiv
33、eandpeaknegativepressures are the maximumand minimum values ofpressureinthemediumduring the passage of anultrasound pulse. (b) Theintensity is related to thepressure squared and isalwayspositive.Thetemporalpeakintensityisthemaximum value during thepulse. The pulse averageintensityistheaveragevalueov
34、er the duration of thepulse.SPandSAFig. Thevaluesofthevariousintensityparameterschangewithpositioninthebeamalso.Thehighestvalueinthebeamisthespatialpeakintensity.Theaveragevalueovertheareaofthebeamisthespatialaverageintensity.指定教材目前，关于生物医学超声的参考书很多；但是从教十年多来，一直很难找到一本非常适合本科生的教材。这也是编者下定决心编写本书的主要原因之一。本书的
35、内容主要包括超声物理基础，压电效应与换能器技术，超声成像诊断原理，超声治疗技术，医学超声实验，医学超声的最新进展等。每章节都配置了一定量的练习与思考题，以帮助读者巩固书中的内容，并提高分析解决问题的能力。为配合双语教学，本书保留了关键专业词汇的中英文对照。本书的特点是在注重基本概念，基本原理，基本方法的同时，兼顾一定的工程技术实用性，如包含声场的数值模拟，超声图像的C语言程序处理，超声波发射电路原理，换能器的匹配技术等。本书适合医学超声以及相关领域的本科生作教材，也可供该领域的研究生，科研及工程技术工作者参考。2、脉冲超声强度定义及其测量方法人们最注意的是超声功率对人体安全的影响，但随着脉冲回
36、波式超声诊断仪的巨大发展，聚焦换能器的普通采用，脉冲超声场中的声强分布，尤其是时间峰值与空间峰值声强愈益为人们所重视。前面所讲述的超声平均功率（连续波和长脉冲）的测量方法，多数已经不适应需要。国际上曾召开会议讨论脉冲超声的剂量。主要有：空间峰值时间峰值声强I SPTP空间峰值时间平均声强 ISPTA空间平均时间平均声强ISATA空间平均脉冲平均声场ISAPA等脉冲波时间峰值与时间平均脉冲波空间峰值与空间平均脉冲超声声强测量装置图练习某公司有用于HIFU的多元聚焦换能器，阵元数为16，每个单元换能器发出波束近似为柱形的平面波，柱形波束的半径为3cm；瞬时功率为5W，发射超声波的占空比为1:2；请
37、计算如下几个参数。1）请计算某个换能器单元的柱形波束截面上的界面上的ISPTP，ISPTA，ISATP，ISATA2）如果该换能器阵列，以相同的相位发射，且聚焦到同一生物组织区域，产生半径为3cm的焦斑。当这一换能器阵列，辐照到近似为球形的生物组织上时，其半径为5cm。试求生物组织焦点截面上的ISATP，ISATA，以及焦区的ISPTP，ISPTA，上题附图6cm10cm3、声场分布的测量（1）、超声光衍射法图3.26超声光衍射装置光路图声场分布的测量(2)水浸法测超声场如图3.27所示，将真径为1mm的小钢球固定在水中，探头用方向装置固定好，该固定装置能在水中升降。改变探头的倾角和与钢球的距
38、离。通过在不同距离、不同倾角下测定回波波高、就可以逐步测小探头的声场。4、超声换能器频率特性的测定（1）频谱分析方法4、超声换能器频率特性的测定（2）扫频测量方法4、超声换能器频率特性的测定(3)水浸法测连续波多普勒换能器连续波多普勒探头包括发射和接收两晶片，每一晶片频率特性可采用上述方法分别测定。实际使用中，也关心发射与接收晶片组合系统的频率特性。并需要一次测定。将探头置于水槽上部，如图3.30。声束垂直入射到水槽底部大平面反射界面上，保持发射晶片上施加的连续正弦波电信号幅度恒定并调节其频率，逐步测量接收晶片输出电信号幅度。由此可获得发射与接收晶片共同构成的频率特性。图3.30连续波多普勒探
39、头频率特性测定5、医学超声设备的声强范围图3.37医用超声设备的声强范围1-产科可用范围；2-外周血管可用范围；3-外科可用范围七、本节思考题1.媒质中超声波的声速与什么有关？2.横波，纵波，表面波？3.如何理解声阻抗，声阻抗率？请将关于声阻抗的英文资料翻译为中文？4.调研声光衍射法在声场以及声学参数测量中的调研声光衍射法在声场以及声学参数测量中的应用。应用。5.分贝的概念？6.声功率如何测量？7.请从声阻抗率的原始定义（Z=p/v）出发，推导对于单频率的平面行波，其声阻抗率Z=c。为介质的密度，c为声波速度。七、本节思考题8.是非题：声压就是媒质中静态情况下的瞬时压强。9.表征声场的参数主要
40、有哪些？10.已知一维平面余弦波的声压表达式为：且有效声压的定义：一定时间间隔内，瞬时声压对时间取均方根值。如下，请试着求解一维平面余弦波的有效声压？七、本节思考题11.Amediumattenuatesultrasoundatarateof0.7dBcm1MHz1.Atargetatadepthof5cmbelowthetransducerisimagedwitha3MHzultrasoundpulse.ByhowmanydBwilltheechofromthetargetbeattenuatedcomparedtoasimilartargetatadepthof1cm?七、本节思考题12.
41、Thepeakvalueofacousticpressuremeasuredinanultrasoundbeaminwateris1MPa.WhatisthecorrespondinginstantaneousintensityinWm2?Assumethespeedofsoundinwateris1500ms1anditsdensityis1000kgm3.指定教材目前，关于生物医学超声的参考书很多；但是从教十年多来，一直很难找到一本非常适合本科生的教材。这也是编者下定决心编写本书的主要原因之一。本书的内容主要包括超声物理基础，压电效应与换能器技术，超声成像诊断原理，超声治疗技术，医学超声实
42、验，医学超声的最新进展等。每章节都配置了一定量的练习与思考题，以帮助读者巩固书中的内容，并提高分析解决问题的能力。为配合双语教学，本书保留了关键专业词汇的中英文对照。本书的特点是在注重基本概念，基本原理，基本方法的同时，兼顾一定的工程技术实用性，如包含声场的数值模拟，超声图像的C语言程序处理，超声波发射电路原理，换能器的匹配技术等。本书适合医学超声以及相关领域的本科生作教材，也可供该领域的研究生，科研及工程技术工作者参考。七、本节思考题13、已知声强的定义为：其中Re代表实部，p为声压，v为质点速度。对于一维平面声波，请证明Ve为有效质点速度且，Va为峰值质点速度，pa为峰值声压，pe为有效声
43、压。七、本节思考题14人耳是否能听到声音决定于A声波的频率B声波的速度C声波的压强D声波的频率和强度15声阻抗的大小决定于下面哪个物理量A声压幅值B速度幅值C声速和介质自身的性质D声强16声强级为40dB的声音与20dB的声音相比较，两者听起来A一定前者较响B一定后者较响C不一定指定教材目前，关于生物医学超声的参考书很多；但是从教十年多来，一直很难找到一本非常适合本科生的教材。这也是编者下定决心编写本书的主要原因之一。本书的内容主要包括超声物理基础，压电效应与换能器技术，超声成像诊断原理，超声治疗技术，医学超声实验，医学超声的最新进展等。每章节都配置了一定量的练习与思考题，以帮助读者巩固书中的内容，并提高分析解决问题的能力。为配合双语教学，本书保留了关键专业词汇的中英文对照。本书的特点是在注重基本概念，基本原理，基本方法的同时，兼顾一定的工程技术实用性，如包含声场的数值模拟，超声图像的C语言程序处理，超声波发射电路原理，换能器的匹配技术等。本书适合医学超声以及相关领域的本科生作教材，也可供该领域的研究生，科研及工程技术工作者参考。
