超声显像物理基础
一、超声波基本物理量：
1、超声波是声源振动的频率大于20000Hz的机械波
2、超声波有三个基本物理量，即频率（f），波长（λ），声速（c），它们的关系是：c = f·λ或λ=c / f
传播超声波的媒介物质叫做介质，不同频率的超声波在相同介质中传播时，声速基本相同。在人体软组织中声速为1540m/s。探测1cm深度目标所需的时间约13.4μs.
3、相同频率的超声波在不同介质中传播，声速不相同，人体软组织中超声波速度总体差异约为5%。利用超声方法进行测距的误差也是5%左右。
4、临床常用的超声频率在2MHz—10 MHz之间。
二、超声波的物理性能
1、超声波在介质中传播时，遇到不同声阻的分界面，会产生反射和折射，反射的能量由反射系数RI 决定。
Z1、Z2为两种介质的特性声阻抗，Z=p·c（密度·声速）
当Z1 = Z2，为均匀介质，则RI=0，无反射。
当Z1< <Z2 (如水和气)则RI很大，产生强反射。
当Z1≠Z2，RI≠0，则反射存在。
2、人体软组织声阻抗差异很小，但只要有1‰的声阻抗差，就会产生反射回波，所以超声波对软组织分辨力很高。
3、当超声波垂直于不同声抗阻分界面入射时，可得到最佳的反射效果。
4、当分界面两边的声速不同时，超声波透入第二种介质后，其传播方向将发生改变—即产生折射。
5、超声波在介质中传播时，有声能占据的空间，叫做声场。
6、多振子探头的声场分布呈“花瓣”状，其“主瓣”越细（窄）越好，而“副瓣”在声束扫描时将产生伪象。声束处理技术之一就是消除“副瓣”，突出“主瓣”。
7、超声波在介质中传播时，随着距离增加，声能将随之减弱，这就是衰减。引起衰减的原因主要有：
①由于“内磨擦”，超声波机械能变为热能被组织“吸收”。
②波束发散，能量的散射及反射，使得保持在介质中原始前进方向上的能量减小。
8、为了使深度回声信息清楚，在诊断中要使用STC（TGC）调节，补偿声能的衰减。
衰减用下列公式来描述。
IX是距离声源X点的声强，X是距离声源的距离。
I0是X=0处的声强 α为衰减的系数 e为自然对数之底，e=2.71
声强或声压的衰减吸收以分贝（dB）作单位，组织的衰减系数用dB/cm表示。
在人体组织中衰减程度一般规律是：
骨组织>肝组织>血液
若进一步细分：骨（或钙化）>肌腱（或软骨）>肝（或肾）>脂肪>血液>尿液（或胆汁）。
组织中含胶原蛋白和钙质越多，声衰减越大，液体内含蛋白成分的声衰减大。
9、超声波在介质中传播时，如遇声阻不同的障碍物（目标点）则声束方向和声强将发生改变，其改变程度与障碍物之大小及声阻抗有关。
当障碍物的直径大于1/2λ，在该障碍物表面产生回声反射。
10、当障碍物的直径等于或小于1/2λ，超声波将饶过该障碍物而继续前进，反射很少，这种现象称为衍射，故超声波波长越短，能发现障碍物越小。这种发现最小障碍物的能力 称为显现力。
从单纯理论上计算，能测到物体的最小直径，称做最大理论分辨力，在数值上为1/2λ，但实际显示的分辨力要低于理论分辨力5—8倍。
11、超声波在传播中遇到粗糙面或极小的障碍物（或一组小障碍物形式）时，这时将有一部分能量被散射，散射声波可进行组合，等频同相波迭加后能量（幅度）加强，等频反相迭加后能量减弱。
红细胞的直径比超声波要小得多，红细胞是一种散射体，其反（后）向散射信息是研究、分析红细胞运动规律的极有用的信息，声束内红细胞数量越多，后向散射强度就越大。
三、超声多普勒效应
1、当声源与反射界面（或散射体）作相对运动时，由于超声波在一定介质中传播的速度是恒定的，故可看作超声的波长被压缩或扩展。波长的变化必将伴随着频率的移动（改变），它仍需满足C= f·λ的关系，这种现象称之为多普勒效应。
其多普勒公式为：
fd为多普勒频移，fO为入射频率，fR为反射频率，V为反射物体运动速度，C为声速，Q为运动方向与入射波间的夹角。
2、当fO=3 MHz fR=3.005 MHz 则fd= fR - fO=5000Hz=5KHz所以fd一般都在音频范围内。检出fd后，以声音发出响声来监听，并通过FFT对fd进行频谱分析，所以多普勒频移属于声波范畴。
四、超声波分辨力，穿透力
1、分辨力指能在荧光屏上被分别显示为两个点的最小间距的能力，一般可分为轴（纵）向和侧（横）向两种。
2、轴向分辨力系指声束方向，能被分辩前后两点间的最小间距，它与超声波的频率有关，频率越高，波长越短，则轴向分辨越好。
3、侧向分辨力系指与声束相垂直的面上，能被分辨两点的最小间距，它与超声束的宽窄有关。声束越窄（细），其侧向分辨越好。
4、穿透力是指超声在介质中传播能到达最大深度的能力，它与声衰减系数有关，并与频率成正比，用dB/cm /MHz表示，所以频率高的超声波在人体中衰减也越大。
联系客服
