超声成像的基本原理

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飛兲11965
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能够在听觉器官引起声音感觉的波动称为声波。人类能够感觉的声波频率范围约在20-20000HZ。频率超过20000HZ,人的感觉器官感觉不到的声波,叫做超声波。
声波的基本物理性质如下:
(一)声波的频率、周期和速度
声源振动产生声波,声波有纵波、横波和表面波三种形式。而纵波是一种疏密波,就像一根弹簧上产生的波。用于人体诊断的超声波是声源振动在弹性介质中产生的纵波。声波在介质中传播,介质中质点在平衡位置来回振动一次,就完成一次全振动,一次全振动所需要的时间称振动周期(T)。在单位时间内全振动的次数称为频率(f),频率的单位是赫兹(HZ)。f=1/T,声波在介质中以一定速度传播,质点振动一周,波动就前进一个波长(λ)。波速(C)=λ/T或C=f·λ。
(二)声阻抗
声波在媒介中传播,其传播速度与媒质密度有关。在密度较大介质中的声速比密度较小介质中的声速要快。在弹性较大的介质中声速比弹性较小的介质中要快。这就引出了声阻抗的定义,声阻抗为介质密度(ρ)和声速(C)的乘积。用字母Z表示,Z=ρ·C。 当一束超声波入射到比自身波长大很多倍的两种介质的交界面上时,就会发生反射和折射。反射遵循反射定律,折射遵循折射定律。由于入射角等于反射角,因此超声波探查疾病时要求声束尽量与组织界面垂直。超声波的反射还与界面两边的声阻抗有关,两介质声阻抗差越大,入射超声束反射越强。声阻抗差越小反射越弱。
穿过大界面的透射声,可能沿入射声束的方向继续进行,亦可能偏离入射声束的方向而传播,后一种现象称超声折射,是由于两种介质内声速的不同所致。 超声波在介质中传播时,入射超声能量会随着传播距离的增加而逐渐减小,这种现象称作超声波的衰减。
衰减有以下两个原因:(1)超声波在介质中传播时,声能转变成热能,这叫吸收;(2)介质对超声波的反射、散射使得入射超声波的能量向其他方向转移,而返回的超声波能量越来越小。

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