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技術(shù)文章

超聲波的一般概念

一、超聲波的定義及基本物理量
超聲波的定義：超聲波(Ultrasound)是指頻率超過2萬赫茲(Hertz,Hz)即超過人耳聽閾高限的聲波,屬于機械波。
（一）超聲波有三個基本物理量，即頻率（f），波長（λ），聲速（c）。頻率（Frequency）就是在每秒鐘內(nèi)，介質(zhì)所振動的次數(shù)，以f表示，單位為赫（Hz）；聲速（Speed of sound） 指聲波在傳播介質(zhì)中的傳播速度，用c表示；波長（Wavelength為完成一次完全振動的時間內(nèi)所傳播的距離，以λ表示。三者的關(guān)系是：c=f·λ或λ=c/f，傳播超聲波的媒介物質(zhì)叫做介質(zhì)。
（二）相同頻率的超聲波在不同介質(zhì)中傳播，聲速不相同。
（三）聲阻抗（Acoustic impedance）　是用來表示介質(zhì)傳播超聲波能力的一個重要的物理量，其數(shù)值的大小由介質(zhì)密度ρ與聲波在該介質(zhì)中的傳播速度C的乘積所決定，即： Z=ρ·C ，單位為Kg／m2·s。
 
二、超聲波的物理性能
（一）超聲波在介質(zhì)中傳播時，遇到不同聲阻抗的分界面且界面厚度遠(yuǎn)大于波長，會產(chǎn)生反射（Reflection）。人體軟組織聲阻抗差異很小，只要有1‰的聲阻抗差，便可產(chǎn)生反射。由于人體軟組織的聲阻抗比空氣的聲阻抗大得多，超聲波在該交界處幾乎全部被反射，故超聲的進(jìn)行檢查需用耦合劑，同樣原因，超聲一般不適合于檢查肺、骨等與周圍軟組織聲阻抗差別極大的臟器。超聲診斷儀就是利用人體組織對超聲波的反射作用，從聲反射波中提取醫(yī)學(xué)診斷信息的。
（二）當(dāng)分界面兩邊的聲速不同時，超聲波透入**種介質(zhì)后，其傳播方向?qū)l(fā)生改變即產(chǎn)生折射（Refraction）。聲波從一種小聲速介質(zhì)向大聲速介質(zhì)入射時，聲波經(jīng)過這兩種介質(zhì)的界面后出現(xiàn)折射波的折射角大于入射角。當(dāng)入射角超過臨界角（90°）時，相應(yīng)的折射波消失，出現(xiàn)全反射。我們在進(jìn)行超聲檢查時，需要盡可能地將聲束垂直于界面，避免入射角過大，否則將會引起反射體的實際位置與顯示位置發(fā)生錯位，甚至出現(xiàn)全反射，從而導(dǎo)致超聲無法檢查該界面以下的組織器官。
（三）當(dāng)障礙物的直徑等于或小于λ／2，超聲波將繞過該障礙物而繼續(xù)前進(jìn)，這種現(xiàn)象稱為繞射（Diffraction），故超聲波波長越短（即頻率越高），能發(fā)現(xiàn)障礙物越小，也就是說分辨力越好，超聲圖象也越清晰，不過對組織的穿透力較差。
（四）超聲波在傳播中遇到粗糙面或極小的障礙物（或一組小障礙物形式）時，將有一部分能量被散射（Scattering）

（五）超聲波在介質(zhì)內(nèi)的傳播過程中，隨著傳播距離的增大，聲波的能量逐漸減少，這一現(xiàn)象稱為聲波衰減（Acoustic attenuation）。聲波衰減與介質(zhì)對聲波的吸收(Acoustic absorption)、散射以及聲束擴散等原因有關(guān)，其中吸收是衰減的主要因素。

（六）多普勒效應(yīng)（Doppler effect） 為聲源與接收器之間的相對運動而導(dǎo)致聲波頻率發(fā)生改變的現(xiàn)象。當(dāng)聲源與接收器作相向運動時，接收器所接收到的聲波頻率高于聲源所發(fā)出的頻率，如兩者的運動方向相反時，則接收頻率低于聲源所發(fā)出的頻率，兩者的頻率差為頻移（Frequency shift）。超聲多普勒儀器的超聲源和接收器均安裝在探頭（換能器）中，探頭工作時，換能器發(fā)出超聲波，由運動著的紅細(xì)胞發(fā)出散射回波，再由接收換能器接收此回波。因此接收換能器所收到的超聲回波的頻率經(jīng)過了兩次多普勒效應(yīng)過程，所以收發(fā)超聲頻率之差與血流相對于換能器運動速度的兩倍成正比