下载文档原格式
超声物理基础试题及答案一、选择题（每题2分，共20分）1. 超声波在介质中的传播速度与介质的密度和弹性模量有关。
以下哪项是正确的？A. 密度越大，速度越快B. 密度越大，速度越慢C. 弹性模量越大，速度越快D. 弹性模量越大，速度越慢答案：C2. 超声波的频率范围通常是指：A. 20 Hz - 20 kHzB. 20 Hz - 20 MHzC. 20 kHz - 20 MHzD. 20 kHz - 20 GHz答案：C3. 超声波在介质中传播时会发生反射、折射和散射，这是由于：A. 超声波的能量损失B. 介质的不均匀性C. 介质的温度变化D. 超声波的频率变化答案：B4. 超声波在液体中的衰减主要与以下哪个因素有关？A. 液体的密度B. 液体的粘度C. 液体的温度D. 液体的表面张力答案：B5. 超声波的聚焦是通过改变哪些参数实现的？A. 发射角度B. 发射频率C. 发射功率D. 发射时间答案：A二、填空题（每题2分，共20分）1. 超声波的波长与频率和传播速度的关系可以用公式_______来表示。
答案：λ = v / f2. 当超声波在两种不同介质的界面上传播时，会发生_______现象。
答案：折射3. 超声波在介质中的传播速度与介质的_______有关。
答案：物理性质4. 超声波的频率越高，其在介质中的衰减_______。
答案：越大5. 超声波的发射和接收通常通过_______来实现。
答案：探头三、简答题（每题10分，共30分）1. 简述超声波在医学诊断中的应用。
答案：超声波在医学诊断中主要用于成像，如B超，通过超声波的反射和散射特性，可以形成内部器官的图像，用于疾病的诊断和监测。
2. 描述超声波在液体中的传播特性。
答案：超声波在液体中传播时，其波速主要取决于液体的密度和弹性模量。
由于液体的粘性，超声波在液体中的传播会伴随着能量的衰减，且衰减程度与液体的粘度成正比。
3. 说明超声波在固体中的传播与液体中传播的主要区别。
超声诊断的物理基础超声诊断是一种通过利用超声波在人体组织内的传播和反射特性，来获取人体结构和病变信息的无创检查方法。
超声波是一种机械波，具有高频率、短波长和强穿透力的特点，被广泛应用于临床医学领域。
超声波的物理特性为超声诊断提供了基础。
首先，超声波的频率决定了它在人体组织中的传播速度。
一般来说，超声波在软组织中的传播速度约为1540米/秒。
不同组织的声速略有差异，这也是超声诊断中可以区分不同组织结构的原因之一。
超声波的传播和反射特性使得超声诊断成为一种无创的检查方法。
超声波在人体组织中传播时，会遇到不同组织的界面，如肌肉和骨骼之间的交界处。
当超声波遇到这些界面时，会发生反射和折射，一部分能量被反射回来形成回波，另一部分能量继续传播。
通过接收回波信号，超声设备可以计算出声波从发射到接收的时间，从而确定声波传播的距离。
超声波的反射特性也使得超声诊断可以观察到人体内部的结构和病变。
不同组织对超声波的反射能力不同，这取决于组织的声阻抗差异。
声阻抗是指声波在穿过介质界面时遇到的阻力，它与介质的密度和声速有关。
当声波从一个组织进入另一个组织时，如果两者的声阻抗差异大，则会发生明显的反射。
这样，超声波就可以探测到组织的边界和病变部位。
超声波的频率也决定了它的穿透能力和分辨率。
低频超声波能够穿透较深的组织，但分辨率相对较低，无法清晰地显示细小结构。
高频超声波则能够提供更高的分辨率，但穿透能力相对较弱。
因此，在超声诊断中，医生需要根据不同情况选择适当的频率，以获得较好的图像质量。
超声波的多次反射和散射也会影响超声图像的质量。
当声波在组织中传播时，会受到散射和吸收的影响，导致声波的能量逐渐减弱。
这也是为什么超声波不能穿透骨骼和气体的原因，因为它们对超声波的传播具有较强的散射和吸收能力。
超声诊断是一种基于超声波的无创检查方法，其物理基础包括超声波的频率、传播速度、反射特性和穿透能力等。
通过利用超声波在人体组织内的传播和反射特性，超声诊断可以获取人体结构和病变信息，为临床医学提供重要的辅助诊断手段。
第一单元超声波检测的物理基础1、机械振动：有些物体在某一固定的位置（即平衡位置）附近作周期性的往复运动，这种运动形式被称为机械振动，简称振动。
2、自由振动：做振动的系统在外力的作用下物体离开平衡位置以后就能自行按其固有频率振动，而不再需要外力的作用，这种不在外力作用下的振动称为自由振动。
3、无阻尼自由振动：理想情况下的自由振动叫无阻尼自由振动。
自由振动时的周期叫固有周期，自由振动时的频率叫固有频率，它们由振动系统自身条件所决定，与振幅无关。
4、简谐振动：最简单最基本的直线无阻尼自由振动称为简谐振动，简称谐振。
5、在周期性外力的作用下产生的振动称为受迫振动，这个周期性的外力称为策动力。
6、机械波：机械振动在弹性介质中的传播过程，称为机械波。
机械波产生的条件：有机械振动振源和传播振动的弹性介质。
7、波长：在同一波线上两个相邻的振动相位相同的质点之间的距离，称为波长（即一个“波”的长度），用符号λ表示。
波长的常用单位是毫米（mm）或米（m）。
8、频率：单位时间内波动通过某一位置的完整波的数目，称为波动频率，也是质点在单位时间内的振动次数，用符号f表示。
频率的常用单位是赫兹（Hz），即（次）/秒。
波的频率是波源的振动频率，与介质无关。
9、周期：周期在数值上等于频率的倒数，它是波动前进一个波长的距离所需要的时间，用符号T表示。
周期的常用单位有秒（s）。
10、波速：在波动过程中，某一振动状态（即振动相位）在单位时间内所传播的距离叫做波速，用c表示，其常用单位为米/秒（m/s）。
波速的影响因素有：（1）介质的弹性模量和密度；（2）波的类型；（3）传播过程中的温度。
11、惠更斯原理：媒质中波动传到的各点，都可以看作是发射子波的波源，在其后的任一时刻，这些子波的包迹就决定新的波阵面。
惠更斯原理对任何波动过程都适用，不论是机械波或电磁波，不论这些波动经过的媒质是均匀的或非均匀的。
利用惠更斯原理可以确定波前的几何形状和波的传播方向。
第一章 超声波探伤的物理基础第八节 超声波的衰减超声波在介质中传播时, 随着传播距离的增加, 其声能量逐渐减弱的现象叫做超声波的衰减。
在均匀介质中, 超声波的衰减与传播距离之间有一定的比例关系, 而不均匀介质散射引来的衰减情况就比较复杂。
一、产生衰减的原因凡影响介质质点振动的因素均能引起衰减。
从理论上讲, 产生衰减的原因主要有以下三个方面:1.由声束扩散引起的衰减超声波传播时, 随着传播距离的增大, 非平面波声束不断扩散, 声束截面增大, 因此, 单位面积上的声能(或声压)大为下降, 这种扩散衰减与传播波形和传播距离有关, 而与传播介质无关。
对于球面波, 声强与传播距离的平方成反比, 即 , 声压与传播距离成反比, 即 。
对于柱面波, 声强与传播距离成反比, 声压与传播距离的平方根成反比, 即 。
对于平面波, 声强, 声压不随传播距离的变化而变化, 不存在扩散衰减。
当波形确定后, 扩散衰减只与超声波传播距离(声程)有关。
扩散衰减是造成不同声程上相同形状和尺寸反射体回波高度不等的原因之一, 这在声压方程中已经解决。
2.由散射引起的衰减超声波传播过程中遇到不同声阻抗的介质所组成的界面时, 会产生散乱反射, 声能分散, 造成散射衰减。
固体中尤以多晶体金属的非均匀性(如杂质、粗晶、内应力、第二相等)引起的散射衰减最为明显。
多晶体晶界会引起超声波的反射和折射, 甚至伴有波型转换, 这种散射也可称作瑞利散射。
散射衰减随超声波频率的增高而增大, 且横波引起的衰减大于纵波。
3.由吸收引起的衰减质点离开自己的平衡位置产生振动时, 必须克服介质质点间的粘滞力(和内摩擦力)而做功, 从而造成声能损耗, 这部分损耗的声能也将转换成热能。
在超声波传播过程中, 这种由于介质的粘滞吸收而将声能转换成热能, 从而使声能减少的现象称为粘滞吸收衰减。
在超声波探伤中它并不占主要地位。
二、衰减规律和衰减系数超声波在不同介质中的衰减情况常用衰减系数加以定量表示。
超声物理基础一、超声波的基本物理量超声波是振动频率大于20000Hz的机械波，产生振动的地方称振源，传播声波的媒介物质称为介质。
临床常用的超声频率范围在2~12MHz之间，最常用的是3.5MHz或3.75MHz。
C=f·λ或λ=C/f A 振幅人体软组织平均声速为1540m/s,探测1cm深度目标所需时间为13μs。
人体软组织中声速总体差异约为5%。
二、超声波传播特性声波在介质中传播时，有声能占据的空间，叫做声场。
多振子探头的声场分布呈“花瓣”状，能量最集中区为“主瓣”，主瓣越窄越强越好。
副瓣在声束扫描时会产生伪像。
口径大于波长的振源产生的振动在均匀介质传播时，在L=γ2/λ范围内以平面波方式传播，L称为近场长度，在L以远则以θ角扩散，表现为球面波，θ角称为不扩散角。
Σ·nθ=0.61λ/r声阻抗=Ζ（ρ·c）不相同的介质称为不均质，只要有0.1%的差异，就可以检测出。
界面的反射与折射反射系数R I=[Ζ2-Ζ1/Ζ2+Ζ1]2垂直入射界面时，反射最强。
从第一介质进入第二介质，产生方向改变的传播称为折射。
当障碍物的直径和波长相当时，超声波将绕过该障碍物而继续前进，这种现象称为衍射。
波长越短发现障碍物越小，显现力越好。
理论分辨力为λ/2。
当目标小于小于波长时，产生瑞利散射，红细胞是一种散射体，红细胞数量越多，后向散射强度就越大。
超声波在介质中传播时，随着距离增加，声能随之减弱，这就是衰减。
衰减的原因：吸收衰减波束扩散散射STC（TGC）的作用是补偿声能的衰减，使深部图像也清楚。
空间峰值时间平均声强I spta<100mW/cm2真实声束声强I cd<20mW/cm2三、超声多普勒效应(一)基本公式f d=f R-f o=（2V·f o cosθ）/C一般在音频范围V=C·f d /2f o·cosθC=1540m/s(1)V ∝f d(2)V=常数和cosθ=常数时f d∝f o低速血流选高频(3)当f d和cosθ为常量时 V∝1/ f o高速血流选低频(4)当V，f o恒定时f d∝cosθθ→0或(180°)f d最大θ→90°或(270°）f d=0(二)用途：测量血流速度，确定血流方向，确定血流性质（层流、射流、湍流）以及相关的血流参数。
物理基础第一节声波的定义及分类一、定义物体的机械性振动在具有质点和弹性的媒介中的传播现象称为波动，而引起听觉器官有声音感觉的波动则称为声波。
根据声波的传导方向与介质的的振动方向的关系，声波有纵波和横波之分。
二、横波所谓横波是指介质中的质点都垂直于传播方向运动的波。
人体的骨骼中，不但传播纵波，还传播横波。
三、纵波即介质中质点沿传播方向运动的波。
在纵波通过的区域内，介质各点发生周期性的疏密变化，因此纵波是胀缩波。
理想流体(气体和液体)中声振动传播方向与质点振动方向是平行的，只存在于纵波。
人体中含水70—80％，故除骨路、肺部以外软组织中的声速和密度均接近于水。
目前医用超声的研究和应用主要是纵波传播方式。
第二节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20000 Hz的声波。
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。
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％。
因此目前医用超声仪一般将软组织声速的平均值定为1541m/s。
通过该声速可测量软组织的厚度，由于目前超声仪所采用的是脉冲回声法，故该回声测距的公式是：t组织厚度=Ｃ·───2利用超声方法进行测距的误差也是5％左右。
4、声阻抗是用来表示介质传播超声波能力的一个重要的物理量，其数值的大小由介质密度ρ与声波在该介质中的传播速度c的乘积所决定，即：Z=ρ·c单位为Kg／m2·s。
5．临床常用的超声频率在2～10 MHz之间。
二、超声波的物理性能l、超声波在介质中传播时，遇到不同声阻的分界面且界面厚度远大于波长，会产生反射，反射的能量由反射系数R I=〔（Z2-Z1）/（Z2+Z1）〕2决定。
Z1、Z2为两种介质的特性声阻抗，Z=ρ·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R I很大，产生强反射。
当Z1≠Z2，R I≠0，则反射存在。
由此可见，超声波在界面上反射的大小与界面两边介质的声阻差及超声波的入射角有关。
人体软组织声阻抗差异很小，只要有1‰的声阻抗差，便可产生反射，故超声波对软组织分辨力很高。
脉冲反射式超声诊断仪就是利用人体组织对超声波的反射作用，从声反射波中提取医学诊断信息的。
2、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。
声波从一种小声速介质向大声速介质入射时，声波经过这两种介质的分界面后出现折射波的折射角大于入射角。
当入射角超过临界角（90°）时，相应的折射波消失，出现全反射。
3、当障碍物的直径等于或小于λ／2，超声波将绕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。
4、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，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，声束内红细胞数量越多，背向散射强度就越大。
红细胞的背向散射是多普勒超声诊断的基础。
5、．超声波在介质内的传播过程中，随着传播距离的增大，声波的能量逐渐减少，这一现象称为声波衰减。
声波衰减与介质对声波的吸收、散射以及声束扩散等原因有关，其中吸收是衰减的主要因素。
为了使深度回声信息清楚，在诊断中要使用STC或TGC调节，补偿声能的衰减。
吸收是声波在传播或反射过程中，体内组织使声能转换为热能的现象。
散射衰减是超声波在非均匀介质中传播，因散射而使得声波能量减弱。
声束扩散是因为声波在单位面积内的能量减少所致。
超声衰减还与超声频率有关，它与超声频率呈正比，频率越高，声波衰减越大。
第三节多普勒超声基础一、超声多普勒效应声源与接收器在连续介质中存在着相对运动而导致声波频率发生了改变。
当声源与接收器作相对运动时，接收器所接收到的声波频率高于声源所发出的频率，如两者的运动方向相反时，则接收频率低于声源所发出的频率，两者的频率差（频移）与它们之间的相对运动速度成正比。
超声多普勒仪器的超声源和接收器均安装在探头（换能器）中，探头工作时，换能器发出超声波，由运动着的红细胞发出散射回波，再由接收换能器接收此回波。
因此接收换能器所收到的超声回波的频率经过了两次多普勒效应过程，所以收发超声频率之差与血流相对于换能器运动速度的两倍成正比，多普勒频移的表达式为：±2Vcosθf0f d＝f R-f0＝——————C1、式中f d为多普勒频移，f0为入射频率，f R为反射频率，V为反射物体运动速度，C为声速，θ为运动方向与人射波间的夹角。
2、当f0=3MHz f R= 3.005MHz 则f d= f R－f0＝5 kHz所以f d一般都在音频范围内。
检出f d后，以声音发出响声来监听，并通过FFT对f d进行频谱分析，所以多普勒频移属于声波范畴。
二、多普勒基本概念1、多普勒超声血流检测技术主要用于测量血流速度，确定血流方向，确定血流种类：如，层流、射流等；获得速度、时间积分，压差等有关血流的参数。
2、多普勒方式表达血流速度的公式如下C（士f d）V＝－－－－－－2cosθf0式中c为声速（1540 m／s）f0为发射频率（已知）（1）cosθ是血流与声束夹角的余弦函数，当相对固定时，则f d与流速成正比，f d即影响流速值V。
（2）当多普勒人射角（θ）恒定时，频移f d仅决定于发射频率f0。
对于某一定的f d，f0越小，则可测的血流速度V就越大。
欲测高速血流，f d就应选择低频率的探头。
（3）当血流速度保持恒定时，如：100cm／s（以及恒定的f d和c），那影响f d的参数只有cosθ，即频移的数值依赖于入射角的变化，而速度的数值与入射角无关。
θ角改变的一般规律（a）当0°＜θ＜90°时，cosθ为正值，即血流迎超声探头而来，频率增加，f d为正向频移。
（b）当90°＜θ＜180°时，cosθ为负值，即血流背离超声探头而去，频率减低，f d 为负向频移。
（c）当时θ＝0或θ＝180°时，cosθ=土1，即血流与声束在同一线上相向或背向运动，这时f d最大。
（d）当时θ＝90°，cosθ＝0时即血流方向与声束垂直，此时f d＝0，检不出多普勒频移。
诊断基础第一节超声声像图诊断基础一、超声显像的一般规律1、回声来源来自大界面的反射和散射体的散射。
2、界面反射与声束角度界面与声束角度对图像影响较大，球形病灶常仅有前后壁回声，侧壁回声常常消失一一形成侧声影。
3、衰减对成像的影响物体衰减特征主要表现在后方的回声。
4、囊性物体的声像图特征内部为无回声区；前壁和后壁回声增强；侧壁回声消失；后方有回声增强和侧声影。
5、多重反射超声遇强反射界面，在界面后出现一系列的间隔均匀的依次减弱的影像，称为多重反射，这是声束在探头与界面之间往返多次而形成。
二、人体不同组织和体液回声强度（一）分级高回声（高水平回声）、中等水平回声、低回声（低水平回声）、无回声。
至少可分高、中、低、无四级。
实际上，在高回声之前还应增加一级，称强回声。
强回声常伴声影，见于：含气肺（胸膜一肺界面）、胆结石、骨骼表面（软组织．骨界面）；中等水平回声见于肝、脾实质；典型的低回声见于皮下脂肪；典型的无回声见于胆汁、尿液和胸腹水（漏出液）。
高回声与强回声不同，不伴有声影。
见于肝脾包膜，血管瘤及其边界等。
需要说明，有些强回声结构如小结石、前列腺内小钙化灶等，由于超声聚焦和超声频率等条件，不一定有声影。
（二）一般规律1、均质性液体（介质）如胆汁、尿液为无回声。
应当注意：有些均质的固体如透明软骨、小儿肾锥体，可以出现无回声或接近无回声。
所以，少数固体呈无回声，但必须是均质性的。
2、非均质性液体（介质）如尿液中混有血液和沉淀，囊肿合并出血或感染时，液体内回声增加。
软骨等均质性组织如果纤维化、钙化（非均质性改变），则由原来无回声（或接近无回声）变成有回声。
所以，认为“液体均是无回声的．固体均是有回声的”．这种看法是不正确的。
3、引起回声增强的常见原因举例：均质性的液体（如血液、脓液）中混有许多微气泡；血液常是无回声的，但是新鲜的出血、新鲜的血肿、静脉内血栓形成时回声增多、增强（凝血块内有大量纤维蛋白）；纤维化、钙化等非均质性改变等。
4、人体不同组织回声强度顺序肾中央区（肾窦）＞胰腺＞肝、脾实质＞肾皮质＞肾髓质（肾锥体）＞血液＞胆汁和尿液。
正常肺（胸膜--肺）、软组织--骨骼界面的回声最强；软骨回声很低，甚至接近于无回声。
病理组织中，结石、钙化最强；纤维化、纤维平滑肌脂肪瘤次之；典型的淋巴瘤回声最低，甚至接近无回声。
三、不同器官或组织成分的显像特点1、皮肤呈线状强回声。
2、脂肪回声强弱不同，层状分布的脂肪呈低回声。
肿瘤组织中脂肪与其他组织成分混杂分布时，常呈现强回声反射。
3、纤维组织纤维组织与其他成分交错分布，其反射回声强，排列均匀的纤维瘤回声则较弱。
一般纤维组织的衰减程度较明显。
4、肌肉组织回声较脂肪组织强，且较粗糙。
5、血管形成无回声的管状结构，动脉常显示明显的搏动，有时能看到红细胞散射点状回声。
6、骨组织、钙化或结石形成很强的回声，其后方留有声影。
7、实质脏器形成均匀的低回声。
以肝脏为标准：脾脏回声较肝脏低而均细肾脏实质较肝脏实质回声低胰腺回声较肝脏高而粗糙8、空腔脏器其形状、大小和回声特征因脏器的功能状态改变而有不同，充满液体时可表现为无回声区；充满含有气体的肠内容物可形成杂乱的强回声反射、气体反射，常曳有多重反射的斑纹状强回声，称为彗星尾征四、不同组织的声衰减程度的一般规律（一）组织内含水分愈多．声衰减愈低血液是人体中含水分最多的组织，比脂肪、肝、肾、肌肉等软组织更少衰减。
但是，血液比尿液、胆汁、囊液等衰减程度高，后方回声增强程度远不及尿液、胆汁、囊液显著。
（二）液体中含蛋白成分愈多．声衰减愈高由于血液蛋白含量比胆汁、囊液、尿液高得多，故声衰减较高，后方回声增强不显著。
声像图上血液和囊液、胆汁后方回声增强的显著区别，具有鉴别诊断意义。
（三）组织中含胶原蛋白和钙质愈多，声衰减愈高例如，瘢痕组织、钙化、和结石、骨组织均可有显著的声衰减，而且常伴有声影。
从表5—1中可以看出，人体组织中以骨骼和含气肺衰减程度最高，而且均伴有声影（注：骨骼或结石后方声影边界清晰；含气肺的混响后方声影的边界模糊不清）。
（四）人体不同组织和体液声衰减的比较在人体组织中衰减程度一般规律是：骨组织＞肝组织＞血液。
