医学超声学复习重点

1.医学超声学：是一门将声学中的超声学与医学应用结合起来而形成的新兴学科。

研究的是超声波在生物组织内的传播规律和装置设备。

2.现代医学四大影像技术：超声成像X-CT断层成像放射性同位素扫描成像核磁共振成像3.超声在医学上的应用4.超声诊断：利用超声信号幅度、频率、相位和时间等参量携带的生物组织信息对人体进行测量、成像和诊断。

5.超声治疗：当超声能量作用于生物组织时，产生机械效应、温热效应和空化效应，所引起的生物学效应直接与超声波的声强和作用时间有关。

6.超声研究：研究超声在生物组织中的传播特性和与生物组织的相互作用机理。

7.医学超声的特点和优势1. 超声波无电离辐射，在诊断应用功率范围内对人体无损，可重复使用。

安全剂量：10～40 mW/cm2X射线：辐射危害较大MRI：未发现有副作用，费用昂贵2. 超声波对生物软组织鉴别能力较强，对软组织疾患诊断具有优势。

X射线：穿透性强，多采用透射方式，可区分骨骼和软组织界面，对于不同软组织不能有效区分。

超声：对骨骼、空气衰减大，多采用反射方式，能较好反映软组织解剖结构。

3. 超声波仪器运用灵活方便、简捷易行，价格便宜，实时性好。

5. 超声波是一种机械波，机械振动与波动是医学超声的物理基础。

机械振动：物体沿着直线或曲线在某一平衡位置附近作往复周期性的运动。

机械波动：机械振动在弹性介质中的传播过程，波动分为机械波和电磁波两大类。

6波阵面：同一时刻介质中振动相位相同的所有质点所连成的面。

7波前：某一时刻，波动所到达的空间各点所连成的面。

8波线：波的传播方向。

波线恒垂直于波阵面或波前。

9同一介质有cL（纵波）> cS（横波）> cR （平面波）10声强：单位时间内通过垂直于波动传播方向单位面积的能流称为能流密度或波的强度，也称为声强。

11波程差等于波长的整数倍时，两列相干波相遇时互相加强，合振幅达最大值；12波程差等于半波长的奇数倍时，两列相干波相遇时互相减弱，合振幅到最小值。

13干涉现象的特例驻波：两列振幅相同的相干波，在同一直线上沿相反方向传播时，互相叠加而成的波。

当介质厚度等于半波长的整数倍时，即t=nλ/2时，就会产生驻波。

14超声波垂直入射到平界面上的反射和透射在界面两侧的声波，必须符合下列两个条件：151)界面两侧的总声压相等，即P0+Pr=Pt。

162)界面两侧质点振动速度幅值相等，17反射、折射定律的特征：18（1）反射、折射波线与入射波线分别在法线的两侧。

19（2）任何一种反射波或折射波所对应角度的正弦与相应的声速之比恒等于一个定值。

20（3）同种波型的反射角与入射角相等。

21多普勒效应原理：声源与反射界面或散射体之间存在相对运动时，接收到的声波信号频率与入射声波频率存在差别，频差的幅值与相对运动速度成正比。

22多普勒效应在医学超声学上的应用：探测血流的运动情况。

红细胞为散射体。

23层流:在心室腔、瓣膜口，或大血管正常时，红细胞血流方向相同且速度相近，“音调”平稳，称之为层流。

24湍流:病变时，各个红细胞以不同方向和不同速度移动，其所产生的Doppler频移正负兼有，而且频移波动范围很大，频谱较宽、音调粗糙，称为湍流。

25超声衰减 1. 衰减系数15. 引起衰减的因素：1) 反射衰减2) 散射衰减3) 扩散衰减4) 吸收衰减吸收衰减主要有三种情况：1) 粘滞吸收；2) 弛豫吸收；3) 热传导吸收16. 衰减随超声波频率的变化当超声频率在1MHz～15MHz范围内，超声波被人体组织吸收的系数几乎与频率成正比；吸收衰减系数主要由超声频率、组织粘滞性等决定。

17. 吸收：取决于辐射频率高低，频率高则吸收大。

散射：取决于非均匀介质不规则性、折射程度和散射颗粒的尺寸和统计程度。

反射：取决于传播方向上界面声阻抗差（反射系数）。

扩散：取决于声束的发散程度和聚焦特性。

18. 超声波在人体组织中的衰减系数是随频率增高而增大19.超声空化：声空化可以定义为充有气体和水蒸气的空腔在外场作用下发生振荡的任何现象。

稳态空化：当液体媒质内的声场中存在有适当大小的气泡时(空化核)，它会在声波的交变声压作用下进入振动(即体脉动)状态。

当声波频率接近气泡共振的特征频率时，气泡的振动就进入共振状态，使脉动的幅度达到极大。

当声波声强比较弱时,这种振动不很剧烈,通常不产生破坏力,称为稳态空化。

瞬态空化：声波的负压半周期内空化核(微小气泡) 迅速膨胀，随后又在声波正半周期内气泡被压缩以至崩溃，这一过程称为瞬态空化。

20. 诊断用超声剂量一般应小于安全剂量50焦耳／平方厘米(J／cm2)，并且最大照射强度低于100mW／cm2。

21. 1. 正向压电效应：材料两端加压力→两电极产生电场压力→形变→晶格电偶极矩变化→电荷积累→电场2.逆向压电效应：材料两端加电压→材料产生形变电压→电场→晶格电偶极受力→应力→形变3.材料正、逆向压电效应可逆22. 压电材料的种类：压电单晶体压电多晶体压电高分子聚合物复合压电材料23. 压电单晶体（石英）特点：优点：性能稳定。

缺点：需使用几千伏以上的高电压；要求加工精密度高；机电耦合系数（灵敏度）低。

压电多晶体（陶瓷）特点：优点：可以制成任意形状，制作工艺简单，能在所需要的方向进行极化处理。

电畴：自发极化方向相互趋于一致的的区域。

极化处理：用大于陶瓷的矫顽电场Ec的直流电场进行一定时间的极化处理，使电畴转向，由多畴变成单畴晶体。

极化处理后，陶瓷保留一定的总体剩余极化强度，从而使陶瓷体具有压电性能。

在外加交变电场作用时，其极化量便跟随外加电场的极性周期性的变化，在宏观上形成了电致伸缩的现象。

压电高分子聚合材料特点：结构简单，体软量轻、成本低、适用于大量生产；力学性能较好，可制成几微米厚大面积的压电薄膜；具有较好的抗辐射性；材料弹性刚度小，机械损耗小，Qm低，适用于宽带换能器；PVDF压电薄膜的弹性刚度常数和ε值低，压电电压系数g 高，是一种良好的接收型压电振子材料；PVDF材料的声阻抗接近人体组织，容易获得良好匹配；PVDF薄膜不受潮湿和灰尘的影响，在室温条件下性能稳定。

1-3复合压电材料的性能主要取决于：(1) PZT柱的宽度与高度之比；(2) PZT相的体积百分比；(3) 压电陶瓷材料的性能；(4) 非压电相（聚合体）材料的性能。

特点：1) 较低的声阻抗，与人体和水具有更好的匹配特性；2) 较高的机电耦合系数，具有较好的声电能量转换效率；3) 较好的声学隔离特性，减少了横向耦合，对于多阵元应用具有优势；4) 更灵活的使用特性，可按需要制作成曲线形状的换能器。

24. 机械品质因数Qm ：Qm决定换能器通频带。

Qm越大，通频带越窄。

Qm与机械损耗成反比。

Qm越大，机械损耗越小，能量衰减越慢。

机电耦合系数k：k是表示压电体中机械能和电能之间相互转化的程度。

k无量纲，最大值为1，当=0时，无压电效应。

25. 居里点是表征压电体可承受的温度极限值，当超过此温度时，电畴结构解体，介电、弹性及热学等性质均出现反常现象，压电性能消失。

26. 压电振子：压电体在极化面覆盖上激励电极后，即成为压电振子。

压电振子的谐振特性：fm：最小阻抗频率，亦称最大传输频率或最大导纳频率。

fn：最大阻抗频率，亦称最小传输频率和最小导纳频率。

fr：压电振子谐振频率，在fm附近。

fa：压电振子反谐振频率，在fn附近。

27.厚度伸缩振动：沿厚度方向极化，沿厚度方向施加交变电场，振动方向和超声波的传播方向均与电极面垂直。

长度伸缩振动：压电振子的极化方向与厚度方向平行，电极面与厚度方向垂直。

28. 径向伸缩振动：沿圆片径向作伸缩振动，在振动的厚度方向极化，外加电场和极化方向平行，振动方向与半径方向平行，与厚度方向垂直。

29.厚度切变振动：振子的极化方向与激励电场方向相垂直，而电极面与极化方向平行，在交变电场作用下，振子产生沿厚度方向传播的切变振动。

30. 电子探头：它采用多元结构，利用电子学原理进行声束扫查。

按结构和工作原理它可分为线阵、凸阵和相控阵探头。

31.连续波多普勒超声换能器的特点在于用两个晶片分别作为发射和接收换能器。

1) 分隔式：采用一个压电晶体片，一面是共同接地端，与人体相接触，另一面只将电极镀层从中间分开形成发和收相绝缘的两个半片。

2) 分离式：结构上把同一晶片切开，形成同面积的收发两个部分，而且两部分之间加隔电隔声材料。

3) 重叠式：由两个晶片重叠构成，两晶片间用同频率的晶片或厚度适宜的环氧树脂隔离。

医用超声换能器的种类; 1. 基本单元换能器 2. 多阵元换能器 3. 机械扫描换能器4. 声学聚焦换能器（声速与透镜形状的关系）5. 超声多普勒换能器32. 医用超声换能器的特性：1. 频率特性1) 工作频率与频率调配2) 频带宽度2. 阻抗匹配1) 电阻抗匹配2) 声阻抗匹配3.吸收特性1）后向波被反射后亦向前传播，可能出现多次反射；2）声震动衰减比电脉冲慢，使辐射的超声波脉冲持续时间大于电脉冲的宽度，因而使距离分辨力变坏，盲区增长。

4. 灵敏度 5. 辐射特性。

33. 声场：超声场是介质中有声波能量存在的空间范围。

其强弱是用声压和声强来表示。

医用超声换能器的声场特性：超声辐射场是指超声能量分布的空间，即超声换能器所发射的超声波到达的区域。

各种换能器辐射的超声场取决于换能器本身的特性、尺寸、形状等。

34. 旁瓣：由于探头的各晶片振荡时在开始的一段距离内产生互相干涉，形成许多大小不一的“花瓣”，称为旁瓣。

35. 旁瓣效应：声束主瓣扫查成像时，其周围的旁瓣也同时成像，并与主瓣重叠即形成旁瓣效应。

36. 盲区的产生：圆片振源在近场内的轴线上或横截面上出现若干声压的极大值与极小值，由于圆片等强度的辐射的声波相干涉造成的。

解决办法：使声源的激发自中心向边缘逐渐减弱，即采用非均匀激发声源，可改善近场内的声压分布。

37. 超声信号特性：1. 单脉冲信号 2. 单频载波脉冲信号 3. 单频连续波信号4. 随机噪声信号5. 伪随机相位编码连续波信号6. 线性调频脉冲信号7. 伪随机脉冲信号38. 超声信号与系统的主要指标：1）动态范围动态范围大，所显示图象的层次就越丰富。

如果太大，图象较朦胧，如果太小，图像颗粒较粗，但边缘锐利，对比度高。

2）工作频率、频带宽度理想情况下，超声频率越高，分辨力也越高。

频率越高，衰减越大，故可穿透深度越小。

3) 系统基频、显示帧频4) 系统分辨率（分辨力）5) 发射功率、接收功率6) 灵敏度、信噪比39. 采用两种动态压缩的方法：（1）扫描时间增益控制，用来补偿传播衰减。

（2）幅度增益控制，常采用对数放大的形式。

40. 系统带宽：指包括发射通道、发射和接收换能器、接收放大器等在内的射频通道的整体系统带宽。