复旦大学：《医学物理与实验》课程教学资源（PPT课件讲稿）超声波物理基础

超声波物理基础 冀敏 复旦大学物理系

超声波物理基础 冀 敏 复旦大学物理系

超声波物理基础 前言 第一节超声波基本概念 第二节超声波的一般性质 第三节超声波与物质的作用 第四节超声波的产生与探测

超声波物理基础 前言 第一节 超声波基本概念 第二节 超声波的一般性质 第三节 超声波与物质的作用 第四节 超声波的产生与探测

前言 1793年意大利生物学家斯帕拉捷通过对蝙蝠的飞行观 察而发现超声波 1917年法国物理学家 Langevin研制出超声发射器,并用 于航海. 1922年德国最早获超声治疗专利. 1946年 Firstone提出A型诊断技术 英国唐纳德医生首先把超声应用于产科诊断. 1949年第一次医学超声波学术国际会议 飞浦CM70

前言 1793年意大利生物学家斯帕拉捷通过对蝙蝠的飞行观 察而发现超声波. 1917年法国物理学家Langevin研制出超声发射器,并用 于航海. 1922年德国最早获超声治疗专利. 1946年Firstone提出A型诊断技术 英国唐纳德医生首先把超声应用于产科诊断. 1949年第一次医学超声波学术国际会议

前言 1950年获得脑肿瘤反射波1〈心 1952年开始B型超声研究, 1956年D型超声研究 图为A型标型相妹型超点由断候原性 1958年我国第一台超声诊断仪在上海诞生,复 旦大学附属中山医院内科医生徐智章,上海 市第六人民医院周永昌提出并参与研究.(A 型) 撞收 1967年适时B型超声诊断仪诞生 血流计原理

前言 1950年获得脑肿瘤反射波 1952年开始B型超声研究, 1956年D型超声研究 1958年我国第一台超声诊断仪在上海诞生,复 旦大学附属中山医院内科医生徐智章,上海 市第六人民医院周永昌提出并参与研究.(A 型) 1967年适时B型超声诊断仪诞生

第一节超声波的基本概念 1超声波的频率:20KHz-500MHz机械纵波 医用超声频率2MH-5MH,与声波传播速度相同. 可产生声压,声压幅值Pm=pcωA 媒质的声阻抗:z=pc(软组织z=1524×10瑞利)3 超声波的强度(与机械波强度定义相同) 超声波强度与振幅的平方成正比,与频率的平方成正比 强度|=pcu32A2/2

第一节 超声波的基本概念 1 超声波的频率:20KHz—500MHz.机械纵波 医用超声频率:2MH—5MH,与声波传播速度相同. 可产生声压,声压幅值 Pm= ρc ωΑ 媒质的声阻抗: Z= ρc (软组织Z=1.524×105瑞利) 3 超声波的强度I (与机械波强度定义相同) 超声波强度与振幅的平方成正比,与频率的平方成正比. 强度 I= ρc ω2Α2 /2

第二节超声波的性质 超声波的一般性质 在媒质中传播时 产生反射,折射,干涉行射现象 两媒质交界面处-反射强度与入射强度的关系: Z+z 折射强度与入射强度的关系: =4z2z21/(z2+21)

第二节 超声波的性质 一. 超声波的一般性质 在媒质中传播时: 产生反射,折射,干涉,衍射现象 两媒质交界面处-反射强度与入射强度的关系: I r=(z2 -z1 /z2+z1 ) 2 I i 折射强度与入射强度的关系: I t=4z2z1 I i /(z2+z1 ) 2

第二节超声波的性质 二.超声波的特性 1方向性好 因频率高波长短衍射现象不明显,易定向发射 2强度大(或能量密度大) 与频率有关,穿透性较强功率:几百瓦--几千瓦 声压:可达数千大气压;高能量超声治癌碎石 3声阻抗差较大的两媒质界面反射能量大 使用时在人体表面涂耦合剂的作用? 空气中的吸收比在液体或固体中大得多(不显示肺) 4穿透能力随频率增大而减小?

第二节 超声波的性质 二. 超声波的特性 1 方向性好 因频率高波长短,衍射现象不明显,易定向发射 2 强度大(或能量密度大) 与频率有关,穿透性较强 功率:几百瓦----几千瓦 声压:可达数千大气压; 高能量超声治癌.碎石 3 声阻抗差较大的两媒质界面反射能量大 使用时在人体表面涂耦合剂的作用? 空气中的吸收比在液体或固体中大得多(不显示肺) 4 穿透能力随频率增大而减小?

第三节超声波与物质的作用 超声波的衰减规律 le-2Hx 和μ为媒质的声衰减系数ⅹ为在媒质中传播厚度) u=(2T2v2/C3)[(3p)+K(1-1∧)/p] u与频率平方成正比,与声速的3次方成反比 *频率越大衰减越快所以探察深部组织时需用 较低声频 *声速越快,在媒质中衰减越慢

第三节 超声波与物质的作用 一.超声波的衰减规律 I= I0e -2μx (μ为媒质的声衰减系数,x为在媒质中传播厚度) μ=(2π2ν 2 /C3 ) [(3η /ρ)+K(1-1/γ)/ ρ] μ与频率平方成正比,与声速的3次方成反比. *频率越大衰减越快.所以探察深部组织时需用 较低声频. *声速越快,在媒质中衰减越慢

第三节超声波与物质的作用 二超声波与物质作用的微观机制 黏滞吸收 2热传导吸收 3.驰豫吸收

第三节 超声波与物质的作用 二.超声波与物质作用的微观机制 1. 黏滞吸收 2.热传导吸收 3. 驰豫吸收

三超声波与物质相互作用的效应 1.机械作用 媒质中粒子做高频机械振动其加速度可达g的几十万~几百万倍,强 烈的机械动能破坏物质的力学结构粉碎细胞引起组织化学性质改变 可用于切割搅拌钻孔清洗乳化等, 2空化作用 产生在液体中因纵波引起液体疏密变化液体局部被拉断形成空腔 当此处为正声压时,空腔迅速闭合瞬间产生局部高压,高温和放电现象此 作用用于清洗,雾化,乳化促进化学反应等空化作用可破坏组织 3热作用 因媒质吸收的部分超声能量转化为热量引起媒质温度升高的现象 4超声的生物作用 适当能量:*对生物大分子:*对细胞;对人体组织(升温增加血管通 透性和促进血液循环,增强细胞代谢功能和活力,消炎镇痛) 较高能量:细胞生长受到抑制,分子键断裂生物组织坏死等 安全剂量:声强值1040mWcm2,与照射时间也有关

三.超声波与物质相互作用的效应 1.机械作用 媒质中粒子做高频机械振动,其加速度可达g的几十万~几百万倍,强 烈的机械动能破坏物质的力学结构.粉碎细胞.引起组织化学性质改变. 可用于切割,搅拌,钻孔,清洗,乳化.等, 2.空化作用 产生在液体中.因纵波引起液体疏密变化.液体局部被拉断形成空腔, 当此处为正声压时,空腔迅速闭合,瞬间产生局部高压,高温和放电现象. 此 作用用于清洗,雾化,乳化,促进化学反应等.空化作用可破坏组织. 3.热作用 因媒质吸收的部分超声能量转化为热量,引起媒质温度升高的现象. 4.超声的生物作用 适当能量: *对生物大分子;*对细胞;*对人体组织(升温,增加血管通 透性和促进血液循环,增强细胞代谢功能和活力,消炎镇痛) 较高能量:细胞生长受到抑制,分子键断裂,生物组织坏死等 安全剂量: 声强值10-40mW/cm2 ,与照射时间也有关