医药超声成像的物理原理.pptx

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1、教学目标教学目标1.掌握超声的定义、特性及产生机制2.掌握超声传播中频率、声速、波长三者之间的关系3.熟悉生物组织对入射声束的作用 4.熟悉入射超声对生物组织的作用 5.了解超声诊断的安全性及注意事项 第1页/共23页第一节第一节 超声成像的物理基础超声成像的物理基础一、定义一、定义 1.1.超声超声 是一种机械波，其频率在20千赫兹以上。2 2.医学诊断用超声医学诊断用超声 频率在2.210兆赫兹范围的超声。3.3.超声的特性超声的特性 超声波可在气体、液体、固体等介质中传播 超声波可以传递很强的能量 超声波在传播过程中会产生反射、折射、散射、绕射、干涉等现象 超声波在液体介质中传播时，会在

2、界面产生冲击和空化现象 第2页/共23页第一节第一节 超声成像的物理基础超声成像的物理基础二、超声的产生与接收二、超声的产生与接收 1.1.压电效应压电效应 是电能与声能相互转换的过程。2.超声的产生超声的产生 电场作用到特定的材料两端引起振动，在周围介质中传播形成超声，是逆压电效应过程。3.超声的接收超声的接收 声场作用到特定的材料两端产生电位差，通过接收器转换成电信号，是正压电效应过程。第3页/共23页第一节第一节 超声成像的物理基础超声成像的物理基础 4.4.压电材料压电材料 能够产生压电效应的材料。无机材料 主要包括钛酸钡、钛酸铅、锆钛酸铅等。有机材料 主要由聚偏氟乙烯（PVDF）构成

3、，材料声阻抗与人体接近。混合材料 由压电陶瓷和有机压电材料混合构成，机电耦合系数大，适宜制作宽带换能器。第4页/共23页第一节第一节 超声成像的物理基础超声成像的物理基础 5.5.换能器换能器（探头）结构 面材、压电材料、背材，核心是压电材料。种类 体表检查用探头；手术用探头；体腔检查用探头。第5页/共23页第一节第一节 超声成像的物理基础超声成像的物理基础三、超声的传播三、超声的传播 1.1.传播速度传播速度（c）由传播介质决定，不同人体组织器官的声速不同，平均声速为1540米/秒，其中空气最小（350米/秒），骨骼最大（3850米/秒）。2.超声频率超声频率（f）由探头中压电材料决定，在2

4、.210兆赫兹范围。3.超声波长超声波长（）超声波长与声速和频率满足关系式：第6页/共23页第一节第一节 超声成像的物理基础超声成像的物理基础四、超声声束的空间分布四、超声声束的空间分布 1.1.声束声束 在一个有限的立体角内传播的超声。2.声轴声轴 声束的中心线。3.近程区近程区 靠近探头区域，声束等宽 4.远程区远程区 远离探头区域，声束发散第7页/共23页第一节第一节 超声成像的物理基础超声成像的物理基础 超声声束空间分布示意图第8页/共23页第二节第二节 超声与生物组织间的相互作用超声与生物组织间的相互作用一、生物组织对入射超声的作用一、生物组织对入射超声的作用 （一）两个基本概念（一

5、）两个基本概念 声特性阻抗 介质的密度()与声速(c)的乘积，不同组织的声特性阻抗不一样。界面 两种具有不同声阻抗的介质的接触面。大界面：界面尺寸大于超声波长 小界面：界面尺寸小于超声波长第9页/共23页第二节第二节 超声与生物组织间的相互作用超声与生物组织间的相互作用 （二）反射与折射（二）反射与折射 入射声束与大界面的作用入射声束与大界面的作用 三个条件 方向、截面、角度 全反射 两种介质的声速关系 入射角度 界面的反射信号是声像图的主要组成部 分第10页/共23页第二节第二节 超声与生物组织间的相互作用超声与生物组织间的相互作用 （三）散射（三）散射 入射声束与小界面的作用入射声束与小界

6、面的作用 散射回声强度低 （四）绕射（四）绕射 入入射射声声束束与与界界面面（界界面面尺尺寸寸与与超超声声波波长长大小相当）的作用大小相当）的作用 绕射使入射声束发生方向偏转第11页/共23页第二节第二节 超声与生物组织间的相互作用超声与生物组织间的相互作用 （五）衰减（五）衰减 由于组织对超声的吸收造成声能的减小。由于组织对超声的吸收造成声能的减小。不同组织，吸收系数不同，衰减程度不同；相同组织，入射深度越大，衰减越大；相同组织，入射超声频率越高，衰减越大。第12页/共23页第二节第二节 超声与生物组织间的相互作用超声与生物组织间的相互作用二、入射超声对生物组织的作用二、入射超声对生物组织的

7、作用 1.1.超声的生物效应超声的生物效应 当当一一定定剂剂量量的的超超声声波波在在生生物物体体内内传传播播时时，通通过过超超声声与与生生物物组组织织的的相相互互作作用用，可可以以引引起生物体的功能、结构或状态的变化起生物体的功能、结构或状态的变化 2.2.热机制热机制 超声声能转换成生物组织的热能超声声能转换成生物组织的热能第13页/共23页第二节第二节 超声与生物组织间的相互作用超声与生物组织间的相互作用 3.3.机械机制机械机制 超声声能转换成生物组织的机械能超声声能转换成生物组织的机械能 4.4.空化机制空化机制 超声声能使生物组织中的气泡活性改变超声声能使生物组织中的气泡活性改变 低

8、声强长时间作用以热机制为主低声强长时间作用以热机制为主 高声强短时间作用以空化机制为主高声强短时间作用以空化机制为主第14页/共23页第二节第二节 超声与生物组织间的相互作用超声与生物组织间的相互作用三、超声诊断的安全性及注意事项三、超声诊断的安全性及注意事项 1.1.超声强度的计算方式超声强度的计算方式 空间平均时间平均；空间平均时间平均；空间峰值时间平均；空间峰值时间平均；为多个国家和组织采用为多个国家和组织采用 空间平均时间峰值；空间平均时间峰值；空间峰值时间峰值。空间峰值时间峰值。2.2.安全声强（美国安全声强（美国FDAFDA，我国超声标准化委员会推荐），我国超声标准化委员会推荐）空

9、间峰值时间平均声强：小于空间峰值时间平均声强：小于100毫瓦毫瓦/平方厘米平方厘米第15页/共23页第二节第二节 超声与生物组织间的相互作用超声与生物组织间的相互作用 3.3.超声探测的安全性（世界卫生组织建议）超声探测的安全性（世界卫生组织建议）(1)(1)只有在医学上具有明确理由时，才对人体使用诊断超声；只有在医学上具有明确理由时，才对人体使用诊断超声；(2)(2)以以商商业业显显示示和和获获得得实实验验图图像像为为目目的的时时，不不应应把把超超声声用用于于辐辐照照人人体体，特特别别是是辐照孕妇；辐照孕妇；(3)(3)在在保保证证获获得得良良好好图图像像质质量量和和取取得得必必要要的的诊诊

10、断断信信息息前前提提下下，应应使使超超声声诊诊断断设设备的输出强度尽可能小。备的输出强度尽可能小。第16页/共23页第二节第二节 超声与生物组织间的相互作用超声与生物组织间的相互作用 4.4.超声探测应遵循的原则超声探测应遵循的原则在明确诊断目的的情况下，应积极使用超声诊断技术。在明确诊断目的的情况下，应积极使用超声诊断技术。在超声诊断过程中，必须坚持最小剂量原则。即在保证获得必要诊断信息的前在超声诊断过程中，必须坚持最小剂量原则。即在保证获得必要诊断信息的前提下，应采用最小超声强度和最短辐照时间。提下，应采用最小超声强度和最短辐照时间。拒绝一切与诊断无关的胎儿超声显像。拒绝一切与诊断无关的胎

11、儿超声显像。对早孕胚胎不做或少做超声探测，对对早孕胚胎不做或少做超声探测，对3 3个月以上的胎儿定期超声探测时，应控个月以上的胎儿定期超声探测时，应控制在制在3 35 5分钟之内完成。分钟之内完成。第17页/共23页第二节第二节 超声与生物组织间的相互作用超声与生物组织间的相互作用 5.5.超声探测的注意事项超声探测的注意事项成人超声探测成人超声探测 颅脑检查时颅脑检查时 每一固定切面持续检查时间控制在每一固定切面持续检查时间控制在2 2分钟以内；分钟以内；眼球检查时眼球检查时 每一固定切面持续检查时间不应超过半分钟；每一固定切面持续检查时间不应超过半分钟；卵巢、睾丸检查时卵巢、睾丸检查时 每

12、一固定切面持续检查时间不应超过每一固定切面持续检查时间不应超过1 1分钟。分钟。第18页/共23页第二节第二节 超声与生物组织间的相互作用超声与生物组织间的相互作用产科超声探测产科超声探测 对不足对不足3 3个月的早孕孕妇个月的早孕孕妇 尽量不用超声进行常规检查；尽量不用超声进行常规检查；对于有习惯性流产或已有先兆流产症状者对于有习惯性流产或已有先兆流产症状者 3 3个月内不建议做超声探测。必须要进行超声探测时，应控制每一固定切面检个月内不建议做超声探测。必须要进行超声探测时，应控制每一固定切面检查持续时间在查持续时间在1 1分钟以内；分钟以内；对对3 3个月以上胎儿个月以上胎儿 在脑、心、眼

13、、脊髓等脏器检查时，每一固定切面持续时间不应超过在脑、心、眼、脊髓等脏器检查时，每一固定切面持续时间不应超过2 2分钟，分钟，其他脏器可适当延长检查时间。检查时应不断移动探头。其他脏器可适当延长检查时间。检查时应不断移动探头。第19页/共23页第二节第二节 超声与生物组织间的相互作用超声与生物组织间的相互作用新生儿超声探测新生儿超声探测 作颅脑检查时作颅脑检查时 每一固定切面持续检查时间不应超过每一固定切面持续检查时间不应超过1 1分分钟；钟；作心脏检查时作心脏检查时 每一固定切面持续检查时间不应超过每一固定切面持续检查时间不应超过2 2分分钟。钟。第20页/共23页本章思考题1.什么是超声探测？超声探测中的换能器是如何工作的？2.生物组织对入射超声有哪些主要作用？3.超声对生物组织有什么作用？4.超声探测应遵循的原则和注意事项是什么？第21页/共23页高职高专卫生部规划教材 医学影像技术专业超声诊断学CAI课件第22页/共23页谢谢您的观看！第23页/共23页