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1、生物物理論文超聲波在醫(yī)學中的應用指導老師老師學號姓名班級【摘要】高于人耳聽覺上限值的聲波，稱為超聲波。超聲是人耳聽不到的。超聲波是頻率高于20000赫茲的聲波，它方向性好，穿透能力強，易于獲得較集中的聲能，在水中傳播距離遠，可用于測距，測速，清洗，焊接，碎石、殺菌消毒等。在醫(yī)學、軍事、工業(yè)、農業(yè)上有很多的應用。尤其在醫(yī)學上，超聲頻率高，波長短，有良好的指向性，衍射現(xiàn)象少，可在組織界面上反射，可被血細胞反向散射。此外，超聲波可被生物介質所吸收。吸收程度基本上決定于介質的特性和超聲的頻率。一般而論，介質
2、中的含水量越大，吸收越少，頻率越高，吸收越多。超聲的這些特性，對于它在生物醫(yī)學方面的應用極為有利。本文就以超聲的這些特征為線索，闡述其應用于醫(yī)學方面的優(yōu)勢，并指出相應的缺陷，提出相關的建議?！娟P鍵詞】超聲波，臨床醫(yī)學，多普勒效應，超聲系統(tǒng)超聲波在醫(yī)學中的應用超聲波是指振動頻率大于20000Hz以上的,其每秒的振動次數(shù)（頻率）甚高，超出了人耳聽覺的上限（20000Hz），人們將這種聽不見的聲波叫做超聲波。超聲和可聞聲本質上是一致的，它們的共同點都是一種機械振動，通常以縱波的方式在彈性介質內會傳播，是一
3、種能量的傳播形式，其不同點是超聲波頻率高，波長短，在一定距離內沿直線傳播具有良好的束射性和方向性。超聲波在傳播過程中一般要發(fā)生折射、反射以及多普勒效應等現(xiàn)象,超聲波在介質中傳播時,發(fā)生聲能衰減。因此超聲通過一些實質性器官,會發(fā)生形態(tài)及強度各異的反射。由于人體組織器官的生理、病理及解剖情況不同對超聲波的反射、折射和吸收衰減也各不相同。超聲診斷就是根據(jù)這些反射信號的多少、強弱、分布規(guī)律來判斷各種疾病。超聲在醫(yī)學的各個領域都有應用,并取得飛速發(fā)展,從而產生了超聲醫(yī)學這一分支學科。1超聲的物理特性1.1超聲
4、場特性 超聲在介質內傳播的過程中,明顯受到超聲振動影響的區(qū)域稱超聲場。超聲場具有以下特點:如果超聲換能器的直徑明顯大于超聲波波長,則所發(fā)射的超聲波能量集中成束狀向前傳播,這種現(xiàn)象稱為超聲的束射性(或稱指向性)。換能器近側的超聲波束寬度與聲源直徑相近似,平行而不擴散,近似平面波,該區(qū)域稱近場區(qū)。近場區(qū)內聲強分布不均勻。近場區(qū)以外的聲波以某一角度擴散稱遠場區(qū)。該區(qū)聲波近似球面向外擴散,聲強分布均勻,但逐漸減弱,換能器的頻率愈高,直徑愈大,則聲波束的指向性越好,其能量越集中。1.2超聲的反射與散射 超聲在
5、密度均勻的介質中傳播,不產生發(fā)射和散射。當通過不同的介質時,在兩種介質的交界面上產生發(fā)射與折射或散射與繞射。超聲波的頻率較大,波長較小,一般不考慮衍射與干涉。（1）反射、折射與透射:凡超聲束所遇界面的直徑大于超聲波波長(稱大界面)時,產生反射與折射。反射聲強取決于兩介質的聲阻差異及入射角的大小。垂直入射時,反射聲強最大。反射聲能愈強則折射或透射聲能愈弱。進入第二介質的超聲繼續(xù)往前傳播,遇不同聲阻抗介質時,再產生反射,依次類推,被檢測物體密度越不均勻,界面越多,產生的反射愈多。（2）散射與繞射:超聲在
6、傳播時,遇到與超聲波波長近似或小于波長(稱小界面)的介質時,產生散射與繞射。按照惠更斯原理,散射為小介質向四周發(fā)散超聲,又成為新的聲源;繞射是超聲繞過障礙物的邊緣,繼續(xù)向前傳播。散射回聲強度與超聲入射角無關。1.3超聲衰減 超聲在介質中傳播時,隨著傳播距離的增加,聲強逐漸減弱,這種現(xiàn)象稱為超聲的衰減。引起衰竭的主要原因是介質對超聲的吸收(粘帶吸收及熱傳導吸收)。超聲頻率愈高,介質的吸收愈多;其次為能量的分散如反射、折射、散射等,使原傳播方向上的能量逐漸減弱。1.4多普勒效應 聲源和接收體作相對運動時
7、,接收體在單位時間內收到的振動次數(shù)(頻率),除聲源發(fā)出者外,還由于接收體向前運動而多接收到(距離/波長)振動,即收到的頻率增加了。相反,聲源和接收體作背離運動時,接收體收到的頻率就減少,這種頻率增加和減少的現(xiàn)象稱為多普勒效應。2超聲診斷儀及工作原理2.1多普勒超聲儀工作原理 利用多普勒效應原理檢測運動物體。當發(fā)射超聲傳入人體某一血液流動區(qū),被紅細胞散射返回探頭,回聲信號的頻率可增可減,朝向探頭運動的血流,探頭接收到的頻率較發(fā)射頻率增高,背離探頭的血流則頻率減低。接收頻率與發(fā)射頻率之差稱多普勒頻移或差
8、頻。多普勒頻移fd與發(fā)射頻率f0、血流速度v、超聲束與血流之間的夾角θ、聲速c的關系為:fd=±2vf0cosθ/c。其中血流速度v可由公式計算,當聲束與血流方向平行時可記錄到最大血流速度,當聲束與血流方向垂直時則測不到血信號。通過對多普勒信號檢出加以分析和處理,經放大或檢波,在示波器的熒光屏上顯示出來,就可制成各種多普勒超聲診斷儀。2.2多普勒超聲診斷技術的發(fā)展多普勒彩色血流成像、多普勒圖譜效應和彩色多普勒血流圖(CFM)都是基于多普勒效應,用于實現(xiàn)對血流參數(shù)的測量
