生物物理小論文--超聲波在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用

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1、生物物理論文超聲波在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用指導(dǎo)老師老師學(xué)號(hào)姓名班級(jí)【摘要】高于人耳聽(tīng)覺(jué)上限值的聲波，稱(chēng)為超聲波。超聲是人耳聽(tīng)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(qiáng)，易于獲得較集中的聲能，在水中傳播距離遠(yuǎn)，可用于測(cè)距，測(cè)速，清洗，焊接，碎石、殺菌消毒等。在醫(yī)學(xué)、軍事、工業(yè)、農(nóng)業(yè)上有很多的應(yīng)用。尤其在醫(yī)學(xué)上，超聲頻率高，波長(zhǎng)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(xì)胞反向散射。此外，超聲波可被生物介質(zhì)所吸收。吸收程度基本上決定于介質(zhì)的特性和超聲的頻率。一般而論，

2、介質(zhì)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(duì)于它在生物醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用極為有利。本文就以超聲的這些特征為線索，闡述其應(yīng)用于醫(yī)學(xué)方面的優(yōu)勢(shì)，并指出相應(yīng)的缺陷，提出相關(guān)的建議?！娟P(guān)鍵詞】超聲波，臨床醫(yī)學(xué)，多普勒效應(yīng)，超聲系統(tǒng)超聲波在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用超聲波是指振動(dòng)頻率大于20000Hz以上的,其每秒的振動(dòng)次數(shù)（頻率）甚高，超出了人耳聽(tīng)覺(jué)的上限（20000Hz），人們將這種聽(tīng)不見(jiàn)的聲波叫做超聲波。超聲和可聞聲本質(zhì)上是一致的，它們的共同點(diǎn)都是一種機(jī)械振動(dòng)，通常以縱波的方式在彈性介質(zhì)內(nèi)會(huì)傳

3、播，是一種能量的傳播形式，其不同點(diǎn)是超聲波頻率高，波長(zhǎng)短，在一定距離內(nèi)沿直線傳播具有良好的束射性和方向性。超聲波在傳播過(guò)程中一般要發(fā)生折射、反射以及多普勒效應(yīng)等現(xiàn)象,超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí),發(fā)生聲能衰減。因此超聲通過(guò)一些實(shí)質(zhì)性器官,會(huì)發(fā)生形態(tài)及強(qiáng)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(duì)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(hào)的多少、強(qiáng)弱、分布規(guī)律來(lái)判斷各種疾病。超聲在醫(yī)學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域都有應(yīng)用,并取得飛速發(fā)展,從而產(chǎn)生了超聲醫(yī)學(xué)這一分支學(xué)科。1超聲的物理特

4、性1.1超聲場(chǎng)特性　超聲在介質(zhì)內(nèi)傳播的過(guò)程中,明顯受到超聲振動(dòng)影響的區(qū)域稱(chēng)超聲場(chǎng)。超聲場(chǎng)具有以下特點(diǎn):如果超聲換能器的直徑明顯大于超聲波波長(zhǎng),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(chēng)為超聲的束射性(或稱(chēng)指向性)。換能器近側(cè)的超聲波束寬度與聲源直徑相近似,平行而不擴(kuò)散,近似平面波,該區(qū)域稱(chēng)近場(chǎng)區(qū)。近場(chǎng)區(qū)內(nèi)聲強(qiáng)分布不均勻。近場(chǎng)區(qū)以外的聲波以某一角度擴(kuò)散稱(chēng)遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)。該區(qū)聲波近似球面向外擴(kuò)散,聲強(qiáng)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

5、射與散射　超聲在密度均勻的介質(zhì)中傳播,不產(chǎn)生發(fā)射和散射。當(dāng)通過(guò)不同的介質(zhì)時(shí),在兩種介質(zhì)的交界面上產(chǎn)生發(fā)射與折射或散射與繞射。超聲波的頻率較大,波長(zhǎng)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(zhǎng)(稱(chēng)大界面)時(shí),產(chǎn)生反射與折射。反射聲強(qiáng)取決于兩介質(zhì)的聲阻差異及入射角的大小。垂直入射時(shí),反射聲強(qiáng)最大。反射聲能愈強(qiáng)則折射或透射聲能愈弱。進(jìn)入第二介質(zhì)的超聲繼續(xù)往前傳播,遇不同聲阻抗介質(zhì)時(shí),再產(chǎn)生反射,依次類(lèi)推,被檢測(cè)物體密度越不均勻,界面越多,產(chǎn)生的反射愈多。（2

6、）散射與繞射:超聲在傳播時(shí),遇到與超聲波波長(zhǎng)近似或小于波長(zhǎng)(稱(chēng)小界面)的介質(zhì)時(shí),產(chǎn)生散射與繞射。按照惠更斯原理,散射為小介質(zhì)向四周發(fā)散超聲,又成為新的聲源;繞射是超聲繞過(guò)障礙物的邊緣,繼續(xù)向前傳播。散射回聲強(qiáng)度與超聲入射角無(wú)關(guān)。1.3超聲衰減　超聲在介質(zhì)中傳播時(shí),隨著傳播距離的增加,聲強(qiáng)逐漸減弱,這種現(xiàn)象稱(chēng)為超聲的衰減。引起衰竭的主要原因是介質(zhì)對(duì)超聲的吸收(粘帶吸收及熱傳導(dǎo)吸收)。超聲頻率愈高,介質(zhì)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(yīng)　

7、聲源和接收體作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí),接收體在單位時(shí)間內(nèi)收到的振動(dòng)次數(shù)(頻率),除聲源發(fā)出者外,還由于接收體向前運(yùn)動(dòng)而多接收到(距離/波長(zhǎng))振動(dòng),即收到的頻率增加了。相反,聲源和接收體作背離運(yùn)動(dòng)時(shí),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(chēng)為多普勒效應(yīng)。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(yīng)原理檢測(cè)運(yùn)動(dòng)物體。當(dāng)發(fā)射超聲傳入人體某一血液流動(dòng)區(qū),被紅細(xì)胞散射返回探頭,回聲信號(hào)的頻率可增可減,朝向探頭運(yùn)動(dòng)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

8、發(fā)射頻率之差稱(chēng)多普勒頻移或差頻。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(guān)系為:fd=±2vf0cosθ/c。其中血流速度v可由公式計(jì)算,當(dāng)聲束與血流方向平行時(shí)可記錄到最大血流速度,當(dāng)聲束與血流方向垂直時(shí)則測(cè)不到血信號(hào)。通過(guò)對(duì)多普勒信號(hào)檢出加以分析和處理,經(jīng)放大或檢波,在示波器的熒光屏上顯示出來(lái),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(shù)的發(fā)展多普勒彩色血流成像、多普勒?qǐng)D譜效應(yīng)和彩色多普勒血流圖(CFM)都是基于多普勒效應(yīng),用于實(shí)現(xiàn)對(duì)血流參數(shù)的測(cè)量