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一、超聲波的定義及基本物理量
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| 超聲波的定義：超聲波(Ultrasound)是指頻率超過(guò)2萬(wàn)赫茲(Hertz,Hz)即超過(guò)人耳聽(tīng)閾高限的聲波,屬于機(jī)械波。 |
| （一）超聲波有三個(gè)基本物理量，即頻率（f），波長(zhǎng)（λ），聲速（c）。頻率（Frequency）就是在每秒鐘內(nèi)，介質(zhì)所振動(dòng)的次數(shù)，以f表示，單位為赫（Hz）；聲速（Speed of sound） 指聲波在傳播介質(zhì)中的傳播速度，用c表示；波長(zhǎng)（Wavelength為完成一次完全振動(dòng)的時(shí)間內(nèi)所傳播的距離，以λ表示。三者的關(guān)系是：c=f·λ或λ=c/f，傳播超聲波的媒介物質(zhì)叫做介質(zhì)。 |
| （二）相同頻率的超聲波在不同介質(zhì)中傳播，聲速不相同。 |
| （三）聲阻抗（Acoustic impedance） 是用來(lái)表示介質(zhì)傳播超聲波能力的一個(gè)重要的物理量，其數(shù)值的大小由介質(zhì)密度ρ與聲波在該介質(zhì)中的傳播速度C的乘積所決定，即： Z=ρ·C ，單位為Kg／m2·s。 |
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| 二、超聲波的物理性能 |
| （一）超聲波在介質(zhì)中傳播時(shí)，遇到不同聲阻抗的分界面且界面厚度遠(yuǎn)大于波長(zhǎng)，會(huì)產(chǎn)生反射（Reflection）。人體軟組織聲阻抗差異很小，只要有1‰的聲阻抗差，便可產(chǎn)生反射。由于人體軟組織的聲阻抗比空氣的聲阻抗大得多，超聲波在該交界處幾乎全部被反射，故超聲的進(jìn)行檢查需用耦合劑，同樣原因，超聲一般不適合于檢查肺、骨等與周?chē)浗M織聲阻抗差別極大的臟器。超聲診斷儀就是利用人體組織對(duì)超聲波的反射作用，從聲反射波中提取醫(yī)學(xué)診斷信息的。 |
| （二）當(dāng)分界面兩邊的聲速不同時(shí)，超聲波透入**種介質(zhì)后，其傳播方向?qū)l(fā)生改變即產(chǎn)生折射（Refraction）。聲波從一種小聲速介質(zhì)向大聲速介質(zhì)入射時(shí)，聲波經(jīng)過(guò)這兩種介質(zhì)的界面后出現(xiàn)折射波的折射角大于入射角。當(dāng)入射角超過(guò)臨界角（90°）時(shí)，相應(yīng)的折射波消失，出現(xiàn)全反射。我們?cè)谶M(jìn)行超聲檢查時(shí)，需要盡可能地將聲束垂直于界面，避免入射角過(guò)大，否則將會(huì)引起反射體的實(shí)際位置與顯示位置發(fā)生錯(cuò)位，甚至出現(xiàn)全反射，從而導(dǎo)致超聲無(wú)法檢查該界面以下的組織器官。 |
| （三）當(dāng)障礙物的直徑等于或小于λ／2，超聲波將繞過(guò)該障礙物而繼續(xù)前進(jìn)，這種現(xiàn)象稱為繞射（Diffraction），故超聲波波長(zhǎng)越短（即頻率越高），能發(fā)現(xiàn)障礙物越小，也就是說(shuō)分辨力越好，超聲圖象也越清晰，不過(guò)對(duì)組織的穿透力較差。 |
| （四）超聲波在傳播中遇到粗糙面或極小的障礙物（或一組小障礙物形式）時(shí)，將有一部分能量被散射（Scattering） |
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（五）超聲波在介質(zhì)內(nèi)的傳播過(guò)程中，隨著傳播距離的增大，聲波的能量逐漸減少，這一現(xiàn)象稱為聲波衰減（Acoustic attenuation）。聲波衰減與介質(zhì)對(duì)聲波的吸收(Acoustic absorption)、散射以及聲束擴(kuò)散等原因有關(guān)，其中吸收是衰減的主要因素。
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（六）多普勒效應(yīng)（Doppler effect） 為聲源與接收器之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)而導(dǎo)致聲波頻率發(fā)生改變的現(xiàn)象。當(dāng)聲源與接收器作相向運(yùn)動(dòng)時(shí)，接收器所接收到的聲波頻率高于聲源所發(fā)出的頻率，如兩者的運(yùn)動(dòng)方向相反時(shí)，則接收頻率低于聲源所發(fā)出的頻率，兩者的頻率差為頻移（Frequency shift）。超聲多普勒儀器的超聲源和接收器均安裝在探頭（換能器）中，探頭工作時(shí)，換能器發(fā)出超聲波，由運(yùn)動(dòng)著的紅細(xì)胞發(fā)出散射回波，再由接收換能器接收此回波。因此接收換能器所收到的超聲回波的頻率經(jīng)過(guò)了兩次多普勒效應(yīng)過(guò)程，所以收發(fā)超聲頻率之差與血流相對(duì)于換能器運(yùn)動(dòng)速度的兩倍成正比
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