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生物物理论文 超声波在医学中的应用 指导老师 老师 学 号 姓 名 班 级 【摘要】高于人耳听觉上限值的声波，称为超声波。超声是人耳听不到的。超声波是频率高于20000赫兹的声波，它方向性好，穿透能力强，易于获得较集中的声能，在水中传播距离远，可用于测距，测速，清洗，焊接，碎石、杀菌消毒等。在医学、军事、工业、农业上有很多的应用。尤其在医学上，超声频率高，波长短，有良好的指向性，衍射现象少，可在组织界面上反射，可被血细胞反向散射。此外，超声波可被生物介质所吸收。吸收程度基本上决定于介质的特性和超声的频率。一般而论，介质中的含水量越大，吸收越少，频率越高， 吸收越多。超声的这些特性，对于它在生物医学方面的应用极为有利。本文就以超声的这些特征为线索，阐述其应用于医学方面的优势，并指出相应的缺陷，提出相关的建议。 【关键词】超声波，临床医学，多普勒效应，超声系统 超声波在医学中的应用 超声波是指振动频率大于20000Hz以上的,其每秒的振动次数（频率）甚高，超出了人耳听觉的上限（20000Hz），人们将这种听不见的声波叫做超声波。超声和可闻声本质上是一致的，它们的共同点都是一种机械振动，通常以纵波的方式在弹性介质内会传播，是一种能量的传播形式，其不同点是超声波频率高，波长短，在一定距离内沿直线传播具有良好的束射性和方向性。超声波在传播过程中一般要发生折射、反射以及多普勒效应等现象,超声波在介质中传播时,发生声能衰减。因此超声通过一些实质性器官 ,会发生形态及强度各异的反射。由于人体组织器官的生理、病理及解剖情况不同 对超声波的反射、折射和吸收衰减也各不相同。超声诊断就是根据这些反射信号的多少、强弱、分布规律来判断各种疾病。超声在医学的各个领域都有应用 ,并取得飞速发展 ,从而产生了超声医学这一分支学科。 1 超声的物理特性 1.1超声场特性 　 超声在介质内传播的过程中 ,明显受到超声振动影响的区域称超声场。超声场具有以下特点:如果超声换能器的直径明显大于超声波波长 ,则所发射的超声波能量集中成束状向前传播 ,这种现象称为超声的束射性 (或称指向性 )。换能器近侧的超声波束宽度与声源直径相近似 ,平行而不扩散 ,近似平面波 ,该区域称近场区。近场区内声强分布不均匀。近场区以外的声波以某一角度扩散称远场区。该区声波近似球面向外扩散 ,声强分布均匀 ,但逐渐减弱 ,换能器的频率愈高 ,直径愈大 ,则声波束的指向性越好 ,其能量越集中。 1.2超声的反射与散射 　 超声在密度均匀的介质中传播 ,不产生发射和散射。当通过不同的介质时 ,在两种介质的交界面上产生发射与折射或散射与绕射。超声波的频率较大 ,波长较小 ,一般不考虑衍射与干涉。 （1）反射、折射与透射:凡超声束所遇界面的直径大于超声波波长 (称大界面 )时 ,产生反射与折射。反射声强取决于两介质的声阻差异及入射角的大小。垂直入射时 ,反射声强最大。反射声能愈强则折射或透射声能愈弱。进入第二介质的超声继续往前传播 ,遇不同声阻抗介质时 ,再产生反射 ,依次类推 ,被检测物体密度越不均匀 ,界面越多 ,产生的反射愈多。 （2）散射与绕射:超声在传播时 ,遇到与超声波波长近似或小于波长 (称小界面 )的介质时 ,产生散射与绕射。按照惠更斯原理 ,散射为小介质向四周发散超声 ,又成为新的声源;绕射是超声绕过障碍物的边缘 ,继续向前传播。散射回声强度与超声入射角无关。 1.3超声衰减 　 超声在介质中传播时 ,随着传播距离的增加 ,声强逐渐减弱 ,这种现象称为超声的衰减。引起衰竭的主要原因是介质对超声的吸收 (粘带吸收及热传导吸收 )。超声频率愈高,介质的吸收愈多;其次为能量的分散如反射、折射、散射等 ,使原传播方向上的能量逐渐减弱。 1.4多普勒效应 　 声源和接收体作相对运动时 ,接收体在单位时间内收到的振动次数 (频率 ) ,除声源发出者外 ,还由于接收体向前运动而多接收到 (距离 /波长 )振动 ,即收到的频率增加了。相反 ,声源和接收体作背离运动时 ,接收体收到的频率就减少 ,这种频率增加和减少的现象称为多普勒效应。 2 超声诊断仪及工作原理 2.1多普勒超声仪工作原理 　 利用多普勒效应原理检测运动物体。当发射超声传入人体某一血液流动区 ,被红细胞散射返回探头 ,回声信号的频率可增可减 ,朝向探头运动的血流 ,探头接收到的频率较发射频率增高 ,背离探头的血流则频率减低。接收频率与发射频率之差称多普勒频移或差频。多普勒频移 f d与发射频率 f 0、血流速度v、超声束与血流之间的夹角θ、声速c的关系为: f d =±2vf