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波动学概念回顾——媒质 媒质(medium) ：弹性媒质(elastic medium)
¾弹性模量(elastic modulus)：
指当有力施加于物体或物质时，其弹性变形 （非永久变形）趋势的数学描述。
¾剪切模量（横波可传播于固体） ¾体积模量（纵波可传播于固体、液体、气体）
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波动学概念回顾——波形1 传播形式：横波、纵波 ¾横波(transverse wave) 质点振动方向与波的传播方向垂直。 ¾纵波(longitudinal wave)
特点：传播方向性强，穿透能力强。 应用：您能想到哪些例子
超声声场
超声换能器 Ultrasound Transducer
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超声波的表示方法
连续波（正弦等幅波）
位移： a = Asin(ωt)
速度： v =a' =ωAcos(ωt) =vm cos(ωt) 加速度： b =v' =a'' =−ω2Asin(ωt) =−Bsin(ωt)
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人体组织中的声速
超声波的基础知识—频率、波长 频率由振源（换能器参数）决定。 ¾频率越高，方向性越强，能量越高。 ¾频率则决定了可成像的组织深度（衰减的原
因）。 波长：λ＝ c/f ¾波长决定了成像的纵向极限分辨率。
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超声波的基础知识—频率
超声诊断范围为1M～100MHz 。
9 按频率分类： 低频超声——1~2.75MHz 中频（常规用）超声——3~10MHz 高频超声——12~20MHz 超高频超声——大于20MHz
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波动学概念回顾——波源
波源(acoustic source)：波阵面、波线
¾波阵面(wave front)
同相位振动的质பைடு நூலகம்所联成的轨迹曲面。
¾波线(wave ray)
传播方向与波阵面垂直的线。
¾平面波(plane wave)、球面波(spherical wave)
柱面波(cylindrical wave)
质点振动方向与波的传播方向在同一直线。
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波动学概念回顾——波形2
波动学概念回顾——波形3
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波动学概念回顾——传播特性 ¾惠更斯原理：媒质中振动的质点可看作新振源 ¾叠加(addition)、干涉(interference) ¾反射(reflection)与折射(refraction), ¾衍射(diffraction) ¾散射(scattering) ¾多普勒(doppler)
超声波的产生
压电效应是超声诊断应用的基础。 9 压电效应——泛指晶体处于弹性介质
中所具有的一种声-电可逆特性，有正 压电效应和逆压电效应之分。
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正压电效应
在某些晶体的一定方向上施加压力或拉力 时，在晶体的某些面上就出现了异名电荷。
机械能
电能
逆压电效应
电场的作用，引起材料内部正负电荷重心 发生相对位移，使材料内部产生应力导致 宏观上的几何形变 。
超声波的基础知识—频率、波长 9 频率和波长在超声成像中是两个极为重
要的参数，波长决定了成像的极限分辨 率，而频率则决定了可成像的组织深度。
取超声波在人体组织中平均声速c＝1540m/s
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超声波的基础知识—波长与纵向分辨率关系
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超声波
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波动学概念回顾——波动基本参数
¾频率(frequency), 用f表示 ¾周期(period), 用T表示,其中T = 1/f ¾波长(wavelength), 用λ表示 ¾波速(wave velocity), 用ν或C表示,其中
ν=λf 跟媒质的弹性模量和密度有关。 ¾振幅(amplitude), 用A表示
超声波的传播特性
是理解和研究超声成像技术的基础
内容概要 >超声波的定义和基本概念 >声特性阻抗、反射、折射、透射、散射的概念 >超声声场 >超声波的衰减 >超声波对物质的作用 >超声波安全剂量
【上次课的内容纲要】
课程的教学要求和建议 超声诊断仪的发展历程 超声诊断仪的临床应用
超声诊断仪的产品介绍
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超声诊断仪的发展历程
声波特性 基础研究
压电效应、超 声换能器发明
简单的成像模式（声纳、A超）
二维成像模式（M超、B超）
多普勒、三维成像
谐波成像、弹性成像等其他模式
波动学概念回顾
机械波(mechanical wave)
¾频率、周期、波长、波速、振幅 ¾波源(acoustic source)机械振动—>媒质(medium) ¾传播振动形式和能量 ¾传播特性
声速表达方式
c= K ρ
—— 介质密度 K —— 介质的体积弹性模量
纵波时为杨氏模量Y 横波时为切变模量G
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影响声速的常见因素 ¾在液体与空气介质中，由于介质的弹性系
数与温度有关，因此声速也与温度有关 。
蒸馏水在标准大气压下声速与温度变化曲线
人体组织中的声速 声速一般不随频率而变，即没有频散（色 散）现象 。 在超声诊断的频段中，人体组织的超声速 度是与频率无关的，而且软组织中的声速 都很接近，可按1540m/s估算。
电能
机械能
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超声诊断用的超声波
连续波——正弦等幅波 脉冲波——阻尼衰减振荡波
超声波的基础知识
¾声速与声阻抗率 ¾频率 ¾波长 ¾声压 ¾声强 ¾衰减 ¾声场 ¾超声波的作用效应
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超声波的基础知识—声速 ¾声速
声波在介质中单位时间内传播的距离 , 称为声 速。用符号 c 表示 , 单位为 m ／ s( 米／秒 ) 。 人体脏器中 1540米/秒，频率改变声速不变。 ¾声速与介质的弹性模量、密度和波动类型有关。
反射回波
处理系统
距离 显示
您会关心哪些参数
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超声波定义 振动频率大于20kHz的声波 属于机械波，由机械振动引起
次声波（Infrasound）
特点：不易衰减，容易衍射(diffract)；使人头 晕、恶心。 应用：预测自然灾害，军事武器， α节律（8～13Hz）。
9
超声波（Ultrasound）
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干涉现象
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6
多普勒效应
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超声波测距装置
超声波测距模块
超声传感器 间歇发射超声脉冲
每隔0.1秒发射8个 40kHz的方波脉冲
超声传感器 接收超声回波信号
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超声波测距装置的原理
测量 对象
超声脉冲 超声
探头
反射回波
处理系统
距离 显示
如何求得距离信息
超声波测距装置的原理
测量 对象
超声脉冲 超声
探头