对于平面波间谐波，声压可表示为：
P v c c A s in (t k x )
Pm cA
式中，ρ 为介质的密度 v为质点振动速度，c为声速。
第二章 医学超声的物理基础
§2－1超声波的一般概念
声强(I)：单位时间内，垂直于传播方向上单位面积的超声能量。 对于平面波，则平均声强为:
对于一段长度为Δx的介质，其左端截面的平衡位置为x，右端截面为x＋Δx， 则左右两端的所受力的大小为：
f11A (d d x)x, f21A (d d x)x x
则这段介质所受的合力为 ：
1 d
1 d
f2

f1


A(dx)xx


A(dx)x
1 Ad2 x dx2
I 1cA22 Pm2
2
2Z
声阻抗(Z)：介质的声阻抗是声介质的力学量，定义为声压和介质振动速度之比， 声阻抗在声波的传播中起着重要的作用，表示超声场中介质对质点振动的阻碍作用。
Z P c
v
由于声速c与温度有关，故声阻抗Z也与温度有关。声阻抗的实用单位为瑞利。
1瑞 利 ＝ 1gcm 2s1
波长、频率
c/f或 T=/c
波长和频率在超声成像中是两个极为重要的参数，其中波长决定了成像的 极限分辨率，而频率决定了可成像的组织深度。
声压、声强与声阻抗
声压（P）：超声波在介质中传播时，介质的质点密度时疏时密，从而使 平衡区的压力时弱时强，因此产生了一个周期性变化的压力。我们将单位面 积上介质受到的压力称为为声压。
第二章 医学超声的物理基础
目录
超声波的一般概念 超声波在介质中的传播特性 多普勒效应 超声波的生物效应
第二章 医学超声的物理基础
§2－1超声波的一般概念 一 超声波的分类
超声波为频率高于20000Hz的高频机械波。超声波具有频率高、方向性好、 能量高、对人体危害小等特点，因此在临床上被广泛应用于医学诊断和治疗。
平时所说的超声检测主要适用于第二类组织。在该类组织中，声阻抗相 差不大，声速大致相等，可保证超声波在组织内几乎沿直线传播；又可利用 不同类组织间声阻抗差异造成的声波反射、散射来识别不同软组织和器官的 形态和性质，这是超声成像及读片的基本物理依据。
第二章 医学超声的物理基础
§2－1超声波的一般概念
声强级与声压级
第二章 医学超声的物理基础
表2-3 人体组织及某些材料的声阻抗
§2－1超声波的一般概念
由表可以看出，人体组织可以分为三大类：
♦ 低声阻抗的气体或者充气组织，如肺部组织 ♦ 中等声阻抗的液体和软组织，如肌肉 ♦ 高声阻抗的矿物组织，如骨骼
当超声波通过声阻抗相差1％的介质时，就可在其交界面上发生相应的反 射。上述三类组织的声阻抗相差很大，界面反射太强，因此彼此之间几乎无 法传播超声波。
强
L I 1 0lgII0 1 0lgP P 0 2 2//Z Z2 0lgP P 0L P
声压级和声强级在数值上是一样的，只是表现形式不同。
第二章 医学超声的物理基础
பைடு நூலகம்
§2－2 超声波在介质中的传播特性
一 超声波的的数学描述——波动方程
超声波传播过程中，介质之间的相互作用力取决于介质的形变程度。
定义声强级的生理学及物理学依据:（1）人耳感觉声音强弱与声强的对 数成正比（2）人耳对声音感觉的强度范围很大。
声强级(LI)：
LI
10lg I I0
(dB)
声压级(LP)：
LP
20 lg
P P0
由于声强正比与声压的平方, 因此
1B(贝尔)=10dB（分贝）
I0=10-12Wm-2
1000Hz时， 引起人耳听 觉的最低声
目前，医用超声的频率范围一般在200kHz～40MHz，而诊断用超声频率范 围多在2~15MHz。从理论上讲，频率越高、波长越短，超声诊断的分辨率越高。
● 按波传播过程中质点振动方向和波传播方向的关系可分为：横波、纵波、 表面波及板波。纵波是超声诊断和治疗中常用的波型。
● 临床上一般按照频率高低将其分为四类：
其中， ρ为介质的平均密度，E为杨氏模量，G为切变模量，B为体积模量。
由于人体的绝大部分组织属于软组织，其声学性质与水相近，所以超声在软 组织中的传播速度近似等于1540ms-1，约为骨骼中的三分之一。
第二章 医学超声的物理基础
表2-2 超声在生物组织及有关物质中的传播速度
§2－1超声波的一般概念
二 超声波的重要物理参数
声速
在各向同性的均匀介质中传播，声速是一个恒量；在各向异性的介质中传
播，沿各个方向传播的声速不同；在非均匀介质中，各部分介质的声速也是不 同的。
平面波在固体介质中传播：
纵波 c E
c固>c液>c气
横波 c G
液体和气体只存在体积形变，只能传播纵波，其声速为：c B
♦ 低频超声：1～2.75MHz ♦ 中频超声：3～10MHz （常规用） ♦ 高频超声：12 ～20MHz ♦ 超高频超声：>40MHz
● 如果按照发射方式还可分为连续波和脉冲波。连续波目前只在连续波多普 勒血流仪中采用，A型、B型、M型及脉冲多普勒血流仪均采用脉冲波。
第二章 医学超声的物理基础
§2－1超声波的一般概念
设P1、P2为x轴上两相邻质点的平衡位置，P1点与原点的距离为x ，P2与 原点的距离则为x＋d x ，两点无限靠近。当纵波传播时，质点在其平衡位置 附近振动。
假设某一时刻t，x处质点离开平衡位置的位移为ξ ，x＋dx处质点离开平衡 位置的位移为ξ＋dξ ，这时两质点的相对位移为dξ ，即P1P2间的介质元发生了形 变，伸长量为dξ 。
P1P2间介质的伸长量dξ与原来长度dx之比dξ /dx称为介质元P1P2的相对形变。
由胡克定律，通过单位面积 作用在介质元P1P2上的力与相 对形变量成正比，即
f 1 d A dx
P1 ξ
ξ+dξ P2
x dx
式中α为弹性系数。
介质元的相对形变
第二章 医学超声的物理基础
§2－2 超声波在介质中的传播特性
介质元受力
第二章 医学超声的物理基础
§2－2 超声波在介质中的传播特性
再由牛顿第二定律可得
f2f1maAxdd2 t2 Axdd2t2 1Addx22x