《新编临床超声诊断》喻红霞等主编|(epub+azw3+mobi+pdf)电子书下载

图书名称：《新编临床超声诊断》

【作　者】喻红霞等主编

【页 数】 208

【出版社】 长春：吉林科学技术出版社 , 2019.03

【ISBN号】978-7-5578-3682-5

【价 格】55.00

【分 类】超声波诊断

【参考文献】 喻红霞等主编. 新编临床超声诊断. 长春：吉林科学技术出版社, 2019.03.

图书目录：

《新编临床超声诊断》内容提要：

本书以临床实用为目的，以临床常见病和多发病为重点，系统阐述了超声基础理论及临床常见疾病的超声影像学诊断要点，针对超声造影和介入性超声也做了相关介绍。

《新编临床超声诊断》内容试读

第一章

超声声学基础

第一节超声波的基本概念与物理量

一、超声波的定义

振动在空间传播成为波。波有机械波和电磁波两大类。

物体在平衡位置附近来回往复的运动称为机械振动，产生振动的系统是振源（波源或声源），它是产生振动的根源。机械振动通过传声介质(sound bearingmedium)才能传播形成波动。所以传声介质(也称煤质)是能够传递声波的物质，是具有质量和弹性的物质，包括各种气体、液体、固体，都是传声媒质，传声媒质有均匀的，不均匀的：有各向同性的，各向异性的：有频散的，非频散的等。这种由机械振动通过介质间的相互作用而形成的波称为机械波。它是一种能量的传播方式。机械波因频率不同而分为次声波、声波和超声波，通常把频率高于可听声频率范围(20000Hz)的机械波称为超声波(ultrasonicwave),有时简称为超声(ultrasound)。各种射线、紫外线、光波和无线电波都属于电磁波，它们是电磁振动在电磁场中传播，不需要传播介质，能在真空中传播。

二、超声波的波动方程

声波在绝热条件下传播（即传播过程中无热量交换），且不考虑介质吸收时，对于声强不是太大的纵波（在生物软组织或水等剪切弹性模量极小的介质中存在）可以导出关于声压的一维波动方程：

-Ak=0op

压力

距离

以及关于质点运动速度μ的一维波动方程：

(p)

2-ak-0子u

式中p代表声压，Z代表水平位置，P代表介质的平均密度，K代表介质的压缩系数，t代表

时间

时间，“代表质点的运动速度

简单正弦波的波动过程示意图如图1-1所示。

图1-1简单正弦波的波动过程

一1

三、横波与纵波

机械波有横波与纵波2种振动方式，如图1-2所示。

质点运动波的运动

压缩区

稀疏区

图1-2横波与纵波

A.横波；B.纵波

在波动中，波的振动方向和波的传播方向相互垂直时，这种波属于横波(transversewave),见图1-2的A。而波的振动方向和波的传播方向互相平行时，这种波属于纵波(longitudinal wave),见图

1-2的B。纵波由高低声压区组成。高声压区（压缩区）也称波峰，低声压区（稀疏区）也称波谷。

在液体和气体内部只能传播纵波。所以，在人体软组织中传播的超声波主要是纵波

虽然电磁波不是机械波，但是光波、X射线、无线电波等都是横波

有些波不能简单地归为纵波或者横波。这些波称为表面波(surfacewave)。表面波中的质点只能在支持这种波传播的介质表面薄层中传播。

四、超声的基本物理量

(一)振幅(amplitude)

质点从平衡位置到最大位移的距离称为振幅或幅度（简称A),如图1-1中所示的A。它是声学变

量的最大值和平均值之差。声压振幅的单位为牛顿每平方米(N/m)。

(二)频率、波长、声速及三者之间的关系

l.频率(frequency)单位时间内质点振动的次数（简称）。单位采用赫[兹](Hz)、千赫(kHz)、兆赫(MHz)。频率的倒数(1/)为周期(T),它表示一个完整的波通过某点所需的时间如图1-1中所示的T,单位采用秒(s)、毫秒(ms)或微秒(us)。

2,波长(sound wavelength)声波在介质中传播时，在一个周期的时间内所传播的距离，也就是2个相邻的周期质点之间的距离，波长通常以入表示。如图1-1中所示的入。单位是厘米(cm)、毫米(mm)和微米(m)。

3.声速(velocity of sound)是指声波在介质中传播的速度，通常以C表示。由波动方程可知各质点仅在各自的平衡位置附近振动，而振动的状态以一定的速度向前传播。所以声速就是指波动的某

一个振动相位在介质中的传播速度。声速在数值上等于单位时间内某个振动相位在介质中传播的距离单位为米/秒(m/s)。声速由介质的密度(density)和弹性模量(elasticmodulus)决定。密度是指单位体积包含的物质质量，单位是kg/m或g/m。弹性模量是指产生单位应变所需要的应力，单位是Pa应力指物体单位面积上所受的力，而应变指形变与物体原有尺寸之比

在液体和气体内部只能传播与容变有关的纵波。超声在液体和气体的传播速度与介质的容变弹性模量(E)以及密度(p)有关，即：

E

C

N/P

一2

在固体中既能传播与切变有关的横波，又能传播与容变有关的纵波，它们传播的速度分别与切变弹

性模量(G)和杨氏弹性模量(Y)有关：

C

C纵三入

由上述公式可见，不同的传播介质（如不同的人体组织）声速都不同：而不同频率的超声在同一介质中的声速是相同的，即声速与频率无关

对于电磁波，无论光波或无线电波都是以光速(3×10/s)传播。表1-1列出不同介质中的声速

表1-1不同介质中的声速

介质

声速(m/s)

空气

330

脂制

1450

蓖麻油

1500

水

1540

血液

1570

肌肉

1585

错铁酸铅(PZT)

4000

顷骨

4080

钢

5850

4.波长、频率和声速三者之间的关系它们的关系符合关系式：

上式表明入是和声速成正比，和频率成反比。在声速一定时，频率越高，波长越短。

机械波的频段很宽，从10·~10Hz。以频率划分为次声波、声波和超声波三大类。20z以下的波动为次声波；20Hz至20kHz的波动为声波；20kHz以上的波动称为超声波。由于超声波中的103~10Hz频段对应电磁波的微波频段，因此这个频段的超声为微波超声，也称特超声。声波在介质中的传播速度比电磁波低5个数量级，当声电同频率转换时，声波的波长要比电磁波小5个数量级

用于治疗和清洗的超声频率范围在20~2000kHz。高强度聚焦超声治疗仪采用1MHz左右的频率。用于临床诊断的超声频率范围在1~60MHz。其中心脏及腹部成像的超声频率在2~6MHz范围：浅表器官成像的超声频率范围在7~12MHz:皮肤及血管内成像的超声频率范围在10~40MHz:生物超声显微镜成像的超声频率则高达40~60MHz。目前诊断最常用的超声频率是2~12MHz

以人体软组织平均声速1540m/s计算，诊断用的波长都<1mm。表1-2列出几种在人体软组织中传播的超声频率和波长的对应关系。

相同频率的超声波在不同介质中传播，其声速不相同，由于人体软组织中声速的总体差异约为5%。所以采用软组织平均声速进行测距的误差也在5%左右。目前，超声诊断仪多数采用软组织平均声速1540m/s作为测量标准，所以回波法深度标尺以13us表示1cm,也就是1cm的探测深度所需时间为13μs

(三)能量密度、能流、强度和声压

当波在介质中传播时，原来静止的质点开始运动，因而具有动能。同时该质点离开平衡位置，因而还具有势能。波动质点的总能量是动能和势能之和。所以，波的传播过程，也是能量的传输过程

—3—

在密度为ρ的体积元△V中，当波动传播到这个体积元时，该体积元将具有的总能量W为动能W

和势能W。之和

W=wx+wn=p4a2(△0sin2w(t-文)

式中表示沿x轴方向传播的简弦波，其最大位移A(即振幅)，声速©，角频率ω，在1时刻的总能量。

由式可见，体积元的总能量随时间作周期性变化。说明体积元在不断地接收能量和释放能量。这是波动传播能量的原因。

能量密度ε是指单位体积介质中的波动能量，即：

W

6=3=p4o'sino (t-)c

其1个周期内的平均值为：s-Tpw

能流是指单位时间内通过介质中某个面积的能量。声功率是声源在单位时间内发射出的总能量。而通过垂直于波动传播方向的单位面积的能流称为能流密度或波的强度即声强I,单位为W/cm或mWcm。声强的物理意义还可理解为单位面积上被照射（或发出)的声功率。

I=pAw

声压是指介质中有声波传播时的压强与没有声波传播时的静压强之差。它随着介质中各质点振动位置的周期性变化也作周期性变化。简弦波传播时，它的声压振幅：

Pm =pcAw

声压的单位是帕（斯卡）(Pascal),1帕等于1牛顿/米2(1Pa=1N/m2),以前用巴(bar)或大气压(atm)作单位，lbar=latm=10'Pae

由于声场中的超声强度在空间和时间上分布都不均匀，故常采用“空间峰值”(s印)和“空间平均值”(sa)以及“时间峰值”(p)和“时间平均值”(ta)等概念。如Ispta表示空间峰值时间平均声强，Isppa表示空间峰值脉冲平均声强等

(四)声特性阻抗(acoustic characteristicimpedance)与声阻抗(acoustic impedance)

1,声特性阻抗平面声波在介质中某一点处的声压()与质点振动速度(4)之比，称为声特性阻抗(Z)。其数值等于介质密度(p)与声速(c)之积，即：

Z=卫=pc

pc称为介质的声特性阻抗Z。单位采用帕[斯卡]秒每米，单位符号为Pa·s/m表示。也有用瑞利(Rayls)表示。

对纵波而言：

Z=√E师

表1-2人体软组织中超声波长和频率对应关系

f (MHz)

2.0

3.0

3.5

5.0

7.0

10.0

12.0

20.0

60.0

A(mm】

0.77

0.51

0.44

0.31

0.22

0.15

0.13

0.08

0.03

它由介质的密度和弹性决定。不同的介质有不同的密度和弹性，因而有不同的声特性阻抗声特性阻抗、声压和声强三者之间的关系，有：

Z pc

2.声阻抗当声波在介质中传播时，介质某表面上的声压()和通过该面积(A)的质点体积速度

4

的比值称为该处质点的声国抗（☑），即乙，=p,对于平面被有U=A,结合受-A水票=0

式得到Z、=Z/A,单位采用声2,1声2等于1Pa·s/m3。

(喻红霞】

第二节超声波的传播

·、平面波、球面波和柱面波

超声波在介质中的传播方式主要有：平面波、球面波、柱面波3种方式。图1-3是这3种波型的波阵面示意图

I.平面波(plane wave)

波阵面平行于与传播方向垂直的平面的波，在传播过程当中它的波面的

面积不改变。如图中A所示

2.球面波(spherical wave)

波阵面为同心球面的波，在传播过程当中它的波面的面积随着传播

距离增加而增加。如图中B所示。

3.柱面波波阵面是以声源的轴线为轴，以不同r为半径的一系列同轴圆柱面的波。如图中C所示。

B

图1-3三种波型的波阵面

A.平面波：B.球面波：C.柱面波

二、反射和折射

(1)声波入射到两个声特性阻抗不相同的介质组成的分界面上，如果界面的线度远远大于波长则人射声波的能量有一部分返回到同一介质中，另一部分则进人到下一层介质中。前者称为反射(flection),后者称为透过。若透过的声波改变方向传播时，称为折射(refraction)。图I-4中的左图为是人射角0，为零即垂直入射界面的情况，右图为人射0：不为零的情况。

当平面波从介质I(P,C,)入射到介质Ⅱ(p,C2)时，人射角6，、反射角0，和折射角0，满足下述关系：

8.=0

sine,C

sin0,C2声压反射系数：

Z.cos0:Z cos0

=Zcos0,+Zi cos0t声压折射系数：

2Z,Cos0.

T,=Zcos0,+Zi cos0t

一5

当声波垂直入射时，即0=8，=0。

Z.-Z

p=Z2+Z

2Z,

Tr=Z:+Z

当考虑垂直界面的人射波的能量在反射波和透射波之间分配时，声能反射系数R,和声能透射系数

T,分别为：

4Z,Z2

1,=Z,+Z

反射

折射

图1-4反射与折射

从上述公式分析如下。

1)不垂直人射界面时，声束的折射角由该两种介质声速(C,和C)的比值决定，见式m8=Csin0.C.

2)声束垂直入射界面时，反射声束沿入射方向反方向传播，而且反射波幅度最大。透射声波则按入射方向继续传播

3)当Z2=Z,时，为均匀介质，此时R=0,T,=1,无反射，全部传播

4)当Z,和Z2相当接近时，即声特性阻抗差异小的界面，R,很小，T,近似1，表示反射很小，基

本透过

5)当Z2≤Z时（如水和气），即声特性阻抗差异很大的界面，此时R,≈1，T,≈0，产生强反射

界面反射是回波法超声波的检测基础，虽然人体软组织声特性阻抗差异很小，但只要有1%的差

异，所产生的回波便可以检测，所以超声波对软组织的检测能力，远高于X射线。

(2)垂直入射三层的介质。声速由第一层介质经第二层介质进人第三层介质（图1-5）。

在什么条件下进入第三层介质的超声波能量最多。理想情况下，第一层的人射波全部进入第三层，此时第二层是一个透声层

通过声强透射系数各式联合推导得出透声层的条件是该层厚度d要符合：

d=(2n-1)4,(n=1,2,3…)

和该层声特性阻抗Z。,符合：

Z.=√Z。·Z

6

···试读结束···