第七章 超声波物理ppt课件.ppt

第七章 超声波物理,超声(ultrosound，US),高频机械波,20000Hz1015Hz,人耳感觉不到超声波,20Hz20000Hz,诊断超声,频率高、波长短、方向性强、能量大、危害小,人耳听阈,1MHz(106Hz)100MHz,第一节 超声波物理基本性质,第二节 超声场,第三节 声波在介质中的传播特性,第四节 多普勒效应,第五节 血流动力学效应,第七章 超声波物理,第一节 超声波的基本性质,一、超声波的分类,二、超声波的产生机制,三、声速、声压、声强与声阻抗,一、超声波的分类,1.按振动形式分,纵波,横波,气体、液体、固体,固体,2.按频率分(临床用),低频超声,12.75MHz,中频（常规）超声,310MHz,高频超声,1220MHz,超高频超声, 20MHz,3.按发射方式分类,连续波,脉冲波,脉冲波,一、超声波的分类,连续波,正弦等幅波,超声频率与振幅稳定不变,输出电功率,Ue,有效电压,电压峰值的0.707倍,R,声源负载阻抗,10左右电功率转变成声功率,一、超声波的分类,振动持续时间 1.55S,两个相邻脉冲前沿相隔时间, 脉冲宽度,T 脉冲重复周期(PRP),脉冲波特征量,一、超声波的分类,脉冲波特征量,每秒内脉冲重复出现的次数,Tr + =T,f 脉冲重复频率(PRF),f =1/T 502000 Hz,Tr 间歇期,(静止期),相邻脉冲的间歇时间,一、超声波的分类,脉冲波特征量,脉冲发射期间最大输出功率,单位时间输出的功率,S= / Tr 0.00751,S 占空因子,脉冲宽度与静止期之比,W峰 峰值功率,平均功率,一、超声波的分类,超声探头应用压电式换能法发射和接收超声波,压电式换能法,电磁能量,机械振动,发射超声,接收超声,二、超声波的产生机制,弹性介质,产生超声波必备条件,声源,1.压电效应,机械能转变成电能,超声接收换能器,机械力引起材料内部正负电荷重心相对位移,产生符号相反的表面电荷而产生电场。,二、超声波的产生机制,2.电致伸缩效应,电场引起材料内部正负电荷重心相对位移,内部产生应力导致宏观上的几何形变。,电能转变成机械能,压电陶瓷,超声发射换能器,二、超声波的产生机制,3.压电材料的选择,压电效应主要性能参数,Tc居里点,电畴结构完全解体压电效应消失的温度临界值,二、超声波的产生机制,压电接收常数 g,压电片单位形变产生的电位移,单位 VmN-1,接收型换能器选择 g大的压电材料,压电发射常数d,电场单位场强而产生的形变,发射型换能器选择d大的压电材料,二、超声波的产生机制,4.压电效应的主要新能参数,三、声速、声压、声强与声阻抗,固体中传播,纵波,Y杨氏模量 G切变模量 介质平均密度,横波,1. 声速(c),单位ms-1,超声单位时间传播的距离,B 体积弹性模量,流体和气体只能传播纵波,声速与介质性质有关与频率基本无关,声速与温度成正比关系,20空气中 343 ms-1,水 中 1450 ms-1,骨骼中比软组织中快3倍以上,临床应用时超声速度在软组织中近似取1500ms-1, 介质密度,三、声速、声压、声强与声阻抗,1. 声速(c),蒸馏水在标准大气压下声速与温度变化曲线,三、声速、声压、声强与声阻抗,2.声压(p),压强瞬时值P与无超声传播时压强值 P0 之差,超声介质中传播,介质密度周期性变化,瞬时压强P变化,声压周期性变化,三、声速、声压、声强与声阻抗,2.声压(p),质点振动速度,连续超声波运动方程,质点位移,速度幅值 vm =A,三、声速、声压、声强与声阻抗,2.声压(p),声压数学表达式,仪器显示有效声压 pe,m 声压幅值,A 声振动幅值, 介质密度,c 波速, 声波圆频率,三、声速、声压、声强与声阻抗,3.声强(I),与声压关系,单位时间内通过单位横截面积的周期平均能量,声波传播过程是声源能量以声速传播出去的过程,三、声速、声压、声强与声阻抗,4.声阻抗(Z),声压与声振动速度之比,当声压与振动速度同位相时,单位 瑞利(Rayleigh)(10-1kgm-2s-1),声阻抗与温度有关,三、声速、声压、声强与声阻抗,三、声速、声压、声强与声阻抗,三、声速、声压、声强与声阻抗,低声阻的气体或充气组织 如肺部组织中等声阻的液体和软组织 如肌肉高声阻的矿物组织 如骨骼,人体组织分成三大类,三类组织声阻相差甚大，彼此不能传播声波,超声检测主要适用第二类组织,三、声速、声压、声强与声阻抗,第二类组织中，声阻抗相差不大，声速大致相等，又可利用不同类组织间的声阻抗造成的反射、散射识别不同软组织与器官的形态和性质。这是超声成像及读片的基本物理依据。,超声通过声阻抗差达到1的介质,可在其交界面上产生发射,三、声速、声压、声强与声阻抗,声强级单位,5.声强级(LI)与声压级(LP),定义声强级的生理学及物理学依据人耳感觉声音强弱与声强对数成正比人耳对声音感觉的强度范围甚大,比较相差甚大的两信号,声强比的对数,I0 基准声强 10-12Wm-2,贝尔（ Bel、 B） 分贝（dB） 1B=10dB,声强级(LI),三、声速、声压、声强与声阻抗,5.声强级(LI)与声压级(LP),声压级,声强正比于声压的平方,声压级与声强级数值上一样表现形式不同,三、声速、声压、声强与声阻抗,5.声强级(LI)与声压级(LP),I1 始波强度,I2 仪器可探测最小强度,临床用声强级表示仪器的探测灵敏度,w 回波功率,S 探头面积,U1、U2 输入、输出电压,A1、A2 声压信号幅值,(增益),三、声速、声压、声强与声阻抗,第二节 超 声 场,一、圆形单晶片声源的超声场,二、声束的聚焦,一、圆形单晶片声源的超声场,超声能量空间分布状态,用声压分布或声强分布描述,换能器可看成许多微小面积声源的叠加每个微小声源的超声场形状用惠更斯原理计算,超声场,r 任意点至点源距离,dS 点源面积,k 波数, 角频率,0 点源初始声压,对点源积分可得换能器在空间任意点的超声场,声压幅值分布,圆形晶片换能器沿中心法线上声压,1.超声场轴线上的声压分布,0 晶片表面声压幅值, 超声波长,D 晶片直径,一、圆形单晶片声源的超声场,1.超声场轴线上的声压分布,近场区内声压分布,声场中心轴上声压幅值随声程x变化而变化，范围是02 p0,求出声场中心轴上声压最大及最小值,观察近场区内声压分布,一、圆形单晶片声源的超声场,近场区内声压分布,1.超声场轴线上的声压分布,声压极小值,pm=0,此时X位置即声压极小值位置,一、圆形单晶片声源的超声场,物理意义,直径为D圆形晶片，向弹性介质辐射波长超声波，应有个 极小值,x不能为负,晶片表面声压幅值不能为零,n 取小于,的正整数,近场区内声压分布,1.超声场轴线上的声压分布,声压极小值,一、圆形单晶片声源的超声场,声压极大值,pm=2po,此时x值位置为声压极大值位置,近场区内声压分布,1.超声场轴线上的声压分布,一、圆形单晶片声源的超声场,物理意义,直径为D圆形活塞声源向弹性介质辐射波长 超声波，近场有包含0在内的 个极大值,x不能为负且不能为零,m=0 公式仍有意义,m 取包含0在内小于 正整数,声压极大值,近场区内声压分布,1.超声场轴线上的声压分布,一、圆形单晶片声源的超声场,直径D愈大,愈短 频率愈高,n和m 取值愈多,近场内声压起伏愈大,声压分布愈不均匀。,一、圆形单晶片声源的超声场,直径D愈大,愈短 频率愈高,n和m 取值愈多,近场内声压起伏愈大,声压分布愈不均匀。,一、圆形单晶片声源的超声场,近场区长度用m=0处声压极大值的位置来表示,L 近场长度,半径a愈大，超声频率愈高，近场长度L愈长,声学上称L以内的近场区为菲涅尔(Fresnel)区,一、圆形单晶片声源的超声场,x 较大,A为圆形晶片面积,泰勒(Taylor)级数运算得,远场区内声压分布,声程x大于近场长度L区域内声压呈单值变化,一、圆形单晶片声源的超声场,一般远场满足三角函数性质(很小 sin),一、圆形单晶片声源的超声场,声压P与距离x按反比例减弱,P与x反比关系在x5L时才明显表现,一般远场满足三角函数性质(很小 sin),声压P与距离x按反比例减弱,P与x反比关系在x5L时才明显表现,一、圆形单晶片声源的超声场,2.超声场的角分布,换能器指向性,即描述声束集中程度,声压不但随距离而变,=0 声压最大,在中心轴及其以外的声压不均匀分布中心部出现一主瓣，主瓣旁出现许多副瓣。,还随方向角而变,表现为主瓣称主声束,一、圆形单晶片声源的超声场,单晶片的指向性,2.超声场的角分布,声压空间角分布表示,r 圆片中心到场点距离, r与轴线间的夹角,J1 第一类贝塞尔函数,一、圆形单晶片声源的超声场,单晶片的指向性,Dc 指向性因数,距晶片中心距离为r并与声场中轴线成角处的声压与中心轴线上同样距离r处的声压之比,超声强度角分布的相对值,当kasin=3.83，7.02，10.17等时J1等于零,Dc等于零数值相应的角方向上没有辐射波,一、圆形单晶片声源的超声场, 半扩散角,Dc=0的第一点即kasin=3.83时相应的角度,D 圆形晶片直径,主瓣指向角的Franhofer公式, 越小,D 越大,L越大、越小,超声成束性越好,d 方形晶片边长,一、圆形单晶片声源的超声场,近场内超声束平行度最高，反射界面与晶片垂直性最好，反射声强较高，失真度小，但在近场近晶片端，由于发射干扰可存在盲区,远场有声束扩散，声束不平行反射声强较弱，失真度高,医学诊断要求超声束扩散角 在3.5以下,超声束截面积太大可使超声横向分辨力降低,一、圆形单晶片声源的超声场,B为常数,二、声束的聚焦,1.超声聚焦原理,声束宽度限制横向分辨力,使用声聚焦探头减小声束宽度,集中治疗肿瘤不损坏正常组织,声程x及焦距f大于晶片半径a(xa，fa),聚焦声束轴上声压幅值,焦点上声压增加到 倍,表示声压在焦点处上升程度,愈短，p上升幅度越高，聚焦效果愈好,但焦距 f 不能比近场长度L小得太多否则焦点后面声束迅速扩散，无法探测信息,( 一般 f 在L附近 )。,值表达式,二、声束的聚焦,焦点处超声强度不得超过安全值,为获得细长声束，须综合考虑半径a、波长和焦距 f,d 的大小影响超声诊断的横向分辨力,实际应用希望焦点直径d小，焦距f大，但这是矛盾的,a 探头晶片半径,理想球面透镜焦点直径 d 与波长 和焦距 f 的关系,超声功率小于200 Wm-2对人体无害,二、声束的聚焦,2.声聚焦方法,声透镜聚焦,凹透镜,曲面换能器,聚焦晶片型探头,电子聚焦,多晶片电子聚焦换能器,两边延迟时间最小并对称,中央延迟线延迟时间最大,由两边向中间依次振动形成圆形波阵面 圆心即聚焦点,二、声束的聚焦,电子聚焦,二、声束的聚焦,2.声聚焦方法,改变晶片间相对延迟时间，能改变声束的方向。对各晶片依次加上线性递变延迟激励脉冲，超声束方向偏转一个角度，不断改变这个角度，可得到扇形扫描超声束，即相控扇形扫描。为提高横向分辨力，常采用相控阵聚焦方法，用不同超声换能器实现线性扫描成像、扇形扫描成像及各种复合扫描成像。电子聚焦换能器是B超诊断仪采用的一种换能器。,二、声束的聚焦,一、反射与透射,二、衍射与散射,三、声波在介质中的衰减规律,四、声波的波形转换和声学谐波,五、声波通过介质薄层的特征,第三节 声波在介质中的传播特性,声学中介质是以声阻抗划分，声波介质界面就是声阻抗不同的介质分界面。在声学介质中，两物质物理性质不同，或由不同的原子、分子组成，如果其声阻抗相同，则认为它们是声学的同种均匀介质，其间不存在界面。,一、反射与透射,超声波传播遵循几何声学原则,反射或透射的条件,介质声阻抗界面处突变 “不连续”,界面线度远大于声波波长及声束直径,直线传播,遇到界面发生反射和透射,临床上反射回声带来体内脏器及大界面信息,一、反射与透射,研究声波传播特性基本依据,声压连续,法向速度连续,能量守恒,界面两侧声压相等,质点振动速度在垂直界面的分量相等,一、反射与透射,1. 反射系数,反射声压pr和入射声压pi之比,t 透射声压,质点振动速度与声传播方向相同,如图 向下方向定为正,两个连续,一、反射与透射,声压反射系数,结合速度、声压与声阻抗关系联立导出,一、反射与透射,1. 反射系数,声波垂直入射,Z2Z1,rpl,Z1Z2,半波损失全反射且反射波与入射波位相突变,Z1=Z2,rp= 0,Z1Z2,rp0,rp-1,全反射无透射,全透射,反射波与入射波反相,一、反射与透射,1. 反射系数,表7-2在生物介质不同界面超声垂直入射时的声压反射系数,一、反射与透射,1. 反射系数,查表 声波由水入脑的 r0.007,计算分贝,1. 反射系数,分贝(dB)表示,反射声强与入射声强之比,一、反射与透射,声强反射系数,2. 全反射,超声波透射定律,如图,clc2 透射角随入射角增大而增大,入射角达到b值 透射角增大至90,入射角大于b值 超声在界面全反射,b角称全反射临界角,一、反射与透射,2. 全反射,水作探头与皮肤间夹层，临界角 7630,石蜡油作夹层，临界角 6710,实际应用中探头探测角度不超24,全反射现象对超声诊断无意义，应尽量避免。,减少信号强度损失,避免产生透射伪像及全反射现象,一、反射与透射,3. 透射系数,由声压连续和法向速度连续可知,衡量超声在不同介质中透射能量的大小,声压透射系数,如图,一、反射与透射,声压透射系数,3. 透射系数,由反射定律可知 i=r,pr=ptpi,一、反射与透射,声压透射系数,3. 透射系数,声波垂直入射,Z1Z2 tP0 超声强烈反射无透射,Z1Z2 tP1 超声全部透射,Z2 Z1 tP2 驻波现象 反射强烈,一、反射与透射,声压透射系数,3. 透射系数,声波垂直入射,超声在界面反射和透射只有垂直入射声强才能守恒,一、反射与透射,二、衍射与散射,1.衍射,超声波长与物体尺寸可以比拟甚至更大时，会发生衍射和散射现象,界面或障碍物线度与超波长相近，超声绕过障碍物传播,声影,声波不能完全绕过线度较大障碍物其后存 在声波不能达到的空间,图像表现为暗区，是探测不到的盲区,1.衍射,与波长相仿的病灶探测不到,声波完全绕过与其波长相仿的病灶,不形成反射回波 不形成病灶轮廊图像,可存在反向散射 可判定病灶性质,二、衍射与散射,2.散射,界面或障碍物线度小于且接近超声波波长，传播方向连续改变。,悬浮粒子成为子波源（散射中心）,向空间各方向发射散射波（子波）,形成干涉空间（散射波场）,干扰入射波（入射波与子波相干涉）,超声入射悬浮粒子(尘埃、烟雾、杂质、气泡等),二、衍射与散射,2.散射, 散射截面,定量描述散射程度,W 总散射功率,Ii 入射声强,二、衍射与散射,3.结论,d,d,d ,散射不明显，主要是反射、透射，并有声影,散射明显，散射场强度均匀分布散射声强与入射波频率四次方成反比,散射场强度分布复杂，表现为角分布声强与频率四次方成正比，与距离平方成反比,二、衍射与散射,三、 声波在介质中的衰减规律,1.衰减概念,声波衰减的主要原因,扩散衰减,散射衰减,吸收衰减,声波声强随传播距离增加而逐渐减弱的现象,1.衰减概念,S0I0=SI S=4r2，S0=4r02,扩散衰减,声波能量分布改变造成的衰减,设 距离声源半径ro的球面So上声强 Io 传到r处强度 I，不考虑介质吸收 单位时间内通过波阵面能量相等,平方反比定律,扩散衰减与波阵面形状有关，与介质特性无关,三、 声波在介质中的衰减规律,1.衰减概念,散射衰减,声波与散射中心多次相互作用部分声能转化为热能散失,介质并不绝对均匀 含有杂质成为散射中心,同时热起伏导致介质局部密度变化,声波散射 能量损耗,声波与散射中心相互作用,生物组织更是一个不均匀介质,三、 声波在介质中的衰减规律,吸收衰减,声能转变为热能、机械能等其它形式能量,吸收机制,粘滞吸收,热传导和热辐射吸收,弛豫吸收,介质吸收声能后分子势能增加一段时间后以声波形式发射,吸收与声波频率关系甚大（f大吸收衰减多）,三、 声波在介质中的衰减规律,1.衰减概念,2.介质吸收衰减规律, 声强吸收系数,平行窄束声波通过无限大均匀介质,“平行” “窄束” 避开散射、扩散衰减影响,积分得,薄层dx内强度减少量 -dI,x=0处强度幅值 I0,如图 超声沿X轴正向传入均匀介质,研究方法,超声波的吸收特性,I0,I,x=0,三、 声波在介质中的衰减规律,2.介质吸收衰减规律,同理声压幅值吸收规律,两吸收系数关系,0 起始声压, 传播X距离后声压, 声压吸收系数,声压表示声强吸收,三、 声波在介质中的衰减规律,3.生物组织主要声学参数,衰减系数 ,吸收衰减系数、散射衰减系数,与组织厚度、超声频率有关,=f 平均吸收系数,软组织对超声平均衰减系数,频率增加1MHz，传播距离增加1cm组织对超声衰减增加0.81dB,0.81dB (cmMHz)-1,三、 声波在介质中的衰减规律,3.生物组织主要声学参数,半价层H,组织内传播的超声波其强度衰减到初始值一半时的距离，单位为 cm 。,混响时间,声源停止发射后，声场中某点振动延续时间,原 因,界面间多次反射,声波引起固有振动,介质不均匀性引起散射,三、 声波在介质中的衰减规律,声束与界面垂直无透射不产生横波,1.声波类型的转换,纵波以一定角度由液体射入固体产生反射和透射。反射波仍在液体中为纵波；透射波透入固体改变传方向，与振动方向成一定角度。可分解为垂直分量和平行分量两类波，即横波和纵波。介质性质不同透射角度不同，横波和纵波振幅不同。,四、声波的波形转换和声学谐波,声波转换临床意义,由脑组织射入颅骨,产生横波形成伪影,2.声学谐波基础,线性声学中声速与声波强度无关， 单频声波射入静止介质，回波频率和入射波一样。,非线性声学理论的应用,四、声波的波形转换和声学谐波,2.声学谐波基础,常见声学谐波的类型,波形的畸变,组织谐波,气泡产生的谐波,四、声波的波形转换和声学谐波,2.声学谐波基础,波形的畸变,四、声波的波形转换和声学谐波,2.声学谐波基础,波形的畸变,频率越高振幅越大，非线性畸变越大,四、声波的波形转换和声学谐波,2.声学谐波基础,组织谐波,单频简谐波在组织中传播发生非线性畸变时，周期不变，按照傅立叶变换理论，相当于产生频率为原始频率整数倍的谐波。,x=0 幅度为零，x增大幅度增大。,基频波和谐波随传播距离变化规规律,四、声波的波形转换和声学谐波,2.声学谐波基础,气泡产生的谐波,空化效应,超声液体中传播声压起伏,声压为负液体汽化产生气泡,稳态空化周期性振动,暂态空化剧烈振动,四、声波的波形转换和声学谐波,气泡产生的谐波,2.声学谐波基础,四、声波的波形转换和声学谐波,气泡产生的谐波,2.声学谐波基础,四、声波的波形转换和声学谐波,气泡产生的谐波,2.声学谐波基础,气泡振动是非线性的，包含各种谐波包括入射超声波的基频f0 、倍频（2 f0、3f0、4 f0）和次频成分 ( ),医学利用造影剂产生微气泡获得谐波进行谐波成像,气泡产生的谐波比组织谐波强的多含有气泡的介质非线性很强,四、声波的波形转换和声学谐波,3.反射增强,对不同深度回波信号进行不同程度放大,部位越深信号放大倍数越大,使同种均匀介质回波信号强度基本相同。若使软组织反射信号均匀一致则液体反射信号比入射波强度大,即反射增强。,四、声波的波形转换和声学谐波,3.反射增强,四、声波的波形转换和声学谐波,3.反射增强,四、声波的波形转换和声学谐波,得出声强透射系数,五、声束通过介质薄层的特征,如图 声波垂直通过厚度d的介质薄层。忽略介质对声能量吸收，因入射波和反射波叠加各层间声压重新分布。,Ii It,1. Z1Z3Z2,如Z2为软组织间的空气薄层,声束不能透射,五、声束通过介质薄层的特征,相当于声束垂直通过Z1、Z3 介质薄层消失,2. d =2/2，2，3/22，n2/4 (n 不等于零的偶数)，或d 2,五、声束通过介质薄层的特征,相当于两个介质界面不存在,五、声束通过介质薄层的特征,4.耦合剂(coupling gel),填充厚度极小的耦合剂，相当于声束垂直通过介质薄层,探头与体表间存在声阻抗差很大的界面，使超声波难以进入人体,使耦合剂厚度等于 奇数倍,阻抗值平方等于两侧介质阻抗的乘积,可使超声尽可能完全进入人体,五、声束通过介质薄层的特征,4.耦合剂(coupling gel),临床使用液体石蜡,最大透射率是入射强度的四分之三左右,超声从高声阻探头射向低声阻皮肤时应选择声阻大小介于探头与皮肤声阻之间某一值的耦合剂，这样可增加超声的初始透射率。,治疗用探头声阻 16.90105瑞利,检测用探头声阻 3.20105瑞利,皮肤声阻 1.59105瑞利,五、声束通过介质薄层的特征,第四节 多普勒效应,二、多普勒效应的数学表示,一、声波的多普勒效应,三、频移信号的采集,一、声波的多普勒现象,1842年,奥地利数学家和天文学家,多普勒效应(Doppler effect),Christian Johann Doppler,声源或接收体或两者同时相对介质运动，接收频率发生变化,1.波源和接收体相对运动发生在两者连线上,f 发射频率,波源相对介质运动的速度 u,接收体相对介质运动的速度 v,接收频率,2.波源与接收体相对运动方向成一定的角度, 波源相对于介质运动方向 与波源和接收体连线的夹角, 接收体相对于介质运动方向 与波源和接收体连线的夹角,ucos u在连线上的分量,vcos v在连线上的分量,一、声波的多普勒现象,二、多普勒效应的数学表示,1.多普勒频移公式,第一次多普勒频移,被血液颗粒散射超声波返回接收极血液颗粒作为波源相当接收体运动,超声波射入血液颗粒血液颗粒作为接收体相对波源运动,第二次多普勒频移,1.多普勒频移公式,如图所示,二、多普勒效应的数学表示,1.多普勒频移公式,第一次多普勒频移,第二次多普勒频移,接收体静止波源运动,接收体运动 波源静止,二、多普勒效应的数学表示,1.多普勒频移公式,c2v2,v0，I 、r90,f0、c、i、r一定，fd与血流速度 v有关,测得fd可求得相应血流速度v,若 i=r=,f与fo存在差频，即多普勒频移 fd,二、多普勒效应的数学表示,2.矢量公式及物理意义,多普勒频移与入射角和反射角大小密切相关,引入矢量表示更为直观,速度矢量,波矢量,方向沿声波传播方向,二、多普勒效应的数学表示,2.矢量公式及物理意义,多普勒频移矢量表示式,超声多普勒技术理论的最基本数学模型,分析超声仪器对速度矢量的检测灵敏度,二、多普勒效应的数学表示,二、多普勒效应的数学表示,方向与,成1800,d负值,方向水平,轴向流动灵敏度高,横向流检测不灵敏,发射和接受换能器处于血管两侧无法避免有碍声波传播的骨骼、气腔等,缺点,(a),二、多普勒效应的数学表示,方向与,成1800,d负值,方向水平,轴向流动灵敏度高,横向流检测不灵敏,发射和接受换能器处于血管两侧无法避免有碍声波传播的骨骼、气腔等,缺点,(a),(b),d =0,任何方向流速都不灵敏,二、多普勒效应的数学表示,(b),二、多普勒效应的数学表示,d =0,任何方向流速都不灵敏,(c),轴向流不灵敏,垂向流高灵敏度,垂直,d =0,二、多普勒效应的数学表示,(c),二、多普勒效应的数学表示,轴向流不灵敏,垂向流高灵敏度,垂直,d =0,(d),倾斜,既能测定水平流速，也能测定垂直流速,发送器、接收器处于同一侧,且比较接近，可固定在一个换能器中,最实用,二、多普勒效应的数学表示,(d),二、多普勒效应的数学表示,倾斜,既能测定水平流速，也能测定垂直流速,发送器、接收器处于同一侧,且比较接近，可固定在一个换能器中,最实用,三、频移信号的采集,1.血流方向的判定,血流朝向超声探头为v的正方向，相反为负方向,v值代入公式，得出fd值 (正值或负值),超声多普勒根据fd正负值判别血流方向,三、频移信号的采集,2.最大频移信号的取得,进行超声多普勒检查时，为了获得最大的频移信号，超声束和血流方向尽可能的平行i=r=0。但这样增加了衰减损耗，实际应用取i=r=45。,fd与超声束和血流方向夹角余弦成正比, 声束与血流方向平行时，多普勒频移为最大正值，随两者夹角的增大，fd逐渐减小,三、频移信号的采集,3.测量高速血流,测量高速血流尽可能选用低频探头,fd大小与发射频率f0成正比，与声速c成反比,fd一定，f0越小，测量流速v越大,4. K值（探头定标系数）,实际检查fo 选定不变，c在人体中为定值。fo 和c可视为常数，用K表示,声束平行血流方向 v =Kfd,v 取决于fd,f0为2MHz，K=0.39m.s-1,f0为4MHz，K=0.20ms-1,f0为8MHz，K=0.10m.s-1,新型仪器 f0自动转换为血流速度,三、频移信号的采集,第五节 血流动力学效应,一、实际液体的流动,三、感应,四、涡漩发生距离,五、掩盖,六、减速的不稳定性,二、连续效应,一、实际液体的流动,层流(片流) 湍流(紊流),粘性液体基本流动状态,1.层流,分层流动不混杂,速度分布窄方向一致 无声,2.湍流 相互混杂,3.涡流 湍流基础上旋转运动,Re2000 湍流,Re2000 层流,4.雷诺数(Re),速度梯度大 有声音,判断流体流动状态,河流中可见发生于水中某处的旋涡，可以从一处移动到相当远的另外一处。液流中一旦出现湍流，它会一直维持下去直到某些流变学因素引起层流重建为止,连续效应（series effect）,湍流可在一个液流连续区域内从一处传到另一处,二、连续效应,连续效应（series effect）,二、连续效应,三、感应,感应（induction）,身体一个部位的湍流可以传布到与之并无液流连续性，而有物理连续性的另一部位,与连续效应不同，感应指的是湍流透过非液流连续区。如透过血管壁或其他组织，传布到另一液流区域的现象,感应（induction）,三、感应,多普勒超声心动图检查时如未发现射流区，湍流的发现则仅能证明有病变存在，这时必须确定引起湍流的狭窄部位。,四、涡漩发生距离,旋涡发放距离,从狭窄口到最早出现湍流部位的长度,二尖瓣反流由于涡流发放距离较长，不能在左房发现湍流，而在右房首先发现。,旋涡发放距离,四、涡漩发生距离,五、掩盖,一个狭窄部位引起湍流掩盖另一狭窄病变,漏掉对第二个狭窄诊断，如,主动脉瓣下隔膜伴主动脉瓣狭窄,隔膜狭窄掩盖主动脉瓣狭窄,掩盖（masking）,五、掩盖,掩盖（masking）,六、减速的不稳定性,减速不稳定性,血流在加速末期出现紊乱,特征,历时很短,极少会有高振幅出现,