第一节 超声基础物理原理及概念

一、基本概念

（一）超声波

人耳能听到的最大声波频率为2×104Hz，超过此频率的声波即为超声波。

（二）医学超声

特定频率超声波与人体器官的组织相互作用后产生的回波信息，经接收、放大和处理后形成图形、曲线及其他数据进行疾病诊断、病情评估和指导治疗的医学专业。

（三）床旁超声

利用便携的超声检查仪，根据诊断和治疗需要，随时对患者进行超声检查，在急诊和危重症病房的使用正在普及。

（四）超声波相关概念

1.声速（C）

单位时间内声波在介质中所传播的距离。

超声诊断中将人体软组织平均声速定为1 540m/s。超声波在人体常见不同组织（介质）中的声速：空气（20℃）344m/s，水（37℃）1 524m/s，肝脏/血液1 570m/s，脂肪1 476m/s，颅骨3 360m/s。

2.频率（f）

单位时间内某点上通过声波的振动次数。超声诊断所用的频率范围为1～10MHz。

3.波长（λ）

波在一个振动周期内传播的距离，也是相邻的两个波峰或两个波谷之间的距离。

在特定的介质中，超声波具有固定的传播速度。频率和周期成反比，即周期越大，频率越小，而周期和波长成正比，从波线图可知，周期越长，波长越长，所以一般可视作：波长和频率成反比。公式表述为：C=f×λ，见图1-1。

4.声阻抗特性

是声波在不同介质中传播时的特征，是介质密度和声速的乘积。声阻抗特性对不同介质交界面上声波的传播特性起决定性作用，声像图上回声的强弱即是由不同界面两种介质的不同声阻抗所决定的。二者声阻抗相差越大，反射回声越强。

人体不同组织回声强度顺序为肺、骨骼＞肾中央区（肾窦）＞胰腺、胎盘＞肝、脾实质＞肾皮质＞肾髓质（肾锥）＞血液＞ 胆汁和尿液。

二、超声波的传播特性

（一）反射与折射

超声波以非垂直角度入射到两种深度比波长大很多的介质（介质1和介质2）的分界面时会发生反射，其中入射角等于反射角，其中一部分声波会透射进入介质2，入射的声能会分别转化成反射和透射的声能，总能量不变，当入射声束不是垂直于界面时，透射的声束会发生折射，而反射率与两种介质之间的声阻抗差有关，反射是组织在超声检查中非常重要的物理特性，见图1-2。

（二）吸收和衰减

超声波在介质中传播时，声波能量使介质发生振动，介质质点之间发生摩擦，这个过程使得声波能量转化为热能，此热能一部分被组织吸收，另一部分通过介质的热传导及辐射而消失，这种现象称为声能吸收。超声强度会随着传播距离的增加而降低。超声波声衰减的大小与频率、传播距离、介质特性等因素相关。

人体组织中含胶原蛋白和钙质越多则声衰减越大，体液中含蛋白越多则声衰减越大。

（三）散射和绕射

超声波在传导过程中遇到直径小于声波波长一半的界面时，会绕过界面障碍物而继续传播的现象称为绕射，见图1-3曲线部分。在障碍物表面的四周产生微弱的散射，见图1-3射线部分。