生物医学超声学复习题—万明习版

1概念1.定向准确度：p-88-当声检测设备用极大值法定向时，指示器上能发现声源偏离极大值方向的最小偏角称为定向准确度。2.压电效应：p48-某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状态，这种现象称为正压电效应。当作用力的方向改变时，电荷的极性也随之改变。相反，当在电介质的极化方向上施加电场，这些电介质也会发生变形，电场去掉后，电介质的变形随之消失，这种现象称为逆压电效应。3.压电振子的谐振频率:p59-p60-压电振子在最小阻抗率fm附近，存在一个频率fr,在此频率处，信号电压与电流的相位相同，fr称为压电振子的谐振频率。4.声功率：p26-声功率是声源在单位时间内发射出的总能量。一般声功率不能直接测量，而要根据测量的声压级来换算。5.超声系统动态范围:p-143-对超声诊断仪来说，动态范围是指仪器端口所能容纳或输出信号的能力，此能力常用输入动态范围DRi和输出动态范围DRo来表示。6.声阻抗：p24-介质中某一点的声压Pm与该处质点振动速度V之比，称为声阻抗。7.旁瓣级：p88–指向性图中主极大值所在的波瓣称为主瓣，主瓣和栅瓣之间有一系列零点，每两个零点之间有一个极值，这些极值比主极大值小。称为次极大值，这些极大所在的波瓣称为旁瓣。旁瓣级是对指向性图中最大瓣幅值归一化的声级，它反映了系统抑制噪声干扰和假目标的能力。8.机电耦合系数K:p51-k是表示压电体中机械能和电能之间相互转化的程度。k无量纲，最大值为1，当=0时，无压电效应。9.兰姆波:p21-兰姆波又分为对称型（S型）和非对称型（A型），S型兰姆波的特点是薄板中心质点做纵向振动，上下表面质点做椭圆远动，振动相位相反并对称于中心。A型兰姆波的特点是薄板中心质点做横向振动，上下表面做椭圆运动，相位相同，不对称。10.压电振子反谐振频率:p60-在最大阻抗频率fn附近，存在一个频率fa，在此频率处，信号电压与电流的相位相反，fa称为压电振子的反谐振频率。211.超声系统工作频率:p-144-工作频率是指换能器与系统连接后，所辐射的实际超声频率。在脉冲波和伪随机超声系统中，其指发射超声信号的载波频率。12.波形转换:p30-当超声波倾斜入射到异质界面时，除了产生与入射波同类型的反射波和折射波以外，还会产生与入射波不同类型的反射波和折射波，这种现象称为波形转换。13.超声系统动态范围压缩比CR:p143-CR定义为系统输入和输出动态范围之比，即CR=DRi/DRo14.第一临界角:p32-超声波纵波倾斜入射到界面上，若第二介质的纵波波速cL2大于第一介质中的纵波波速CL1,则纵波入射角大于纵波入射角。随着纵波入射角的增加，纵波折射角也增加，当纵波入射角增加到一定程度时，纵波折射角等于90度。这是所对应的纵波入射角称为第一临界角。只有第二介质的纵波声速＞第一介质中的纵波声速时，才会出现第一临界角15.第二临界角:p32-只有第二介质的横波声速＞第一介质中的横波声速时，才会出现第二临界角16.线性调频脉冲信号:p141-线性调频信号指持续期间频率连续线性变化的信号。f0为中心频率；k=B/为调频频率；B为频率变化范围；tao为脉冲宽度；a(t)为线性调频脉冲的包络。17.声辐射压:p26-超声波穿过任何界面和媒介时，除存在交变声压外，还出现静态声压，使超声波在传播方向上的声强减少，这种静态声压称为辐射压，它与振动的频率无关，而只与声功率有关。18.波瓣图:p87-声场的指向性可以用几何图形直观地表示，称为指向性图或波瓣图，即通常在通过声中心的某指定平面（称为定向平面）内和某些频率处，以直角坐标系或极坐标系中的图描述换能器响应或灵敏度作为发射或入射声波方向的函数。19.分辨单元:p-151分辨单元是指超声系统所能分辨的最小体积单元。它由系统横向分辨特性和纵向分辨特性所确定。在脉冲回声系统中，在最简单、最理想的情况下，分辨单元是由脉冲包络所围成的体积，亦即超声脉冲沿波束轴线向前传播，脉冲围绕中心轴旋转时，包络所形成的体积，它像一个缩短的泪珠。20.居里点，频率常数N:p52-p53-居里点是表征压电体可承受的温度极限值，当超过此温度时，电畴结构解体，介电、弹性及热学等性质均出现反常现象，压电性能消失。频率常数是确定压电体几何尺寸的一个重要参数，定义为压电体谐振频率与沿振动方向的几何尺寸的乘积。21.逆压电效应:p48-当在电介质的极化方向施加电场，这些电介质就在一定方3向上产生机械变形或机械压力，当外加电场撤去时，这些变形或应力也随之消失的现象。材料两端加电压→材料产生形变电压→电场→晶格电偶极受力→应力→形变22.机械品质因数:p-50-耗的机械能压电体谐振时每周期损械能谐振时压电体贮存的机2mQ压电振子在谐振时在一周期内贮存的机械能与损耗的机械能之比称为机械品质因数。它反映压电体振动时因内阻尼而消耗的能量的多少。Qm决定换能器通频带。Qm越大，通频带越窄。Qm与机械损耗成反比。Qm越大，机械损耗越小，能量衰减越慢。23.超声场的指向性函数:p-87-声场的指向性函数是描述发射换能器辐射声场（自由远场）或接收换能器灵敏度的空间分布函数，也称做指向性图、方向特性函数等。24.压电振子:p54-压电体在极化面覆盖上激励电极后，即成为压电振子。25.惠更斯原理:p27-波阵面上各点都可视为新的波源产生球面子波，这些子波的包迹就是新的波阵面。26.超声信号通道:p134-主要信号通道包括发射通道、电／声转换环节、发射声波传播、接收声波传播、声／电转换环节和接收处理通道等六部分。27.声学透镜:p212-与光学聚焦原理类似，在平面晶体表面附加声学透镜，可使超声波束汇聚到一点，即焦点。28.方向锐度角：p88-主波束（最大值所在波束）所张的角度称之为方向锐度角𝜽𝟎，𝜽𝟎是主波束两侧出现的第一个极小值之间的夹角。29.声压，声强，分贝，奈培等:p24-25-声压:垂直作用于单位面积上的压力称为压强。任何静止介质不受外力作用时，介质所具有的压强称为静态压强。当介质中有超声波传播时，由于介质质点振动，使介质中压强交替变化，超声声场中某一点在某一瞬时所具有的压强与没有超声波存在时同一点的静态压强之差，称为该点的声压，物理单位为Pa（帕）。声压就是大气压受到扰动后产生的变化，即为大气压强的余压，它相当于在大气压强上的叠加一个扰动引起的压强变化。声强:能量是随着波动的行进在介质中传播，因此引入能流的概念。单位时间内通过介质中某个面积的能量称为通过该面积的能流。单位时间内通过垂直于波动传播方向单位面积的能流称为能流密度或波的强度，也称为声强，用I表示，常用单位为W／m2。分贝和奈培：某一声强与标准声强之比I/I0取常用对数得到二者相差的数量级，称为声强级，用LI表示。声强级的单位为贝尔(Bel)。实际应用中感到贝尔这个单位太大，常取10倍对数。这时单位为分贝(dB)。由于声强与声压平方成正比，所以如果取自然对数，则其单位为奈培(Np)。30.超声系统最小接收功率:p-153-它定义为接收的超声波被转换为电信号后所能显示的最小信号所对应的超声波功率。能显示的最小接收功率越小，发现组织细微结构的4能力越强，发现组织异常及病变的能力越强。最小接收功率主要受信噪比、接收机采用的处理技术限制，一般为十几微伏。31.脉冲重复频率PRF:p-145-超声脉冲回声设备所发射的超声波是脉冲信号，即按一定的时间间隔重复的发射同样的脉冲信号，此间隔T既是重复周期，此脉冲没秒钟出现的次数叫重复频率，PRF=1/T。32.声学耦合剂:p35-在探头表面与被测部位体表之间涂上超声耦合剂，早期采用石蜡或油类物质。探头、耦合剂与人体构成了一个多层声传播介质。33.超声诊断仪的速度分辨力:p-152-速度分辨率定义为超声多普勒系统刚好能分辨开的两个不同速度目标的最小差值，记为∆𝑽，𝟏∆𝑽⁄称为速度分辨力。由于速度V和速度分辨率∆𝑽与多普勒频移𝒇𝒅及不同速度的频移差值∆𝒇𝒅一一对应，速度分辨力（率）也常称频率分辨力（率）。34.信号基频：信号基频等于信号周期的倒数。35.伪随机序列基频FB:p-146-可表达为cBptF1。简答或论述1.为什么换能器需要电匹配？p85使输出的超声功率最大化2.为便于理解超声在人体内的传播规律，一般将人体软组织划分为哪几类？p37上皮组织、肌肉组织、神经组织、连缔组织和血液及其他液体组织3.写出多普勒效应的矢量公式形式，并解释其中灵敏度矢量的物理意义。P43)(irdKKV，irKK表示了仪器对速度矢量V的检测灵敏度。4.简述超声波速处理技术的目的？5.简述诊断超声换能器的一般结构。P80分为主体、壳体两部分6.常用医用超声信号有哪些？p136医学诊断超声领域主要采用的信号包括：单脉冲信号、单频载波脉冲信号、正弦波连续信号和伪随机相位编码连续波信号。线性调频脉冲信号、噪声信号和伪随机相位编码脉冲信号等也正在被研究应用于医学超声领域。57.阐述三维超声成像的基本步骤。P314图像采集、图像预处理、图像重建、图像显示、后处理和定量测量8.超声波对人体组织能产生何种影响或者说效应？什么是空化效应？机械作用：这是超声最基本的原发性效应。超声的机械振动作用施于细胞时，相当于对细胞内物质及微小的细胞结构进行“微细按摩”，可以改变细胞内部结构，引起细胞功能的变化。在治疗剂量内，可增强半透膜的弥散作用，提高细胞的代谢功能，增强细胞的活力，改善血液和淋巴液的循环，对损伤组织有促进血管形成的作用，提高组织的再生能力。临床证明，超声波能使坚硬的结缔组织变软。2、温热效应：超声波在人体或其他媒质中均能显著产热，这是机械能转变成的热能，是由于超声在媒质中传播时，声能在媒质中被吸收而产生的一种内生热。超声温热效应可增强血液循环，加强代谢，改善局部组织营养，增强酶的活力，增强细胞吞噬作用，促进炎症的消除，还能降低肌肉和结缔组织张力，缓解痉挛及减轻疼痛。3、理化效应：超声理化效应继发于以上两种效应，其作用是多方面的，包括弥散作用、触变作用、空化作用、聚合与解聚作用等：治疗剂量的超声可增强生物膜弥散过程，促进物质交换，继而加速代谢，改善组织营养，对病理改变的组织有促进恢复的作用。超声空化：声空化可以定义为充有气体和水蒸气的空腔在外场作用下发生振荡的任何现象。超声波空化作用是指存在于液体中的微气核空化泡在声波的作用下振动，当声压达到一定值时发生的生长和崩溃的动力学过程。稳态空化：当液体媒质内的声场中存在有适当大小的气泡时(空化核)，它会在声波的交变声压作用下进入振动(即体脉动)状态。当声波频率接近气泡共振的特征频率时，气泡的振动就进入共振状态，使脉动的幅度达到极大。当声波声强比较弱时,这种振动不很剧烈,通常不产生破坏力,称为稳态空化。瞬态空化：声波的负压半周期内空化核(微小气泡)迅速膨胀，随后又在声波正半周期内气泡被压缩以至崩溃，这一过程称为瞬态空化。9.什么是超声系统动态范围压缩比CR？p143CR定义为系统输入和输出动态范围之比：𝐂𝐑=𝑪𝑹𝒊𝑪𝑹𝒐线性传输时CR＝1，一般CR＞16◦终端显示装置动态范围相对很小◦而回波信号的动态范围却很大关系：𝑫𝑹𝒓𝒊=𝑫𝑹𝒅=𝑫𝑹𝒊=𝟐𝜶𝒍+𝑺𝑫𝑹◦声-电接受换能器◦接受换能器◦射频放大器输入10.高斯声源改变声场特性的目的和原理是什么？p92改善近场特性，使极大值、极小值数目减小，旁瓣数目减小。11.简述帧频（场频）、扫描线数和穿透深度的关系。12.什么是换能器的声阻抗匹配？其目的何在？P85为使换能器更好地向目标介质辐射声能，通常在换能器发射面增加匹配面材，又称保护膜。面材匹配后，声能损失减少，提高了效率。13.就平面圆形换能器超声场简述ZN、近场区、远场区和扩散角的基本概念。P90-927对于平面园片换能器，在无吸收的介质中其波束形状有两个不同的区域即园柱形区和发散区或称为