第9章第4节超声波的声场特性 - 眼视光器械学

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第9章第4节超声波的声场特性

2009-12-02 18:29:03 来源:网络作者:蓝精灵【大中小】浏览:100709次评论:0条

超声诊断是利用声波传播产生的回声显像进行诊断，要掌握超声的物理性质、原理，以解剖学、物理学等形态学为基础，并与临床医学密切结合。超声波在传播的过程中，遇到声学性质（声学密度，声速）不同的介质的分界面时就发生反射，反射回来的声波称为回声或回波；将回声加以接收，转变成电信号，经过两次放大；检波、修饰，显示为波形(A超)或图像(B超)于荧光屏上，来进行诊断和鉴别诊断，也称为回声诊断法。由于眼球和眼眶位置表浅，构造规则，从前到后如角膜、晶体、玻璃体和视网膜，界面清楚，声衰减较少，是最适合超声检查和诊断的器官。同其他医学影像方法比较，超声检查有简便、迅速、经济和无损伤等优点，因而颇受临床医生的重视。超声诊断的不足之处是特异性不够高。由于不同疾病的病理组织结构不一样，对超声波的反射、吸收就不一样。虽然能够利用回声来作病变组织的诊断和鉴别诊断，但是，病灶的声学切面不像病理组织学切面那样直接和精确，只能间接地从组织的声学性质来推断其组织结构，将病灶按其声学性质分类，再结合其他临床资料而做出诊断。

超声波的声场特性——声束指向性，换能器发射超声声束时，在一定传播距离内基本上保持平行，然后开始扩散（图9-5）。接近换能器的那部分平行声束被称为近场。当超声声束开始扩散时，被称为远场。显而易见，被检查的部位位于近场内，超声诊断的作用最好。因为声束较为平行，反射界面与换能器又比较垂直，其反射回声的强度较大。远场区内场颁布均匀，可扫查许多界面，可是越是进入远场的远端，扫查就越困难。

超声声束在换能器的近表面处，由于衍射的结果，沿声轴上各点的声场会周期性地出现极大值和极小值，沿着平行于换能器表面的方向（垂直于轴向）也有声压的周期性强弱分布。现讨论轴向声场分布，可以证明，沿着圆片换能器的法线将会相继出现一些声强的极大值和极小值，如图9-6所示。

近场区的距离X0与声源的直径（D）平方成正比，与波长（λ）成反比。如下式：
X0=D2/4λ=D2f/4c 9-10
式中，c为声速。由公式9-10式说明，X0便是声强中最远的一个极大值。所以可以把X0视为近场和远场的界限。在超声检测技术中常把圆形活塞声源的直径为D，可以把它看成是无限多个频率振幅和相位的点声源所构成的。使主瓣两侧指向性函数首先降为零，所对应的换能器声束的半扩散角为θ=sin－1(1.22λ/D)。在近场区以外，声束开始扩散，即进入远场区范围。半扩散角与声源的直径D成反比，与超声波长成正比。显然，θ越小，声束扩散越小，能量越集中，它的方向性越强，也就越能用来有针对性寻找目标物。
不论是圆形平面活塞式换能器，还是矩形平面活塞式换能器、凸球面换能器、凹球面换能器、凸柱面换能器、凹柱面换能器、圆锥面换能器等，它的近场区和远场区都有严格的物理定义，都将随着换能器的工作频率、换能器的有效面积而变化。所以在超声诊断仪上普遍都没有近程、远程调节功能。
超声波在介质中传播时，介质中充满超声波能量的空间区域，超声波的特性是描述波动能量在一定区域空间分布状态。超声波的中心部分能量最大，周边部分能量逐渐减小，距离探头远处能量小，规定声能大于最大声能的10的范围为超声波的声场，分近场和远场。换能器发出的超声呈圆柱形分布，其直径与换能器的压晶体管之大小相接近，其中声能大到足够记录回波的部分称超声束，有明显的方向性，与手电光照射相似。在近场（接近探头处），超声束换能器直径略小，声束的边界是平行的。在远场（距探头稍远处），因为有扩散角，声束逐渐增宽，边界向外散开。仪器灵敏度越高，换能器直径越大，超声频率越高（即波长λ减小），近场区长度就越大，同时远场区发散程度越减弱，扩散角越小，能量越集中，超声波束的方向性越好（图9-7）。检查者可通过调整仪器的灵敏度来改变声束的宽窄和能量的大小，而不能改变声场，利用超声传播的方向性可对病灶进行定位，如视网膜脱离的方位、眼内肿瘤的位置等。应用超声透镜使超声束聚焦，B型探头应用聚焦的声束，而A型探头应用平行的声束，所以A型超声的方向性更好。在距探头很近部分，能量很集中，超声束全部透过，不发生反射，没有回声，就没有分辨力，称为盲区。

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Tags：超声波声场特性

责任编辑：peijingshi

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