生物医学超声学复习题万明习版Word文档格式.docx

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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/DRo

14.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-

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

，

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

，

称为速度分辨力。

由于速度V和速度分辨率

与多普勒频移

及不同速度的频移差值

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

。

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

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。

7.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？

9.

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着产热，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。

10.什么是超声系统动态范围压缩比CRp143

CR定义为系统输入和输出动态范围之比：

线性传输时CR＝1，一般CR＞1

◦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：

◦声-电接受换能器

◦接受换能器

◦射频放大器输入

11.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。

12.简述帧频（场频）、扫描线数和穿透深度的关系。

13.什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。

14.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。

P90-92

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近场区和远场区。

近场区：

波源附近由于波的干涉而出现一系列声压极大极小值的区域.远场区：

波源轴线至波源的距离X大于近场区长度的区域.

15.什么叫电子动态聚焦有哪几类p218-219

指电子枪扫描屏幕时,对电子束在屏幕中心和四角聚焦上的差异进行自动修补的功能.普通的电子枪聚焦时会产生散光现象,即在边角时象素点垂直方向和水平方向的焦距长度不统一,散光现象在屏幕最为明显.为了减少这种情况的发生,需要对电子枪作动态补偿,使屏幕上任何扫描点均数能清晰一致.动态聚焦技术是采用一个调节器，周期性产生特殊波形的聚焦电压,使电子束在中心点时电压最低,在边角扫描时电压随焦距增大而逐渐增高,随时修正聚焦变化。

1、非实时动态聚焦2、实时分段动态聚焦3、实时连续动态聚焦

16.简述F型和C型扫描成像。

P278-280

声波c-扫描技术是将超声检测与微机控制和微机进行数据采集、存贮、处理、图像显示集合在一起的技术，C扫描成像是利用超声探伤原理提取垂直于声束指定截面（即横向截面像）的回波信息而形成二维图像的技术，其原理简单，可获取不同截面的信息，因此应用广泛，但由于扫描时一般采用逐点逐行扫描，故成像效率较低。

17.医用超声波的频率范围一般为多少在医学超声工程和临床中是如何利用这些特性的P19

2-15MHz1、方向性好；

2、能量高；

3、传播特性；

4、穿透能力

18.简述超声的背向散射现象及在医学超声设备中的应用。

P324-327

19.什么是超声场指向性函数、指向性图和波瓣图p87

20.画出典型彩色血流成像系统简图，并阐述p380

21.简述动态频率扫描成像基本原理。

P267-268

22.什么是理想的扫描时间增益？

p159

理想的扫描时间增益

1完全抵消距离的影响；

2不同距离的相同声界面的反射信号经扫描时间增益处理后成为等幅信号；

3使输入动态范围更接近信号的实际动态范围。

23.超声系统的主要指标有哪几个？

p142-153

（1）动态范围动态范围大，所显示图象的层次就越丰富。

如果太大，图象较朦胧，如果太小，图像颗粒较粗，但边缘锐利，对比度高。

（2）工作频率、频带宽度理想情况下，超声频率越高，分辨力也越高。

频率越高，衰减越大，故可穿透深度越小。

（3）系统基频、显示帧频（4）系统分辨率（分辨力）（5）发射功率、接收功率（6）灵敏度、信噪比

24.什么是数字扫描变换器DSC为什么需要数字扫描变换器（DSC）

25.阐述它的工作原理和功能。

P280-295

26.简述多普勒频移矢量公式中灵敏度矢量的涵义。

P42

27.诊断超声与治疗超声有何显着不同p1

超声诊断：

超声参数→生物组织信息→器质性和功能性疾病

超声波在生物组织巾传播时，由于组织特性、尺寸的差异。

引起声波的透射、反射、散射、绕射及干涉等传播规律和波动现象的不同，从而使接收信号中幅度、频率、相位、时间等参量发生不同的改变。

超声诊断主要利用超声信号幅度、频率、相位和时间等参量携带的生物组织信息对人体进行测量、成像和诊断。

超声诊断正是通过对这些参量进行测量和成像，来识别这种差异、判别组织性质，进而诊断许多器质性和功能性疾病。

超声治疗：

当超声能量作用于生物组织时，通过机械效应、温热效应和理化效应使这部分组织温度升高，血液循环改善，代谢旺盛，组织软化，pH变化，化学反应过程加速，细胞活性增强。

这些变化必然对这部分组织的机能状态产生影响，同时也通过体液传递及神经系统的反射活动，对远距离器官产生影响。

被超声波辐照的组织、细胞所产生的生物学效应直接与超声波的声强和作用时间有关。

超声治疗主要利用生物体吸收超声的特性，以及超声波的生物学效能和机理达到超声治疗的目的。

28.医学超声换能器有哪些特性，如何评价？

P84-86

29.对数放大器的原理和基本形式是什么医学超声仪器利用对数放大器的目的和要求是什么p161-167

1）折线近似法2）逐次饱和法原理：

随输入信号增加，放大器的饱和级数增加，并逐步向前推移，将各级放大器的输出全部相加，就得到一个完整的对数近似。

当输入信号以k0n倍增大时，输出则以nUL增加。

30.阐述B型超声成像技术的基本原理和框图。

P256-272

31.简述压电振子的振动模式及种类？

影响压电振子振动模式主要因素有哪些？

p54

32.简要说明应用超声多普勒效应检测血流速度的基本原理

应用多普勒效应，当声源或反射界面移动时，所发射和散射的超声，可认为是微小的声源，当红细胞流经心脏大血管时，从其表面散射的声频则发生改变，这种频移可以指示血流的方向和速度，如红细胞朝向探头时，根据Doppler原理，反射的声频则提高；

如红细胞离开探头时，反射的声频则降低。

频移幅值与相对速度高度相关

33.医用超声接受信号动态范围有何特点？

p142

34.简述多普勒频谱分析技术中的采样容积概念？

35.简述典型超声成像系统的几个环节。

（1）首先从声束合成处理单元开始。

在收到从控制单元下达的指令之后，声束合成处理单元产生发射脉冲信号，通过模拟器件到达换能器，产生声波。

（2）回波通过换能器后，进入接收电路；

经过模拟信号处理、ADC采样后进入声束合成处理单元，完成接收数字声束合成。

（3）声束合成后的线数据，进行解调处理。

（4）接下来的处理与模式相关。

对于B模式，通常要先完成包络检测、然后进行对数压缩；

而彩色血流模式，要进行多普勒参数估计；

脉冲多普勒模式要进行频谱分析。

（5）最后将各种模式得到数据分别显示。

B模式形成灰度图像，彩色血流图像叠加在B模式的图像之上，还可以显示脉冲多普勒模式的声谱图。

36.实现时间增益补偿（TGC）有几种典型方式？

p159-161

1、斜率控制型2、距离控制型

37.阐述能量多普勒血流成像基本原理p381p7

38.阐述M超工作原理。

P272

39.简述提高超声频率对超声探测的利弊？

提高超声频率可以改善空间分辨力，增加图像的清晰程度，提高图像质量；

但也会使声束在介质中的衰减增大，限制探测深度。

另外，提高超声频率超过一定的临界值时，也会产生空化效应等负面效应，造成生物组织甚至生物分子的损伤。

40.超声多普勒血流测量与成像设备分几类？

叙述彩色多普勒血流显像技术的基本原理与技术局限性。

P374-380

41.简述常用压电材料类别和特点？

p61-79

1、压电单晶体2、压电多晶体3、压电高分子聚合物4、复合压电材料

压电单晶体（石英）特点：

优点：

性能稳定。

缺点：

需使用几千伏以上的高电压；

要求加工精密度高；

机电耦合系数（灵敏度）低。

压电多晶体（陶瓷）特点：

可以制成任意形状，制作工艺简单，能在所需要的方向进行极化处理。

压电高分子聚合材料特点：

结构简单，体软量轻、成本低、适用于大量生产；

力学性能较好，可制成几微米厚大面积的压电薄膜；

具有较好的抗辐射性；

材料弹性刚度小，机械损耗小，Qm低，适用于宽带换能器；

PVDF压电薄膜的弹性刚度常数和ε值低，压电电压系数g高，是一种良好的接收型压电振子材料；

PVDF材料的声阻抗接近人体组织，容易获得良好匹配；

PVDF薄膜不受潮湿和灰尘的影响，在室温条件下性能稳定。

复合压电材料的性能主要取决于：

（1）PZT柱的宽度与高度之比；

（2）PZT相的体积百分比；

（3）压电陶瓷材料的性能；

（4）非压电相（聚合体）材料的性能。

特点：

（1）较低的声阻抗，与人体和水具有更好的匹配特性；

（2）较高的机电耦合系数，具有较好的声电能量转换效率；

（3）较好的声学隔离特性，减少了横向耦合，对于多阵元应用具有优势；

（4）更灵活的使用特性，可按需要制作成曲线形状的换能器。

42.画出并简述压电振子的典型等效电路p57-60

43.简述多普勒效应灵敏度矢量的物理意义。

44.什么是分段动态聚焦？

p218-219

45.阐述组织谐波成像的基本原理。

P7,P317

谐波成像的原理是在基频范围内消除了引起噪声的低频成分，使器官组织的边缘成像更清晰，组织通过非线性产生的高频信号及组织细胞的谐波信号，对多频移信号进行实时平均处理，增强较深部组织的回声信号，改善图像质量，提高信噪比，对病灶具有较高的检测灵敏度。

46.简述扫描时间增益的作用和原理。

P159

作用：

扫描时间增益使接收机的增益随时间而变，为了补偿传输衰减，超声诊断仪采用扫描增益补偿此衰减，即：

使接收机增益随扫描时间的增加而增加。

原理：

理想的扫描增益Gs应根据实际的衰减函数d=f（a,l）来设计，使接收机的扫描增益Gs=g（d）因而在任意距离补偿增益与传输衰减的乘积为一常数，即：

理想的深度补偿增益，可使不同距离的相同声界面的反射信号经接收机处理后变成同样大小的电信号，补偿了传输衰减。

47.引起超声衰减的因素主要有哪些？

p38

1、反射衰减；

2、散射衰减；

3、扩散衰减；

4、吸收衰减吸收衰减主要有三种情况：

（1）粘滞吸收；

（2）弛豫吸收；

（3）热传导吸收

48.阐述组织谐波成像的优缺点。

P-321-322

1、减少声束扭曲造成的噪声和回声混乱；

2、提高图像的空间分辨率；

3、提高深部组织清晰度；

缺点：

1、降低了轴向分辨率；

2、降低了动态范围和穿透力。

49.简述超声波束处理技术的目的p211

波束处理的目的：

（1）使声束主瓣变窄；

（2）旁瓣变小；

（3）栅瓣消除；

（4）降低近场盲区伪迹（减少近场盲区）。

主要目标是改善横向分辨力。

波束处理方法：

（1）使晶体表面凹陷;

（2）采用声学透镜聚焦；

（3）可变孔径；

（4）电子聚焦；

（5）动态聚焦；

（6）实时动态聚焦；

（7）动态变迹。

50.阐述全数字化B超的几个关键技术？

p327

1、数字化波束合成技术；

2、前端数字化或射频信号模数变换技术；

3、宽频探头和宽频技术

51.根据你的理解，阐述现代医学超声设备的发展趋势p15

1、寻求更多可定量表征特异性病变的成像参量，来获取体内更多的生理、病理信息；

2、多功能成像，显示更为细微的组织结构3、使图像更加清晰，得到高质量图像。

52.实时分段动态聚焦的基本原理是什么？

在实时分段动态聚焦方式中，根据产生回波信号的深度，同步地将焦点移向深部。

在超声脉冲发射过程中，一旦各阵元按设计的延迟时间发射超声脉冲后，其聚焦焦距已由聚焦延迟时间关系和介质中的声速确定，而不受仪器系统的控制。

此外，也由于发射脉冲宽度远小于接收回波信号的时间，因而不可能在发射时间内通过动态改变发射聚焦延迟达到动态实时分段动态聚焦的目的。

但在接收时间内，可根据产生回波目标的深度，由浅渐深地改变焦距，即动态改变聚焦延迟，使聚焦区由浅渐深地变化速度与聚焦区回波信号到达换能器的速度一致。

这样，各个深度的接收声束均处于聚焦状态。

53.超声衰减的主要成因是什么生物软组织衰减的规律是什么p37

超声衰减的因素：

声束反射、散射、扩散和组织吸收的因素。

当超声频率为1-15MHzS时，超声波被人体组织吸收的系数几乎与频率成正比，其吸收衰减系数为B/。

几乎80％的超声波被胶原蛋白吸收。

54.诊断超声换能器有哪些特性各自的技术意义在哪里p84-86

1、频率特性-

（1）工作频率与频率调配-换能器的许多参数都与频率有关，压电振子的6个特征频率及其相互关系仍适用于超声换能器。

换能器并不是在所有频率上都以较高的换能频率工作，因此应选择工作频率在换能器谐振频率附近。

（2）频带宽度；

2、阻抗匹配-

（1）电阻抗匹配，

（2）声阻抗匹配；

3、吸收特性；

4、灵敏