兽用B超的工作原理

兽用B超的工作原理

兽用B超的入门知识

人耳的听觉范围有限度，只能对20-20000赫兹的声音有感觉，20000赫兹以上的声音就无法听到，这种声音称为超声。和普通的声音一样，超声能向一定方向传播，而且可以穿透物体，如果碰到障碍，就会产生回声，不相同的障碍物就会产生不相同的回声，人们通过仪器将这种回声收集并显示在屏幕上，可以用来了解物体的内部结构。利用这种原理，人们将超声波用于诊断和治疗人和动物体疾病。在医学临床上应用的超声诊断仪的许多类型，如A型、B型、M型、扇形和多普勒超声型等。B型是其中一种，而且是人和动物临床上应用比较广泛和简便的一种。通过B超可获得机体内脏各器官的各种切面图形比较清晰。B超比较适用于肝、胆肾、膀胱、子宫、卵巢等多种脏器疾病的诊断。B超检查的价格也比较便宜，又无不良反应，可反复检查。

平时说的兽用“B超”就是向动物体发射超声波，同时接受体内脏器的反射波，将所携信息反映在屏幕上。

基本原理：超声在动物体内传播，由于动物体各种组织有声学的特性差异，超声波在两种不同组织界面处产生反射、折射、散射、绕射、衰减以及声源与接收器相对运动产生多普勒频移等物理特性。应用不同类型的超声诊断仪，采用各种扫查方法，接收这些反射、散射信号，显示各种组织及其病变的形态，结合病理学、临床医学，观察、分析、总结不同的反射规律，而对机体结构、病变部位、性质和功能障碍程度作出诊断。

用于诊断时，超声波只作为信息的载体。把超声波射入动物体通过它与动物体组织之间的相互作用获取有关生理与病理的信息。一般使用几十mW/cm2以下的低强度超声波。当前超声诊断技术主要用于体内液性、实质性病变的诊断，而对于骨、气体遮盖下的病变不能探及，因此在临床使用中受到一定的限制。

兽用B超的升华知识

振动的传播称为波动，简称波。波的产生首先是波源的振动系统激发波动，其次要有能够传播波动的介质(气体·固体·液体)。振动只有通过介质中质点间的相互作用(分子间弹性力的作用)，才能将振动由内向外传播出去，即产生波动，振动和波动关系密切，振动是产生波动的根源，波动是振动的传播。

波是日常生活中常见的现象，波分为机械波(例如水波·声波)和电磁波(例如无线电波·光波等)。物体在平衡位置附近来回往复运动称为机械振动，(例如摆的运动，汽缸中活塞的运动等)，机械振动在介质中传播称为机械波。声波就是一种机械波。

在波动中，介质质点的振动方向与波的传播方向相互垂直，这种波称为横波。介质质点的振动方向与波的传播方向相互平行，这种波称为纵波。超声诊断仪发射的超声波是以纵波的形式传播的。

根据频率的高低，声波又分为以下三种。

1.次声波其频率小于16Hz,是人耳听不到的低频声波，对人体具有较强的杀伤力。

2.声波其频率在16-20000Hz之间，为人耳可以听见的声音。

3.超声波其频率大于20000Hz，是人耳听不到的高频声波。医用超声诊断仪常用的频率范围在1-10MHz(声的频率单位为Hz，每秒钟振动一次为1Hz。1MHz=106Hz，即每秒钟振动100万次)。

当波在介质某处传播时，该处原来静止的质点开始运动，因而具有动能，同时该处质点离开了原来的平衡位置，因而还具有势能，动能和势能构成了波的质点的总能量。波在传播时，介质由近及远地一层层振动。其能量也就逐层传播出去。单位时间内通过介质某个面积内的能量称为通过该面积的能流，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(声强)。

波在介质中的传播速度是不一样的，它由介质的声阻抗值决定，介质的声阻抗值等于介质的密度与介质中声速的乘积。1880年，法国物理学家居里兄弟发现了压电效应，故压电效应又称居里效应，压电效应可简单解释为机械压力和电能通过超声波的介导而相互发生能量转换。压电效应的发生必须借助具有良好压电性质的晶体物质即压电晶片，如石英、钛酸钡、锆钛酸铅、硫酸锂等。比较常见的是锆钛酸铅。

1.超声波的发生

超声的发生和接收是根据压电效应的原理，由超声诊断仪的换能器或探头来完成。探头就是超声仪的波源。压电晶片置于探头中由主机发生变频交变电场，并使电场方向与压电晶体电轴方向一致，压电晶体就会在交变电场中沿一定方向发生强烈的拉伸和压缩(电振荡所产生的效果)，即机械振动，于是就产生了超声，在这一过程中，电能通过电振荡转变为机械能继而转变为声能。因此把这一过程称为负压电效应。如果交变电场频率大于20000Hz所产生的声波即为超声波。

2.超声波的接收

超声在介质中传播，遇到声阻抗相差较大的界面时即发生反射，反射波被超声探头接收后就会作用于探头内的压电晶片，使压电晶片发生压缩和拉伸，于是改变了压电晶片两端表面电荷(即异名电荷)即声能转变为电能，超声转变为电信号这就是正压电效应，主机将这种高频变化的微弱电信号进行处理、放大以波型、光点、声音等形式表现出来，产生影像。

3.绕射

超声遇到小于其波长一半的物体时，会绕过障碍物的边缘继续向前传播，称绕射或衍射。实际上，当障碍物与超声的波长相等时，超声即可发生绕射，只是不很明显，根据超声绕射的规律在临床检查时应根据被探测目标的大小，选择适当频率的探头，使超声波的波长比探查目标小的多。以便超声波在探查目标时不发生绕射，把比较小的病灶检查出来，提高分辨率和显现力。

4.散射与衰减

散射是超声遇到物体或界面时沿不规则方向反射(非90°)或折射(非声阻抗差异所造成的)。

超声在介质内传播时，会随着传播距离的增加而减弱。这种现象称为超声衰减。引起超声衰减的原因是：1)超声束在不同声阻抗界面上发生的反射、折射及散射等，使主声束方向上的声能减弱。2)超声在传播介质中，由于介质的黏滞性(内摩擦力)导热系数和温度等的影响，使部分声能被吸收，从而使声能降低。

声能的衰减与超声频率和传播距离有关。超声频率越高或传播距离越远，声能的衰减特别是声能的吸收衰减越大，反之，声能衰减越小。动物体内液体对声能的吸收比较小，其次是肌肉组织、纤维组织、软骨和骨骼。

5.多普勒效应

1843年奥地利科学家多普勒发现，声源与反射物体之间出现相对运动时，反射物体所接收到的频率与声源所发出的频率不一致。当声源与反射物体相向运动时，声音频率升高，反之降低。此种频率发生改变(频移)的现象称为多普勒效应。

频移的大小取决于声源与反射物体间的相对运动速度，速度越大频移越大。相向运动时频移为正，声音增强;反向运动时频移为负，声音减弱。D型超声诊断仪就是利用超声的多普勒效应把超声频移转变为不同声响，以检查动物体内活动的组织器官[包括妊娠检查]。

6.超声的方向性

超声波与一般声波不同，由于其频率极高，波长又短，远远小于探头的直径，在传播时集中于一个方向，类似平面波，声场分布呈狭窄的圆柱状，声场宽度与探头的压电晶片大小相接近，因而有明显的方向性，又称超声的束射性或定向性。

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