医学超声原理-第五讲---超声波散射以及多普勒效应
38页1、第五讲 超声波的散射与多普勒效应,主讲:牛金海 联系方式:,指定教材,目前,关于生物医学超声的参考书很多;但是从教十年多来,一直很难找到一本非常适合本科生的教材。这也是编者下定决心编写本书的主要原因之一。本书的内容主要包括超声物理基础,压电效应与换能器技术,超声成像诊断原理,超声治疗技术,医学超声实验,医学超声的最新进展等。每章节都配置了一定量的练习与思考题,以帮助读者巩固书中的内容,并提高分析解决问题的能力。为配合双语教学,本书保留了关键专业词汇的中英文对照。 本书的特点是在注重基本概念,基本原理,基本方法的同时,兼顾一定的工程技术实用性,如包含声场的数值模拟,超声图像的C语言程序处理,超声波发射电路原理,换能器的匹配技术等。本书适合医学超声以及相关领域的本科生作教材,也可供该领域的研究生,科研及工程技术工作者参考。,第五讲 超声波的散射与多普勒效应,本讲主要内容 一、超声波的散射 二、刚性球的散射 三、超声散射波的理论模型 四、超声散射的表示参数 五、超声散射在生物医学中的应用 六、超声造影剂 七、多普勒效应 八、本讲思考题,一、 超声波的散射,当声波传播过程中遇到其线度接近或小于
2、声波波长的障碍物时,反射波就不再是平面波,而是向各个方向散射出去,这种情况与界面的反射大不相同,这就是声散射(scattering)。 除了声的吸收以及反射,其它的原因引起声场的变化,都可以理解为散射。超声波在生物组织中的衰减主要由吸收与散射组成。,scattering,Rayleigh scattering occurs at interfaces involving structures of small dimensions. This is common with red blood cells (RBC), where the average diameter of an RBC is 7m, and an ultrasound wavelength may be 300m (5 MHz). When the sound wave is greater than the structure it comes in contact with, it creates a uniform amplitude in all directions with little or no r
3、eflection returning to the transducer. In the image below of the left saphenous vein (SV), common femoral vein (CFV), superficial femoral (SFA) and profunda femoris (PFA) arteries, Rayleigh scattering is present within each of the blood vessels. Scattering is dependent for four different factors: the dimension of the scatterer, the number of scatterers present, the extent to which the scatterer differs from surrounding material, and the ultrasound frequency.,一、 超声波的散射,一、散射的分类与研究方法当超声波与载波介质相互作用时,
4、超声波的幅度、波前方向、相位以及频率由于介质中非均匀体(粒子或界面)对超声波的再辐射而发生变化的现象称为超声波的散射。 这种由入射波与散射波相干而形成的超声波场称为散射波场。 思考题:为什么天空是蓝色的? 为什么早晨或者晚上的太阳是红色的?,一、 超声波的散射,根据散射体的大小与波长的关系,(广义)散射分为三种类型: 当散射体的尺寸远大于波长时,即为反射,透射,折射。 当散射体的尺寸远远小于波长时,为瑞利散射或者为分子散射。 当散射体的尺寸与波长相当时,可以用衍射理论,与几何光学的类似。,瑞利散射,瑞利散射(Rayleigh scattering)由英国物理学家瑞利的名字命名。它是半径比光的波长小很多的微粒对入射光的散射。瑞利散射光的强度和入射光波长的4次方成反比:其中 是入射光的光强分布函数。 也就是说,波长较短的蓝光比波长较长的红光更易散射。,一、 超声波的散射,前面讨论的反射和折射,有一个重要条件,即反射界面对于超声波波长来说是无限大的:d。当d与可比,则发生绕射。例如胆结石。当d,则发生散射。例如红细胞。,二、球体的散射,二、球体的散射简化模型:由于超声散射场设计的数学知识很多
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