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，只能感受到20-20000赫兹的声音，听不到20000赫兹以上的声音。这种声音叫做超声波。和普通的声音一样，超声波可以沿着一定的方向传播，穿透物体。如果遇到障碍物就会产生回声，不同的障碍物会产生不同的回声。人们通过仪器收集并在屏幕上显示这种回声，可以用来了解物体的内部结构。基于这一原理，人们使用超声波来诊断和治疗人类和动物的疾病。医学临床上使用的超声诊断仪有很多种，如A型、B型、M型、扇形和多普勒超声。B型就是其中的一种，在人和动物临床上是一种应用广泛且简单的。通过b超，我们可以得到内脏器官各个切面的清晰图像。b超更适合肝、胆、肾、膀胱、子宫、卵巢等器官疾病的诊断。b超检查价格也比较便宜，没有不良反应，可以反复检查。

通常动物用的“b超”是向动物发射超声波，同时接收内脏器官的反射波，将携带的信息反射到屏幕上。

基本原理：超声波在动物体内传播。由于动物体内各种组织声学特性的差异，超声波在两种不同组织的界面上产生反射、折射、散射、衍射、衰减等物理特性，以及声源和接收器相对运动引起的多普勒频移。利用不同类型的超声诊断仪和各种扫描方式，接收这些反射和散射的信号，显示各种组织及其病变的形态，结合病理和临床医学观察、分析和总结不同的反射规律，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，超声波只是作为信息的载体。将超声波注入动物体内，通过它与动物组织的相互作用，可以获得有关生理和病理的信息。一般使用几十mW/cm2以下的低强度超声波。目前，超声诊断技术主要用于体内液体和固体病变的诊断，但无法检测到被骨和气覆盖的病变，因此其临床应用受到一定程度的限制。

兽用B超的升华知识

振动的传播被称为波，或简称波。一是波源的振动系统激发波，二是要有能传播波的介质(气体、固体、液体)。只有通过介质中粒子之间的相互作用(分子间弹力的作用)，振动才能由内向外传播，即发生涨落。振动和波动密切相关，振动是波动的根源，波动是振动的传播。

波浪是日常生活中常见的现象。波分为机械波(如水波、声波)和电磁波(如无线电波、光波)。物体在平衡位置附近的往复运动称为机械振动(如钟摆的运动，活塞在气缸中的运动等。)，而机械振动在介质中的传播称为机械波。声波是机械波的一种。

在波动中，介质质点的振动方向与波的传播方向垂直，称为横波。质点的振动方向与波的传播方向平行，称为纵波。由超声诊断仪发射的超声波以纵波的形式传播。

根据频率，声波分为以下三种。

1.次声，频率小于16Hz，是一种低频声波，人耳听不到，对人体有很强的杀伤力。

2.声波的频率在16-20000赫兹之间，人耳可以听到。

3.超声波，频率大于20000Hz，是一种高频声波，人耳听不到。医用超声诊断仪常用的频率范围为1-10MHz(声音的频率单位为Hz，每秒振动一次为1Hz。1MHz=106Hz，即每秒振动100万次)。

当波在介质中某处传播时，该处原本静止的粒子开始运动，从而具有动能，同时，该处的粒子离开其原来的平衡位置，从而也具有势能。动能和势能构成了波的粒子的总能量。当波传播时，介质由近及远逐层振动。它的能量会一层层扩散出去。单位时间内通过介质某一区域的能量称为通过该区域的能流，通过与波传播方向垂直的单位面积的能流称为能流密度或声强(声强)。

波在介质中的传播速度是不同的，这是由介质的声阻抗值决定的，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，所以压电效应又叫居里效应。压电效应可以简单地解释为机械压力和电能之间通过超声波的中介进行的能量转换。压电效应必然是由具有良好压电性能的晶体材料引起的，即压电晶片，如应时、钛酸钡、锆钛酸铅、硫酸锂等。常见的是锆钛酸铅。

1.超声波的发生

超声波的产生和接收是基于压电效应的原理，由超声诊断仪的换能器或探头来完成。探头是超声波仪器的波源。当压电晶片置于探头中时，主机产生一个变频交变电场，电场的方向与压电晶体的电轴方向一致，压电晶体在交变电场(电振荡的作用)中会在某一方向被强烈拉伸和压缩，即机械振动，从而产生超声波。在这个过程中，电能通过电振荡转化为机械能，再转化为声能。因此，这个过程被称为负压电效应。如果交变电场的频率大于20000Hz，产生的声波就是超声波。

2.超声波的接收

在超声波介质中传播时，遇到声阻抗差异较大的界面时会发生反射。超声波探头接收到反射波后，会作用在探头中的压电芯片上，使压电芯片产生压缩和拉伸，从而改变压电芯片两端的表面电荷(即不同名称的电荷)，即声能会转化为电能，超声波会转化为电信号。这就是正压电效应。主机会对高频变化的微弱电信号进行处理和放大，并以波、光点、声音等形式表现出来。以产生图像。

3.绕射

当超声波遇到波长小于其一半的物体时，会绕过障碍物的边缘，继续向前传播，这就是所谓的绕射或绕射。实际上，当障碍物的波长与超声波的波长相等时，超声波可以发生衍射，但不明显。根据超声衍射定律，临床检查时应根据被检测目标的大小选择合适频率的探头，使超声波的波长远小于被检测目标的波长。为了避免超声波探测目标时的衍射，可以检测小的病变，并且可以提高分辨率和可视化。

4.散射与衰减

散射是超声波遇到物体或界面时，在不规则方向上的反射(90以外)或折射(不是由声阻抗的差异引起的)。

超声波在介质中传播时，会随着传播距离的增加而减弱。这种现象被称为超声波衰减。超声衰减的原因是：1)超声束在不同声阻抗界面的反射、折射和散射，使主声束方向的声能减弱。2)超声波在传播介质中时，由于介质的粘性(内耗)、导热性和温度的原因，吸收了一部分声能，从而降低了声能。

声能的衰减是相对的

1843年，奥地利科学家多普勒发现，当声源和反射物体有相对运动时，反射物体接收到的频率与声源发出的频率不同。当声源向反射物体移动时，声音频率增加，反之亦然。这种频率变化(频移)的现象被称为多普勒效应。

频移取决于声源和反射物体之间的相对速度，速度越高，频移越大。对向运动的时频偏移为正，声音增强；反向时频偏移为负，声音减弱。d型超声诊断仪是利用超声波的多普勒效应，将超声波的频率变成不同的声音，从而检查动物体内的活动组织和器官【包括妊娠检查】。

5.多普勒效应

与普通声波不同，超声波集中在一个方向，类似于平面波，因为其频率极高，波长很短，远小于探头的直径。声场分布较窄，呈圆柱形，声场的宽度接近探头压电片的大小，因此具有明显的指向性，也称为超声波的波束或指向性。