豬用B超超聲診斷的物理基礎(chǔ)
超聲(ultrasound),即超聲波的簡稱,是指振動頻率在20000Hz以上,超過人耳聽閾的聲音。人耳能聽見的聲波稱可聽聲或聲波,其振動頻率在20-20000Hz,低于20Hz的聲波稱次聲波或次聲。用于獸醫(yī)超聲診斷的超聲波是連續(xù)波(如D型)或脈沖波(如A型、B型和M型),其頻率多在2.0-10MHz。
1.超聲波的發(fā)生和接收 物體振動可產(chǎn)生聲波,振動頻率超過20000Hz時可產(chǎn)生超聲波。能振動產(chǎn)生聲音的物體稱聲源,能傳播聲音的物體稱介質(zhì)。在外力作用下能發(fā)生形態(tài)和體積變化的物體稱為彈性介質(zhì),振動在彈性介質(zhì)內(nèi)傳播稱波動或波(wave)。超聲和聲波都是振動在彈性介質(zhì)中的傳播,是一種機(jī)械壓力波。
超聲的發(fā)生和接收是根據(jù)壓電效應(yīng)(piezoelectric effect)的原理,由超聲診斷儀的換能器 (transducer)--探頭(probe)來完成。1880年,法國物理學(xué)家居里兄弟(Curie,P. D.)發(fā)現(xiàn)了壓電效應(yīng),故壓電效應(yīng)又稱居里效應(yīng)。壓電效應(yīng)可簡單解釋為機(jī)械壓力和電能通過超聲波的介導(dǎo)而相互發(fā)生能量轉(zhuǎn)換。壓電效應(yīng)的發(fā)生必需借助具有良好壓電性質(zhì)的晶體物質(zhì),即壓電晶片(piezoelectric wafer或piezoelectric crystals),如石英、鈦酸鋇、鋯鈦酸鉛、硫酸鋰等,最常見的是鋯鈦酸鉛。
(1)超聲波的發(fā)生 超聲波的發(fā)生是通過獸用B超超聲診斷儀中的換能器產(chǎn)生的。壓電晶片置于換能器中,由主機(jī)發(fā)生變頻交變電場,并使電場方向與壓電晶體電軸方向一致,壓電晶體就會在交變電場中沿一定方向發(fā)生強(qiáng)烈的拉伸和壓縮--即機(jī)械振動(電振蕩所產(chǎn)生的效果),于是就產(chǎn)生了超聲。在這一過程中,電能通過電振蕩轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能,繼而轉(zhuǎn)變?yōu)槁暷?,因此,把這一過程稱為負(fù)壓電效應(yīng)。如果交變電場頻率大于20000Hz所產(chǎn)生的聲波即為超聲波。
(2)超聲波的接收 超聲在介質(zhì)中傳播,遇到聲阻抗相差較大的界面時即發(fā)生強(qiáng)烈反射。反射波被超聲探頭接收后,就會作用于探頭內(nèi)的壓電晶片。
超聲波是一種機(jī)械波,超聲波作用于換能器中的壓電晶片,使壓電晶片發(fā)生壓縮和拉伸,于是改變了壓電晶片兩端表面電荷(異名電荷),即聲能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?,超聲轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺@就是正壓電效應(yīng)。主機(jī)將這種高頻變化的微弱電信號進(jìn)行處理、放大,以波形、光點(diǎn)、聲音等形式表示出來,產(chǎn)生影像(image)、波形或音響。
2.超聲的傳播和衰減 同其它物理波一樣,超聲波在介質(zhì)中傳播時亦發(fā)生透射、反射、繞射、散射、干涉及衰減等現(xiàn)象