豬用B超超聲診斷的物理基礎
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。用于獸醫超聲診斷的超聲波是連續波(如D型)或脈沖波(如A型、B型和M型),其頻率多在2.0-10MHz。
1.超聲波的發生和接收 物體振動可產生聲波,振動頻率超過20000Hz時可產生超聲波。能振動產生聲音的物體稱聲源,能傳播聲音的物體稱介質。在外力作用下能發生形態和體積變化的物體稱為彈性介質,振動在彈性介質內傳播稱波動或波(wave)。超聲和聲波都是振動在彈性介質中的傳播,是一種機械壓力波。
超聲的發生和接收是根據壓電效應(piezoelectric effect)的原理,由超聲診斷儀的換能器 (transducer)--探頭(probe)來完成。1880年,法國物理學家居里兄弟(Curie,P. D.)發現了壓電效應,故壓電效應又稱居里效應。壓電效應可簡單解釋為機械壓力和電能通過超聲波的介導而相互發生能量轉換。壓電效應的發生必需借助具有良好壓電性質的晶體物質,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)超聲波的發生 超聲波的發生是通過獸用B超超聲診斷儀中的換能器產生的。壓電晶片置于換能器中,由主機發生變頻交變電場,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生強烈的拉伸和壓縮--即機械振動(電振蕩所產生的效果),于是就產生了超聲。在這一過程中,電能通過電振蕩轉變為機械能,繼而轉變為聲能,因此,把這一過程稱為負壓電效應。如果交變電場頻率大于20000Hz所產生的聲波即為超聲波。
(2)超聲波的接收 超聲在介質中傳播,遇到聲阻抗相差較大的界面時即發生強烈反射。反射波被超聲探頭接收后,就會作用于探頭內的壓電晶片。
超聲波是一種機械波,超聲波作用于換能器中的壓電晶片,使壓電晶片發生壓縮和拉伸,于是改變了壓電晶片兩端表面電荷(異名電荷),即聲能轉變為電能,超聲轉變為電信號,這就是正壓電效應。主機將這種高頻變化的微弱電信號進行處理、放大,以波形、光點、聲音等形式表示出來,產生影像(image)、波形或音響。
2.超聲的傳播和衰減 同其它物理波一樣,超聲波在介質中傳播時亦發生透射、反射、繞射、散射、干涉及衰減等現象