『壹』 醫學超聲成像原理
我總結一下醫學超聲成像的原理
超聲波成像需要三個步驟：發射聲波，接受反射聲波，以及信號分析處理得到圖像。
超聲波探頭是通過壓電陶瓷換能器發射超聲波，不同的探頭能夠發射的聲波頻率不同。醫學超聲波頻率一般是2-13MHz，聲波頻率越高，衍射越弱，成像分別率越高；但與此同時，頻率越高，聲波衰減也越快，穿透深度就小。因此，我們在探測心臟的時候，只能用頻率較低的聲波，否則探測的深度不夠，雖然成像效果差一些；而在探測頸動脈、股動脈等表皮下方的血管時，就用頻率高的聲波，成像好清晰許多。實驗中，我們採用的心臟探頭為2-4MHz，血管探頭為10MHz。
接收反射波的依舊是同一個超聲波探頭，壓電陶瓷換能器將聲波信號轉換成電信號，之後電腦上的系統進行信號處理成像。
B型超聲波顯示的是探頭面向的組織切面的二維灰度圖。我們知道確定二維灰度圖上的每個點需要3個信息，橫坐標、縱坐標和灰度。這些是怎麼得到的呢？由於超聲波在人體內接觸到組織會反射，不同的組織聲阻抗不同，根據接收到的回波反射率計算得到聲阻抗，對應於圖上的灰度（如血管壁的組織聲阻抗差不多，在圖像上的灰度就差不多，就能看出來是血管的形狀）。假設探頭是一維的，那麼探頭上每一個探針的位置就對應一個橫坐標。縱坐標是由發射和接收聲波的時間差決定的，假設聲波在人體中傳播速度相同，那麼時間越長表示反射組織的位置越深。最後由得到的灰度圖，可以看到組織輪廓，並可以進行測量，如血管直徑，面積等等。
當然，具體的成像過程遠遠比這個復雜，因為B超是實時的，如何區分發射波、反射波、如何去除噪音，放大信號，信號處理非常復雜，我也不清楚。但以上簡單的描述，已經足夠我們大致了解成像的過程。
多普勒效應我們中學物理都學過，無論是發射者還是接收者相對聲波傳播介質運動，都會引起觀察到的聲波頻率的變化。
利用多普勒效應測量血流速度如下圖，探頭發射聲波的方向和血流方向的夾角為 \theta，發射聲波頻率為 f_0，反射聲波頻率為 f'，多普勒頻率也就是頻移為f_D，聲波在人體組織中傳播速度為c，血流速度為v
則由多普勒頻率可以計算得到血流速度，公式如下
它的推導過程主要就是套兩次多普勒效應公式，發射時認為接收者（血液）相對聲波介質（人體組織）運動，而回收時認為發射者（血液反射聲波）相對介質運動。然後相加項近似兩個頻率不變得到分母的2f_0。
之前做彩超檢查子宮，我就問給我檢查的護士姐姐啥是彩色超聲波，因為我發現無論是檢查結果還是他們的顯示屏都是黑乎乎的，完全不知道彩色在哪裡。
彩超相比於B超，通過多普勒效應測量血流的速度，並在圖像中通過著色來表出來。所以這個彩色並不是直接反應人體組織顏色的，頗令人失望。一般來講，圖像中紅色表示血流方向是迎面而來，而藍色表示血流方向是離你而去。同時，顏色越深表示血流速度越快。
脈沖多普勒的原理不太懂，網上查了一下彩色多普勒和脈沖多普勒的區別，大概是方法不太一樣，也有各自的優缺點。實驗時，我們通過脈沖多普勒得到血流速度的頻譜，也就是血路速度隨時間的變化圖（波形圖），不是人體組織的成像圖。通過測量兩個血流速度脈沖之間的水平距離（時間差），就可以計算得到心率，如果在彩色多普勒圖像（B型超聲圖像也行）測量血管的直徑，進而計算出血管的面積，再乘以血流速度的波形圖一個周期內曲線下方的面積（積分），就可以得到血流量（一分鍾內流過的血流體積）
下圖就是我的頸動脈彩色多普勒成像（上部分），和脈沖多普勒成像（下部分），並且測量了血流速度的峰值、心率（2倍心率）、血管直徑和血流量（VolFlow）等信息
總結起來，醫學超聲儀器的物理原理：用壓電換能器發射和接收超聲波，通過反射率、接收時間、探針位置得到組織輪廓成像，通過多普勒效應測量血流速度。B超成像是二維的灰度圖，反應組織輪廓，彩超是二維灰度圖上加了血流速度的信息，脈沖多普勒得到的是血流速度隨時間的變化波形。
想起來一個有趣的地方，用脈沖多普勒的時候，儀器會發出跳動的聲音，無論是測量血管還是心臟。我不知道這個聲音，是我心跳或者血流脈沖聲音的放大，還是儀器自帶的聲音，配合我心跳的跳動而播放。
一些自問自答 ：
1.血流速度怎麼測量：多普勒效應
2.血流量怎麼得到：血管面積乘以血流速度的積分
3.心率怎麼得到：脈沖多普勒中，兩次血流量最大值的之間間隔為周期
4.心臟容積怎麼得到：描跡自動求面積
5.血管面積怎麼得到：描跡或者測量血管半徑
6.心功能怎麼得到：心收縮和心舒張的左心室心臟容量的比值
7.彩色多普勒和脈沖多普勒的區別：一個是二維成像圖、一個是頻譜
參考資料：
1. 維基網路：醫學超聲檢查
相關文章
我寫了幾篇博客來介紹和記錄我們的四級物理實驗： 用醫學超聲儀器研究運動對人體血流分布的影響
① 為什麼在校醫院做大物四級實驗
② 醫學超聲成像原理
③ 運動對血流分布的影響 實驗設計
④ 運動對人體血流分布的影響 實驗結果
『貳』 超聲波的聲速測量通過什麼來發射和接收聲波
發射電路，接收電路，看實際環境吧，水下電壓可以低一些，空氣中發射電壓高一些。水下頻率高一些，空氣中頻率低一些。
『叄』 雷達靠設么發射超聲波，靠設么接受
靠接收機和接收天線接受！
靠發射機發射！
具體可參見網路 雷達！
http://ke..com/view/1457.htm
各種雷達的具體用途和結構不盡相同，但基本形式是一致的，包括五個基本組成部分:發射機、發射天線、接收機、接收天線以及顯示器。還有電源設備、數據錄取設備、抗干擾設備等輔助設備。
『肆』 超聲波感測器的發射與接收分別利用什麼效應，檢測原理是什麼
SDT中國聯絡中心崑山祺邁測控工程師回答：超聲波是一種頻率大於20khz的音波。
超聲波有發射型的和接收型的，
發射型的儀器本身發射超聲波，再接受反饋的超聲波
接收型的，本身不發射超聲波，是通過感測器接受超聲波，將其轉換成電信號，進行測量分析。
『伍』 超聲波的發射和接收分別是依據壓電晶體的什麼效應在均勻介質中按什麼方向傳播
超聲波在均勻介質中按 直線方向傳播，但到達界面或者遇到另一種介質時，也像光波一樣產生反射和折射。
超聲波的發射，依據壓電晶體的逆壓電效應效應；超聲波的接收，依據壓電晶體的壓電效應。
『陸』 漁民是利用聲吶裝置發射和接收什麼波來探測魚群位置的
漁民是利用聲吶裝置發射和接收超聲波來探測魚群位置。
聲吶是英文專縮寫「SONAR」的音譯，其中文全稱屬為：聲音導航與測距，Sound Navigation And Ranging」是一種利用聲波在水下的傳播特性，通過電聲轉換和信息處理，完成水下探測和通訊任務的電子設備。它有主動式和被動式兩種類型，屬於聲學定位的范疇。聲吶是利用水中聲波對水下目標進行探測、定位和通信的電子設備，是水聲學中應用最廣泛、最重要的一種裝置。