2025年大學《物理學》專業(yè)題庫——超聲波成像技術(shù)及其原理考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題3分，共30分。請將正確選項的字母填在題后的括號內(nèi)）1.產(chǎn)生超聲波的主要物理機制是？A.電磁感應(yīng)B.壓電效應(yīng)C.熱電效應(yīng)D.光電效應(yīng)2.在超聲波從一種介質(zhì)進入另一種介質(zhì)時，下列哪個量是守恒的？A.波速B.頻率C.波長D.功率3.超聲波在軟組織中傳播速度大約是？A.1000m/sB.1500m/sC.3000m/sD.5000m/s4.超聲波在介質(zhì)中傳播時，能量會逐漸減弱，這種現(xiàn)象稱為？A.散射B.反射C.衰減D.折射5.A型超聲成像主要顯示的是什么信息？A.形態(tài)和結(jié)構(gòu)B.運動信息C.介質(zhì)的聲阻抗變化D.血流速度6.使超聲波束發(fā)散角變小的技術(shù)是？A.使用寬探頭B.使用多陣元探頭C.使用單晶探頭D.增加超聲波頻率7.多普勒超聲利用了什么物理現(xiàn)象來檢測運動？A.聲波的折射B.聲波的反射C.多普勒效應(yīng)D.聲波的干涉8.彩色多普勒超聲主要用于顯示？A.組織的形態(tài)結(jié)構(gòu)B.介質(zhì)的聲阻抗分布C.血液的流動方向和速度D.超聲波的衰減情況9.超聲波能夠穿透人體組織，主要原因是？A.人體組織是導體B.超聲波頻率很高C.人體組織對超聲波的吸收很小D.超聲波波長很長10.影響超聲圖像分辨率的主要因素之一是？A.探頭頻率B.探頭尺寸C.聲速D.傳播距離二、填空題（每空2分，共20分。請將答案填在題中的橫線上）1.超聲波是頻率高于________Hz的機械波。2.超聲波在軟組織中傳播的速度約為________m/s。3.當超聲波垂直入射到介質(zhì)分界面時，反射強度與兩種介質(zhì)的聲阻抗差值有關(guān)，差值越大，反射越________。4.超聲波在水中傳播時的衰減比在空氣中傳播時________。5.M型超聲成像是利用超聲波在人體內(nèi)的________來顯示組織運動軌跡的。6.彩色多普勒超聲中，通常用________色表示血流朝向探頭方向流動，用________色表示血流遠離探頭方向流動（假設(shè)使用紅藍交錯編碼）。7.影響超聲圖像質(zhì)量的一個重要因素是________，它表示單位體積內(nèi)聲能的疏密程度。8.超聲成像系統(tǒng)中的延遲線的作用通常是________。9.聲強級是用來描述聲波________的對數(shù)量。10.利用超聲波進行組織切割或粉碎的原理是________。三、簡答題（每小題5分，共15分）1.簡述壓電式超聲波換能器的工作原理。2.與X射線成像相比，超聲波成像有哪些主要優(yōu)點和缺點？3.解釋什么是超聲多普勒效應(yīng)，并說明其在醫(yī)學診斷中的基本應(yīng)用。四、計算題（每小題10分，共20分）1.一束頻率為5MHz的超聲波垂直入射到水和空氣的界面，已知水中聲速為1480m/s，空氣中聲速為340m/s。求反射波和透射波的頻率分別是多少？超聲波在兩種介質(zhì)中的波長分別是多少？（假設(shè)介質(zhì)溫度適中，聲速為常量）2.某超聲成像系統(tǒng)采用7MHz的探頭，探頭的有效直徑為2cm。求該探頭的近場區(qū)大約有多長？如果要求探測深度為15cm，該探頭的遠場角大約是多少？（假設(shè)超聲波在軟組織中傳播速度為1540m/s）五、論述題（10分）論述超聲波在醫(yī)學診斷中應(yīng)用廣泛的原因，并分析當前超聲波技術(shù)發(fā)展中面臨的主要挑戰(zhàn)。試卷答案一、選擇題1.B2.B3.B4.C5.C6.D7.C8.C9.B10.A二、填空題1.200002.15403.強4.小5.反射6.紅，藍7.對比度8.調(diào)整聲束方向，使焦點對準目標深度9.強度10.超聲空化三、簡答題1.壓電式換能器利用壓電材料的特性，即在外加壓力或應(yīng)力作用下產(chǎn)生表面電荷（正壓電效應(yīng)），或在兩端施加電壓時產(chǎn)生應(yīng)變（逆壓電效應(yīng)）。超聲波發(fā)射時，施加高頻電壓使壓電晶片振動產(chǎn)生聲波；超聲波接收時，聲波作用在壓電晶片上引起的振動變形使其表面產(chǎn)生電荷，這些電荷經(jīng)過放大電路轉(zhuǎn)換成電信號。2.優(yōu)點：無電離輻射、安全性高、實時成像、可進行多普勒血流檢測、檢查范圍廣（尤其對含氣器官和實質(zhì)性器官效果好）。缺點：穿透深度有限、易受組織聲阻抗差異和散射影響、圖像分辨率受限于頻率和探頭、對操作者經(jīng)驗依賴性較大、無法成像骨骼等含氣或含鈣組織。3.超聲多普勒效應(yīng)是指當聲源和接收器之間有相對運動時，接收器接收到的聲波頻率會發(fā)生變化。在醫(yī)學診斷中，利用此效應(yīng)可以檢測人體內(nèi)流動的血液或其他組織的運動，從而獲取血流速度、方向等信息，用于診斷心血管疾病、腫瘤等。具體實現(xiàn)時，發(fā)射連續(xù)波或脈沖波，接收反射回來的回波，通過計算接收頻率與發(fā)射頻率的差值（多普勒頻移）來獲得血流信息。4.近場區(qū)長度通常與探頭的半徑（R）和超聲波在介質(zhì)中的波長（λ）有關(guān)，近似為L≈1.22*R*(λ/R)=1.22*λ。當頻率f=7MHz，波長λ=c/f=1540/(7*10^6)≈0.221mm。探頭半徑R=2cm/2=1cm=10mm。近場區(qū)長度L≈1.22*0.221mm≈0.271mm=27.1mm。遠場角θ近似為θ≈arcsin(λ/(2R))=arcsin(0.221/(2*10))=arcsin(0.01105)≈0.633度。五、論述題超聲波在醫(yī)學診斷中應(yīng)用廣泛主要原因：①安全性高，無電離輻射；②實時成像，可動態(tài)觀察器官運動；③軟組織分辨率高，尤其對液體、血管等敏感；④設(shè)備相對便攜，成本適中，普及率高；