大学物理实验

实验三 A型超声波诊断仪观测脑中线

【实验目的】

1．掌握A 型超声波诊断仪的基本原理。 2．学会用A型超声波诊断仪观测脑中线。 3．进一步理解超声波和超声波传播的特性。

【实验器材】

A型超声波诊断仪、米尺、耦合剂。

【实验对象】

自愿被测者。

【实验原理】

利用超声波在不同媒质介面上产生反射和折射的特性，可检测脑中线回波和脑中线位置。所谓脑中线回波(M-E)是来自颅内组织矢状正中面的超声反射波。脑中线回波的反射源包括：透明隔，第三脑室，松果体，半球间裂以及大脑镰等，但脑中线回波主要来自第三脑室。如超声投射位置稍向前后移动，也可分别获得透明隔和松果体的中线回波。良好的脑中线回波是来自第三脑室。同时，良好的超声反射一般与下列条件有关。

1. 当声波在两种介质的界面反射时，声阻抗相差越大，反射也越大。 2. 声束与界面越接近垂直，反射越大。 3. 界面越接近平面和面积越大，反射越大。

4. 声波通过介质时，声波衰减越少，反射也越大。

图1为通过乳头体的颅脑冠状切面，显示由耳廓正上方投射声波途径中所存在的各种反射源。声波首先遇到耳廓正上方颞骨，颞骨内侧面尽管凹凸不平，但骨质菲薄，故有声波衰减较少的优点。其次从声波反射界面的投射角度来看，图中“o”处可获得最好的反射波，“?”和“?”处则分别获得中度和轻度的反射波。但如改变声波方向，这种情况就必然发生变化，尽管颅内的各种组织的声阻抗各不相同，但仅从投射角度来辨别它们，仍不一定完全正确。实际上大脑皮质、基底节、丘脑、白质乃至肿瘤和血肿等的阻抗差别是相当微细的，但第三脑室的反射波仍是仅次于对侧颅骨内板的最大反射波。

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右耳廓 头皮 乳头体 第三脑室 硬脑膜 图1经颞部投射超声波的反射源（o ? ?）的位置

（通过乳头体的颅脑冠状切面）

颞肌 右探头 颅骨 丘脑 豆状核 岛叶 左探头 ? ? ? ? o o ? ? ? ? 大学物理实验

图2为从耳廓正上向对侧对称部位投射声波时的单线脑回波。左端波幅较短的波形与头皮、颞肌、颞骨内侧面等声波的多重反射，称为进波(I-C)；中央波为中线回波(M-E)或中线波，通常为单波，是第三脑室的反射波，有时表现为复波；右端称为底波(B-E)，为对侧颞骨内侧面来的反射波。 进波（I-C）

底波（B-E）

中线波（M-E）

a b a>b 图2两侧颞部之间的单线脑回声图 a=b+(头皮、颞肌、颞骨)的厚度

正常人进波起点与中线波起点之间的距离a必然大于中线波起点至底波起点之间的距离b，因为进波之起点即振动头在头皮上的位置。进波中附加了头皮，颞骨等的厚度，就必然增大了距离。从单线脑回波图上测定第三脑室有无移位时，由于不可了解头皮、颞肌的厚度,就有必要分别从两侧颞部测量a和b 的距离，通过对照它们的差别再推测中线波有无移位。应用两个探头在左右颞部同时按上振动头，这样使两个回波图同时在示波管上描记出来，称为双探头双线法。

图3中右探头所得回波图为正像，左探头所得回波图为倒像，这样分别从左右来的回波图便可同时在示波管上描出。此法可以同时在示波管上测出两侧颞部到中线波的长度；如两个中线波的起点上下一致，则表示中线波无移位；如不一致，则表示中线波有移位。上下中线波偏移距离是中线波实际移位X的两倍，由此可以检出轻微的移位。

第三脑室 血肿

右探头 左探头

X

1?a?l0?x

a? b? 2右探头 右 左

1 a???l0?x 2左探头 左 右 a???a??2xa?? b??

x为脑中线偏离中线距离 2X

图3 双探头双线法图解

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【实验步骤】

1．调节A型超声波诊断仪

接通电源，将各旋钮置于正常状态，预热2～3min。屏上应出现扫描基线和始波脉冲，调节辉度、聚焦等使波形清晰，亮度适中，并居于面板上适当位置。将“增益”置于最小，“抑制”置于最大， 深度“粗调”旋钮置于“30”，再调节“微调”旋钮，输出置于“10”位置，“频率选择” 置于1.25MHZ，选择的探头频率与之匹配。 2．观测脑中线回波

将两个探头涂上耦合剂（发膏或专用冻胶），在左右颞部（成人耳廓上方2～3cm处，前后约2厘米的范围内）同时按上，调节探头方向，使声束对准对侧对称部位，在示波管上观测脑中线回波。当出现如下情形之一，即可判断为脑中线波：1）进波和底波的中央附近出现的最高波形；2）中央附近出现数个波形时，其中上下搏动最大的波形。 3．判断中线有无移位

如两个中线回波的起点上下一致，则表示中线回波无移位；如不一致，则表示中线回波有移位。而上下中线回波偏移的距离是中线回波实际移位的两倍，由此可以检出轻微的移位。这种移位可能是由于占位性病变而产生的间接改变，在此检查结果的基础上还需进一步选择适当的检查。

【注意事项】

1．体位

检查者在被测者头部后方（也可自测），在极其安适的体位下握住探头。不能将左右两个探头颠倒使用。检查中嘱被测者尽量保持浅呼吸，因在吸气和呼气时，中线波的波幅有变动倾向，个别情况吸气时波幅较高，而呼气时可完全消失，故应尽量减少出现这种情况。 2．声波

当由颞部投射声波时，为了较准确的获得第三脑室的反射波，同时声波轴向必须对准对侧对称部位，因为即使探头接触部位正确，超声波轴向如有偏斜，仍不能获得第三脑室之反射波。 3．操作

检查中线波时，首先应将超声仪的输出和增益放低。此时难以识别哪一个是中线波。欲获得颅内中线波的最好条件，操作时宜先从低输出和低增益缓缓向上调整，这样就能易于发现在回波图的中央部位首先出现的波就是中线波。

【思考题】

1．下列哪些部位能用超声波探查并说明理由：心脏、肝脏、肺部、胃、肠、肾、膀胱、眼球。在人体检查中，不同部位选择超声频率是否相同。为什么？

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实验四 霍尔效应及其应用

【实验目的】

1．了解霍尔效应实验原理以及制作霍尔元件材料与工艺的要求。

2．测量并绘制试样的VH－IS和VH－IM曲线，验证试样的导电类型，并计算样品材料的霍尔系数、载流子浓度、电导率、迁移率。 3．学习用“对称测量法”消除副效应的影响。

【实验器材】

1．TH－H型霍尔效应实验仪，主要由规格为>2500GS/A电磁铁、N型半导体硅单晶切薄片式样、样品架、IS和IM换向开关、VH和Vσ（即VAC）测量选择开关组成。

2．TH－H型霍尔效应测试仪，主要由样品工作电流源、励磁电流源和直流数字毫伏表组成。

【实验原理】

运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力作用引起偏转，当带电粒子（电子或空穴）被约束在固体材料中，这种偏转就导致在垂直电流和磁场的方向上产生正负电荷的聚积，从而形成附加的横向电场，即霍尔电场。

如图：设载流子电量为q，载流子在电流方向上的平均定向漂移速率为 v ，方向沿X轴正向，磁感应强度为B，方向沿Z轴正向，则洛仑兹力大小为 F g ? q v B ，方向沿Y轴负向。

图1. 霍尔电场产生原理示意图

在洛仑兹力的作用下，载流子发生位移，则在Y方向即试样A、A＇电极两侧就开始聚积异号电荷而在试样A、A＇两侧产生一个电位差VH ，形成相应的附加电场——霍尔电场，相应的电压VH称为霍尔电压，电极A、A＇称为霍尔电极。电场的指向取决于试样的导电类型。N型半导体的多数载流子为电子，P型半导体的多数载流子为空穴。对N型试样，霍尔电场逆Y正向，P型试样则沿Y正向。

霍尔电场使载流子受到一个与洛仑兹力Fg方向相反的横向电场力FE， FE?qEH ，EH为霍尔电场强度。

FE随电荷积累增多而增大，当载流子所受的横向电场力qEH与洛仑兹力q v B 相等时，样品两侧电荷的积累就达到平衡：

qEH?qvB（1）

设试样的宽度为b，厚度为d，载流子浓度为n，则电流强度Is与的v关系为

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