声阻抗
- 的声阻抗, Z定义为:
超声波在介质中的速度与介质密度的乘积
- 这个量描述了超声波光束通过组织时遇到的阻力
- 声阻抗的计算公式如下:
Z=ρc
- 地点:
- Z=声阻抗(kg m .-2年代-1)
- ρ=物料的密度(kg m3)
- c=材料中的声速(m s)-1)
- 这个方程表明:
- 的更高的的密度对一个组织的影响越大声阻抗
- 的快超音波穿过材料的速度越快声阻抗也
- 这是因为声音传播得更快密集的材料
- 声音是最快固体和最慢的在气体
- 粒子在物质中的距离越近,运动的速度越快振动能在材料中移动吗
- 在不同声阻抗介质之间的边界处,有部分波能为反映了有些是传播
- 越大区别在两种介质之间的声阻抗中,反射越大,透射越小
- 两种具有相同声阻抗的材料不会产生反射
- 两种值相差很大的材料会产生更大的反射
- 空气的声阻抗是Z空气= 400 kg m-2年代-1
- 皮肤的声阻抗是Z皮肤= 1.7 × 106公斤米-2年代-1
- 巨大的差异意味着超声波会被明显反射,因此耦合凝胶是必要的
- 使用的耦合凝胶具有与皮肤相似的Z值,这意味着很少有超声波被反射
超声波在具有不同声阻抗的两种材料边界处的折射和反射(在这种情况下,Z1< Z2)
工作的例子
该表显示了四种不同材料的声速声阻抗。
用这个表来计算骨密度的值。
第一步:写下已知的数量
-
- 骨的声阻抗,Z= 7 × 106公斤米-2年代-1
- 超声波在骨骼中的速度,c=4100米s-1
步骤2:写出声阻抗方程
Z = ρc
第三步:重新排列密度并计算
考试技巧
一个常见的错误是将声阻抗方程中的c与光速混淆——不要这样做!
超声扫描中的阻抗匹配
- 强度反射系数α定义为:
反射波的强度与入射(透射)波的强度之比
- 这可以用分数计算:
- 地点:
- α =强度反射系数
- 我R=反射波强度(W m-2)
- 我0=入射波强度(W m-2)
- Z1=一种材料的声阻抗(kg m .-2年代-1)
- Z2=第二材料的声阻抗(kg m-2年代-1)
- 这个比率表明:
- 如果两种材料的阻抗之间有很大的差异,那么大部分的能源会被反映出来
- 如果阻抗是相同的,那么就会有没有反映
耦合介质
- 当超声被用于医学成像时,a耦合器换能器和身体之间需要什么
- 这是因为身体的软组织更密集的比空气
- 如果换能器和身体之间存在空气,那么几乎所有的超声波能量都将被释放反映了
- 为了解决这个问题,在换能器和本体之间放置了耦合凝胶
- 这是因为皮肤和耦合凝胶有一个类似的密度,因此几乎没有超声波被反射
- 这是一个阻抗匹配的例子,定义为:
两种介质具有相似的声阻抗,导致很少或没有超声波反射
- 对于两种介质之间的强度反射系数α:
- 在较低的α值,介质阻抗匹配,所以少反射发生
- 在更高的α值,介质阻抗不匹配,所以更多的反射发生
工作的例子
一束超声波以直角射向两种材料之间的边界,如图所示。
材料的声阻抗为Z1而且Z2.透射超声束的强度为我T,反射强度为我R.
a)陈述之间的关系我,我T而且我R.
b)使用表中的数据来确定之间边界的反射系数α
凝胶和软组织
空气和软组织
c)解释为什么在使用超声波进行医学诊断时,通常会在皮肤上涂抹凝胶。
(部分)
第一步:列出已知的数量
-
- 入射波强度=我
- 透射波强度=我T
- 反射波强度=我R
第二步:把数量联系起来:
-
- 入射强度等于透射强度和反射强度之和:
入射强度=透射强度+反射强度
我=我T+我R
部分(b) (i)
第一步:列出已知的数量
-
- 凝胶的声阻抗,Z1= 1.5 × 106公斤米-2年代-1
- 软组织声阻抗,Z2=1.6 × 106公斤米-2年代-1
第二步:写出强度反射系数α的方程
步骤3:计算强度反射系数
-
- 这个结果只意味着0.1%其中的事件强度将被反映,其余的则被传送
部分(b) (2)
第一步:列出已知的数量
-
- 空气,Z1= 4.3 × 102公斤米-2年代-1
- 软组织,Z2= 1.6 × 106公斤米-2年代-1
步骤2:计算强度反射系数
-
- 这个结果意味着100%事件的强度将被反映,而不会被传输
部分(c)
为什么用超声波进行医学诊断时要在皮肤上涂凝胶
-
- 在空气软组织边界处,强度反射系数为α≈1
- 因此,没有凝胶,几乎完全反射-没有超声波通过皮肤传输
- 在凝胶-软组织边界处,强度反射系数α = 0.001
- 因此,凝胶使超声波几乎完全通过皮肤传输,几乎没有反射
- 在空气软组织边界处,强度反射系数为α≈1