2.8 Скорость распространения уз
Скорость распространения продольных волн С определяется двумя параметрами среды - плотностью ρ и модулем Юнга E
С= √Е/ρ
В таблице 1.2 приведены значения скорости УЗ в различных средах при температуре 36°С.
Таблица 1.1.2
-
среда
Плотность
Кг/м³
Скорость УЗ
м/с
Волновое сопротивление Z Кг/м² с³
Коэффициент поглощения
ДБ/см,1МГц
воздух
1,3
330
429
12
вода
1000
1430
1,43×106
0,002
кровь
1060
1570
1.59×106
0,2
мозг
1025
1510
1.58×106
0,9
Жировая ткань
952
1450
1,38×106
0,6
Мышцы (в среднем)
1075
1580
1,70×106
2,3
Мягкие ткани (в среднем)
1060
1540
1,63×106
1,0
Кости (пределы изменений)
1400-1900
4080
5,6 ×106
7,78×106
13
2.9 Коэффициент отражения
Отражение УЗ на границе раздела сред характеризуется коэффициентом отражения:
R = Iотр/Iпад
где Ιотр - интенсивность отраженной волны, Iпад - интенсивность падающей волны.
Интенсивность отражённого УЗ определяется тремя факторами:
разностью волновых сопротивлений сред - чем больше эта разность, тем больше отражение;
углом падения - чем ближе он к π/2 (90°), тем больше отражение;
соотношением размеров объекта и длины волны – размеры объекта должны быть не менее 1/4 длины волны. Для измерения меньших объектов требуется ультразвук с меньшей длиной волны.
Если I1 I2 – средние по времени интенсивности падающей и отраженной волн, то выражение для коэффициента отражения по интенсивности при нормальном падении имеют вид:
R=I2/I1 = (Z2-Z1)2/(Z2+Z1)2
В таблице 1.3 приведены типичные значения коэффициентов отражения (в %) для границ между различными средами.
Таблица 1.1.3
-
Граница
R
Следствие
мягкая ткань - Кость
40%
Сильный эхо-сигнал, локация за границей невозможна
воздух - мягкая ткань
99,9%
Полное отражение, локация за границей невозможна
При диагностических УЗ-методах поверхность кожи пациента покрывают водным желе или вазелином, чтобы увеличить проникновение УЗ в ткани, т.к. если между УЗ-излучателем и кожей человека будет воздушная прослойка, то ультразвук практически не проникнет внутрь, т.е. почти полностью отразится от границы воздух-кожа (волновое сопротивление биологической среды более чем в 3000 раз больше, чем волновое сопротивление воздуха).
УЗ-волны обладают высокой отражательной способность на границе мышца-надкостница-кость, на поверхности полых органов.
Современная эхография позволяет регистрировать сигналы от границ, различающихся по волновому сопротивлению - Z на 1%.
Эффективная диагностика выбранного объекта-мишени возможна лишь при нормальном падении УЗ луча к его границам. Это предопределяет многообразие типов преобразователей и форматов визуализации.
Перечислим факторы, которые приводят к ослаблению уровня эхо-сигнала при отражении:
- малые размеры мишени,
- неровности и кривизна отражающих границ,
- плавность изменения Z.