Відображення ультразвуку. Звукобачення

Як і всім видам хвиль, ультразвуку притаманні явища відбиття і заломлення. Однак ці явища помітні лише в тому випадку, коли розміри неоднорідностей порівнянні з довжиною хвилі. Довжина УЗ-хвилі істотно менше довжини звукової хвилі (λ = v / ν). Так, довжини звукової та ультразвукової хвиль в м’яких тканинах на частотах 1 кГц і 1 МГц відповідно рівні: λ = 1500/1000 = 1,5 м;

= 1500/1 000 000 = 1,5х10-3 м = 1,5 мм. У відповідності зі сказаним, тіло розміром 10 см практично не відображає звук з довжиною хвилі з λ = 1,5 м, але є відбивачем для УЗ-хвилі з λ = 1,5 мм.

Ефективність відображення визначається не тільки геометричними співвідношеннями, але і коефіцієнтом відбиття r, який залежить від відношення хвильових опорів середовищ х. Для значень х, близьких до 0, відображення є практично повним. Це є перешкодою для переходу УЗ з повітря в м’які тканини (х = 3х10-4, r = 99,88%). Якщо УЗ-випромінювач прикласти безпосередньо до шкіри людини, то ультразвук не проникне всередину, а буде відбиватися від тонкого шару повітря між випромінювачем і шкірою. В даному випадку малі значення х відіграють негативну роль. Щоб виключити повітряний шар, поверхня шкіри покривають шаром відповідної мастила (водним желе), яка грає роль перехідної середовища, що зменшує відбиття. Навпаки, для виявлення неоднорідностей в середовищі малі значення х є позитивним фактором.

Інтенсивність прийнятого відбитого сигналу залежить не тільки від величини коефіцієнта відбиття, але і від ступеня поглинання ультразвуку середовищем, в якому він поширюється. Поглинання УЗволни призводить до того, що ехосигнал, відбите від структури, розташованої в глибині, значно слабкіше того, який утворився при відбитті від подібної структури, розташованої недалеко від поверхні.

На відображенні УЗ-хвиль від неоднорідностей засноване звукобачення, що використовується в медичних ультразвукових дослідженнях (УЗД). У цьому випадку ультразвук, відбите від неоднорідностей (окремі органи, пухлини), перетворюється в електричні коливання, а останні – в світлові, що дозволяє бачити на екрані ті чи інші предмети в непрозорій для світла середовищі.

На частотах УЗВЧ-діапазону створений ультразвуковий мікроскоп – прилад, аналогічний звичайному мікроскопу, перевага якого перед оптичним полягає в тому, що при біологічних дослідженнях не вимагається попереднього фарбування об’єкта. На малюнку 5.7 показані фотографії червоних кров’яних тілець, отримані оптичним і ультразвуковим мікроскопами.

При збільшенні частоти УЗ-хвиль збільшується роздільна здатність (можна виявляти більш дрібні неоднорідності), але зменшується їх проникаюча здатність, тобто зменшується глибина, на якій можна досліджувати цікавлять структури. Тому частоту УЗ вибирають так, щоб поєднувати достатню дозвіл з необхідною глибиною дослідження. Так, для УЗ-дослідження щитовидної залози, розташованої безпосередньо під шкірою, використовуються хвилі частоти 7,5 МГц, а для дослідження органів черевної порожнини використовують частоту 3,5-5,5 МГц. Крім того, враховують і товщину жирового шару: для худих дітей використовується частота 5,5 МГц, а для повних дітей і дорослих – частота 3,5 МГц.

Посилання на основну публікацію