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【摘 要】本文简要介绍了何为声阻抗。进而说明声波在反射和折射时其反射强度与折射强度与声阻抗的关系；从而得出结论：为什么做超声扫描时要使用导声耦合剂。
【关键词】超声波；扫描；声阻抗
一、声阻抗
声波是纵波，当它在媒质中传播的时候，媒质的密度将作周期性的变化。这种情况自然会引起压强的变化。以空气为例，如果没有声波在其中传播时，各处的压强为大气压强P0，当有声波在其中传播时，每点的压强将会在半个周期内比P0高，在另外半个周期内比P0低。对纯音来说，压强的变化是正弦式的。压强的瞬时值与平均压强P0之差叫声压。计算结果表明，声压的幅值P由以下公式确定：P=Aωρc（其中A表示振幅，ω表示振动的角频率，ρ表示媒质的密度，c表示声波在该媒质中的速度）。又因为媒质质点振动速度的幅值是：V=Aω。两式相除得：■=ρc=Z。Z称为媒质的声阻抗。（这个名词是从电阻抗里借用过来的，在电学中，交流电压与它所产生电流之比叫电阻抗；在声学中，媒质中的声压与质点速度之比叫声阻抗）。声阻抗是说明媒质的声学性质的一个重要物理量。它的大小取决于媒质密度与声速，而声速在一定温度下仅与媒质性质有关，可见声阻抗是由媒质决定的。
二、声波的反射与折射
声波像光波一样，行进到两种媒质的分界面上，会发生反射与折射现象。部分声波返回原媒质传播，称为声波的反射，反射波也称回波。另一部分声波，进入第二种媒质，改变行进方向继续传播，称为折射，折射波也称透射波。声波的反射与折射遵守光的反射与折射定律。反射波的强度Ir与入射波的强度Ii之比决定于两媒质的声阻抗差：。式中ρ1c1和ρ2c2分别代表入射媒质与反射媒质的声阻抗。当界面两侧媒质的声阻抗接近时，ρ1c1≈ρ2c2，则反射波极弱，声波几乎全部透射。当界面两侧声阻抗值悬殊时，ρ1c1﹤﹤ρ2c2或ρ1c1﹥﹥ρ2c2，则声波几乎全部反射。例如，超声波由空气垂直入射人体，空气声阻抗为415kg/s·m2，而肌肉的声阻抗为1.63×106kg/s·m2，两个数值相差几千倍，代入上式，可算出反射波的强度Ir与入射波的强度Ii之比为99.9%。计算结果表明，声波很难从空气进入人体。同样，声波也很难从人体透出进入空气。因此，利用超声波探查人体时，发射超声波的探头与人体表面之间，要涂油或液体石蜡等导声耦合剂。涂抹液体用来消除探头与人体之间的空气夹层，避免超声波在空气与人体的界面上发生强烈的反射。例如，超声波由篦麻油垂直入射人体，篦麻油的声阻抗为1.36×106kg/s·m2，此值与人体肌肉的声阻抗比较接近，可算出反射波的强度Ir与入射波的强度Ii之比为1.8%，反射小，大量超声波透入体内，实践证明，即使反射的强度只有原来强度的万分之一，由于超声波的强度一般很高，反射波仍然可以被测出来。这也是超声波的一个很有用的特点。
三、超声扫描
在医疗诊断中已经普遍采用超声波来探测人体内部的情况，所用的仪器叫做超声扫描仪。这类仪器的基本原理是利用超声波在人体内遇到密度不同的组织的界面时（即声阻抗不同时），部分能量被反射回来，形成回波，根据回波出现的时间间隔，就可以知道不同组织间的距离。从而诊断体内状况。超声扫描仪分为A型、B型、M型、C型等多种类型，简称A超、B超、M超、C超等。它们的基本原理相同，只是工作方式有差别。最简单的超声扫描仪是A型扫描仪。它用一个压电晶体（俗称探头）兼作超声波发射器和回波探测器。所用的超声频率为兆赫级。超声波以脉冲的形式发出，每个脉冲只包含几次振动，在两个脉冲之间，探头起到探测器的作用。超声脉冲进入人体后在不同组织的交界面上（即声阻抗不同的地方）产生回波。回波被探头接收后，经过适当处理（例如放大）后显示在示波器的荧光屏上。A型扫描仪提供的是体内器官的一维信息。荧光屏给出的只是在某一方向上器官分界面的位置和回波的强度，但不能显示整个器官的形状。为了克服这一缺点，B型超声扫描仪采用移动的探头，并使回波的强度不再控制光点的Y轴位移，而只控制光点的亮度。这样当探头在某一方向扫描时，荧光屏上出现的回波就不是一个有高度的尖峰，而是一个亮点。所得的亮点就可以组成人体某一剖面的二维图象。如果人体内有病变组织，则它的声阻抗与其周围组织的声阻抗不同，于是在荧光屏上就可以清晰看出病变的位置及大小。
超声波扫描技术近年来发展很快，成象质量不断提高，与X射线相比，超声波比较安全，对软组织的分辨力也较高。作为一种辅助诊断手段，超声波扫描常用于头颅、胎儿、眼球、肝脏、脾脏等部位的探查。
参 考 文 献
[1]宋大卫主编.物理应用基础[M].北京：人民卫生出版社，2008（4）
【关键词】超声波；扫描；声阻抗
一、声阻抗
声波是纵波，当它在媒质中传播的时候，媒质的密度将作周期性的变化。这种情况自然会引起压强的变化。以空气为例，如果没有声波在其中传播时，各处的压强为大气压强P0，当有声波在其中传播时，每点的压强将会在半个周期内比P0高，在另外半个周期内比P0低。对纯音来说，压强的变化是正弦式的。压强的瞬时值与平均压强P0之差叫声压。计算结果表明，声压的幅值P由以下公式确定：P=Aωρc（其中A表示振幅，ω表示振动的角频率，ρ表示媒质的密度，c表示声波在该媒质中的速度）。又因为媒质质点振动速度的幅值是：V=Aω。两式相除得：■=ρc=Z。Z称为媒质的声阻抗。（这个名词是从电阻抗里借用过来的，在电学中，交流电压与它所产生电流之比叫电阻抗；在声学中，媒质中的声压与质点速度之比叫声阻抗）。声阻抗是说明媒质的声学性质的一个重要物理量。它的大小取决于媒质密度与声速，而声速在一定温度下仅与媒质性质有关，可见声阻抗是由媒质决定的。
二、声波的反射与折射
声波像光波一样，行进到两种媒质的分界面上，会发生反射与折射现象。部分声波返回原媒质传播，称为声波的反射，反射波也称回波。另一部分声波，进入第二种媒质，改变行进方向继续传播，称为折射，折射波也称透射波。声波的反射与折射遵守光的反射与折射定律。反射波的强度Ir与入射波的强度Ii之比决定于两媒质的声阻抗差：。式中ρ1c1和ρ2c2分别代表入射媒质与反射媒质的声阻抗。当界面两侧媒质的声阻抗接近时，ρ1c1≈ρ2c2，则反射波极弱，声波几乎全部透射。当界面两侧声阻抗值悬殊时，ρ1c1﹤﹤ρ2c2或ρ1c1﹥﹥ρ2c2，则声波几乎全部反射。例如，超声波由空气垂直入射人体，空气声阻抗为415kg/s·m2，而肌肉的声阻抗为1.63×106kg/s·m2，两个数值相差几千倍，代入上式，可算出反射波的强度Ir与入射波的强度Ii之比为99.9%。计算结果表明，声波很难从空气进入人体。同样，声波也很难从人体透出进入空气。因此，利用超声波探查人体时，发射超声波的探头与人体表面之间，要涂油或液体石蜡等导声耦合剂。涂抹液体用来消除探头与人体之间的空气夹层，避免超声波在空气与人体的界面上发生强烈的反射。例如，超声波由篦麻油垂直入射人体，篦麻油的声阻抗为1.36×106kg/s·m2，此值与人体肌肉的声阻抗比较接近，可算出反射波的强度Ir与入射波的强度Ii之比为1.8%，反射小，大量超声波透入体内，实践证明，即使反射的强度只有原来强度的万分之一，由于超声波的强度一般很高，反射波仍然可以被测出来。这也是超声波的一个很有用的特点。
三、超声扫描
在医疗诊断中已经普遍采用超声波来探测人体内部的情况，所用的仪器叫做超声扫描仪。这类仪器的基本原理是利用超声波在人体内遇到密度不同的组织的界面时（即声阻抗不同时），部分能量被反射回来，形成回波，根据回波出现的时间间隔，就可以知道不同组织间的距离。从而诊断体内状况。超声扫描仪分为A型、B型、M型、C型等多种类型，简称A超、B超、M超、C超等。它们的基本原理相同，只是工作方式有差别。最简单的超声扫描仪是A型扫描仪。它用一个压电晶体（俗称探头）兼作超声波发射器和回波探测器。所用的超声频率为兆赫级。超声波以脉冲的形式发出，每个脉冲只包含几次振动，在两个脉冲之间，探头起到探测器的作用。超声脉冲进入人体后在不同组织的交界面上（即声阻抗不同的地方）产生回波。回波被探头接收后，经过适当处理（例如放大）后显示在示波器的荧光屏上。A型扫描仪提供的是体内器官的一维信息。荧光屏给出的只是在某一方向上器官分界面的位置和回波的强度，但不能显示整个器官的形状。为了克服这一缺点，B型超声扫描仪采用移动的探头，并使回波的强度不再控制光点的Y轴位移，而只控制光点的亮度。这样当探头在某一方向扫描时，荧光屏上出现的回波就不是一个有高度的尖峰，而是一个亮点。所得的亮点就可以组成人体某一剖面的二维图象。如果人体内有病变组织，则它的声阻抗与其周围组织的声阻抗不同，于是在荧光屏上就可以清晰看出病变的位置及大小。
超声波扫描技术近年来发展很快，成象质量不断提高，与X射线相比，超声波比较安全，对软组织的分辨力也较高。作为一种辅助诊断手段，超声波扫描常用于头颅、胎儿、眼球、肝脏、脾脏等部位的探查。
参 考 文 献
[1]宋大卫主编.物理应用基础[M].北京：人民卫生出版社，2008（4）