音の反射と透過

質問

超音波診断の際、体の表面にクリームを塗って、そこに超音波発信受信機をあてる。このクリームの音響インピーダンスは体組織の音響インピーダンスと近い値にしてあるそうですが、それはなぜですか。

回答No.5

bran111

インピーダンスというのは交流電流、電磁波、機械振動、音波（音響）、光、地震、水面の波などの多くの波動・振動現象(以下、波と呼ぶ)の伝搬において、波が伝搬する物質(媒質)の特性を示すものです。波が媒質1から媒質2へ伝搬するとき、その境界面で波(入射波)
は反射波と通過波に分かれます。媒質1、媒質2のインピーダンスを各々Z1, Z2、入射波に対する反射波の大きさ(通過率)をT,通過波の大きさ(反射率)をRとすると
　　T=2Z2/(Z1+Z2) (1)
　 R=(Z2-Z1)/(Z1+Z2)　　　 (2)
で与えられます。 反射率を小さくして通過率を大きくさせるためにR=0の条件を考えると
　　Z2=Z1 (3)
が最も良いことがわかります。つまり媒質2のインピーダンスが媒質1のインピーダンスに近いほど効率よく波が伝搬していくことになります。
　医療における超音波診断においては超音波の発信機であるプローブ(センサー、スキャナーとも言います)から人体へ効率よく超音波を伝搬させていくことが重要です。プローブと人体の間にわずかでも空気層があるとほとんどの超音波はプローブ内に反射してしまいます。これは空気のインピーダンスがプローブ(樹脂と考えてよい)のインピーダンスに比べて3ケタ低いためで、式(1)において
　　Z1＝プローブのインピーダンス>>Z2＝空気のインピーダンス
とすると
　　T≒0
となるためです。従って、この空気層を追い出すことが超音波診断における重要なテクニックとなります。すぐ思いつく解決策は思い切り押し当てることでしょう。しかしこれは受診者にとってはたまりません。では、人体の軟組織のは多くの水分を含むので、空気の代わりにプローブと人体の間を水で埋めたらどうかということを思いつく人も多いでしょう。樹脂と水のインピーダンスは同じオーダーです。
　これは正解です。水中で、つまりバスの中でやるのは間違いではありません。しかし狙った臓器に正しく当てたいということや、バスでなくベッドの上が面倒でない等々の理由により、水の代わりに流動性を抑えたゼル状のものを塗ればよいだろうということで、今のようなクリーム状のものが使われています。要約すると、プローブ(樹脂)-クリーム-人体という、音響インピーダンスが近いものを直列に並べることによって超音波の伝搬を効率よく行っているわけです。

回答No.4

foomufoomu

ネット検索すると、そんな話が書いてあるところが1つだけ見つかりましたが。。。マユツバな話です。
http://www.asj.gr.jp/qanda/answer/118.html

超音波の振動機は金属かセラミックなので音響インピーダンスはたいへん高いです。
いっぽう体組織は柔らかいため音響インピーダンスがわりあい低いです。
その間にいれる超音波ゼリーは、振動機と体組織の中間の音響インピーダンスであれば、何でも同じことです。
ほとんどすべての液体が、この条件に当てはまるでしょう。意図して体組織に近い音響インピーダンスという事はないと思います。
前記リンクにも書いてありますが、間に空気が入らないなら、何でもよい気がします。

回答No.3

Tann3

波は、インピーダンスの差がある部分で、一部は透過し、一部は反射します。

　ギターで、弦を押さえて音の高さを変えるのは、そこで弦の振動を反射させて「定常波」（定在波）を作り、高さの決まった音を出すためです。

　超音波発信受信機も、「送信波」「反射波」の通過効率をよくするために、体組織の音響インピーダンスと近い値のクリームを塗ります。
　空気中に「超音波発信受信機」をかざしただけでは、体内に超音波の「送信波」は入って行かず、反射波が戻って来ることもありませんから。

回答No.2

shintaro-2

>このクリームの音響インピーダンスは体組織の音響インピーダンスと近い値にしてあるそうですが、それはなぜですか。

音響であれ電気であれ、インピーダンスが異なる界面では反射が大きくなります。

そうすると、
体内に入れる超音波も入りにくいし、
返ってくる超音波もセンサーで受信しにくくなるわで
良いことはひとつもありません。

ですから、発信部と人体との間で音響インピーダンスに差があれば
そのギャップを埋めるというか中間の音響インピーダンスのものを間に挟みます。

回答No.1

ramumaro

専門外ですが
超音波の受信を良好にするためです