超音波とは何ですか？

簡単に言うと、名前が示す通り、超音波とは音波のことです。音波は機械的な縦波として伝わり、粒子は進行方向と平行に往復運動します。私たちが普段耳にする音とは異なり、超音波は20kHzを超える高周波音なので、私たちには聞こえません。 

超音波トランスデューサーは音波を発信し、通過する組織で反射されて戻ってくる音波を検出します。入射角とは、超音波ビームと組織面との間の角度のことです。反射の場合、入射角は90度未満であり、反射は組織の境界や界面で発生します。 

超音波が組織によって反射される様子を以下に示します。A：超音波トランスデューサーから発せられた音波（青色）が媒質（紫色）によって反射されます。B：入射、反射、透過を示す単一の音波の詳細画像。

反射波は超音波画像に変換される。強い反射は高エコー性（明るい白色）構造として、弱い反射は低エコー性（暗い灰色や黒色）構造として現れる。

音波

超音波は音波のビームで構成されています。個々の音波の物理的特性を詳しく見ていきましょう。

これが（超音波）音波の見た目です。下図：高周波音波と低周波音波の違い。

• 振幅： 波の高さは、その強さやエネルギーを示す。 
• 波長： 1サイクルが発生する空間の長さ。つまり、1サイクルの開始点から終了点までの移動距離。実際には、サイクルは空間内の2点間の距離を測る上で重要である。 
• 期間： 音波が1サイクルを完了するのにかかる時間。単位はマイクロ秒（µs）です。 
• 対応周波数： 1秒間に繰り返されるサイクルの数。単位はヘルツ（Hz）。

興味深い事実

人間の耳は、理想的な条件下では20～20.000Hzの音を聞き取ることができます。超音波はこの周波数範囲を超えているため、人間には聞こえません。 

音速

音速は 音波が伝わる速度 ある媒体を通して。超音波装置は超音波が戻ってくるまでの時間を測定するので、 空間位置（奥行き） トランスデューサーに反射される組織の。

• 式： c = fx λ
  • 音速: c、周波数: f、波長: λ. 
• 式： c = (κ/ρ)½
  • 音速：c、密度：ρ、剛性：κ。

超音波の速度と伝播に影響を与える要因、すなわち組織の密度と硬さについて理解しましょう。 

• 密度： 超音波が伝わる媒体（例えば組織）中の濃度。 
• 剛性： 媒体（例えば組織）の圧縮に対する抵抗。 

興味深い事実

• 伝搬速度は、剛性の増加または密度の低下に伴って増加する。
• 軟組織における平均伝播速度は1540m/s（1400～1640m/sの範囲）である。 
• 超音波は肺や骨の組織を透過することはできない。

音響インピーダンス

音響インピーダンスとは、音波が媒体を伝わる際の難易度、または 抵抗／障害 音波は、密度の変化、ひいては音響インピーダンスの変化によって反射します。密度の差が大きくなるほど、反射回数も増えます。

人体組織の音響インピーダンス。

• 式： z = ρc
  • 音響インピーダンス: z、密度: ρ、音速: c。 

興味深い事実

• 均質な組織は界面が少なく、そのため音響インピーダンスが低く、反射も少ない。 結果： 米国での画像では、低エコー構造として現れる。
• 音響インピーダンスは、伝搬速度や媒質の密度が増加すると増加する。例えば、超音波トランスデューサにかかる圧力を増加させることで増加する。 結果： 超音波トランスデューサーに圧力を加えることで、画像解像度が向上する場合があります。 
• 骨は超音波の大部分を反射または吸収する。 結果： 骨の背後に暗い影ができたり、画像が途切れたりする。 

減衰係数

減衰係数は、 振幅の減少 超音波が組織で反射した後の減衰係数。減衰係数は周波数の増加とともに増加する。 

結果： 周波数が高くなるにつれて、より深い組織を画像化する能力は低下する。

超音波の周波数が高くなるにつれて減衰が大きくなり、超音波の伝播距離は短くなります。8MHzの超音波は、10MHzや12MHzの超音波よりも深く伝播することに注意してください。