第 4 章 超聲波掃描 每章扉頁 4.1 引言 4.2 超聲波 4.3 超聲波掃描
每章扉頁 回波定位 蝙蝠的視力很差，但仍然可以藉着回波定位來探測四周物體。
方法很簡單。蝙蝠從口或鼻發出高頻率的聲音脈衝（介乎 9 kHz 至 200 kHz）。 聲音脈衝入射到障礙物後發生反射。
通過分析反射脈衝，蝙蝠便能判斷四周的物體大小、形狀和質地。
4.1 引言 超聲波：頻率 > 20 kHz （人類聽頻範圍的上限） 超聲波的應用 1. 聲納（SONAR） 4.1 引言 超聲波：頻率 > 20 kHz （人類聽頻範圍的上限） 超聲波的應用 1. 聲納（SONAR） 2. 醫學成像 例如：超聲波掃描 利用示波器探測超聲波
4.2 超聲波 產生超聲波 換能器使用壓電晶體產生和探測超聲波。 超聲波換能器的結構圖 例題 4.1 小測試 (p.78) O
超聲波的特性 速率和頻率 以脈衝反射技術來量度換能器和界面之間的距離。 超聲波傳播的距離 s 可以由以下公式求得 其中 c 是超聲波在介質中的傳播速率，t 是所需的時間。
脈衝反射技術
衰減 − 超聲波在介質中傳播時，強度逐漸減少的現象 考慮一個初始強度為 I0 的超聲波在介質內傳播，傳播距離 x 後，其強度下跌至 I： 其中μ 是介質的線衰減常數。 例題 4.2 例題 4.3
對於頻率為 1 MHz 的超聲波，不同介質的線衰減系數和衰減系數 小測試 (p.82) O
聲阻抗 聲阻抗 Z − 描述介質對聲波的阻礙的數值 ρ = 介質的密度 c = 介質中的聲速
各種人體組織和物料的聲阻抗
超聲波在界面的反射 在兩個聲阻抗為 Z1 和 Z2 的介質之間的界面，反射聲強系數α 是反射波的強度 Ir 與入射波的強度 I0 之比。以數式表示， 例題 4.4 小測試 (p.84) O
4.3 超聲波掃描 兩種掃描：A-掃描和B-掃描 兩者皆應用脈衝反射技術。
A-掃描（1 維） 示波器的熒幕顯示： 反射脈衝 訊號的意義： 從兩個不同身體組織之間的界面所反射的超聲波脈衝 超聲波掃描 例題 4.5 換能器 身體表面 身體界面 A-掃描（1 維） 示波器的熒幕顯示： 反射脈衝 訊號的意義： 從兩個不同身體組織之間的界面所反射的超聲波脈衝 屏幕 振幅 超聲波掃描 例題 4.5 小測試 (p.88) O
B-掃描（1 維） 示波器的熒幕顯示： 有不同亮度光點的線跡 訊號的意義： 回波強度愈大，光點愈光亮。 換能器 身體表面 身體界面 屏幕 振幅
B-掃描（2 維）– 扇形掃描 使用含有可活動壓電晶體的換能器
B-掃描（2 維）– 直線掃描 使用含有直線排列壓電晶體的換能器 超聲波成像 例題 4.6 小測試 (p.92) O
超聲波成像的分辨率 超聲波成像的分辨率： 1. 軸向分辨率 沿着超聲波束傳播方向 辨認細小結構的能力 2. 橫向分辨率 1. 軸向分辨率 沿着超聲波束傳播方向 辨認細小結構的能力 2. 橫向分辨率 在和超聲波束傳播方向 垂直的平面上辨認細小 結構的能力
優點 分辨率高，質素良好 探測器較細小 安全、容易操作 成本低 限制 不適合掃描骨或氣體遮蓋的結構 操作超聲波需要非常好的技巧
第 4 章完