2) упругости (+)
3) акустического сопротивления
4) вязкости
Скорость продольной ультразвуковой волны определяется соотношением упругих свойств среды и её плотности. Для жидкостей она приближённо описывается формулой c = √(K/ρ), где K — модуль объёмной упругости, ρ — плотность; для твёрдых тел основное значение имеют модули продольной и сдвиговой упругости. Чем выше способность среды восстанавливать исходную форму после деформации, тем быстрее механическое возмущение передаётся между её частицами.
Твёрдые тела обладают значительно большей жёсткостью и меньшей сжимаемостью, чем жидкости, поэтому увеличение упругого модуля обычно преобладает над влиянием плотности и обеспечивает более высокую скорость ультразвука. Повышенная плотность сама по себе не ускоряет волну: при неизменной упругости она, напротив, уменьшает скорость. Акустическое сопротивление Z = ρc является производной характеристикой среды и определяет преимущественно отражение волны на границе сред, тогда как вязкость главным образом влияет на поглощение и затухание ультразвука.
| Среда | Основное физическое свойство | Типичная скорость ультразвука | Значение для ультразвуковой диагностики |
|---|---|---|---|
| Воздух | Очень низкая объёмная упругость | Около 330 м/с | Вызывает почти полное отражение на границе с тканями; необходим акустический гель |
| Вода | Умеренный модуль объёмной упругости | Около 1480 м/с | Хорошо проводит ультразвук и используется как акустическое окно |
| Мягкие ткани | Близкие значения упругости и плотности | В среднем 1540 м/с | Это значение принимается ультразвуковыми системами при расчёте глубины |
| Жировая ткань | Относительно низкая упругость | Около 1450 м/с | Отличие скорости от расчётной может вызывать геометрические и рефракционные артефакты |
| Мышечная ткань | Более высокая упругость; выраженная анизотропия | Приблизительно 1570–1600 м/с | Скорость и отражение зависят от направления волны относительно мышечных волокон |
| Костная ткань | Очень высокий модуль упругости | Примерно 3000–4000 м/с | Формирует интенсивное отражение и дистальную акустическую тень |
| Металлы и другие твёрдые материалы | Крайне высокая жёсткость | Часто более 5000 м/с | Резкое различие акустических сопротивлений создаёт выраженные отражения и реверберации |
В клинической ультразвуковой аппаратуре глубина расположения структуры рассчитывается по времени возвращения эхо-сигнала при условной скорости 1540 м/с. Если реальная скорость в ткани существенно отличается от этого значения, изображение может содержать ошибки локализации, изменения размеров и артефакты преломления. Особенно выражены такие эффекты на границах мягких тканей с костью, кальцинатами или газом. Следовательно, именно высокая упругость твёрдых тел служит главным физическим основанием более быстрого распространения в них ультразвука.