在日常體檢或孕期檢查中，醫生通常會在我們的皮膚上涂抹一層透明的“涼涼膠”，然后使用超聲探頭進行檢查。這層看似簡單的凝膠，其實與b超醫學成像有著十分密切的作用，而不僅僅是為了讓探頭更順滑地滑動。為了更好理解這一切，我們先來了解一下b超的基本原理。

b超檢查示意圖

b超是什么？

b超（超聲波檢查）是一種通過高頻聲波（通常在2.5-5mhz之間）傳播并反射回來的回聲信號來生成圖像的醫學成像技術。超聲波探頭通過發射聲波，穿透皮膚并在體內傳播后返回信號，這些回聲信號被探頭接收并轉換成圖像。

b超成像示意圖

由于超聲波是機械波，它的傳播會受到介質的影響，特別是空氣。空氣的存在會導致聲波的反射，無法進入人體，造成圖像模糊甚至無法成像。因此，必須使用一種能夠填充探頭與皮膚之間空隙的介質，來確保超聲波順利傳導并提高圖像質量。

超聲耦合劑

相信這個時候，聰明的你已經想到了，b超檢查涂抹的一層“涼涼膠”就是這種滿足上述要求的這種介質。這層“涼涼膠” 在醫學上被稱為超聲耦合劑。相比潤滑作用，它更關鍵的功能是實現“阻抗匹配”。什么是“阻抗匹配”呢？

阻抗匹配

聲阻抗（acoustic impedance）是指聲波在介質中傳播時，介質對聲波產生的阻礙作用，公式為：

z=ρ×c

其中：

為聲阻抗（單位：pa·s/m 或雷爾 rayls）；

為介質的密度（單位：kg/m3）；

為聲速（單位：m/s）。

一般來說，人體軟組織的聲阻抗 z

≈1.5×10

rayls，空氣的聲阻抗z

≈0.000407rayls。如果兩種物質的聲阻抗差異過大，聲波會在兩者界面發生強烈反射。通過計算反射系數

，我們可以得出空氣與人體軟組織之間的反射系數r≈99.9%，這意味著如果沒有耦合劑，

常見阻抗示意圖（）

因此，超聲耦合劑的任務是提供與人體組織相近的聲阻抗（也就是阻抗匹配），以減少反射，讓聲波順利進入人體。

超聲耦合劑的配方與特性

現代超聲耦合劑通常由水、甘油、丙二醇（保濕劑）、卡波姆（增稠劑）等成分組成。它們的比例經過嚴格設計，既能保證聲學性能，又能確保對皮膚安全無刺激。超聲耦合劑的 ph 值通常被調節為中性，以避免對皮膚造成刺激或損傷。此外，優質的耦合劑還需要具有較高的穩定性，能夠在檢查過程中保持穩定的性能，不易干涸或揮發。

現代超聲耦合劑示意圖

為什么不能直接使用水或油？

很多人可能好奇，為什么不能直接用水或油來充當耦合劑呢？早期的超聲檢查確實使用過橄欖油作為耦合介質（1942年在奧地利首次用于超聲檢查），但后來被淘汰。

原因是：

1、水的阻抗較低且易蒸發，容易形成氣泡導致信號失真；

2、油脂雖然能潤滑，但可能與探頭材料發生反應并刺激皮膚；

總結

b超檢查中涂抹的“涼涼凝膠”，全稱為超聲耦合劑，并不是簡單的水或油，而是由多種物質按照特定比例配比的凝膠。它的核心功能是通過阻抗匹配確保超聲波能量的高效傳輸，幫助醫生獲得更清晰、準確的檢查圖像。下次當你躺在b超檢查床上，感受到那層涼涼的凝膠時，不妨可以想一想，這背后復雜的物理原理和技術發展，正是現代醫學與科學進步的體現。

一些有趣的冷知識

1、海豚的天然耦合劑：海豚皮下脂肪就是天然的耦合劑，幫助其聲吶系統高效傳輸聲波，效率高達99.7%。

2、nfc的原理：手機的nfc功能也依賴于阻抗匹配原理，通過確保信號的順暢傳輸來實現數據交換。

手機nfc示意圖

參考文獻

https://www.cqch.cn/departments_csyxka0_kpzs/2014/vbmqx9by.html

https://www.cqch.cn/departments_csyxka0_kpzs/2017/zbqyl0bp.html

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https://researchain.net/zh-hans/fact/from-sound-pressure-to-flow-why-is-acoustic-impedance-so-critical-in-sound-transmission

https://blog.csdn.net/m0_57407372/article/details/140951369

http://www.ultrasmicro.com/sys-nd/120.html

力學科普

編輯：公子欣

上觀號作者：上海科協