專技高考-醫事放射師放射線器材學(包括磁振學與超音波學)104 年第 25 題單選題
有關超音波的敘述,下列何者正確?
A超音波換能器口徑(transducer aperture)增加,近場長度(near-zone length, NZL)減少
B超音波換能器頻率增加,近場長度(near-zone length, NZL)減少
C近場長度(near-zone length, NZL)大小,可由唯一影響因子頻率決定
D在近場(near zone, or Fresnel zone),超音波射束寬度隨著與換能器距離的增加而變小正確答案
D正確答案
近場長度 NZL = D²/(4λ) = D²·f/(4c),口徑與頻率↑則 NZL↑;近場內射束會收斂變窄。
為什麼答案是 D
正確。在近場(Fresnel zone)內,超音波射束因干涉而逐漸收斂,射束寬度隨距離增加而變窄,於 NZL 處達最小;過了 NZL 進入遠場(Fraunhofer zone)才開始發散。
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完整詳解
Pro · 無限重點 近場長度 NZL = D²/(4λ) = D²·f/(4c),口徑與頻率↑則 NZL↑;近場內射束會收斂變窄。
記住公式 NZL = r²/λ = D²f/(4c),口徑 D 和頻率 f 都跟 NZL 成正比,近場收斂、遠場發散。
逐選項分析
A✕ 陷阱
錯。NZL = D²/(4λ),與口徑 D 的平方成正比。換能器口徑增加,近場長度應該『增加』而非減少。此為方向顛倒陷阱。
B✕ 陷阱
錯。NZL = D²·f/(4c),與頻率 f 成正比。頻率增加 → 波長變短 → NZL『增加』。此選項把方向寫反,是經典陷阱。
C✕
錯。NZL 由『口徑 D』與『頻率 f(或波長 λ)』兩因子共同決定,並非只有頻率。說「唯一影響因子」過度簡化,違反公式內涵。
D✓ 正確
正確。在近場(Fresnel zone)內,超音波射束因干涉而逐漸收斂,射束寬度隨距離增加而變窄,於 NZL 處達最小;過了 NZL 進入遠場(Fraunhofer zone)才開始發散。
近場長度 NZL = D²/(4λ) = D²·f/(4c)
| 參數變化 | 對 NZL 影響 | 對射束發散影響 | 臨床意義 |
|---|
| 口徑 D ↑ | NZL ↑(平方關係) | 遠場發散角 ↓ | 解析度提升、聚焦較深 |
| 頻率 f ↑ | NZL ↑(線性) | 遠場發散角 ↓ | 解析度↑但穿透↓ |
| 波長 λ ↑(f↓) | NZL ↓ | 遠場發散角 ↑ | 穿透深但解析度差 |
A、B 兩選項是出題常見陷阱,把 NZL 與口徑/頻率的『正比』關係寫成反比。記憶口訣:『大口徑、高頻率 → 近場長、射束細』,公式 NZL = D²f/(4c) 一寫出來就不會錯。