超声波的特性及在医学诊断中的应用

张明霞

【摘要】随着科技的进步，超声波广泛应用于各个方面，在医学领域应用中也得到了快速的发展。本文主要基于对超声波的总体概述，对其特性进行全面的介绍，并重点总结分析了超声波在医学诊断中的广泛应用及其发展前景。

【关键词】超声波；特性；医学诊断

【中图分类号】R445.1 【文献标识码】B【文章编号】1004-4949（2014）03-0369-01

1超声波的概述

机械振动在介质中传播而形成机械波。其中，人耳能够听到的频率范围大致在20Hz-20000Hz称为声波，而频率低于20Hz的称为次声波，频率高于人耳能听到的上限20000Hz的机械波则称为超声波。近年来，超声波的应用范围在各大领域都迅速地扩大开来，它已在海洋探查与开发、无损评价与检测、医学诊断及微电子学等领域发挥作用；同时，超声波作为一种能量形式，通过它与传声媒质相互作用而产生的种种效应，在物理、化学、生物及医学等基础研究和应用技术开发中展示出广阔的前景。在医学领域中，超声的性质无论在医学的诊断或是治疗都是极为适宜的，用功率大的超声作治疗，用功率小的超声作诊断，施用超声波的最大优点是对患者和医生都无害处，这是X光所不能及的。

2 超聲波的特性

由于频率f升高，波长λ变短，超声波具有其特殊性，近似于光的某些特征，如束射性，由一种媒质进入另一种媒质发生折射、反射等；同时有很强的被吸收性与衰减性，带有很强的能量。以下简要介绍超声波的几个主要特性：

2.1 超声波的束射性

人耳可感受的声音是无指向性的球面波，即以声源为中心呈球面向四周扩散。而超声波频率很高，方向性（即束射性）较强。当超声波发生体——压电晶体的直径尺寸远大于超声波波长时，则晶体所产生的超声波就类似于光的特性。超声波的频率高、波长短，和光波一样可以集中向一个方向传播，并可用适当的方法使它会聚和发散，所以超声波射线可以与光线一样，进行折射、反射，同时也可以聚焦。而且，超声波的束射特性遵循几何光学上的定律。

2.2 超声波的透射、反射、折射与聚集

由于超声波频率较高，因此超声波在定向传播时，在两种不同媒质的分界面上，会出现类似于光线的透射、反射和折射现象。超声波的聚集现象和光线的聚集现象是一样的。利用超声波聚集装置可以将超声波束会聚到一点，从而将超声波的声强提高几倍甚至几千倍，利用这样巨大的声强可以做许多很有意义的工作，例如超声波切割、超声波钻孔、超声波打磨等。

2.3 超声波的吸收与衰减

当超声波在各种媒介物质中传播之时，由于媒质要吸收掉它的一部分能量，随着传播距离的增加，其强度也会渐渐的减弱。而对于同一物质来说，超声波的频率越高，其吸收也就越强。

2.4 超声波的巨大能量

超声波具有着更加强大的功率。超声波可以使得物质分子获得十分巨大的能量。根据声学工作者的实验测定，频率为100万Hz的超声波的能量，要比同幅度的频率为1000Hz的声波的能量大100万倍。

2.5 超声波的声压特性

所谓“声压”指的是由于声波的振动而使声场中的物体受到的附加压力的强度。超声波的频率很高，所以进入介质时，高密度分子间的伸拉很快，致使其间形成瞬时的真空与压缩高密度区，产生巨大的压力差。当振幅达到一定程度时，超声波拥有的能量十分巨大。

3超声波在医学诊断中的应用

超声波在医学领域中的应用包括两大方面：超声诊断和超声治疗。超声诊断研究如何利用各种组织声学特性的差异来区分不同组织，特别是区分正常和病变组织。超声诊断是借助超声波在人体组织中的传播、反射散射、吸收衰减和多普勒效应等物理现象，提取病灶信息，并转换为电信号，作为诊断的依据。

如今，超声诊断仪已由一维发展到三维，由静态发展到实时，回波信息量大大增加，生物体内的病灶愈加清晰易辨。目前医学应用的超声诊断方法有不同的形式，可分为A型、B型、M型及D型。A 型超声诊断仪为调幅式，显像屏幕上纵轴显示反射波的幅度，横轴显示时间，这种诊断仪可探查点的断层声像。70 年代以来，A 型被B 型超声显像仪取代，B超幅度调制显示为辉度调制显示，使显示的亮度随着回声信号的大小而变化；另外B超采用单晶片或多晶片扫描技术，产生若干条超声信息线，以构成一幅二维切面图像。医生可根据切面图像的形态、灰度、组织结构、边界回声、回声总体分布、脏器后方情况及周围组织表现等做出综合判断。B超在临床应用范围广泛，几乎涉及到临床所有学科疾病的诊断，目前B超和X射线已成为两种相互补充的常规的检查手段。M型超声诊断仪是在A型的基础上改造而成的，它是一种用于诊断活动器官的超声诊断仪，用单晶片探头、回声以辉度调制显示。现在超声诊断仪由于出现多探头阵列声成像技术，为采用各种信息处理带来了方便。将电子计算机技术引入超声诊断，它将获取超声通过脏器的传播时间及幅度或衰减随频率的变化数据，经过信号数字处理、综合后再给出组织的切面图像，从而产生了超声CT技术，这种技术能得到活体组织内部超声参量的空间分布。对于1MHz的超声，切面图像的分辨力可到5mm，目前已进入临床试验阶段。计算机技术还可以抑制假信号，使声像图更为清晰，甚至还进行了把两套二维成像合成一个三维立体像的尝试。

4结束语

近几年来，医学超声成像系统想更高层次发展，其目标主要是：利用更多的声学参数作为载体，以获取体内更多的生理、病例信息；提高图像质理，使图形清晰；显示更为细微的组织结构。从工程技术角度看，医学超声成像在彩色血流测量技术、数字化波束形成技术、谐波成像技术、三维超声等方面的发展特别引人注目。总之，超声诊断技术发展迅速，已从形态学过渡到生物力学、生物物理学的分析阶段，即从静态到动态，从定性到定量，从模拟到全数字化，从二维到三维显示，多普勒彩色血液显示代替了创伤性导管检查，使超声图像的质量和分辨率大幅度提高，提高了临床诊断好应用的范围。由此可见，超声诊断技术不仅现在已给人类带来了巨大的利益，同时还有极为广阔的开发前景。

参考文献

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