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超声波在医学中的应用

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【摘要】高于人耳听觉上限值的声波，称为超声波。超声是人耳听不到的。超声

波是频率高于20000赫兹的声波，它方向性好，穿透能力强，易于获得较集中

的声能，在水中传播距离远，可用于测距，测速，清洗，焊接，碎石、杀菌消毒

等。在医学、军事、工业、农业上有很多的应用。尤其在医学上，超声频率高，

波长短，有良好的指向性，衍射现象少，可在组织界面上反射，可被血细胞反向

散射。此外，超声波可被生物介质所吸收。吸收程度基本上决定于介质的特性和

超声的频率。一般而论，介质中的含水量越大，吸收越少，频率越高，吸收越

多。超声的这些特性，对于它在生物医学方面的应用极为有利。本文就以超声的

这些特征为线索，阐述其应用于医学方面的优势，并指出相应的缺陷，提出相关

的建议。

【关键词】超声波，临床医学，多普勒效应，超声系统

超声波在医学中的应用

超声波是指振动频率大于20000Hz以上的,其每秒的振动次数（频率）甚高，

超出了人耳听觉的上限（20000Hz），人们将这种听不见的声波叫做超声

波。超声和可闻声本质上是一致的，它们的共同点都是一种机械振动，通

常以纵波的方式在弹性介质内会传播，是一种能量的传播形式，其不同点

是超声波频率高，波长短，在一定距离内沿直线传播具有良好的束射性和

方向性。超声波在传播过程中一般要发生折射、反射以及多普勒效应等现象,超

声波在介质中传播时,发生声能衰减。因此超声通过一些实质性器官,会发生形态

及强度各异的反射。由于人体组织器官的生理、病理及解剖情况不同对超声波

的反射、折射和吸收衰减也各不相同。超声诊断就是根据这些反射信号的多少、

强弱、分布规律来判断各种疾病。超声在医学的各个领域都有应用,并取得飞速

发展,从而产生了超声医学这一分支学科。

1超声的物理特性

1.1超声场特性

超声在介质内传播的过程中,明显受到超声振动影响的区域称超声场。超声场具

有以下特点:如果超声换能器的直径明显大于超声波波长,则所发射的超声波能

量集中成束状向前传播,这种现象称为超声的束射性(或称指向性)。换能器近

侧的超声波束宽度与声源直径相近似,平行而不扩散,近似平面波,该区域称近

场区。近场区内声强分布不均匀。近场区以外的声波以某一角度扩散称远场区。

该区声波近似球面向外扩散,声强分布均匀,但逐渐减弱,换能器的频率愈高,

直径愈大,则声波束的指向性越好,其能量越集中。

1.2超声的反射与散射

超声在密度均匀的介质中传播,不产生发射和散射。当通过不同的介质时,在两

种介质的交界面上产生发射与折射或散射与绕射。超声波的频率较大,波长较

小,一般不考虑衍射与干涉。

（1）反射、折射与透射:凡超声束所遇界面的直径大于超声波波长(称大界面)

时,产生反射与折射。反射声强取决于两介质的声阻差异及入射角的大小。垂直

入射时,反射声强最大。反射声能愈强则折射或透射声能愈弱。进入第二介质的

超声继续往前传播,遇不同声阻抗介质时,再产生反射,依次类推,被检测物体

密度越不均匀,界面越多,产生的反射愈多。

（2）散射与绕射:超声在传播时,遇到与超声波波长近似或小于波长(称小界面)

的介质时,产生散射与绕射。按照惠更斯原理,散射为小介质向四周发散超声,

又成为新的声源;绕射是超声绕过障碍物的边缘,继续向前传播。散射回声强度与

超声入射角无关。

1.3超声衰减

超声在介质中传播时,随着传播距离的增加,声强逐渐减弱,这种现象称为超声

的衰减。引起衰竭的主要原因是介质对超声的吸收(粘带吸收及热传导吸收)。

超声频率愈高,介质的吸收愈多;其次为能量的分散如反射、折射、散射等,使原

传播方向上的能量逐渐减弱。

1.4多普勒效应

声源和接收体作相对运动时,接收体在单位时间内收到的振动次数(频率),除

声源发出者外,还由于接收体向前运动而多接收到(距离/波长)振动,即收到

的频率增加了。相反,声源和接收体作背离运动时,接收体收到的频率就减少,

这种频率增加和减少的现象称为多普勒效应。

2超声诊断仪及工作原理

2.1多普勒超声仪工作原