超聲波是頻率高于20000赫茲的聲波，它方向性好，穿透能力強(qiáng)，易于獲得較集中的聲能，在水中傳播距離遠(yuǎn)，可用于測距、測速、清洗、焊接、碎石、殺菌消毒等。在醫(yī)學(xué)、軍事、工業(yè)、農(nóng)業(yè)上有很多的應(yīng)用。超聲波因其頻率下限大約等于人的聽覺上限而得名。理論研究表明，在振幅相同的條件下，一個物體振動的能量與振動頻率成正比，超聲波在介質(zhì)中傳播時，介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)振動的頻率很高，因而能量很大.在中國北方干燥的冬季，如果把超聲波通入水罐中，劇烈的振動會使罐中的水破碎成許多小霧滴，再用小風(fēng)扇把霧滴吹入室內(nèi)，就可以增加室內(nèi)空氣濕度，這就是超聲波加濕器的原理。如咽喉炎、氣管炎等疾病，很難利用血流使藥物到達(dá)患病的部位，利用加濕器的原理，把藥液霧化，讓病人吸入，能夠提高療效。利用超聲波巨大的能量還可以使人體內(nèi)的結(jié)石做劇烈的受迫振動而破碎，從而減緩病痛，達(dá)到治愈的目的。超聲波在醫(yī)學(xué)方面應(yīng)用非常廣泛，可以對物品進(jìn)行殺菌消毒。

應(yīng)用

2019年7月起，福建省第九批援藏工作隊的醫(yī)療專技人才組團(tuán)式對口支援昌都市婦幼保健院，幫扶該院完善基礎(chǔ)設(shè)施，探索成立“昌都市婦幼保健院5G遠(yuǎn)程超聲醫(yī)學(xué)中心”，協(xié)調(diào)有關(guān)專家參加遠(yuǎn)程超聲會診，與全市縣區(qū)婦幼保健院建立聯(lián)動機(jī)制，有效提升了基層超聲檢查診療質(zhì)量。

簡介

我們知道，當(dāng)物體振動時會發(fā)出聲音?？茖W(xué)家們將每秒鐘振動的次數(shù)稱為聲音的頻率，它的單位是赫茲。我們?nèi)祟惗淠苈牭降穆暡l率為20～20，000赫茲。當(dāng)聲波的振動頻率大于20000赫茲或小于20赫茲時，我們便聽不見了。因此，我們把頻率高于20000赫茲的聲波稱為“超聲波”。通常用于醫(yī)學(xué)診斷的超聲波頻率為1～5兆赫。超聲波具有方向性好，穿透能力強(qiáng)，易于獲得較集中的聲能，在水中傳播距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)?？捎糜跍y距，測速，清洗，焊接，碎石等。在醫(yī)學(xué),軍事,工業(yè),農(nóng)業(yè)上有很多的應(yīng)用。

產(chǎn)生

聲波是物體機(jī)械振動狀態(tài)（或能量）的傳播形式。所謂振動是指物質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)在其平衡位置附近進(jìn)行的往返運(yùn)動。譬如，鼓面經(jīng)敲擊后，它就上下振動，這種振動狀態(tài)通過空氣媒質(zhì)向四面八方傳播，這便是聲波。超聲波是指振動頻率大于20KHz以上的,其每秒的振動次數(shù)（頻率）甚高，超出了人耳聽覺的上限（20000Hz），人們將這種聽不見的聲波叫做超聲波。超聲和可聞聲本質(zhì)上是一致的，它們的共同點(diǎn)都是一種機(jī)械振動，通常以縱波的方式在彈性介質(zhì)內(nèi)會傳播，是一種能量的傳播形式，其不同點(diǎn)是超聲頻率高，波長短，在一定距離內(nèi)沿直線傳播具有良好的束射性和方向性，目前腹部超聲成象所用的頻率范圍在2∽5MHz之間，常用為3∽3.5MHz（每秒振動1次為1Hz，1MHz=10^6Hz,即每秒振動100萬次，可聞波的頻率在16－20，000HZ之間）。

主要參數(shù)

超聲波的兩個主要參數(shù)：頻率：F≥20KHz；功率密度：p=發(fā)射功率 - W/發(fā)射面積 - cm2;通常p≥0.3w/cm2;在液體中傳播的超聲波能對物體表面的污物進(jìn)行清洗，其原理可用“空化”現(xiàn)象來解釋：超聲波振動在液體中傳播的音波壓強(qiáng)達(dá)到一個大氣壓時，其功率密度為0.35w/cm2，這時超聲波的音波壓強(qiáng)峰值就可達(dá)到真空或負(fù)壓，但實(shí)際上無負(fù)壓存在，因此在液體中產(chǎn)生一個很大的壓力，將液體分子拉裂成空洞一空化核。此空洞非常接近真空，它在超聲波壓強(qiáng)反向達(dá)到最大時破裂，由于破裂而產(chǎn)生的強(qiáng)烈沖擊將物體表面的污物撞擊下來。這種由無數(shù)細(xì)小的空化氣泡破裂而產(chǎn)生的沖擊波現(xiàn)象稱為“空化”現(xiàn)象。太小的聲強(qiáng)無法產(chǎn)生空化效應(yīng)。

作用

玻璃零件.玻璃和陶瓷制品的除垢是件麻煩事,如果把這些物品放入清洗液中,再通入超聲波,清洗液的劇烈振動沖擊物品上的污垢,能夠很快清洗干凈。

雖然說人類聽不出超聲波，但不少動物卻有此本領(lǐng)。它們可以利用超聲波“導(dǎo)航”、追捕食物，或避開危險物。大家可能看到過夏天的夜晚有許多蝙蝠在庭院里來回飛翔，它們?yōu)槭裁丛跊]有光亮的情況下飛翔而不會迷失方向呢？原因就是蝙蝠能發(fā)出2～10萬赫茲的超聲波，這好比是一座活動的“雷達(dá)站”。蝙蝠正是利用這種“聲吶”判斷飛行前方是昆蟲，或是障礙物的。而雷達(dá)的質(zhì)量有幾十,幾百,幾千千克,,而在一些重要性能上的精確度.抗干擾能力等,蝙蝠遠(yuǎn)優(yōu)與現(xiàn)代無線電定位器.深入研究動物身上各種器官的功能和構(gòu)造,將獲得的知識用來改進(jìn)現(xiàn)有的設(shè)備,這是近幾十年來發(fā)展起來的一門新學(xué)科,叫做仿生學(xué)。

我們?nèi)祟愔钡降谝淮问澜绱髴?zhàn)才學(xué)會利用超聲波，這就是利用“聲吶”的原理來探測水中目標(biāo)及其狀態(tài)，如潛艇的位置等。此時人們向水中發(fā)出一系列不同頻率的超聲波，然后記錄與處理反射回聲，從回聲的特征我們便可以估計出探測物的距離、形態(tài)及其動態(tài)改變。醫(yī)學(xué)上最早利用超聲波是在1942年，奧地利醫(yī)生杜西克首次用超聲技術(shù)掃描腦部結(jié)構(gòu)；以后到了60年代醫(yī)生們開始將超聲波應(yīng)用于腹部器官的探測。如今超聲波掃描技術(shù)已成為現(xiàn)代醫(yī)學(xué)診斷不可缺少的工具。

醫(yī)學(xué)超聲波檢查的工作原理與聲納有一定的相似性，即將超聲波發(fā)射到人體內(nèi)，當(dāng)它在體內(nèi)遇到界面時會發(fā)生反射及折射，并且在人體組織中可能被吸收而衰減。因?yàn)槿梭w各種組織的形態(tài)與結(jié)構(gòu)是不相同的，因此其反射與折射以及吸收超聲波的程度也就不同，醫(yī)生們正是通過儀器所反映出的波型、曲線，或影象的特征來辨別它們。此外再結(jié)合解剖學(xué)知識、正常與病理的改變，便可診斷所檢查的器官是否有病。

目前，醫(yī)生們應(yīng)用的超聲診斷方法有不同的形式，可分為A型、B型、M型及D型四大類。

A型：是以波形來顯示組織特征的方法，主要用于測量器官的徑線，以判定其大小。可用來鑒別病變組織的一些物理特性，如實(shí)質(zhì)性、液體或是氣體是否存在等。

B型：用平面圖形的形式來顯示被探查組織的具體情況。檢查時，首先將人體界面的反射信號轉(zhuǎn)變?yōu)閺?qiáng)弱不同的光點(diǎn)，這些光點(diǎn)可通過熒光屏顯現(xiàn)出來，這種方法直觀性好，重復(fù)性強(qiáng)，可供前后對比，所以廣泛用于婦產(chǎn)科、泌尿、消化及心血管等系統(tǒng)疾病的診斷。

M型：是用于觀察活動界面時間變化的一種方法。最適用于檢查心臟的活動情況，其曲線的動態(tài)改變稱為超聲心動圖，可以用來觀察心臟各層結(jié)構(gòu)的位置、活動狀態(tài)、結(jié)構(gòu)的狀況等，多用于輔助心臟及大血管疫病的診斷。

D型：是專門用來檢測血液流動和器官活動的一種超聲診斷方法，又稱為多普勒超聲診斷法。可確定血管是否通暢、管腔有否狹窄、閉塞以及病變部位。新一代的D型超聲波還能定量地測定管腔內(nèi)血液的流量。近幾年來科學(xué)家又發(fā)展了彩色編碼多普勒系統(tǒng)，可在超聲心動圖解剖標(biāo)志的指示下，以不同顏色顯示血流的方向，色澤的深淺代表血流的流速?，F(xiàn)在還有立體超聲顯象、超聲CT、超聲內(nèi)窺鏡等超聲技術(shù)不斷涌現(xiàn)出來，并且還可以與其他檢查儀器結(jié)合使用，使疾病的診斷準(zhǔn)確率大大提高。超聲波技術(shù)正在醫(yī)學(xué)界發(fā)揮著巨大的作用，隨著科學(xué)的進(jìn)步，它將更加完善，將更好地造福于人類。

研究超聲波的產(chǎn)生、傳播、接收，以及各種超聲效應(yīng)和應(yīng)用的聲學(xué)分支叫超聲學(xué)。產(chǎn)生超聲波的裝置有機(jī)械型超聲發(fā)生器（例如氣哨、汽笛和液哨等）、利用電磁感應(yīng)和電磁作用原理制成的電動超聲發(fā)生器、以及利用壓電晶體的電致伸縮效應(yīng)和鐵磁物質(zhì)的磁致伸縮效應(yīng)制成的電聲換能器等。

超聲效應(yīng)

當(dāng)超聲波在介質(zhì)中傳播時，由于超聲波與介質(zhì)的相互作用，使介質(zhì)發(fā)生物理的和化學(xué)的變化，從而產(chǎn)生一系列力學(xué)的、熱學(xué)的、電磁學(xué)的和化學(xué)的超聲效應(yīng)，包括以下4種效應(yīng)：

機(jī)械效應(yīng)

超聲波的機(jī)械作用可促成液體的乳化、凝膠的液化和固體的分散。當(dāng)超聲波流體介質(zhì)中形成駐波時,懸浮在流體中的微小顆粒因受機(jī)械力的作用而凝聚在波節(jié)處，在空間形成周期性的堆積。超聲波在壓電材料和磁致伸縮材料中傳播時，由于超聲波的機(jī)械作用而引起的感生電極化和感生磁化（見電介質(zhì)物理學(xué)和磁致伸縮）。

空化作用

超聲波作用于液體時可產(chǎn)生大量小氣泡。一個原因是液體內(nèi)局部出現(xiàn)拉應(yīng)力而形成負(fù)壓，壓強(qiáng)的降低使原來溶于液體的氣體過飽和，而從液體逸出，成為小氣泡。另一原因是強(qiáng)大的拉應(yīng)力把液體“撕開”成一空洞，稱為空化?？斩磧?nèi)為液體蒸氣或溶于液體的另一種氣體，甚至可能是真空。因空化作用形成的小氣泡會隨周圍介質(zhì)的振動而不斷運(yùn)動、長大或突然破滅。破滅時周圍液體突然沖入氣泡而產(chǎn)生高溫、高壓，同時產(chǎn)生激波。與空化作用相伴隨的內(nèi)摩擦可形成電荷，并在氣泡內(nèi)因放電而產(chǎn)生發(fā)光現(xiàn)象。在液體中進(jìn)行超聲處理的技術(shù)大多與空化作用有關(guān)。

熱效應(yīng)

由于超聲波頻率高，能量大，被介質(zhì)吸收時能產(chǎn)生顯著的熱效應(yīng)。

化學(xué)效應(yīng)

超聲波的作用可促使發(fā)生或加速某些化學(xué)反應(yīng)。例如純的蒸餾水經(jīng)超聲處理后產(chǎn)生過氧化氫；溶有氮?dú)獾乃?jīng)超聲處理后產(chǎn)生亞硝酸；染料的水溶液經(jīng)超聲處理后會變色或退色。這些現(xiàn)象的發(fā)生總與空化作用相伴隨。超聲波還可加速許多化學(xué)物質(zhì)的水解、分解和聚合過程。超聲波對光化學(xué)和電化學(xué)過程也有明顯影響。各種氨基酸和其他有機(jī)物質(zhì)的水溶液經(jīng)超聲處理后，特征吸收光譜帶消失而呈均勻的一般吸收，這表明空化作用使分子結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變。

超聲效應(yīng)已廣泛用于實(shí)際，主要有如下幾方面：

超聲檢驗(yàn)。超聲波進(jìn)入物體遇到缺陷時，一部分聲波會產(chǎn)生反射，發(fā)射和接收器可對反射波進(jìn)行分析，就能異常精確地測出缺陷來．并且能顯示內(nèi)部缺陷的位置和大小，測定材料厚度等。超聲波的波長比一般聲波要短，具有較好的方向性，而且能透過不透明物質(zhì)，這一特性已被廣泛用于超聲波探傷、測厚、測距、遙控和超聲成像技術(shù)。

國內(nèi)方面

國內(nèi)在超聲治療領(lǐng)域起步稍晚，于20世紀(jì)50年代初才只有少數(shù)醫(yī)院開展超聲治療工作，從1950年首先在北京開始用800KHz頻率的超聲治療機(jī)治療多種疾病，至50年代開始逐步推廣，并有了國產(chǎn)儀器。公開的文獻(xiàn)報道始見于1957年。到了70年代有了各型國產(chǎn)超聲治療儀，超聲療法普及到全國各大型醫(yī)院。

40多年來，全國各大醫(yī)院已積累了相當(dāng)數(shù)量的資料和比較豐富的臨床經(jīng)驗(yàn)。特別是20世紀(jì)80年代初出現(xiàn)的超聲體外機(jī)械波碎石術(shù)和超聲外科，是結(jié)石癥治療史上的重大突破。如今已在國際范圍內(nèi)推廣應(yīng)用。高強(qiáng)度聚焦超聲無創(chuàng)外科，已使超聲治療在當(dāng)代醫(yī)療技術(shù)中占據(jù)重要位置。而在21世紀(jì) - HIFU超聲聚焦外科已被譽(yù)為是21世紀(jì)治療腫瘤的最新技術(shù)。

治病機(jī)理

1．機(jī)械效應(yīng)：超聲在介質(zhì)中前進(jìn)時所產(chǎn)生的效應(yīng)。（超聲在介質(zhì)中傳播是由反射而產(chǎn)生的機(jī)械效應(yīng)）它可引起機(jī)體若干反應(yīng)。超聲振動可引起組織細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)運(yùn)動，由于超聲的細(xì)微按摩，使細(xì)胞漿流動、細(xì)胞震蕩、旋轉(zhuǎn)、摩擦、從而產(chǎn)生細(xì)胞按摩的作用，也稱為“內(nèi)按摩”這是超聲波治療所獨(dú)有的特性，可以改變細(xì)胞膜的通透性，刺激細(xì)胞半透膜的彌散過程，促進(jìn)新陳代謝、加速血液和淋巴循環(huán)、改善細(xì)胞缺血缺氧狀態(tài)，改善組織營養(yǎng)、改變蛋白合成率、提高再生機(jī)能等。使細(xì)胞內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，導(dǎo)致細(xì)胞的功能變化，使堅硬的結(jié)締組織延伸，松軟。

超聲波的機(jī)械作用可軟化組織，增強(qiáng)滲透，提高代謝，促進(jìn)血液循環(huán)，刺激神經(jīng)系統(tǒng)和細(xì)胞功能，因此具有超聲波獨(dú)特的治療意義。

2．溫?zé)嵝?yīng)：人體組織對超聲能量有比較大的吸收本領(lǐng)，因此當(dāng)超聲波在人體組織中傳播過程中，其能量不斷地被組織吸收而變成熱量，其結(jié)果是組織的自身溫度升高。

產(chǎn)熱過程既是機(jī)械能在介質(zhì)中轉(zhuǎn)變成熱能的能量轉(zhuǎn)換過程。即內(nèi)生熱。超聲溫?zé)嵝?yīng)可增加血液循環(huán)，加速代謝，改善局部組織營養(yǎng)，增強(qiáng)酶活力。一般情況下，超聲波的熱作用以骨和結(jié)締組織為顯著，脂肪與血液為最少。

3．理化效應(yīng)：超聲的機(jī)械效應(yīng)和溫?zé)嵝?yīng)均可促發(fā)若干物理化學(xué)變化。實(shí)踐證明一些理化效應(yīng)往往是上述效應(yīng)的繼發(fā)效應(yīng)。TS-C型治療機(jī)通過理化效應(yīng)繼發(fā)出下列五大作用：

A.彌散作用：超聲波可以提高生物膜的通透性，超聲波作用后，細(xì)胞膜對鉀，鈣離子的通透性發(fā)生較強(qiáng)的改變。從而增強(qiáng)生物膜彌散過程，促進(jìn)物質(zhì)交換，加速代謝，改善組織營養(yǎng)。

B.觸變作用：超聲作用下，可使凝膠轉(zhuǎn)化為溶膠狀態(tài)。對肌肉，肌腱的軟化作用，以及對一些與組織缺水有關(guān)的病理改變。如類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎病變和關(guān)節(jié)、肌腱、韌帶的退行性病變的治療。

C.空化作用：空化形成，或保持穩(wěn)定的單向振動，或繼發(fā)膨脹以致崩潰，細(xì)胞功能改變，細(xì)胞內(nèi)鈣水平增高。成纖維細(xì)胞受激活，蛋白合成增加，血管通透性增加，血管形成加速，膠原張力增加。

D.聚合作用與解聚作用：水分子聚合是將多個相同或相似的分子合成一個較大的分子過程。大分子解聚，是將大分子的化學(xué)物變成小分子的過程?？墒龟P(guān)節(jié)內(nèi)增加水解酶和原酶活性增加。

E.消炎，修復(fù)細(xì)胞和分子：超聲作用下，可使組織PH值向堿性方面發(fā)展。緩解炎癥所伴有的局部酸中毒。超聲可影響血流量，產(chǎn)生致炎癥作用，抑制并起到抗炎作用。使白細(xì)胞移動，促進(jìn)血管生成。膠原合成及成熟。促進(jìn)或抑制損傷的修復(fù)和愈合過程。從而達(dá)到對受損細(xì)胞組織進(jìn)行清理、激活、修復(fù)的過程。

量子聲學(xué)

超聲波還可以進(jìn)行雷達(dá)探測.清洗較為精細(xì)的物品,如鐘表,可以利用超聲波來擊碎病人體內(nèi)膽結(jié)石,還可以利用超聲波測距.

超聲波檢測還用于電阻焊的焊點(diǎn)強(qiáng)度的檢測。

人耳可以聽見的波動,其頻率約在16Hz到20KHz之間,如果”波動〃的頻率高於此范圍,則人類則無法聽見,特稱之為超音波.所謂”波動〃即為物質(zhì)中的粒子受外力作用時所產(chǎn)生的機(jī)械性振湯.例如將懸掛於彈簧下方的物體向下拉使彈簧伸長,然后將物體放開,則該物體受彈簧力的作用,產(chǎn)生一上下往復(fù)性的振動,其偏離靜止位置的移動與時間的關(guān)系,即為正弦波。

超聲波依其波傳送方向的波動方式可分為縱波,橫波,表面波,藍(lán)姆波四種.其在料件中之傳送,根據(jù)能量不滅定律,音波在一種物質(zhì)中傳送,或由一種物質(zhì)傳入另一種物質(zhì)時,由于受到衰減,反射及折射的作用,其能量必然愈來愈弱;但是在材料密度較大的部分,音壓卻會增大〈但因音阻抗亦變大,能量仍是減少〉,反之在疏松的部分,其音量變大。