1.传播必须依赖介质 因声波是物质传播能的一种形式,所以其传播必须依赖介质,而在真空中则不能传播,此与光波、电磁波不同。
2.传播形式 超声波向周围介质传播时,产生一种疏密的波形。这种连续的压缩层和稀疏层交替形成的弹性波和声源振荡的方向一致,是一种弹性纵波(图1-1)。由于超声波具有非常短的波长,可以聚集成狭小的发射线束而呈束状直线传播(图1-2)。
3.传播速度 声波的传播速度与介质的特性有关。声波在空气中的传播速度为340m/s,在液体中为1 500m/s,在固体中为5 000m/s,人类软组织与液体相似,平均约为1 540m/s,人类骨组织约为3 380m/s。声波的传播速度随介质温度的上升而加快,气温增高1℃,声速增加0.6m/s。
4.超声的吸收与穿透 超声在介质中传播时,强度随其传播距离而减弱,这说明超声能量被吸收,超声的吸收与介质的密度、黏滞性、导热性及超声的频率等有关。超声在气体中被吸收最大,液体中被吸收较小,固体中吸收最小,在空气中的吸收系数比在水中约大1 000倍。介质的吸收系数又与超声波频率的平方成正比,因而高频超声在空气中衰减异常剧烈,所以在治疗中探头下虽是极小的空气泡,也应避免。
图1-1 超声波示意图
图1-2 不同频率声波的传播形式
在实际工作中,常用半吸收层来表明一种介质对超声波的吸收能力。半吸收层是指超声波在某种介质中衰减至原来能量的一半时的厚度。半吸收层厚度大,表示吸收能力弱,不同组织对同一频率的超声波其半吸收层值不同,如频率300kHz的超声波,肌肉半吸收层值为3.6cm,脂肪为6.8cm,肌肉加脂肪为4.9cm。同一组织对不同频率的超声波吸收也不同,超声频率愈高吸收愈多,穿透愈浅,如90kHz的超声能穿透软组织10cm,1MHz的超声将穿透5cm,而4MHz的超声只穿透1cm深度。因此,目前常用于理疗的超声波选用800kHz,穿透深度为5cm左右。
5.折射、反射与聚焦 超声波由一种介质传播至另一种介质时,将在界面处一部分反射回第一种介质(反射),其余透过界面进入第二种介质,但会发生传播方向的偏转(折射)。声波在界面被反射的程度决定于两种介质的声阻差,声阻差越大,反射程度也越大,(介质的密度和声速的乘积为介质的声阻)。表1-1可见脂肪、肌肉之间反射很少,但在骨的表面则反射很多。探头与空气间反射近于100%,所以超声治疗时需用液状石蜡等作接触剂,以减少反射。实验证明,由探头进入组织的超声能量只有35%~40%,而60%~65%被反射。由于空气与组织间的反射,使大量超声能量丧失,所以超声波难以通过肺和充气的胃肠。
基于超声传播的反射、折射原理,采用透镜及弧面反射将声束聚焦于焦点上,以产生强大的能量而治疗某些疾病,如用聚焦超声治疗肝癌、集束超声波破坏脑部肿瘤等(图1-3)。
图1-3 超声集束的方法
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