发散型超声波传导深度

超声波是指振动频率在20　000／s（赫兹，Hz）以上，超过正常人耳听阈高限的声波。超声波属于机械波，由物体机械振动产生，它是以纵波的形式在弹性介质内传播。医学诊断用超声波的频率在（1～20）MHz。

（一）超声波的发生

1．压电效应　目前，医学诊断用超声波发生装置，多根据压电效应原理制造。在某些晶体的一定方向上施加压力或拉力时，晶体的两个表面将分别出现正、负电荷，即机械能转变为电能，此现象称为正压电效应；把压电晶体置于交变电场中，晶体就沿一定的方向压缩或膨胀，即电能转变为机械能，此现象称为逆压电效应。

2．超声波的产生和接收　医用超声波诊断仪主要由两部分组成，即主机和探头。探头即换能器，由压电晶体组成，用来产生和接收超声波。超声波的产生是利用压电晶体的逆压电效应。当压电晶体受到仪器产生的高频交变电压作用时，压电晶体将在厚度方向上产生胀缩现象，即机械振动，这个振动的晶片即成了超声波的声源。该振动引起邻近介质形成疏密相间的波，即超声波。超声波的接收则是利用压电晶体的正压电效应。当回声信号作用于压电晶体上，相当于对其施加一外力（机械能），根据正压电效应晶体两边将产生携带回声信息的微弱电压信号，将这种电信号经过放大、处理之后，即能在显示屏上显示出用于诊断的声像图。

（二）超声波传播的特点

1．束射性　指超声波在一定距离内可沿直线传播，具有较强的方向性。此特点与一般声波不同，而与光波相似。

图4－1　超声波的反射与折射

2．反射与折射　当一束超声波入射到比自身波长大很多倍的两种介质的交界面上时，就会产生反射与折射现象（图4－1）。Pi， Pr，Pt分别为入射超声、反射超声和折射超声，θi，θr，θt分别为入射角、反射角和折射角，Z1和Z2分别为介质1和介质2的声阻抗。超声波的反射遵循反射定律：入射角等于反射角，即θi＝θr。超声波的折射遵循折射定律：即入射角正弦和折射角正弦之比等于两种介质中的声速之比，即Sinθi／Sinθt＝C1／C2。

超声波的反射主要与两种因素有关：①与入射角有关。入射角越大则反射角越大。②与声阻抗有关。声阻抗可以理解为超声波在介质中传播时所受到的阻力，其值为介质密度（ρ）与声速（C）的乘积，即Z＝ρ×C，单位为瑞利。不同的组织或介质有不同的声阻抗。当两种相邻介质的声阻抗差值＞0．1%时，入射的超声波即在交界面上产生反射和折射等。声阻抗差越大，反射越强，折射越弱；反之亦然。

3．散射和绕射　如果物体是直径甚小于超声波波长的微粒，超声在与微粒相互作用时，大部分超声能量继续向前传播，小部分超声能量被微粒吸收后再向四面八方辐射声波，这种现象称为散射。散射时，微粒成为新的声源（图4－2）。如果物体的介面尺寸与超声波波长相接近，超声波将绕过障碍而传播，称为绕射（图4－3）。人体组织内的细微结构对超声的散射，是脏器内部图像形成的依据。

图4－2　超声波的散射

图4－3　超声波的绕射

超声波检查时，通过人体内大、小界面的反射和散射回声，不仅能显示器官的轮廓和毗邻关系，而且能显示其细微结构及运动状态，故界面的反射和散射回声是超声成像的基础。

4．超声波的衰减　超声波在介质中传播时，入射声能随传播距离的增加而减少的现象称超声衰减。其原因有反射、散射、声束的扩散及吸收。一般认为，人体中的超声波衰减，吸收是主要的。