超聲波的成像原理是什麼

1. 超聲波是怎麼成像的

簡單說，通過發射定向超聲波，超聲波接觸物體被反射，通過儀器接收這種反射波，再進行
速率損耗等數據的運算，得到由點到面的反饋數據再由坐標數據構築圖像，從而成像。

2. 超聲波原理

超聲波是聲波的一部分，是人耳聽不見、頻率高於20KHZ的聲波，它和聲波有共同之處，即都是由物質振動而產生的，並且只能在介質中傳播。許多動物都能發射和接收超聲波，其中以蝙蝠最為突出，它能利用微弱的超聲回波在黑暗中飛行並捕捉食物。

超聲波是一種在彈性介質中的機械振盪，有兩種形式：橫向振盪及縱向振盪。在工業中應用主要採用縱向振盪。超聲波可以在氣體、液體及固體中傳播，其傳播速度不同。另外，它也有折射和反射現象，並且在傳播過程中有衰減。

(2)超聲波的成像原理是什麼擴展閱讀：

在空氣中傳播超聲波，其頻率較低，一般為幾十KHZ，而在固體、液體中則頻率可用得較高。在空氣中衰減較快，而在液體及固體中傳播，衰減較小，傳播較遠。利用超聲波的特性，可做成各種超聲感測器，配上不同的電路，製成各種超聲測量儀器及裝置，並在通訊，醫療家電等各方面得到廣泛應用。

3. 醫學超聲成像原理

我總結一下醫學超聲成像的原理

超聲波成像需要三個步驟：發射聲波，接受反射聲波，以及信號分析處理得到圖像。

超聲波探頭是通過壓電陶瓷換能器發射超聲波，不同的探頭能夠發射的聲波頻率不同。醫學超聲波頻率一般是2-13MHz，聲波頻率越高，衍射越弱，成像分別率越高；但與此同時，頻率越高，聲波衰減也越快，穿透深度就小。因此，我們在探測心臟的時候，只能用頻率較低的聲波，否則探測的深度不夠，雖然成像效果差一些；而在探測頸動脈、股動脈等表皮下方的血管時，就用頻率高的聲波，成像好清晰許多。實驗中，我們採用的心臟探頭為2-4MHz，血管探頭為10MHz。

接收反射波的依舊是同一個超聲波探頭，壓電陶瓷換能器將聲波信號轉換成電信號，之後電腦上的系統進行信號處理成像。

B型超聲波顯示的是探頭面向的組織切面的二維灰度圖。我們知道確定二維灰度圖上的每個點需要3個信息，橫坐標、縱坐標和灰度。這些是怎麼得到的呢？由於超聲波在人體內接觸到組織會反射，不同的組織聲阻抗不同，根據接收到的回波反射率計算得到聲阻抗，對應於圖上的灰度（如血管壁的組織聲阻抗差不多，在圖像上的灰度就差不多，就能看出來是血管的形狀）。假設探頭是一維的，那麼探頭上每一個探針的位置就對應一個橫坐標。縱坐標是由發射和接收聲波的時間差決定的，假設聲波在人體中傳播速度相同，那麼時間越長表示反射組織的位置越深。最後由得到的灰度圖，可以看到組織輪廓，並可以進行測量，如血管直徑，面積等等。

當然，具體的成像過程遠遠比這個復雜，因為B超是實時的，如何區分發射波、反射波、如何去除噪音，放大信號，信號處理非常復雜，我也不清楚。但以上簡單的描述，已經足夠我們大致了解成像的過程。

多普勒效應我們中學物理都學過，無論是發射者還是接收者相對聲波傳播介質運動，都會引起觀察到的聲波頻率的變化。

利用多普勒效應測量血流速度如下圖，探頭發射聲波的方向和血流方向的夾角為 \theta，發射聲波頻率為 f_0，反射聲波頻率為 f'，多普勒頻率也就是頻移為f_D，聲波在人體組織中傳播速度為c，血流速度為v

則由多普勒頻率可以計算得到血流速度，公式如下

它的推導過程主要就是套兩次多普勒效應公式，發射時認為接收者（血液）相對聲波介質（人體組織）運動，而回收時認為發射者（血液反射聲波）相對介質運動。然後相加項近似兩個頻率不變得到分母的2f_0。

之前做彩超檢查子宮，我就問給我檢查的護士姐姐啥是彩色超聲波，因為我發現無論是檢查結果還是他們的顯示屏都是黑乎乎的，完全不知道彩色在哪裡。

彩超相比於B超，通過多普勒效應測量血流的速度，並在圖像中通過著色來表出來。所以這個彩色並不是直接反應人體組織顏色的，頗令人失望。一般來講，圖像中紅色表示血流方向是迎面而來，而藍色表示血流方向是離你而去。同時，顏色越深表示血流速度越快。

脈沖多普勒的原理不太懂，網上查了一下彩色多普勒和脈沖多普勒的區別，大概是方法不太一樣，也有各自的優缺點。實驗時，我們通過脈沖多普勒得到血流速度的頻譜，也就是血路速度隨時間的變化圖（波形圖），不是人體組織的成像圖。通過測量兩個血流速度脈沖之間的水平距離（時間差），就可以計算得到心率，如果在彩色多普勒圖像（B型超聲圖像也行）測量血管的直徑，進而計算出血管的面積，再乘以血流速度的波形圖一個周期內曲線下方的面積（積分），就可以得到血流量（一分鍾內流過的血流體積）

下圖就是我的頸動脈彩色多普勒成像（上部分），和脈沖多普勒成像（下部分），並且測量了血流速度的峰值、心率（2倍心率）、血管直徑和血流量（VolFlow）等信息

總結起來，醫學超聲儀器的物理原理：用壓電換能器發射和接收超聲波，通過反射率、接收時間、探針位置得到組織輪廓成像，通過多普勒效應測量血流速度。B超成像是二維的灰度圖，反應組織輪廓，彩超是二維灰度圖上加了血流速度的信息，脈沖多普勒得到的是血流速度隨時間的變化波形。

想起來一個有趣的地方，用脈沖多普勒的時候，儀器會發出跳動的聲音，無論是測量血管還是心臟。我不知道這個聲音，是我心跳或者血流脈沖聲音的放大，還是儀器自帶的聲音，配合我心跳的跳動而播放。

一些自問自答 ：

1.血流速度怎麼測量：多普勒效應

2.血流量怎麼得到：血管面積乘以血流速度的積分

3.心率怎麼得到：脈沖多普勒中，兩次血流量最大值的之間間隔為周期

4.心臟容積怎麼得到：描跡自動求面積

5.血管面積怎麼得到：描跡或者測量血管半徑

6.心功能怎麼得到：心收縮和心舒張的左心室心臟容量的比值

7.彩色多普勒和脈沖多普勒的區別：一個是二維成像圖、一個是頻譜

參考資料：

1. 維基網路：醫學超聲檢查

相關文章

我寫了幾篇博客來介紹和記錄我們的四級物理實驗： 用醫學超聲儀器研究運動對人體血流分布的影響

① 為什麼在校醫院做大物四級實驗

② 醫學超聲成像原理

③ 運動對血流分布的影響 實驗設計

④ 運動對人體血流分布的影響 實驗結果

4. B超的原理什麼

首先讓我們談談什麼是超聲波,大家知道人耳能聽到的聲音頻率為20Hz----20KHz,低於20Hz的聲波為次聲波,人耳是聽不到的,高於20KHz的聲波為超聲波,人耳也是聽不見的。超聲波之所以被廣泛用於醫療領域是因為他有許多奇妙的特點： 1.由於超聲波頻率高、波長短,他可以像光那樣沿直線傳播,使得我們有可能向某已確定方向上發射超聲波,2.聲波是縱波,可以順利地在人體組織里傳播。3. 超聲波遇到不同的介質交接面時會產生反射波,這些特點構成了今天超聲儀器在醫學領域廣泛應用的基礎。

B超成像的基本原理就是：向人體發射一組超聲波,按一定的方向進行掃描。根據監測其回聲的延遲時間,強弱就可以判斷臟器的距離及性質。經過電子電路和計算機的處理, 形成了我們今天的B超圖像。B超的關鍵部件就是我們所說的超聲探頭 (probe),其內部有一組超聲換能器,是由一組具有壓電效應的特殊晶體製成。這種壓電晶體具有特殊的性質,就是在晶體特定方向上加上電壓,晶體會發生形變,反過來當晶體發生形變時,對應方向上就會產生電壓,實現了電信號與超聲波的轉換。下面是一個B超的一般原理圖：
採納我的吧

5. 為什麼超聲波能夠成像

超聲成像的原理

(一)超聲成像的基礎 超聲成像是利用超聲波的聲成像。目前的醫用超聲診斷儀都是利用超聲波照射人體，通過接收和處理裁有人體組織或結構性質特徵信息的回波，獲得人體組織性質與結構的可見圖像的方法和技術。它有自己獨特的優點，是其他成像所不能代替的：

1．有高的軟組織分辨力組織只要有1％。的聲阻抗差異，儀器就能檢測出並顯示其反射回波。目前，超聲成像已能在近二十厘米的檢測深度范同，獲取優於1毫米的圖像空間分辨力。

2．具有高度的安全性 當嚴格控制聲強低於安全閡值時，超聲可能成為一種無損傷的診斷技術，對醫務人員更是十分安全。

3．實時成像 它能高速實時成像，可以觀察運動的器官，並節省檢查時間。

4．使用簡便，費用較低，用途廣泛。

(二)不同組織回聲聲學類型 根據各種組織回聲特徵，可以把人體組織、器官概括為四種聲學類型：

1．無反射型血液、腹水、羊水、尿液、膿汁等液體物質，結構均勻，其內部沒有明顯聲阻抗差異，反射系數近似為零，所以無反射回波，即使加大增益也探查不到反射回波。這種液體的聲像圖特點是無回聲暗區或稱之為液性暗區。由於無反射，吸收少，聲能透射好，所以後壁回聲增強。

2．少反射型 實質均勻的軟組織，聲阻抗差異較少，反射系數小，回聲幅度低，檢查用低增益時，相應區域表現為暗區，增加增益時，呈密集反射光點，即少反射型或低回聲區。

3．多反射型 結構復雜的實質組織，聲阻抗差異較大，反射較多且強，探查用低增益時，即可呈現多個反射光點，增加增益時，回聲光點更為密集明亮，稱為多反射型或高回聲區。

4．全反射型 軟組織與含氣組織的交界處，反射系數為99．9％，接近全反射，並在此界而與探頭表面之間形成多次反射和雜亂的強反射，或稱強回聲，致使界而後的組織無法顯示。

6. 超聲成像簡介

目錄

• 1 拼音
• 2 英文參考
• 3 概述
• 4 USG的成像基本原理與設備
• 4.1 超聲的物理特性
• 4.2 超聲的成像基本原理
• 4.3 超聲設備
• 5 USG圖像特點
• 6 USG檢查技術
• 7 USG圖像分析與診斷
• 8 USG診斷的臨床應用

1 拼音

chāo shēng chéng xiàng

2 英文參考

USG

3 概述

超聲是超過正常人耳能聽到的聲波，頻率在20000赫茲（Hertz，Hz）以上。超聲檢查是利用超聲的物理特性和人體器官組織聲學性質上的差異，以波形、曲線或圖像的形式顯示和記錄，藉以進行疾病診斷的檢查方法。40年代初就已探索利用超聲檢查人體，50年代已研究、使用超聲使器官構成超聲層面圖像，70年代初又發展了實時超聲技術，可觀察心臟及胎兒活動。超聲診斷由於設備不似CT或MRI設備那樣昂貴，可獲得器官的任意斷面圖像，還可觀察運動器官的活動情況，成像快，診斷及時，無痛苦與危險，屬於非損傷性檢查，因之，在臨床上應用已普及，是醫學影像學中的重要組成部分。不足之處在於圖像的對比分辨力和空間分辨力不如CT和MRI高。本文只介紹灰階超聲成像（grey scale ultrasonic tomography）。

超聲成像是利用超聲聲束掃描人體，通過對反射信號的接收、處理，以獲得體內器官的圖象。常用的超聲儀器有多種：A型（幅度調制型）是以波幅的高低表示反射信號的強弱，顯示的是一種「回聲圖」。M型（光點掃描型）是以垂直方向代表從淺至深的空間位置，水平方向代表時間，顯示為光點在不同時間的運動曲線圖。以上兩型均為一維顯示，應用范圍有限。B型（輝度調制型）即超聲切面成象儀，簡稱「B超」。是以亮度不同的光點表示接收信號的強弱，在探頭沿水平位置移動時，顯示屏上的光點也沿水平方向同步移動，將光點軌跡連成超聲聲束所掃描的切面圖，為二維成象。由於B型超聲圖象清晰、直觀，層次感強，故在臨床廣為應用。至於D型是根據超聲多普勒原理製成．C型則用近似電視的掃描方式，顯示出垂直於聲束的橫切面聲象圖。近年來，超聲成象技術不斷發展，如灰階顯示和彩色顯示、實時成象、超聲全息攝影、穿透式超聲成像、超聲計並機斷層圾影、三維成象、體腔內超聲成像等。

超聲成像方法常用來判斷臟器的位置、大小、形態，確定病灶的范圍和物理性質，提供一些腺體組織的解剖圖，鑒別胎兒的正常與異常，在眼科、婦產科及心血管系統、消化系統、泌尿系統的應用十分廣泛。目前超聲成象技術在中醫領域也得到應用，如利用多普勒血流計探測各種脈象的血流情況。從而為脈象的客觀化、定量化提供指標；超聲成像也可用來進行中醫證的客觀化研究。

4 USG的成像基本原理與設備

4.1 超聲的物理特性

超聲是機械波，由物體機械振動產生。具有波長、頻率和傳播速度等物理量。用於醫學上的超聲頻率為2.5～10MHz，常用的是2.5～5MHz。超聲需在介質中傳播，其速度因介質不同而異，在固體中最快，液體中次之，氣體中最慢。在人體軟組織中約為150m/s。介質有一定的聲阻抗，聲阻抗等於該介質密度與超聲速度的乘積。

超聲在介質中以直線傳播,有良好的指向性.這是可以用超聲對人體器官進行探測的基礎。當超聲傳經兩種聲阻抗不同相鄰介質的界面時其聲阻抗差大於0.1%,而界面又明顯大於波長,即大界面時,則發生反射,一部分聲能在界面後方的相鄰介質中產生折射,超聲繼續傳播,遇到另一個界面再產生反射,直至聲能耗竭。反射回來的超聲為回聲。聲阻抗差越大，則反射越強，如果界面比波長小，即小界面時，則發生散射。超聲在介質中傳播還發生衰減，即振幅與強度減小。衰減與介質的衰減系數成正比，與距離平方成反比，還與介質的吸收及散射有關。超聲還有多普勒應（Doppler effect），活動的界面對聲源作相對運動可改變反射回聲的回率。這種效應使超聲能探查心臟活動和胎兒活動以及血流狀態。

4.2 超聲的成像基本原理

人體結構對超聲而言是一個復雜的介質，各種器官與組織，包括病理組織有它特定的聲阻抗（表141）和衰減特性。因而構成聲阻抗上的差別和衰減上的差異。超聲射入體內，由表面到深部，將經過不同聲阻抗和不同衰減特性的器官與組織，從而產生不同的反射與衰減。這種不同的反射與衰減是構成超聲圖像的基礎。將接收到的回聲，根據回聲強弱，用明暗不同的光點依次顯示在影屏上，則可顯出人體的斷面超聲圖像，稱這為聲像圖（sonogram或echogram）。

表141人體不同介質的聲速與聲阻抗

介質 密度（g/cm3） 超聲縱波速度（m/s） 特徵阻抗（105R*） 測試頻率（MHz） 空氣 0.001293 332 0.000429 2.9 水 0.9934 1523 1.513 2.9 血液 1.055 1570 1.656 1.0 軟組織 1.016 1500 1.524 1.0 肌肉 1.074 1568 1.684 1.0 骨 1.658 3860 5.571 1.0 脂肪 0.955 1476 1.410 1.0 肝 1.050 1570 1.648 1.0

*R（Rayls）1kg/m2.s

人體器官表面有被膜包繞,被膜同其下方組織的聲阻抗差大,形成良好界面反射,聲象圖上出現完整而清晰的周邊回聲,從而顯出器官的輪廓。根據周邊回聲能判斷器官的形狀與大小。

超聲經過不同正常器官或病變的內部，其內部回聲可以是無回聲、低回聲或不同程度的強回聲。

無回聲：是超聲經過的區域沒有反射，成為無回聲的暗區（黑影），可能由下述情況造成：①液性暗區：均質的液體，聲阻抗無差別或差很小，不構成反射界面，形成液性暗區，如血液、膽汁、尿和羊水等。這樣，血管、膽囊、膀胱和羊膜腔等即呈液性暗區。病理情、況下，如胸腔積液、心包積液、腹水、膿液、腎盂積水以及含液體的囊性腫物及包蟲囊腫等也呈液性暗區，成為良好透聲區。在暗區下方常見回聲增強，出現亮的光帶（白影）。②衰減暗區：腫瘤，如巨塊型癌，由於腫瘤對超聲的吸收，造成明顯衰減，而沒有回聲，出現衰減暗區。③實質暗區：均質的實質，聲阻抗差別小，可出現無回聲暗區。腎實質、脾等正常組織和腎癌及透明性變等病變組織可表現為實質暗區。

低回聲：實質器官如肝，內部回聲為分布均勻的點狀回聲，在發生急性炎症，出現滲出時，其聲阻抗比正常組織小，透聲增高，而出現低回聲區（灰影）。

強回聲：可以是較強回聲、強回聲和極強回聲。①較強回聲：實質器官內組織緻密或血管增多的腫瘤，聲阻抗差別大，反射界面增多，使局部回聲增強，呈密集的光點或光團（灰白影），如癌、肌瘤及血管瘤等。②強回聲：介質內部結構緻密，與鄰近的軟組織或液體有明顯的聲阻抗差，引起強反射。例如骨質、結石、鈣化，可出現帶狀或塊狀強回聲區（白影），由於透聲差，下方聲能衰減，而出現無回聲暗區，即聲影（acoustic shadow）。③極強回聲：含氣器官如肺、充氣的胃腸，因與鄰近軟組織之聲阻抗差別極大，聲能幾乎全部被反射回來，不能透射，而出現極強的光帶。

4.3 超聲設備

超聲設備類型較多。早期應用幅度調制型（amplitude mode），即A型超聲，以波幅變化反映回波情況。灰度調制型（brightness mode），即B型超聲，系以明暗不同的光點反映回聲變化，在影屏上顯示9～64個等級灰度的圖像，強回聲光點明亮，弱回聲光點黑暗。

根據成像方法的不同，分為靜態成像和動態成像或實時成像（real timeimagimg）兩種。前者獲得靜態聲像圖，圖像展示範圍較廣，影像較清晰，但檢查時間長，應用少，後者可在短時間內獲得多幀圖像（20～40幀/s）故可觀察器官的動態變化，但圖像展示範圍小，影像稍欠清晰。

超聲設備主要由超聲換能器即探頭（probe）和發射與接收、顯示與記錄以及電源等部分組成（圖141）。

圖141脈沖回聲式超聲設備基本結構示意圖

換能器是電聲換能器，由壓電晶體構成，完成超聲的發生和回聲的接收，其性能影響靈敏度、分辨力和偽影干擾等。B型超聲設備多用脈沖回聲式。電子線陣式多探頭行方形掃描，電子相控陣式探頭行扇形掃描（圖142）。為了藉助聲像圖指導穿剌，還有穿剌式探頭。

圖142實時掃查探頭

a．電子線陣式b.電子相控陣式

探頭性能分3.0、3.5、5.8MHz等。兆赫越大，其通透性能越小。根據檢查部位選用合適的探頭。例如眼的掃描用8MHz探頭，而盆腔掃描，則選用3.0MHz探頭。一個超聲設備可配備幾個不同性能的探頭備選用。

顯示器用陰極射線管,記錄可用多幀照相機和錄像機等。

5 USG圖像特點

聲像圖是以明（白）暗（黑）之間不同的灰度來反映回聲之有無和強弱，無回聲則為暗區（黑影），強回聲則為亮區（白影）。

聲像圖是層面圖像。改變探頭位置可得任意方位的聲象圖，並可觀察活動器官的運動情況。但圖像展示的范圍不像X線、CT或MRI圖像那樣大和清楚。

6 USG檢查技術

超聲探查多用仰卧位，但也可用側卧位等其他 *** 。探查過程中可變更 *** 。

切面方位可用橫切、縱切或斜切面。

患者採取適宜 *** ，露出皮膚，塗耦合劑，以排出探頭與皮膚間的空氣，探頭緊貼皮膚掃描，掃描中觀察圖像，必要時凍結，即停幀，行細致觀察，作好記錄，並攝片或錄像。

應注意器官的大小、形狀、周邊回聲，尤其是後壁回聲、內部回聲、活動狀態、器官與鄰近器官的關系及活動度等。

7 USG圖像分析與診斷

觀察聲像圖時，首先應了解切面方位，以便於認清所包括的解剖結構。注意周邊回聲，包括器官和較大腫塊的邊緣回聲，藉此可觀察其大小、形狀、位置與活動情況。應用游標可測量其徑線、面積或體積，判斷是否增大或縮小；有無局部膨隆；有無移位，活動如何等。要觀察器官與較大腫塊的內部回聲，包括回聲的強弱、多少、分布和回聲周圍情況（例如有無聲影）等。因為它可反映組織結構的內部性質。還應注意鄰近器官的改變，包括受壓移位或浸潤破壞等。器官彌漫性病變依器官大小、形狀和內部回聲的改變進行診斷，較為困難，器官內佔位病變則依靠局限性內部回聲異常作診斷，較易發現。

將所得聲像圖的改變進行綜合判斷。如為局部病變，則應確定病變的位置（例如位於某一器官的哪一部位）；病變的大小、數目；病變的物理性質，是液性、實質性、含氣性或混合性；病理性質，是炎性或腫瘤性，良性或惡性，原發還是轉移，是癌還是肉瘤等。

聲像圖對發現病變、確定病變位置和大小較易，確定病變為液性、實質性或含氣性也較為可靠。鑒別是良性或惡性也有可能、例如良性病變的周邊回聲清楚，邊緣光滑，內部回聲均勻，衰減不明顯，而惡性病變則周邊回聲不清，邊緣不光滑，輪廓不規則，內部回聲不均勻，出血壞死區可無回聲，而衰減也較為明顯。

8 USG診斷的臨床應用

超聲對心、腹部和盆部器官包括妊娠的檢查應用較多。如對肝癌、肝血管瘤、肝膿腫、肝硬化、膽囊結石與腫瘤、胰腺及脾的疾病、腹水的診斷；腎、膀胱、前列腺、腎上腺、子宮、卵巢的檢查；眼、甲狀腺及乳腺的檢查；妊娠的診斷，胎位、胎盤的定位，多胎、死胎、胎兒畸形及葡萄胎的判定等都有相當的價值（圖143）。

圖143 聲像圖

a.正常子宮（↓） b.卵巢皮樣囊腫（↓） c.妊娠（↓）d.胎頭光環（↓） e.子宮前壁胎盤（↓）f.前置胎盤（↑為子宮內口） BL.膀胱 UT.子宮 C.囊腫 P.胎盤 AM.羊水FA.胎兒

7. 超聲波的作用及原理

超聲波頻率高、波長短,他可以像光那樣沿直線傳播,使得我們有可能向某已確定方向上發射超聲波,聲波是縱波,可以順利地在人體組織里傳播。 超聲波遇到不同的介質交接面時會產生反射波.
聲波是屬於聲音的類別之一，屬於機械波，聲波是指人耳能感受到的一種縱波，其頻率范圍為16Hz-20KHz。當聲波的頻率低於16Hz時就叫做次聲波，高於20KHz則稱為超聲波聲波。

在全球，超聲波廣泛運用於診斷學、治療學、工程學、生物學等領域。賽福瑞家用超聲治療機屬於超聲波治療學的運用范疇。
（一）工程學方面的應用：水下定位與通訊、地下資源勘查等
（二）生物學方面的應用：剪切大分子、生物工程及處理種子等
（三）診斷學方面的應用：A型、B型、M型、D型、雙功及彩超等
（四）治療學方面的應用：理療、治癌、外科、體外碎石、牙科等

超聲波的作用
玻璃零件.玻璃和陶瓷製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。它們可以利用超聲波「導航」、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，它們為什麼在沒有光亮的情況下飛翔而不會迷失方向呢？原因就是蝙蝠能發出2～10萬赫茲的超聲波，這好比是一座活動的「雷達站」。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。而雷達的質量有幾十,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,蝙蝠遠優與現代無線電定位器.深入研究動物身上各種器官的功能和構造,將獲得的知識用來改進現有的設備,這是近幾十年來發展起來的一門新學科,叫做仿生學.
我們人類直到第一次世界大戰才學會利用超聲波，這就是利用「聲吶」的原理來探測水中目標及其狀態，如潛艇的位置等。此時人們向水中發出一系列不同頻率的超聲波，然後記錄與處理反射回聲，從回聲的特徵我們便可以估計出探測物的距離、形態及其動態改變。醫學上最早利用超聲波是在1942年，奧地利醫生杜西克首次用超聲技術掃描腦部結構；以後到了60年代醫生們開始將超聲波應用於腹部器官的探測。如今超聲波掃描技術已成為現代醫學診斷不可缺少的工具。
聲吶與雷達的區別
聲吶通過超聲波
雷達通過無線電波
醫學超聲波檢查的工作原理與聲納有一定的相似性，即將超聲波發射到人體內，當它在體內遇到界面時會發生反射及折射，並且在人體組織中可能被吸收而衰減。因為人體各種組織的形態與結構是不相同的，因此其反射與折射以及吸收超聲波的程度也就不同，醫生們正是通過儀器所反映出的波型、曲線，或影象的特徵來辨別它們。此外再結合解剖學知識、正常與病理的改變，便可診斷所檢查的器官是否有病。
目前，醫生們應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徵的方法，主要用於測量器官的徑線，以判定其大小。可用來鑒別病變組織的一些物理特性，如實質性、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變為強弱不同的光點，這些光點可通過熒光屏顯現出來，這種方法直觀性好，重復性強，可供前後對比，所以廣泛用於婦產科、泌尿、消化及心血管等系統疾病的診斷。
M型：是用於觀察活動界面時間變化的一種方法。最適用於檢查心臟的活動情況，其曲線的動態改變稱為超聲心動圖，可以用來觀察心臟各層結構的位置、活動狀態、結構的狀況等，多用於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血液的流量。近幾年來科學家又發展了彩色編碼多普勒系統，可在超聲心動圖解剖標志的指示下，以不同顏色顯示血流的方向，色澤的深淺代表血流的流速。現在還有立體超聲顯象、超聲CT、超聲內窺鏡等超聲技術不斷涌現出來，並且還可以與其他檢查儀器結合使用，使疾病的診斷准確率大大提高。超聲波技術正在醫學界發揮著巨大的作用，隨著科學的進步，它將更加完善，將更好地造福於人類。
研究超聲波的產生、傳播 、接收，以及各種超聲效應和應用的聲學分支叫超聲學。產生超聲波的裝置有機械型超聲發生器（例如氣哨、汽笛和液哨等）、利用電磁感應和電磁作用原理製成的電動超聲發生器、
以及利用壓電晶體的電致伸縮效應和鐵磁物質的磁致伸縮效應製成的電聲換能器等。
超聲效應 當超聲波在介質中傳播時，由於超聲波與介質的相互作用，使介質發生物理的和化學的變化，從而產生
一系列力學的、熱學的、電磁學的和化學的超聲效應，包括以下4種效應：
①機械效應。超聲波的機械作用可促成液體的乳化、凝膠的液化和固體的分散。當超聲波流體介質中形成駐波時 ,懸浮在流體中的微小顆粒因受機械力的作用而凝聚在波節處，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，由於超聲波的機械作用而引起的感生電極化和感生磁化（見電介質物理學和磁致伸縮）。
②空化作用。超聲波作用於液體時可產生大量小氣泡 。一個原因是液體內局部出現拉應力而形成負壓，壓強的降低使原來溶於液體的氣體過飽和，而從液體逸出，成為小氣泡。另一原因是強大的拉應力把液體「撕開」成一空洞，稱為空化。空洞內為液體蒸氣或溶於液體的另一種氣體，甚至可能是真空。因空化作用形成的小氣泡會隨周圍介質的振動而不斷運動、長大或突然破滅。破滅時周圍液體突然沖入氣泡而產生高溫、高壓，同時產生激波。與空化作用相伴隨的內摩擦可形成電荷，並在氣泡內因放電而產生發光現象。在液體中進行超聲處理的技術大多與空化作用有關。
③熱效應。由於超聲波頻率高，能量大，被介質吸收時能產生顯著的熱效應。
④化學效應。超聲波的作用可促使發生或加速某些化學反應。例如純的蒸餾水經超聲處理後產生過氧化氫；溶有氮氣的水經超聲處理後產生亞硝酸；染料的水溶液經超聲處理後會變色或退色。這些現象的發生總與空化作用相伴隨。超聲波還可加速許多化學物質的水解、分解和聚合過程。超聲波對光化學和電化學過程也有明顯影響。各種氨基酸和其他有機物質的水溶液經超聲處理後，特徵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構發生了改變 。
超聲應用 超聲效應已廣泛用於實際，主要有如下幾方面：
①超聲檢驗。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，這一特性已被廣泛用於超聲波探傷、測厚、測距、遙控和超聲成像技術。超聲成像是利用超聲波呈現不透明物內部形象的技術 。把從換能器發出的超聲波經聲透鏡聚焦在不透明試樣上，從試樣透出的超聲波攜帶了被照部位的信息（如對聲波的反射、吸收和散射的能力），經聲透鏡匯聚在壓電接收器上，所得電信號輸入放大器，利用掃描系統可把不透明試樣的形象顯示在熒光屏上。上述裝置稱為超聲顯微鏡。超聲成像技術已在醫療檢查方面獲得普遍應用，在微電子器件製造業中用來對大規模集成電路進行檢查，在材料科學中用來顯示合金中不同組分的區域和晶粒間界等。聲全息術是利用超聲波的干涉原理記錄和重現不透明物的立體圖像的聲成像技術，其原理與光波的全息術基本相同，只是記錄手段不同而已（見全息術）。用同一超聲信號源激勵兩個放置在液體中的換能器，它們分別發射兩束相乾的超聲波：一束透過被研究的物體後成為物波，另一束作為參考波。物波和參考波在液面上相干疊加形成聲全息圖，用激光束照射聲全息圖，利用激光在聲全息圖上反射時產生的衍射效應而獲得物的重現像，通常用攝像機和電視機作實時觀察。
②超聲處理。利用超聲的機械作用、空化作用、熱效應和化學效應，可進行超聲焊接、鑽孔、固體的粉碎、乳化 、脫氣、除塵、去鍋垢、清洗、滅菌、促進化學反應和進行生物學研究等，在工礦業、農業、醫療等各個部門獲得了廣泛應用。
③基礎研究。超聲波作用於介質後，在介質中產生聲弛豫過程，聲弛豫過程伴隨著能量在分子各自電度間的輸運過程，並在宏觀上表現出對聲波的吸收（見聲波）。通過物質對超聲的吸收規律可探索物質的特性和結構，這方面的研究構成了分子聲學這一聲學分支。普通聲波的波長遠大於固體中的原子間距，在此條件下固體可當作連續介質 。但對頻率在1012赫以上的 特超聲波 ，波長可與固體中的原子間距相比擬，此時必須把固體當作是具有空間周期性的點陣結構。點陣振動的能量是量子化的 ，稱為聲子（見固體物理學）。特超聲對固體的作用可歸結為特超聲與熱聲子、電子、光子和各種准粒子的相互作用。對固體中特超聲的產生、檢測和傳播規律的研究，以及量子液體——液態氦中聲現象的研究構成了近代聲學的新領域——
聲波是屬於聲音的類別之一，屬於機械波，聲波是指人耳能感受到的一種縱波，其頻率范圍為16Hz-20KHz。當聲波的頻率低於16Hz時就叫做次聲波，高於20KHz則稱為超聲波聲波。
超聲波具有如下特性：
1） 超聲波可在氣體、液體、固體、固熔體等介質中有效傳播。
2） 超聲波可傳遞很強的能量。
3） 超聲波會產生反射、干涉、疊加和共振現象。
4） 超聲波在液體介質中傳播時，可在界面上產生強烈的沖擊和空化現象。
超聲波是聲波大家族中的一員。
聲波是物體機械振動狀態（或能量）的傳播形式。所謂振動是指物質的質點在其平衡位置附近進行的往返運動。譬如，鼓面經敲擊後，它就上下振動，這種振動狀態通過空氣媒質向四面八方傳播，這便是聲波。
超聲波是指振動頻率大於20KHz以上的，人在自然環境下無法聽到和感受到的聲波。
超聲波治療的概念：
超聲治療學是超聲醫學的重要組成部分。超聲治療時將超聲波能量作用於人體病變部位，以達到治療疾患和促進機體康復的目的

8. 超聲彈性成像的概念及原理

超聲彈性 成像是一種新型超聲診斷技術，能夠研究傳統超聲無法探測的腫瘤及擴散疾病成像，正處於觀察研究階段，可應用於乳腺、甲狀腺、前列腺等方面。組織的彈性依賴於其分子和微觀結構,臨床醫生通過觸診定叢盯性評價和診斷乳腺腫塊，其基礎是組織硬度或彈性與病變的組織病理密切相關。新的彈性成像技術提供了組織硬度的圖像，也就是關於病變的組織特徵的信息。根據不同組織間彈性系數不同，在受到外力壓迫後組織發生變形的程度不同，將受壓前後回聲信號移動幅度的變化轉化為實時彩色圖像，彈性系數小、受壓後位移變化大的組織顯示為紅色，彈性系數大、受壓後位移變化小的組織顯示為藍色，彈性系數中等的組織顯示為綠色，借圖像色彩反映組織的硬度。彈性成像技術，使超聲圖像拓寬，彌補了常規超聲的不足，能更生動地顯示及定位病變。
超聲彈性成像（亦稱實時應變成像）比較加壓（用超聲探頭緊壓病變）前後乳腺病變彈性信息的超聲圖像。施加一個外力後，比較柔軟的正常組織變形超過堅硬的腫瘤組織。加壓前後病變有無改變說明病變的僵硬度，後者是鑒別病變性質的重要參數。例如低回聲病變診斷較困難，但如果它彈性大，則可以有把握地診局鄭褲斷為脂肪組織。超聲彈性成像是利用生物組織的彈性信息幫助疾病的診斷。其基本原理為：根據各種不同組織（正常及病變）的彈性系數不同，在加外力或交變振動後其應變（桐簡主要為形態改變）亦不同。收集被測體的某時間段內的各個片段信號，用自相關法綜合分析（combined autocorrelationmethod,CAM），再以灰階或彩色編碼成像。在相同外力作用下，彈性系數大的，引起的應變比較小；反之，彈性系數較小的，相應的應變比較大。也就是比較柔軟的正常組織變形超過堅硬的腫瘤組織。超聲彈性成像即利用腫瘤或其他病變區域與周圍正常組織間彈性系數的不同，產生應變大小的不同，以彩色編碼顯示，來判別病變組織的彈性大小，從而推斷某些病變的可能性。

9. 超聲成像的超聲成像原理

陣列聲悉信場延時疊加成像是超聲成棚陸稿像中最傳統，最簡單的，也是目前實際當中應用最為廣泛的成像方式。在這種鏈孝方式中，通過對陣列的各個單元引入不同的延時，而後合成為一聚焦波束，以實現對聲場各點的成像。