超聲波是指振動頻率在20　000／s（赫茲，Hz）以上，超過正常人耳聽閾高限的聲波。超聲波屬于機械波，由物體機械振動產(chǎn)生，它是以縱波的形式在彈性介質(zhì)內(nèi)傳播。醫(yī)學(xué)診斷用超聲波的頻率在（1～20）MHz。

（一）超聲波的發(fā)生

1．壓電效應(yīng)　目前，醫(yī)學(xué)診斷用超聲波發(fā)生裝置，多根據(jù)壓電效應(yīng)原理制造。在某些晶體的一定方向上施加壓力或拉力時，晶體的兩個表面將分別出現(xiàn)正、負電荷，即機械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，此現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)；把壓電晶體置于交變電場中，晶體就沿一定的方向壓縮或膨脹，即電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能，此現(xiàn)象稱為逆壓電效應(yīng)。

2．超聲波的產(chǎn)生和接收　醫(yī)用超聲波診斷儀主要由兩部分組成，即主機和探頭。探頭即換能器，由壓電晶體組成，用來產(chǎn)生和接收超聲波。超聲波的產(chǎn)生是利用壓電晶體的逆壓電效應(yīng)。當(dāng)壓電晶體受到儀器產(chǎn)生的高頻交變電壓作用時，壓電晶體將在厚度方向上產(chǎn)生脹縮現(xiàn)象，即機械振動，這個振動的晶片即成了超聲波的聲源。該振動引起鄰近介質(zhì)形成疏密相間的波，即超聲波。超聲波的接收則是利用壓電晶體的正壓電效應(yīng)。當(dāng)回聲信號作用于壓電晶體上，相當(dāng)于對其施加一外力（機械能），根據(jù)正壓電效應(yīng)晶體兩邊將產(chǎn)生攜帶回聲信息的微弱電壓信號，將這種電信號經(jīng)過放大、處理之后，即能在顯示屏上顯示出用于診斷的聲像圖。

（二）超聲波傳播的特點

1．束射性　指超聲波在一定距離內(nèi)可沿直線傳播，具有較強的方向性。此特點與一般聲波不同，而與光波相似。

圖4－1　超聲波的反射與折射

2．反射與折射　當(dāng)一束超聲波入射到比自身波長大很多倍的兩種介質(zhì)的交界面上時，就會產(chǎn)生反射與折射現(xiàn)象（圖4－1）。Pi， Pr，Pt分別為入射超聲、反射超聲和折射超聲，θi，θr，θt分別為入射角、反射角和折射角，Z1和Z2分別為介質(zhì)1和介質(zhì)2的聲阻抗。超聲波的反射遵循反射定律：入射角等于反射角，即θi＝θr。超聲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兩種介質(zhì)中的聲速之比，即Sinθi／Sinθt＝C1／C2。

超聲波的反射主要與兩種因素有關(guān)：①與入射角有關(guān)。入射角越大則反射角越大。②與聲阻抗有關(guān)。聲阻抗可以理解為超聲波在介質(zhì)中傳播時所受到的阻力，其值為介質(zhì)密度（ρ）與聲速（C）的乘積，即Z＝ρ×C，單位為瑞利。不同的組織或介質(zhì)有不同的聲阻抗。當(dāng)兩種相鄰介質(zhì)的聲阻抗差值＞0．1%時，入射的超聲波即在交界面上產(chǎn)生反射和折射等。聲阻抗差越大，反射越強，折射越弱；反之亦然。

3．散射和繞射　如果物體是直徑甚小于超聲波波長的微粒，超聲在與微粒相互作用時，大部分超聲能量繼續(xù)向前傳播，小部分超聲能量被微粒吸收后再向四面八方輻射聲波，這種現(xiàn)象稱為散射。散射時，微粒成為新的聲源（圖4－2）。如果物體的介面尺寸與超聲波波長相接近，超聲波將繞過障礙而傳播，稱為繞射（圖4－3）。人體組織內(nèi)的細微結(jié)構(gòu)對超聲的散射，是臟器內(nèi)部圖像形成的依據(jù)。

圖4－2　超聲波的散射

圖4－3　超聲波的繞射

超聲波檢查時，通過人體內(nèi)大、小界面的反射和散射回聲，不僅能顯示器官的輪廓和毗鄰關(guān)系，而且能顯示其細微結(jié)構(gòu)及運動狀態(tài)，故界面的反射和散射回聲是超聲成像的基礎(chǔ)。

4．超聲波的衰減　超聲波在介質(zhì)中傳播時，入射聲能隨傳播距離的增加而減少的現(xiàn)象稱超聲衰減。其原因有反射、散射、聲束的擴散及吸收。一般認為，人體中的超聲波衰減，吸收是主要的。