概述

【超聲】（ultrasound）高于可聽聲頻率上限的聲波。其頻率范圍通常在20－109kHz之間，但超聲的上限卻沒有明確的界限。

超聲的主要特性和作用有：（1）波長短，可近似直線傳播，在固體和液體內(nèi)衰減比電磁波??；其傳播特性與介質(zhì)的性質(zhì)密切相關(guān)。（2）能量容易集中，所以強度大，振動劇烈，能產(chǎn)生許多特殊作用（如激震波、液體中的空化作用），導(dǎo)致機械、熱、光、電、化學(xué)及生物等各種效應(yīng)。因此廣泛用于生產(chǎn)技術(shù)、醫(yī)學(xué)、物理化學(xué)、分子物理等學(xué)科的研究中，并發(fā)展為超聲技術(shù)及超聲醫(yī)學(xué)。例如利用超聲的振動形式能量，可以對金屬材料、種子進(jìn)行超聲處理；根據(jù)超聲波的聲光效應(yīng)可以對光調(diào)制，研制成一些聲光器件；此外，還發(fā)展了聲成像、聲全息及微波超音技術(shù)。在大氣測量中已制成了超聲風(fēng)速儀，這是一種測量風(fēng)速脈動的快速響應(yīng)儀器。由于超聲原理和技術(shù)的發(fā)展及其廣泛的應(yīng)用，目前 已逐漸形成了獨立的超聲學(xué)。

超聲波的產(chǎn)生

聲波是物體機械振動狀態(tài)（或能量）的傳播形式。所謂振動是指物質(zhì)的質(zhì)點在其平衡位置附近進(jìn)行的往返運動。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20000Hz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，它們的共同點都是一種機械振動，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∽5兆Hz之間，常用為3∽3.5兆Hz（每秒振動1次為1Hz，1兆Hz=10^6Hz,即每秒振動100萬次，可聞波的頻率在16－20，000HZ 之間）。超聲波是聲波大家族中的一員。

超聲波在媒質(zhì)中的反射、折射、衍射、散射等傳播規(guī)律，與可聽聲波的規(guī)律并沒有本質(zhì)上的區(qū)別。但是超聲波的波長很短，只有幾厘米，甚至千分之幾毫米。與可聽聲波比較，超聲波具有許多奇異特性：傳播特性──超聲波的波長很短，通常的障礙物的尺寸要比超聲波的波長大好多倍，因此超聲波的衍射本領(lǐng)很差，它在均勻介質(zhì)中能夠定向直線傳播，超聲波的波長越短，這一特性就越顯著。功率特性──當(dāng)聲音在空氣中傳播時，推動空氣中的微粒往復(fù)振動而對微粒做功。聲波功率就是表示聲波做功快慢的物理量。在相同強度下，聲波的頻率越高，它所具有的功率就越大。由于超聲波頻率很高，所以超聲波與一般聲波相比，它的功率是非常大的?？栈饔茅ぉぎ?dāng)超聲波在液體中傳播時，由于液體微粒的劇烈振動，會在液體內(nèi)部產(chǎn)生小空洞。這些小空洞迅速脹大和閉合，會使液體微粒之間發(fā)生猛烈的撞擊作用，從而產(chǎn)生幾千到上萬個大氣壓的壓強。微粒間這種劇烈的相互作用，會使液體的溫度驟然升高，起到了很好的攪拌作用，從而使兩種不相溶的液體（如水和油）發(fā)生乳化，并且加速溶質(zhì)的溶解，加速化學(xué)反應(yīng)。這種由超聲波作用在液體中所引起的各種效應(yīng)稱為超聲波的空化作用。

頻率高于2×104赫的聲波。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)的應(yīng)用

超聲效應(yīng)已廣泛用于實際，主要有如下幾方面：

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(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)。超聲成像是利用超聲波呈現(xiàn)不透明物內(nèi)部形象的技術(shù) 。把從換能器發(fā)出的超聲波經(jīng)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(jīng)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(tǒng)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(shù)已在醫(yī)療檢查方面獲得普遍應(yīng)用，在微電子器件制造業(yè)中用來對大規(guī)模集成電路進(jìn)行檢查，在材料科學(xué)中用來顯示合金中不同組分的區(qū)域和晶粒間界等。聲全息術(shù)是利用超聲波的干涉原理記錄和重現(xiàn)不透明物的立體圖像的聲成像技術(shù)，其原理與光波的全息術(shù)基本相同，只是記錄手段不同而已（見全息術(shù)）。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(fā)射兩束相干的超聲波：一束透過被研究的物體后成為物波，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(chǎn)生的衍射效應(yīng)而獲得物的重現(xiàn)像，通常用攝像機和電視機作實時觀察。

超聲處理。利用超聲的機械作用、空化作用、熱效應(yīng)和化學(xué)效應(yīng)，可進(jìn)行超聲焊接、鉆孔、固體的粉碎、乳化 、脫氣、除塵、去鍋垢、清洗、滅菌、促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)和進(jìn)行生物學(xué)研究等，在工礦業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療等各個部門獲得了廣泛應(yīng)用。

基礎(chǔ)研究。超聲波作用于介質(zhì)后，在介質(zhì)中產(chǎn)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，并在宏觀上表現(xiàn)出對聲波的吸收（見聲波）。通過物質(zhì)對超聲的吸收規(guī)律可探索物質(zhì)的特性和結(jié)構(gòu)，這方面的研究構(gòu)成了分子聲學(xué)這一聲學(xué)分支。普通聲波的波長遠(yuǎn)大于固體中的原子間距，在此條件下固體可當(dāng)作連續(xù)介質(zhì) 。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(dāng)作是具有空間周期性的點陣結(jié)構(gòu)。點陣振動的能量是量子化的 ，稱為聲子（見固體物理學(xué)）。特超聲對固體的作用可歸結(jié)為特超聲與熱聲子、電子、光子和各種準(zhǔn)粒子的相互作用。對固體中特超聲的產(chǎn)生、檢測和傳播規(guī)律的研究，以及量子液體——液態(tài)氦中聲現(xiàn)象的研究構(gòu)成了近代聲學(xué)的新領(lǐng)域。

超聲波的發(fā)展史

國際方面：

自19世紀(jì)末到20世紀(jì)初，在物理學(xué)上發(fā)現(xiàn)了壓電效應(yīng)與反壓電效應(yīng)之后，人們解決了利用電子學(xué)技術(shù)產(chǎn)生超聲波的辦法，從此迅速揭開了發(fā)展與推廣超聲技術(shù)的歷史篇章。

1922年，德國出現(xiàn)了首例超聲波治療的發(fā)明專利。

1939年發(fā)表了有關(guān)超聲波治療取得臨床效果的文獻(xiàn)報道。

40年代末期超聲治療在歐美興起，直到1949年召開的第一次國際醫(yī)學(xué)超聲波學(xué)術(shù)會議上，才有了超聲治療方面的論文交流，為超聲治療學(xué)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。1956年第二屆國際超聲醫(yī)學(xué)學(xué)術(shù)會議上已有許多論文發(fā)表，超聲治療進(jìn)入了實用成熟階段。

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。特別是20世紀(jì)80年代初出現(xiàn)的超聲體外機械波碎石術(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為是21世紀(jì)治療腫瘤的最新技術(shù)。