超声的原理是什么

超声的物理本质是超过人耳听觉上限的机械振动波，医学诊断常用的频率范围为2兆赫兹至15兆赫兹。其成像依赖声波在人体不同组织界面产生的反射与散射信号，探头接收回声后由计算机重建为解剖图像。

核心物理机制

1、压电效应：超声探头内的压电陶瓷晶体在交变电场作用下发生厚度方向的机械振动，产生并发射声波；接收回声时，声压使晶体形变并转化为电信号。

2、声阻抗差异：两种组织声阻抗不同时，界面处产生反射。反射强度取决于声阻抗差值大小，差值越大回声越强。骨骼与软组织之间声阻抗差极大，因此骨表面呈强回声。

3、回声定位：探头间歇性发射脉冲并接收回波，依据回波返回时间计算界面深度，公式为深度等于声速乘以时间的一半。软组织平均声速约为1540米每秒。

4、多普勒效应：运动界面反射的声波频率发生偏移，频移量与血流速度成正比。该原理用于评估血流方向和速度。

不同组织的回声特征

• 无回声：尿液、胆汁、囊液等液体几乎不反射声波，在图像上呈黑色。
• 低回声：肝脏、脾脏、肾皮质等实质器官呈灰色。
• 高回声：血管壁、肾窦、胰腺等结构呈较亮灰色。
• 强回声：骨骼、结石、钙化灶反射强烈，呈白色并伴后方声影。

关键数据与依据

中华医学会超声医学分会发布的《超声医学临床操作规范》指出，诊断超声输出声强受严格限制，空间峰值时间平均声强一般不超过720毫瓦每平方厘米。世界卫生组织在2017年发布的《诊断超声安全性指南》中明确，在无明确临床指征时，不应将超声作为常规筛查手段反复使用。一项纳入超过5万例孕妇的多中心研究显示，诊断级超声暴露与胎儿畸形之间未发现剂量效应关系，该研究由美国医学超声学会于2016年发布。

成像模式与适用范围

• B型超声：以灰阶显示二维断层解剖，适用于腹部、妇产、小器官检查。
• M型超声：记录单一声束方向上结构随时间运动的曲线，用于心脏瓣膜和心室壁运动评估。
• 彩色多普勒：将频移信号以色彩叠加于二维图像，显示血流分布。
• 脉冲多普勒：测量特定容积内血流速度频谱，用于量化狭窄程度。
• 弹性成像：通过声波或外力激励组织，测量形变程度以评估硬度。

超声检查无电离辐射，可实时成像，但声波无法穿透含气组织和骨骼，因此肺部、胃肠道和颅脑的部分区域成像受限。检查前根据部位需要空腹、憋尿或涂抹耦合剂，耦合剂用于排除探头与皮肤之间的空气，保证声波有效传入。

常见问题

否。超声利用机械振动波成像，不产生电离辐射，与X射线和CT的成像原理不同。

否。骨骼声阻抗与软组织差异极大，声波几乎全部反射，因此超声难以显示骨骼内部结构。

充盈的膀胱作为透声窗，可将肠道推开，使声波顺利到达盆腔器官，提高子宫和卵巢的显示清晰度。

否。色彩仅代表血流方向相对探头的朝向，通常朝向探头为红色，背离探头为蓝色，与动脉或静脉无必然对应关系。

参考资料

[1] 中华医学会超声医学分会. 超声医学临床操作规范. 北京: 人民卫生出版社.

[2] World Health Organization. Manual of Diagnostic Ultrasound. Geneva: WHO Press, 2017.

[3] American Institute of Ultrasound in Medicine. Safety in Diagnostic Ultrasound. 2016.

[4] 王新房. 超声心动图学. 第5版. 北京: 人民卫生出版社.