在这场众志成城的疫情里，除了X线、CT、PCR等检查手段外，超声检查凭借着其快速、无创、实时等优势，成为了肺部疾病在临床诊断及治疗中不可或缺的检查工具！
本期，和大家介绍下超声诊断技术的原理以及应用。
超声诊断（ultrasonic diagnosis）是将超声检测技术应用于人体，通过测量了解生理结构的数据和形态，发现疾病，作出提示的一种诊断方法。超声诊断是一种无创、无痛、方便、直观的检查手段，应用广泛，影响很大，与X射线、CT、磁共振成像并称为四大医学影像技术。
超声波的特性
物体的机械振动是产生波的源泉 , 波的频率取决于物体的振动频率。声波根据其频率不同，可以分为次声波、声波、超声波三种。
根据声波频率的不同，可以分为以下几类：
频率低于20Hz的声波称为次声波或超低声；
频率20Hz~20kHz的声波称为可闻声；
频率20kHz~1GHz的声波称为超声波；
频率大于1GHz的声波称为特超声或微波超声。
超声波与可闻声波相比,由于频率高、波长短,因而具有如下特性
（1）方向性好。
由于超声波频率高,波长短,衍射现象不显著,所以超声波的传播方向性好,容易得到定向而集中的超声波束。超声波的这一特点,既便于定向发射以寻求目标,又便于聚焦以获得较大的声强。
（2）功率大。
根据声波的声强公式
声强I与振动频率ω的二次方成正比.超声波在介质中传播时,介质质点振动的频率越高功率越大。
因此,超声波的功率可以比一般声波的功率大得多。大功率超声简称功率超声。
（3）穿透力强。
实验指出,超声波在气体中衰减很强,而在液体和固体中衰减很小,介质的吸收系数随波的频率增大而增大,所以当超声波的频率增加时,穿透本领会下降,为此在不同的应用中应选用适当的频率但因其声强大,且能量集中,故有较强的穿透本领。在不透明的固体中,超声波能穿透几十米的厚度。
超声波碰到杂质或介质分界面有显著的反射。
（4）空化作用。
超声波在液体中传播时由于超声波与声波一样是一种疏密的振动波,在传播过程中,液体时而受拉时而逐级压。液体能耐压,而承受拉力的能力很差。当超声波的波强度足够大时,液体因承受不住拉力而发生断裂(特别是在含有杂质和气泡的地方),从而产生近于真空或含少量气体的空穴。在声波压缩阶段,空穴被压缩直至崩溃。在崩溃过程中,空穴内部可达几千摄氏度的高温和几千个标准大气压的高压。此外,在小空穴形成过程中,由于摩擦而产生正、负电荷,在空穴崩溃时,产生放电、发光现象。
超声波的这种现象,称为空化作用。
什么是超声波诊断仪？
超声诊断仪涉及声学、机械学、光学和电子学，近年来随着声学材料、电子技术、集成电路、微计算机的迅速发展，尤其是DSC(数字扫描转换器)和DSP(数字扫描计算机)的引用，它的性能不断提高，有的日益专门化，显示的空间由一维、二维向三维发展。
超声诊断仪利用超声波回波特征，将人体内脏器显示成二维图形或三维图形的一种成像技术，具有无痛苦、无损伤、无电磁辐射的特征，可进行反复检查，具有较高的敏感度、分辨力。
现代医学超声将多普勒原理进行结合，若超声波碰及流向远离探头的液体时，回声频率降低，流向探头液体会使得探头接受回声频率出现升高。经过计算机伪像技术可有效的对数据进行处理，这样可有效的对超声图像之中液体的流动方向、流速大小、性质进行判定，进而形成了超声图像。
超声诊断仪的种类
超声诊断主要应用超声的良好指向性和与光相似的反射、散射、衰减及多普勒(Doppler)效应等物理特性。
（1）反射、折射与衰减：
声阻抗为声波传递介质中某点的声压和该点速度的比值，它等于密度与声速的乘积，物体密度越大声阻抗一般也就越大。超声通过声阻抗差达到1％的介质即可在其交界面上产生部分反射。
机体各组织声阻抗皆有不同，故反射回波亦不同。脏器与脏器之间，脏器内的结缔组织与其他组织之间，正常组织与病理组织之间，各个不同病理组织之间，声阻抗都有不同程度的差异，超声射入机体内由表面到深层，将经过不同声阻抗和不同衰减特性的器官与组织，从而产生不同的反射和衰减。这种不同的反射与衰减是构成超声图像的基础。
（2）衍射与散射：
当声波遇到线度为1~2个波长的障碍物，声波的传播方向将偏离原来的方向产生衍射；当声波传播过程中遇到线度远远小于波长的粒子，粒子吸收声波能量后再向四周各个方向辐射，成为散射。
（3）多普勒效应：
当振源与散射体之间存在相对运动时，振源发射的超声波射向散射体后，产生散射波的频率发生改变，利用这种现象可对运动物体进行检测。
超声诊断仪的种类
目前，以工作原理进行分类，可以将超声诊断仪分成A型、B型、M型、D型、三维、四维超声诊断仪。
（1） A型超声诊断法
A型（Amplitude Mode）超声诊断法又称超声示波诊断法或幅度调制型超声诊断法，简称A型（A-mode）超声或A超。A型超声诊断法是将超声回声信号以波的形式显示出来，纵坐标表示波幅的高度即回声的强度，横坐标表示回声的往返时间即超声所探测的距离或深度。
由于A型超声存在一维局限性，即探测信息量少、盲目性大，自B超发展后已逐渐被抛弃。但这种方法对回声各种参数量的变化颇为灵敏，在脑中线、眼及脂肪层测量方面仍不失为理想手段，此外其对实性与液性鉴别亦很有发展前途。
（2） B型超声诊断法
B型（Brightness Mode）超声诊断法又称超声断层显像法，简称B型（B-mode）超声或B超。B型超声诊断法是将回声信号以光点明暗，即灰阶的形式显示出来。光点的强弱反应回声界面反射和衰减超声的强弱。这些光点、光线和光面构成了被探测部位二维断层图像或切面图像，即声像图。
B型超声可进行实时显像，广泛地应用于各组织器官的疾病的诊断，如心血管系统疾病、肝胆疾病、肾及膀胱疾病、生殖系统疾病、脾脏病变、眼科疾病、内分泌腺病变及其它软组织病变的的诊断。最著名的便是在孕期对胎儿的检查。
（3） M型（Motion Type）超声诊断法
M型（Motion Type）超声诊断法又称超声光点扫描法，只是在声像图上加入了慢扫描锯齿波，使回声信号从左向右自行移动扫描。纵坐标为扫描时间（即超声传播时间），横坐标为光点慢扫描时间，显示时间位置曲线图，如M型超声心动图。与A超相同，均反映的是一维空间结构。
M型超声主要应用于心血管系统的检查，可以动态地了解心血管系统形态结构和功能状况，并获取相应的心血管生理或病理的技术指标。
（4） D型（Doppler Mode）超声诊断法
即多普勒法，简称D型（D-mode），是应用多普勒效应原理设计的。当探头与反射界面之间有相对运动时，反射信号的频率发生改变，即多普勒频移，用检波器将此频移检出，加工处理，即可获得多普勒信号音。目前临床应用广泛的是经过进一步发展的彩色多普勒超声与经颅多普勒超声检测。
彩色多普勒血流显像（CDFI）或彩色多普勒显像（CDI）主要是利用血液中运动的红细胞对声波的散射，产生多普勒效应，经伪彩色编码技术，在二维图像上显示彩色血流影像。不同方向的血流以不同的颜色表示。彩色多普勒超声诊断仪同时具备频谱多普勒功能，可在彩色图像上定点取样，显示多普勒频谱图，并听取多普勒信号音。
经颅多普勒超声 (TCD)又称脑彩，用较低频率的多普勒超声探查颅内动脉，显示为多普勒频谱图，用来诊断各种脑血管疾病，如脑血管畸形、脑动脉瘤，脑血管痉挛等。
（5） 三维、四维成像法
是近年来发展起来的医学影像技术，能显示直观的立体图像，可提供比二维超声更为丰富的信息。主要用于心脏疾病的研究与临床诊治，在妇产科、眼科、腹部及周围血管成像等方面有一定的应用。
参考文献：
《超声诊断原理大汇总》，机械之家
《超声诊断原理与应用》，刘红梅
《超声波原理与现代应用探讨》，王育慷
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