超声应用

家喻户晓的B超

所谓B超，其实是超声波B型显示成像的方法的简称。人体内部的肌体、器官的声速和密度都有差别，声波在由超声换能器发出，传入人体后在器官的界面和内部不均匀的地方就会有强弱不同的反射和散射回到人体表面的换能器上。通过对反射信号的处理，就可以显示出人身纵向切面各处的情况。

肝*腹主动脉纵切超声显像图——肝（L） 贲门（CA） 胰腺（P） 腹主动脉（AO）

肾脏纵切超声显像图

脂肪囊：绕于肾周强回声光带。一般厚约0.5-1cm。

肾实质：分布均匀细小光点回声，皮质回声较强，髓质回声较弱。

集合系统：位于肾脏中央带状强回声，边缘不规则，分布不很均匀。

　　为了更清楚地观察体内的情况，还发展了超声内视镜。把超声探头放入体内进行扫描，有的可以旋转。最细的超声内视镜直径小到三毫米，有可能对总胆管、胃、十二指肠、大肠、血管、心脏、甲状腺等进行观察，得到比从体外观察更细的图案。

为了对人的特定部位的观察更清楚，可以将与人体组织声学特性差异较大的物质（造影剂）注入，人为地扩大特定部分与周围组织的差异，这叫超声造影术。造影剂在送到特定部位的过程中必须稳定，超声测量后又能较快安全地被吸收，通常造影剂是含有气泡的液体。声学造影技术目前用于心脏诊断效果很好。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　  超声显微镜

和光学显微镜一样，超声显微镜也要有一个透镜，使声波聚焦，透镜一般用蓝宝石制成。高频的电发射机把电信号输到换能器上，换能器发出高频声波，经声透镜聚在样品上，超声穿过样品后到达共焦点的对面声透镜，带有样品信号的声波经换能器变成电信号送到荧光屏。

用光显微镜观察细胞时，要对细胞染色，因此看不见活体，而用声显微镜时，可以直接观察活体，这是光显微镜比不上的。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　超声治疗

• 超声粉碎结石

在肾脏或胆囊中往往会产生结石，以前治疗结石的办法是开刀，会使病人很痛苦。超声碎石机是用一个椭球形的反射罩，把超声发生器放在一个焦点，经反射后，超声聚焦在椭球体的另一个焦点，使结石处在焦点位置，就可以把结石打碎。这样对人几乎没有损伤，也没有什么痛苦。

• 超声手术刀

使用经过聚焦的强超声，把巨大的超声能量聚集在一个小点上，可以破坏人体组织把它切开，但在非焦点区声强很小，对人体组织没有影响，因此不会大量出血，这是超声手术刀的一个特点。

•  高强度聚焦超声

要使用超声波进入人体，在需要的部位有很高的强度，可以破坏有病的细胞，而周围的细胞不受损害，这就需要高精度的聚焦技术。使用换能器曲面聚焦、透镜聚焦、阵列聚焦都可以把声能量集中在人体内需要治疗的地方形成“焦区”，使焦区内的细胞坏死。这种技术已经应用于治疗多种癌症，效果明显。

• 在生物工程中的应用

低强度超声在溶液中传播时，只产生较为缓和的稳态空化效应。这时超声使液体中的质点振动、空化泡对其他微粒产生剪切作用。作用于细胞时会产生胞内的微流，旋转和涡流运动，并能提高细胞膜和壁的穿透性，提高细胞新陈代谢功能。因此超声可以用来激活细胞和提高酶的活性等。但在使用中要注意超声的热效应，它会杀菌和使酶失活。

高强度的超声产生强烈的空化，在局部产生高温和高压，并伴有强烈的冲击波和快速的微冲流。瞬时的高温高压还会使水分解为OH根和H离子，可以与生物物质发生反应生成多种活性化学物质。在生物工程中可用于DNA分解、酶失活、类脂的过氧化和杀菌等。

次声对人体的影响

实验证明，在一定的强度范围内，次声会使人有烦恼感、昏睡感。在声压级为120分贝的情况下，人的脉搏率和血压都会降低。对公共汽车司机进行实验，包括模拟外界次声、可听频噪声和振动，要求司机按一定速度直驶。结论是次声作用1-2小时后对司机有不良影响，使其疲劳、昏昏欲睡，这会产生交通安全的隐患。

对很低频的振动，最明显的就是晕船效应。人体对7赫左右的振动特别敏感，在这个频率上腹内和胸腔内器官会有谐振。

人的听觉器官——耳

人耳分为外耳、中耳、内耳三部分。

外耳包括耳廓、外耳道、鼓膜三部分，中耳的鼓室内有三块听小骨，中耳下方的咽鼓管和口腔相连，内耳包括半规管、前庭和耳蜗三部分。外耳和中耳的作用是使内耳能接收到比较强的声波。真正的听觉是由内耳中的耳蜗和大脑共同完成的。

耳解剖图

1、颅中窝 2、半规管 3、前庭 4、耳蜗 5、颞骨岩部 6、鼓膜 7、听小骨 8、鼓室 9、咽鼓管 10、乳突 11、外耳道 12、耳廓

　　耳蜗是两端封闭的管子，卷起象蜗牛一样，因此得名。蜗管中间有一个中隔，沿长度把耳蜗分成两部分，叫前庭阶和耳鼓阶。中隔的外包是前庭膜和基底膜，听觉细胞就在膜内。

听觉细胞为呈细小毛发状的丛生结构，所以也称毛细胞，每个毛细胞都有上百根纤毛。当声音传到蜗管中隔的覆膜里，引起毛细胞的纤毛发生变曲运动，这改变了蜗管与毛细胞之间的生物电流回路中的阻抗，产生的电信号被传到大脑，从而产生了听觉。

耳朵不好要戴助听器。助听器的主要原理就是把外界声音放大，再送入人的耳朵。随着电子技术、大规模集成电路的发展，助听器可以做得很小，完全可以放入耳道，对人的活动也没有影响。

 人工耳蜗

如果人的中耳、内耳都坏了，可以通过植入人工耳蜗的办法来解决听力问题。

人工耳蜗分为两部分，一部分在体外接收声信号，并把声信号转换为电信号，通过信号传输，送到植入耳内的仪器。植入耳内的仪器将接收到的信号变为电脉冲，送到听神经。

中国科学院声学研究所和国内耳科学及听觉医学方面的权威医疗机构合作，共同研制开发的人工耳蜗产品，必将有助于聋残病人回到有声世界，根本改变他们的生活、工作和学习环境。

 超声体模

B超是涉及人身健康乃至生命的医疗器械，它的生产和使用，需要进行严格的标定。我国的医药和计量单位，也对B超的使用制定了强制性的监督管理措施。

中国科学院声学研究所生产的仿组织超声体模，作为B超仪器质量检验与评价中的“专用检测设备”，已经形成声束切片厚度体模、声束形状体模、对比度/细微分辨力体模、三维成像体模，多普勒体模与仿血流控制系统等系列产品，声学所为此制定了企业标准，并办理了商标注册。

声学所研制生产的超声体模产品，现已普及到全国除西藏、台湾之外的所有省(自治区、直辖市)、绝大多数地(市)和部分县(市)，覆盖了Ｂ超仪器研制、生产、销售、使用、维修和计量质量执法等所有相关部门，并被美、日、德、韩等国著名公司购用。

超声体模

国内用户分布图