超声波的分类

自然界里有各种各样的波，但根据其性质基本上分为两大类：电磁波和机械波。

电磁波是由于电磁力的作用产生的，是电磁场的变化在空间的传播过程，它传播的是电磁能量。无线电波、可见光和X线等，都是电磁波。电磁波可以在真空中和介质中传播。它在空气中传播的速度是30 0000 km/s。

机械波是由于机械力（弹性力）的作用，机械振动在连续的弹性介质内的传播过程。它传播的是机械能量。我们熟悉的电波、水波和地震波等都是机械波。机械波只能在介质中传播不能在真空中传播。速度一般从每秒几百米至几千米，比电磁波速度要低得多。

一、次声波、可闻声波与超声波

机械波按其频率可分成各种不同的波。

超声波是2×10⁴~10⁸ Hz的机械波。超声波的频率范围很宽，而医学超声的频率范围在200kHz至40MHz之间，超声诊断用超声频率多在1MHz到10MHz范围内，相应的波长在1.5mm至0.15mm之间。

从理论上讲，频率越高，波长越短，超声诊断的分辨率越好，但实际上目前由于各种因素限制，难以做出超过10MHz的探头。

与普通声波（可闻波）相比，超声波具有许多特性，其中突出的有：

• 由于超声波的频率高，因而波长很短，指向性越好，它可以像光线那样沿直线传播，使我们有可能只向某一确定的方向发射超声波；
• 由于超声波所引起的媒质微粒的振动，即使振幅很小，加速度也很大，因此可以产生很大的力量。

超声波的这些特性，使它在近代科学研究、工业生产和医学领域等方面得到日益广泛的应用。例如：

• 我们可以利用超声波来测量海底的深度和探索鱼群、暗礁、潜水艇等。
• 在工业上可以用超声波对金属内部的气泡、伤痕、裂缝等缺陷进行无损检测。
• 在医学领域可以进行超声灭菌、超声清洗、超声雾化等。更重要的是做成各种超声诊断仪器和超声治疗仪器。 

二、纵波与横波

按质点振动方向和波传播方向的关系，机械波可分为纵波与横波。

纵波与横波示意图

资源描述：当振动在介质中传播时，有两种形式，一种叫做P波，又叫做纵波。这种波的特点就是在介质中传播时，波的传播方向与质点振动方向一致。另一种叫做S波，又叫横波。这种波的特点就是在介质中传播时，波的传播方向与质点振动方向垂直。 文件来源：https://baike.baidu.com/item/横波纵波

相对于波的传播方向，质点的振动方向可以不同。波在介质中传播时，介质质点振动方向和波的传播方向互相垂直的称为横波。横波由切变弹性所引起，也称切变波。因此它仅在具有切变弹性介质中传播，即在固体和高粘滞流体中传播。机体软组织是一种似水介质（骨骼则属于固体），因此不产生横波。

波在介质中传播时，介质质点振动方向与波的传播方向一致的称为纵波。纵波是由压缩弹性引起的。纵波通过时，介质中各点出现周期性的稀疏和稠密，因此也称为疏密波或压缩波。

横波和纵波是波的两种基本波型。因为机体软组织基本无切变弹性，横波在软组织中不能传播，而只能以纵波的方式传播。所以纵波是超声诊断与治疗中常用的波型。

传播过程中，一种波型引起另一种波型时称为波型转换。例如当一纵波以某一角度传到一固体平面上，在界面上就发生复杂的机械互作用，结果在固体中就有纵波与横波同时传播。超声诊断中，在软组织与骨骼界面上就会发生波型转换。由于横波的传播速度与方向均不同于纵波，因此会产生虚假的回波信号。

三、平面波、球面波和柱面波

波从波源出发，在介质中向各个方向传播。在某一时刻介质中周相相同的各点组成的面称为波面。显然波面有无数个，最前面的一个波面也就是波源最初振动状态传播的各点组成的面，通常又叫波阵面。波面有各种形状，波面为平面的波称为平面波，波面为球面的波称为球面波，波面为柱面的称为柱面波。

平面波、球面波和柱面波

资源描述：波面有各种形状，波面为平面的波称为平面波，波面为球面的波称为球面波，波面为柱面的称为柱面波。 文件来源：网络

平面波对于研究问题来说最为简单，所以我们以后讨论公式时都指平面波。超声诊断中，探头发射的超声波在近场可视为平面波，在远场可视为球面波（或球面的一部分）。但为了方便起见，我们把它都视为平面波。超声波与体内微小障碍物（如红细胞）发生作用时，障碍物散射的超声波是球面波。

四、脉冲波与连续波

按超声发射的类型，可分为连续波和脉冲波。连续波目前只在连续波多普勒血流仪中采用，A型、M型、B型及脉冲多普勒血流仪均采用脉冲波。