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06 超声波和次声波 Urasound and Infrasound（第3页）

但如果频率足够高，能量转换的时间就会变得非常短，以至于一个分子无法在反转之前足够快地完成内能到动能的转换。

结果就是，声速下降，声波迅速消失。

这些变化开始时，声波实际的频率取决于它所处的介质，且固体和**中的声波频率远高于气体中的声波。

介质的其他特性，特别是黏度，也与这种效果有关。

这种现象对我们非常有用。

当超声波衰减时，它的能量通过介质传播，并使其升温。

这种热效应有许多应用，包括通过体内组织的升温以改善血液流动，或治疗受损的肌肉和关节。

医学超声检查

超声波还有很多其他的医疗用途，包括胎儿扫描（几乎所有发达国家的人都在出生前接受过扫描）和超声治疗（比如用25千赫的声波与水射流一起去除牙垢）。

与其他许多医疗方法不同，超声波可以瞬间开启和关闭，且只需要低成本的技术，而且通常患者只需要最简单的准备工作。

超声波发生器相对便携且只需少量辅助设备的特点意味着它们可以在医疗之外的领域使用，包括许多健身房中使用的透热疗法（深层加热）仪器，还有部署在战场上的伤口热凝系统——这个系统专门用以拯救可能因失血过多而丧生的士兵。

超声波已被用于治疗多种肿瘤，包括除此之外无其他手术方法的一些脑癌。

这种技术被称为高强度聚焦超声（HIFU）或高强度治疗超声（HITU）。

除了通过加热肿瘤组织（在米粒大小的区域里加热至约90℃）来破坏它们之外，超声诱导肿瘤中气泡的形成也是常见的疗法，超声诱导后化疗将更加有效。

使用超声波来治疗这类需要精确定位的疾病的主要挑战是，超声波束的传播受限于人体组织的密度和弹性。

因此，由人造组织模拟材料制成的人体部件模型被用来校准和编程设备。

超声波在医学上的一个更直接的应用是碎石术。

在这种方法中，高功率脉冲只是在原位敲打肾结石，将它们粉碎成小到足以随尿排出体外的颗粒。

超声波扫描

超声波最著名的用途之一是扫描胎儿。

由于传统扬声器的膜片移动速度不够快，无法产生合适的兆赫频率，因此使用了压电发射器。

将凝胶涂在腹部，这样就没有空气层来反射或吸收声音。

超声波在具有不同声阻抗的介质（如骨骼、肌肉、皮肤、羊水等）之间的界面反射，通过精确测量回声从这些界面返回所需的时间（每种介质中声速不同），就可以计算出它们的距离。

通过移动超声波束，可以测出详细的三维图像，并将其转换为实时视频图像。

像大多数扬声器一样，压电换能器是由它产生的振**电流往复产生声波。

另一方面，当被声波击中时，它会产生电信号。

因此，在胎儿扫描仪中，扫描仪的探头既是超声波的来源，也是超声波回声的检测器。

利用极高频声波束可以生成相当精确的图像。

1兆赫（100万赫兹）的信号可以显示毫米尺度的图像细节，而检测结果的精确度取决于被检查组织的声学性能。

并且，现在许多扫描仪已上升到15兆赫，眼睛和皮肤用的扫描仪甚至可以达到50兆赫。

但与声学显微镜产生的80亿赫兹信号相比，这简直是小巫见大巫，因为声学显微镜可以观察到0.03微米尺度的细节。

但不幸的是，如此高频的声音还没传播到1毫米外，就会被几乎所有类型的介质吸收，唯一的例外是液态氦。

注意，如果没有保存在温度低于5开尔文（-268℃）的环境中，液态氦就会沸腾。

由于需要精密冷却系统，声学显微镜的价格会比较昂贵。

即便如此，我们还是要使用声学显微镜，因为它们可以探测到样品的表面以下，特别是一些难以从视觉与周围环境区分，但对声音有很强反射的材料。