聲波是一種機械能的表現形式。聲源每秒振動的次數叫頻率，一般用赫茲表示，簡寫為Hz。頻率在2000Hz以上的聲波即為超聲波。超聲波在傳播過程中要發生反射，折射以及多普勒效應等。超聲波在介質中傳播時，發生聲能衰減。因此超聲通過一些實質性器官，會發生形態及強度各異的反射。聲束通過腫瘤組織，聲能的吸收和衰減現象也比較明顯。由於人體組織器官的生理，病理，解剖情況的不同，對超聲波的反射，折射和吸收衰減各不相同。超聲診斷就是根據這些反射訊號的多少，強弱，分佈規律來判斷各種疾病。40年代初就已探索利用超聲檢查人體，50年代已研究、使用超聲使器官構成超聲層面影象，70年代初又發展了實時超聲技術，可觀察心臟及胎兒活動。超聲診斷由於裝置不似CT或MRI裝置那樣昂貴，可獲得器官的任意斷面圖像，還可觀察運動器官的活動情況，成像快，診斷及時，無痛苦與危險，屬於非損傷性檢查，因之，在臨床上應用已普及，是醫學影像學中的重要組成部分。不足之處在於影象的對比分辨力和空間分辨力不如CT和MRI高。
一、超聲的物理特性
超聲是機械波，由物體機械振動產生。具有波長、頻率和傳播速度等物理量。用於醫學上的超聲頻率為2.5～10MHz，常用的是2.5～5MHz。超聲需在介質中傳播，其速度因介質不同而異，在固體中最快，液體中次之，氣體中最慢。在人體軟組織中約為150m/s。介質有一定的聲阻抗，聲阻抗等於該介質密度與超聲速度的乘積。超聲在介質中以直線傳播,有良好的指向性.這是可以用超聲對人體器官進行探測的基礎。當超聲傳經兩種聲阻抗不同相鄰介質的介面時其聲阻抗差大於0.1％,而介面又明顯大於波長,即大介面時,則發生反射,一部分聲能在介面後方的相鄰介質中產生折射,超聲繼續傳播,遇到另一個介面再產生反射,直至聲能耗竭。反射回來的超聲為回聲。聲阻抗差越大，則反射越強，如果介面比波長小，即小介面時，則發生散射。超聲在介質中傳播還發生衰減，即振幅與強度減小。衰減與介質的衰減係數成正比，與距離平方成反比，還與介質的吸收及散射有關。超聲還有多普勒應(Doppler effect)，活動的介面對聲源作相對運動可改變反射回聲的回率。這種效應使超聲能探查心臟活動和胎兒活動以及血流狀態。
二、超聲的成像基本原理
人體結構對超聲而言是一個複雜的介質，各種器官與組織，包括病理組織有它特定的聲阻抗(表1-4-1)和衰減特性。因而構成聲阻抗上的差別和衰減上的差異。超聲射入體內，由表面到深部，將經過不同聲阻抗和不同衰減特性的器官與組織，從而產生不同的反射與衰減。這種不同的反射與衰減是構成超聲影象的基礎。將接收到的回聲，根據回聲強弱，用明暗不同的光點依次顯示在影屏上，則可顯出人體的斷面超聲影象，稱這為聲像圖。人體器官表面有被膜包繞,被膜同其下方組織的聲阻抗差大,形成良好介面反射,聲象圖上出現完整而清晰的周邊回聲,從而顯出器官的輪廓。根據周邊回聲能判斷器官的形狀與大小。
超聲經過不同正常器官或病變的內部，其內部回聲可以是無回聲、低迴聲或不同程度的強回聲。
無回聲：是超聲經過的區域沒有反射，成為無回聲的暗區(黑影)，可能由下述情況造成：①液性暗區：均質的液體，聲阻抗無差別或差很小，不構成反射介面，形成液性暗區，如血液、膽汁、尿和羊水等。這樣，血管、膽囊、膀胱和羊膜腔等即呈液性暗區。病理情、況下，如胸腔積液、心包積液、腹水、膿液、腎盂積水以及含液體的囊性腫物及包蟲囊腫等也呈液性暗區，成為良好透聲區。在暗區下方常見回聲增強，出現亮的光帶(白影)。②衰減暗區：腫瘤，如巨塊型癌，由於腫瘤對超聲的吸收，造成明顯衰減，而沒有回聲，出現衰減暗區。③實質暗區：均質的實質，聲阻抗差別小，可出現無回聲暗區。腎實質、脾等正常組織和腎癌及透明性變等病變組織可表現為實質暗區。
低迴聲：實質器官如肝，內部回聲為分佈均勻的點狀回聲，在發生急性炎症，出現滲出時，其聲阻抗比正常組織小，透聲增高，而出現低迴聲區(灰影)。
強回聲：可以是較強回聲、強回聲和極強回聲。①較強回聲：實質器官內組織緻密或血管增多的腫瘤，聲阻抗差別大，反射介面增多，使區域性回聲增強，呈密集的光點或光團(灰白影)，如癌、肌瘤及血管瘤等。②強回聲：介質內部結構緻密，與鄰近的軟組織或液體有明顯的聲阻抗差，引起強反射。例如骨質、結石、鈣化，可出現帶狀或塊狀強回聲區(白影)，由於透聲差，下方聲能衰減，而出現無回聲暗區，即聲影(acoustic shadow)。③極強回聲：含氣器官如肺、充氣的胃腸，因與鄰近軟組織之聲阻抗差別極大，聲能幾乎全部被反射回來，不能透射，而出現極強的光帶。
三、超聲裝置
超聲裝置型別較多。早期應用幅度調製型(amplitude mode)，即A型超聲，以波幅變化反映回波情況。灰度調製型，即B型超聲，系以明暗不同的光點反映回聲變化，在影屏上顯示9～64個等級灰度的影象，強回聲光點明亮，弱回聲光點黑暗。M型超聲診斷以及用於檢測人體心臟功能的超聲心動圖，超聲多普勒診斷(也叫D型超聲診斷)等等。多普勒超聲診斷是通過探頭向需要檢查的部位發出一定頻率地的超聲波，若介面向探頭運動，回聲頻率增高，當介面離開探頭運動，則回聲頻率降低。它們之間的差數稱為差頻，差頻的大小與介面的運動速度成正比。把多普勒訊號檢出加以分析及處理，經放大或檢波，在示波器的熒光屏上顯示出來，就可製成各種多普勒超聲診斷儀。如多普勒聽診型診斷儀，超聲多普勒脈象儀，超聲多普勒血流測量儀等等。它是一種無創傷性的檢查方法，可檢查胎兒心臟，胎兒和胎盤的血液迴圈，檢查心血管，顱腦，肝膽，胰腺，脾臟，腎臟，眼，腹部和盆腔腫塊，以及漿膜腔積液，乳腺，甲狀腺，腎上腺和膀胱以及周圍血管類疾病等。
根據成像方法的不同，分為靜態成像和動態成像或實時成像(real timeimagimg)兩種。前者獲得靜態聲像圖，影象展示範圍較廣，影像較清晰，但檢查時間長，應用少，後者可在短時間內獲得多幀影象(20～40幀/s)故可觀察器官的動態變化，但影象展示範圍小，影像稍欠清晰。
超聲裝置主要由超聲換能器即探頭(probe)和發射與接收、顯示與記錄以及電源等部分組成。換能器是電聲換能器，由壓電晶體構成，完成超聲的發生和回聲的接收，其效能影響靈敏度、分辨力和偽影干擾等。B型超聲裝置多用脈衝回聲式。電子線陣式多探頭行方形掃描，電子相控陣式探頭行扇形掃描。為了藉助聲像圖指導穿剌，還有穿剌式探頭。探頭效能分3.0、3.5、5.8MHz等。兆赫越大，其通透效能越小。根據檢查部位選用合適的探頭。例如眼的掃描用8MHz探頭，而盆腔掃描，則選用3.0MHz探頭。一個超聲裝置可配備幾個不同效能的探頭備選用。顯示器用陰極射線管,記錄可用多幀照相機和錄影機等。
四、USG影象特點
聲像圖是以明(白)暗(黑)之間不同的灰度來反映回聲之有無和強弱，無回聲則為暗區(黑影)，強回聲則為亮區(白影)。聲像圖是層面影象。改變探頭位置可得任意方位的聲象圖，並可觀察活動器官的運動情況。但影象展示的範圍不像X線、CT或MRI影象那樣大和清楚。
五、USG檢查技術
超聲探查多用仰臥位，但也可用側臥位等其他體位。探查過程中可變更體位。切面方位可用橫切、縱切或斜切面。患者採取適宜體位，露出面板，塗耦合劑，以排出探頭與面板間的空氣，探頭緊貼面板掃描，掃描中觀察影象，必要時凍結，即停幀，行細緻觀察，作好記錄，並攝片或錄影。應注意器官的大小、形狀、周邊回聲，尤其是後壁回聲、內部回聲、活動狀態、器官與鄰近器官的關係及活動度等。
國際上超聲診斷儀器隨著計算機、通訊、微電子、影象等相關技術迅猛發展，日益精臻。近幾年來在以下幾方面得到顯著發展：
1、超聲換能器：a.複合材料、b微型超聲換能器、c細聲束換能器、d高密度換能器、e各種腔內探頭及手術探頭。
2、全數字化超聲診斷裝置：自從90年代初ATL公司率先推出第一臺全數字化B超後，至今世界上主要的幾家醫學超聲診斷儀器生產廠家幾乎都推出了自己的以全數字波束形成技術為代表的全數字化彩超。其發展趨勢是多波束和大容量通道，提高了成像速度和分辨力。
3、聲束以上，128通道至512通道的產品已經批量生產。
4、幾種新的成像技術：a多普勒能量成像、b多普勒組織成像、c二次諧波和聲學造影成像
5、三維成像5、遠端及聯網超聲影象工作站。
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