超声的生物效应
具有一定强度的超声波在生物体系中传播时，引起生物体系的状态、功能或形态结构的变化，这种现象称为超声生物效应。
本世纪二十年代初，法国朗兹万在研究水下声纳时，第一次观察到超声能量可对水中小动物产生致命损伤。其后有人相继发现超声辐照可使动物体内温度升高致使细胞破坏，较强超声辐照1～2分钟即可杀死蛙和鱼等。三十年代初，超声生物效应开始用于医学临床治疗。随着电子技术、压电材料、声学聚焦系统以及显微观测手段的发展，使超声生物效应的研究工作在不同剂量范围内，在生物体系的各个层次上充分展开。近二十年来，超声生物效应已进入了定量化的研究阶段，并产生了超声剂量学。
超声生物效应的物理机制 一般分为热效应、机械效应及空化效应三种。
❶热效应是指超声波的部分能量被生物媒质吸收而转变为热能。在声强<10W/cm2，辐照时间>1秒的剂量范围内，热效应是产生超声生物效应的主要物理机制，是超声理疗的物理基础；
❷机械效应是指超声会使生物媒质的质点产生位移、速度、加速度以及声流和切向力等非线性过程，从而导致生物组织损伤。在100～1000W/cm2的超声强度范围内，机械效应成为产生生物效应的主要物理机制；
❸空化效应是指超声在液体中会导致微小气泡发生、发展、运动以至破灭等一系列过程。空化效应可分瞬态空化与稳态空化二种。前者指在强超声作用下，媒质质点间的拉力大于引力，引起媒质“撒裂”而形成空腔，随后在微秒级短暂时间内空腔即行“崩溃”，并伴有局部的高温、高压以及冲击波、声光、声化学反应等过程，它可以对周围的生物媒质造成强大的破坏作用。瞬态空化要在数千W/cm2以上的声强下发生。稳定空化则是液体中含有的气泡在超声作用下的增长、共振振荡直到破灭的过程。相对“崩溃型”而言，它是一个较为缓和的过程，且相应的空化阈值超声强度亦低得多。稳定空化对生物媒质的作用主要与气泡振荡有关。机械效应与空化效应是超声外科的主要物理基础。目前对一般诊断剂量的超声是否会在动物软组织中引起空化尚无一致的定论。
超声生物效应在美国、苏联、英国等国家很受重视，做了大量研究工作。
(1) 动物整体的超声生物效应： 通常限于哺乳动物的胚胎。已观察到频率2.25MHz、强度为40mW/cm2的超声对妊娠第九天小白鼠胚胎连续辐照5小时，可导致胎鼠死亡率明显增大及胎鼠畸变增多。1MHz,1W/cm2超声辐照孕鼠5分钟，可致胎鼠体重下降。
(2) 动物组织与器官的超声生物效应： 对脑组织的超声生物效应已进行了较充分的研究。
令I为超声强度、t为超声辐射时间， 则当It1/2=200(W·cm-2·sec1/2)时可使脑组织的形态结构产生光学显微镜下可见的损伤。
还发现使肝组织形态结构产生非可逆变化的超声阈值剂量和使幼鼠腰椎引起其后肢瘫痪的阈值剂量分别为上式中所示剂量的2倍和1/8倍。用1～2W/cm2强度的超声辐照家兔睾丸组织，可使其产生精子的功能下降，但数日后又可恢复常态。
临床研究证明，适当剂量的超声辐射人体浅表溃疡后，可促进溃疡周围组织的再生。
(3)细胞与微生物的超声生物效应：频率1MHz、强度15W/cm2的超声辐照10秒钟，小白鼠白血病细胞易在M相受到损伤。Ehrich腹水细胞用1MHz、1W/cm2的超声辐射5分钟，其电泳能力下降，表明细胞表面电荷密度发生变化。用频率1.8MHz、强度>1W/cm2的超声辐照大白鼠胸腺细胞，可使其钾含量立即下降，表明细胞膜的通透性功能发生变化。用较强的超声辐照微生物和细胞，导致其破坏而死亡的过程往往与超声在液体中引起的空化现象相联系。在酵母细胞的研究中，超声强度即使大到足以破坏大部分细胞时，亦未观察到异常的遗传变异效应。
(4) 生物大分子及其集合体的超声生物效应： 对分子量<104的蛋白质分子，只在超声空化的条件下才发生降解；而对分子量>106的DNA大分子，却可在非空化条件下发生降解，且断裂优先发生在扩展的空间构象。用远大于诊断剂量的超声波辐照，未见人体淋巴染色体畸变率的增大。用1MHz、1.5W/cm2的超声辐照氧化胆固醇膜，可使其通透性增大；使用0.87MHz,0.73～3W/cm2的超声辐射肝血清膜2～10秒，导致了膜的5′-核苷酸活性减小，并观察到膜形态的变化。使用1MHz、1W/cm2级的超声辐照红细胞，可使细胞膜的离子通透性发生变化。
超声生物效应在医疗中的应用 超声生物效应对诊断及治疗均有意义。诊断安全剂量为ISPTA=100mW/cm2，对早孕、胎儿、眼球、神经系统等每一检查切面的持续观察时间应<1分钟。超声治疗则可用较大剂量。超声治疗包括超声理疗与超声外科二部分。在治疗神经痛、肌、韧带劳损及关节炎等病方面，超声疗法已是公认的常规物理疗法之一。在治疗脑血管疾病所致偏瘫症及穴位疗法中，超声亦取得了较好的效果。在治疗癌症方面，热疗法正在继手术、化疗、放疗之后，逐渐被医学界认识和接受，而超声加热法在热疗法中占有特别重要的地位。超声加热除了无污染，易控制之外，最大优点是可对深部癌变组织进行加热，国外研制出的多探头聚焦超声临床加热系统，加热深度可达10～12cm，这是射频及微波加热技术所远远不及的。超声外科是利用超声能量直接或间接地破坏或切除病变组织。如使用强的聚焦超声能量清除牙垢，粉碎体内结石，破坏肿瘤细胞等。超声手术刀则是利用刀口大幅度的超声振动直接切除病变组织，无血，无污染，国外已成功地用在切除脑癌、肝癌等手术上。此外，超声生物效应还广泛用于生物学、制药学等方面，如超声育种、灭菌、粉碎细胞、剪切大分子、雾化、萃取等。