斯帕拉捷發現了超聲波

意大利科學家斯帕拉捷

蝙蝠白天躲在陰暗的角落裡，到夜晚卻自由地 翺翔在夜空中，靈活地捕捉飛蛾、小蟲。這一現象引起了意大利科學家斯帕拉捷的注意。他猜想，蝙蝠一定長着一雙非常特殊的眼睛，使它在黑夜裡能明察秋毫。他想知道，弄瞎眼睛的蝙蝠在夜間能怎麼樣？它還能在夜空中自由自在地遨遊嗎？于是，斯帕拉捷開始做起了有趣的實驗。

夜間飛行的蝙蝠

他逮住幾隻蝙蝠，把它們的眼睛弄瞎了，然後在夜間把這幾隻瞎了眼的蝙蝠放出去。沒想到，這幾隻瞎眼蝙蝠和其他蝙蝠一樣，照樣在夜空中輕捷地飛翔，還不時地發出“吱吱”的叫聲。斯帕拉捷對此百思不得其解。他想，既然蝙蝠瞎了眼睛還能飛翔，說明蝙蝠還有人們所不知道的“眼睛”，它正是依靠這種神秘的“眼睛”來生存的。

但這神秘的“眼睛”是什麼呢？斯帕拉捷暗下決心，他要搞清楚這個問題。他又捉來幾隻蝙蝠，先是把蝙蝠的鼻子堵塞住,後來又把它的舌頭割掉，最後還把油漆均勻地塗在蝙蝠身上，但這一切都無濟于事，這些蝙蝠照樣在夜空中飛得輕快自如。後來，斯帕拉捷終于取得了成功。

這一次，他把蝙蝠的耳朵堵住了。這下子蝙蝠倒黴了，它們東撞西碰，很快從夜空中跌落下來。斯帕拉捷這才恍然大悟:原來，蝙蝠在夜間飛翔不是靠視覺，而是靠聽覺來确定方向、觀察目标和捕捉食物的。

斯帕拉捷為了揭開蝙蝠夜間飛行的秘密，前後整整曆經了 21個春秋，這需要多麼大的毅力啊！斯帕拉捷的實驗還向人們提出了新的研究課題:蝙蝠的耳朵為什麼有特殊本領，它為什麼能在伸手不見五指的黑夜辨認出物體？後來，科學研究揭開了這個秘密:原來蝙蝠能發出一種“超聲波”，這種超聲波一碰到物體就迅速折回來，蝙蝠的耳朵能接受這種波，它就是用“超聲波”在夜間導航的。

那到底什麼是“超聲波”呢?

我們知道,當物體振動時會發出聲音。科學家們将每秒鐘振動的次數稱為聲音的頻率,它的單位是赫茲。我們人類耳朵能聽到的聲波頻率為16～20000赫茲。因此,當物體的振動超過一定的頻率,即高于人耳聽阈上限時,人們便聽不出來了,這樣的聲波稱為“超聲波”。

雖然說人類聽不出超聲波,但不少動物卻有此本領。它們可以利用超聲波“導航”、追捕食物,或避開危險物。 蝙蝠就是利用這種“超聲波”的大師。蝙蝠能發出2～10萬赫茲的超聲波,這好比是一座活動的“雷達站”。蝙蝠正是利用這種“雷達”判斷飛行前方是昆蟲,或是障礙物的。

我們人類直到第一次世界大戰才學會利用超聲波,這就是利用“聲呐”的原理來探測水中目标及其狀态,如潛艇的位置等。此時人們向水中發出一系列不同頻率的超聲波,然後記錄與處理反射回聲,從回聲的特征我們便可以估計出探測物的距離、形态及其動态改變。

超聲波的波長比一般聲波要短,具有較好的方向性,而且能透過不透明物質,這一特性已被廣泛用于醫學超聲波探傷、測厚、測距、遙控和超聲成像技術。通常用于醫學診斷的超聲波頻率為1～5兆赫。

醫學上最早利用超聲波是在1942年,奧地利醫生杜西克首次用超聲技術掃描腦部結構；以後到了60年代醫生們開始将超聲波應用于腹部器官的探測。如今超聲波掃描技術已成為現代醫學診斷不可缺少的工具。

醫學超聲波檢查的工作原理與聲呐有一定的相似性,即将超聲波發射到人體内,當它在體内遇到界面時會發生反射及折射,并且在人體組織中可能被吸收而衰減。因為人體各種組織的形态與結構是不相同的,因此其反射與折射以及吸收超聲波的程度也就不同,醫生們正是通過儀器所反映出的波型、曲線,或影象的特征來辨别它們。此外再結合解剖學知識、正常與病理的改變,便可診斷所檢查的器官是否有病。

目前,醫生們應用的超聲診斷方法有不同的形式,可分為A型、B型、M型及D型四大類。

A型：是以波形來顯示組織特征的方法,主要用于測量器官的徑線,以判定其大小。可用來鑒别病變組織的一些物理特性,如實質性、液體或是氣體是否存在等。

A型超聲探測儀

B型：用平面圖形的形式來顯示被探查組織的具體情況。檢查時,首先将人體界面的反射信号轉變為強弱不同的光點,這些光點可通過熒光屏顯現出來,這種方法直觀性好,重複性強,可供前後對比,所以廣泛用于婦産科、泌尿、消化及心血管等系統疾病的診斷。

B型超聲探測儀

孕檢時要做的B超

M型：是用于觀察活動界面時間變化的一種方法。最适用于檢查心髒的活動情況,其曲線的動态改變稱為超聲心動圖,可以用來觀察心髒各層結構的位置、活動狀态、結構的狀況等,多用于輔助心髒及大血管疫病的診斷。

M型：最适用于檢查心髒的活動情況，其曲線的動态改變稱為超聲心動圖

M型超聲心動圖

D型：是專門用來檢測血液流動和器官活動的一種超聲診斷方法,又稱為多普勒超聲診斷法。可确定血管是否通暢、管腔有否狹窄、閉塞以及病變部位。

D型--彩色多普勒超聲診斷儀

D型超聲診斷法即多普勒法 圖 心髒彩超

新一代的D型超聲波還能定量地測定管腔内血液的流量。近幾年來科學家又發展了彩色編碼多普勒系統,可在超聲心動圖解剖标志的指示下,以不同顔色顯示血流的方向,色澤的深淺代表血流的流速。現在還有立體超聲顯象、超聲CT、超聲内窺鏡等超聲技術不斷湧現出來,并且還可以與其他檢查儀器結合使用,使疾病的診斷準确率大大提高。超聲波技術正在醫學界發揮着巨大的作用,随着科學的進步,它将更加完善,将更好地造福于人類。