「发明创造的故事」（190）-斯帕拉捷发现了超声波

斯帕拉捷发现了超声波

意大利科学家斯帕拉捷

蝙蝠白天躲在阴暗的角落里，到夜晚却自由地 翱翔在夜空中，灵活地捕捉飞蛾、小虫。这一现象引起了意大利科学家斯帕拉捷的注意。他猜想，蝙蝠一定长着一双非常特殊的眼睛，使它在黑夜里能明察秋毫。他想知道，弄瞎眼睛的蝙蝠在夜间能怎么样？它还能在夜空中自由自在地遨游吗？于是，斯帕拉捷开始做起了有趣的实验。

夜间飞行的蝙蝠

他逮住几只蝙蝠，把它们的眼睛弄瞎了，然后在夜间把这几只瞎了眼的蝙蝠放出去。没想到，这几只瞎眼蝙蝠和其他蝙蝠一样，照样在夜空中轻捷地飞翔，还不时地发出“吱吱”的叫声。斯帕拉捷对此百思不得其解。他想，既然蝙蝠瞎了眼睛还能飞翔，说明蝙蝠还有人们所不知道的“眼睛”，它正是依靠这种神秘的“眼睛”来生存的。

但这神秘的“眼睛”是什么呢？斯帕拉捷暗下决心，他要搞清楚这个问题。他又捉来几只蝙蝠，先是把蝙蝠的鼻子堵塞住,后来又把它的舌头割掉，最后还把油漆均匀地涂在蝙蝠身上，但这一切都无济于事，这些蝙蝠照样在夜空中飞得轻快自如。后来，斯帕拉捷终于取得了成功。

这一次，他把蝙蝠的耳朵堵住了。这下子蝙蝠倒霉了，它们东撞西碰，很快从夜空中跌落下来。斯帕拉捷这才恍然大悟:原来，蝙蝠在夜间飞翔不是靠视觉，而是靠听觉来确定方向、观察目标和捕捉食物的。

斯帕拉捷为了揭开蝙蝠夜间飞行的秘密，前后整整历经了 21个春秋，这需要多么大的毅力啊！斯帕拉捷的实验还向人们提出了新的研究课题:蝙蝠的耳朵为什么有特殊本领，它为什么能在伸手不见五指的黑夜辨认出物体？后来，科学研究揭开了这个秘密:原来蝙蝠能发出一种“超声波”，这种超声波一碰到物体就迅速折回来，蝙蝠的耳朵能接受这种波，它就是用“超声波”在夜间导航的。

那到底什么是“超声波”呢?

我们知道,当物体振动时会发出声音。科学家们将每秒钟振动的次数称为声音的频率,它的单位是赫兹。我们人类耳朵能听到的声波频率为16～20000赫兹。因此,当物体的振动超过一定的频率,即高于人耳听阈上限时,人们便听不出来了,这样的声波称为“超声波”。

虽然说人类听不出超声波,但不少动物却有此本领。它们可以利用超声波“导航”、追捕食物,或避开危险物。 蝙蝠就是利用这种“超声波”的大师。蝙蝠能发出2～10万赫兹的超声波,这好比是一座活动的“雷达站”。蝙蝠正是利用这种“雷达”判断飞行前方是昆虫,或是障碍物的。

我们人类直到第一次世界大战才学会利用超声波,这就是利用“声呐”的原理来探测水中目标及其状态,如潜艇的位置等。此时人们向水中发出一系列不同频率的超声波,然后记录与处理反射回声,从回声的特征我们便可以估计出探测物的距离、形态及其动态改变。

超声波的波长比一般声波要短,具有较好的方向性,而且能透过不透明物质,这一特性已被广泛用于医学超声波探伤、测厚、测距、遥控和超声成像技术。通常用于医学诊断的超声波频率为1～5兆赫。

医学上最早利用超声波是在1942年,奥地利医生杜西克首次用超声技术扫描脑部结构；以后到了60年代医生们开始将超声波应用于腹部器官的探测。如今超声波扫描技术已成为现代医学诊断不可缺少的工具。

医学超声波检查的工作原理与声呐有一定的相似性,即将超声波发射到人体内,当它在体内遇到界面时会发生反射及折射,并且在人体组织中可能被吸收而衰减。因为人体各种组织的形态与结构是不相同的,因此其反射与折射以及吸收超声波的程度也就不同,医生们正是通过仪器所反映出的波型、曲线,或影象的特征来辨别它们。此外再结合解剖学知识、正常与病理的改变,便可诊断所检查的器官是否有病。

目前,医生们应用的超声诊断方法有不同的形式,可分为A型、B型、M型及D型四大类。

A型：是以波形来显示组织特征的方法,主要用于测量器官的径线,以判定其大小。可用来鉴别病变组织的一些物理特性,如实质性、液体或是气体是否存在等。

A型超声探测仪

B型：用平面图形的形式来显示被探查组织的具体情况。检查时,首先将人体界面的反射信号转变为强弱不同的光点,这些光点可通过荧光屏显现出来,这种方法直观性好,重复性强,可供前后对比,所以广泛用于妇产科、泌尿、消化及心血管等系统疾病的诊断。

B型超声探测仪

孕检时要做的B超

M型：是用于观察活动界面时间变化的一种方法。最适用于检查心脏的活动情况,其曲线的动态改变称为超声心动图,可以用来观察心脏各层结构的位置、活动状态、结构的状况等,多用于辅助心脏及大血管疫病的诊断。

M型：最适用于检查心脏的活动情况，其曲线的动态改变称为超声心动图

M型超声心动图

D型：是专门用来检测血液流动和器官活动的一种超声诊断方法,又称为多普勒超声诊断法。可确定血管是否通畅、管腔有否狭窄、闭塞以及病变部位。

D型--彩色多普勒超声诊断仪

D型超声诊断法即多普勒法 图 心脏彩超

新一代的D型超声波还能定量地测定管腔内血液的流量。近几年来科学家又发展了彩色编码多普勒系统,可在超声心动图解剖标志的指示下,以不同颜色显示血流的方向,色泽的深浅代表血流的流速。现在还有立体超声显象、超声CT、超声内窥镜等超声技术不断涌现出来,并且还可以与其他检查仪器结合使用,使疾病的诊断准确率大大提高。超声波技术正在医学界发挥着巨大的作用,随着科学的进步,它将更加完善,将更好地造福于人类。