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人体组织和脏器具有不同的声阻抗，将超声波脉冲发射到生物体内，在声阻抗突变的界面会产生回波，接收来自生物体的回波信号，完成对生物体组织的扫查，这种方法称为超声脉冲反射法或脉冲回波扫查技术。由于界面两边组织的声学（声阻抗）差异通常不大，大部分超声能量会穿过界面继续向前传播，达到下一个界面时又产生回波，从而可以接收到位于不同深部的多个组织界面所反射的回波信号。超声波在人体内的传播速度约为1 540m/s，根据回波到达时间可以测算出界面到超声探头（换能器）的距离。探头发射超声波脉冲的持续时间约几微秒，随后几百微秒的时间用来依次接收、放大和处理回波信号，并在荧光屏上显示不同时间所接收到的不同幅度脉冲波形或不同亮度的光点。
超声回波信号有三种基本显示模式：A型（amplitude modulation）：幅度调制。横轴表示深度，纵轴表示回波强度，以不同幅度的脉冲波形的形式表示。B型（brightness modulation）：亮度调制。纵轴表示深度，得到的超声回波信号加到显示器的 Z 轴上进行灰度调制，以亮度表示回波的强弱。如再使横轴表示声束扫描方向，就可以得到超声波体层图像。M型（motion modulation）：运动调制。将回波幅度加到显示器的 Z 轴上作亮度调制，纵轴表示深度，横坐标表示时间，时基线以慢速沿轴方向移动。