一、引言
聚焦超声技术在生物医学、材料科学等诸多领域有着广泛应用，其中低强度聚焦超声（LIFU）和高强度聚焦超声（HIFU）是较为常见的两种类型。它们虽都基于超声聚焦原理，但在物理特性方面存在诸多差异，这些特性决定了它们各自不同的应用范围和效果。
二、超声聚焦原理概述
无论是低强度还是高强度聚焦超声，其基本原理都是利用超声波在介质中传播时的特性，通过特定的技术手段将超声能量聚焦到一个较小的区域，形成焦点。常见的聚焦方式包括采用声学透镜、相控阵等技术。在聚焦过程中，超声束在传播路径上会发生反射、折射、散射等现象，而通过合理设计和调整相关参数，可以使超声能量尽可能地会聚到目标区域，实现对该区域的特定作用。
三、低强度聚焦超声物理特性
（一）超声强度
低强度聚焦超声的强度相对较低，一般定义其强度范围在每平方厘米零点几瓦到几瓦之间（例如，常见的为 0.1 - 3 W/cm²）。这种相对较低的强度使得它在与生物组织相互作用时，不会像高强度聚焦超声那样迅速引起组织的明显物理变化，如热消融等剧烈反应。
（二）频率
其频率范围通常较宽，可根据具体应用需求进行选择，常见的频率在几百千赫兹到几兆赫兹之间（如 100 kHz - 3 MHz）。不同频率的低强度聚焦超声在生物组织中的穿透深度、聚焦效果以及与组织相互作用产生的生物效应等方面会有所不同。一般来说，较低频率的超声穿透深度相对较深，但聚焦精度可能稍差；较高频率的超声则聚焦精度相对较高，但穿透深度可能受限。
（三）热效应
低强度聚焦超声产生的热效应相对较弱。当它在生物组织中传播时，虽然也会有部分超声能量被组织吸收转化为热能，但这种热量的积累较为缓慢，通常不足以使组织温度在短时间内大幅升高。其热效应更多地是起到一种温和的辅助作用，比如略微升高局部组织温度，促进血液循环、增强细胞代谢等，而不是像高强度聚焦超声那样用于直接的热消融目的。
（四）机械效应
机械效应在低强度聚焦超声与生物组织的相互作用中较为突出。它主要包括超声振动引起的组织细胞的微按摩作用，以及在一定条件下可能产生的空化效应（不过空化效应相对较弱且不太容易引发剧烈的空化现象）。这些机械效应可以对细胞和组织起到刺激、调节的作用，例如促进细胞的增殖、分化，影响神经递质的释放等，在神经调控、药物递送增效等方面有着重要应用。
（五）声学辐射力
低强度聚焦超声产生的声学辐射力相对较小。声学辐射力是指声波在介质中传播时对其中物体施加的一种力，在低强度聚焦超声情况下，这种力虽然存在但不足以对生物组织中的宏观物体（如较大的细胞团或组织碎片）产生明显的位移或操控作用，但对于微观层面的细胞内物质运输、细胞间相互作用等可能会有一定的影响。
四、高强度聚焦超声物理特性
（一）超声强度
高强度聚焦超声的强度明显高于低强度聚焦超声，其强度范围通常在每平方厘米几十瓦到数千瓦之间（例如，常见的 HIFU 设备可达到 100 - 10000 W/cm²）。这种高能量强度使得它在与生物组织相互作用时，能够在短时间内使组织发生显著的物理变化，是其实现热消融等强烈治疗效果的基础。
（二）频率
高强度聚焦超声的频率范围与低强度聚焦超声有部分重叠，但也有其自身特点。一般常见的频率在几百千赫兹到几兆赫兹之间（如 500 kHz - 3 MHz）。同样，不同频率的高强度聚焦超声在穿透深度、聚焦效果以及与组织相互作用产生的生物效应等方面会有所不同。不过，相较于低强度聚焦超声，其更高的强度往往使得频率对穿透深度等因素的影响相对不那么突出，因为在高能量下，即使是较高频率的超声也能在一定程度上实现较深的穿透并产生强烈的作用效果。
（三）热效应
热效应是高强度聚焦超声最为突出的物理特性之一。当高强度聚焦超声的能量聚焦到生物组织的目标区域时，会使局部组织温度迅速升高，在短时间内可达到足以使细胞蛋白质变性、组织坏死的温度（例如，一般达到 60 - 100°C），从而实现对肿瘤等病变组织的热消融治疗。这种强烈的热效应是高强度聚焦超声在肿瘤治疗等领域应用的重要依据。
（四）机械效应
高强度聚焦超声也具有机械效应，但其表现形式和作用程度与低强度聚焦超声有所不同。在高强度聚焦超声作用下，可能会产生更为强烈的空化效应，形成较大的气泡并伴随着剧烈的气泡活动，这些气泡的破裂等活动会对组织产生较大的冲击力，进一步辅助热消融等治疗效果。同时，其超声振动对组织细胞的影响也更为强烈，可导致细胞结构的改变等，但这种机械效应更多地是与热效应协同作用，共同完成对病变组织的治疗。
（五）声学辐射力
高强度聚焦超声产生的声学辐射力相对较大。由于其高能量强度，产生的声学辐射力足以对生物组织中的一些宏观物体（如细胞团、组织碎片等）产生明显的位移或操控作用。例如，在一些实验研究中，可以利用高强度聚焦超声的声学辐射力将细胞团等移动到特定位置，或者对组织碎片进行清理等操作，在组织工程、细胞研究等领域有着一定的应用价值。
五、结论
低强度聚焦超声和高强度聚焦超声在超声强度、频率、热效应、机械效应以及声学辐射力等物理特性方面存在明显差异。这些差异决定了它们各自适宜的应用领域，低强度聚焦超声更多地应用于神经调控、药物递送增效等需要温和作用的场景，而高强度聚焦超声则主要用于肿瘤热消融、部分组织的强烈治疗等需要高强度能量作用的情况。了解它们的物理特性对于正确选择和应用聚焦超声技术具有重要意义。
