利用超聲在人體各種組織內的傳播特性不同而形成的影像，根據圖像的特徵對生理、病理情況作出判別的診斷方法。
超聲診斷無損傷性，檢查方便，圖像直觀，診斷快速，故深受臨床醫生和病人的歡迎。1980年代，超聲顯像技術以驚人的速度發展，成為現代化醫院中必不可少的診斷手段。它與 X射線、電子電腦斷層成像、放射性核素掃描和磁共振成像被認為現代醫學的四大影像診斷技術（見醫學影像學）。
超聲診斷所用的頻頻率一般為1～10MHz。小於1MHz的超聲波，其波長較長，分辨率較差，不能用於診斷。從理論上講，頻率越高，波長愈短，分辨率愈好，對疾病診斷更有利。但由於頻率愈高，超聲在組織內衰減愈大，不利於作深部組織檢查。此外，發射頻率由探頭晶體厚度決定，頻率愈高，晶體愈薄，以目前普遍采用的壓電陶瓷作晶體，很難做出超過10MHz的探頭。實際上，超聲診斷常用頻率隻有2.25MHz、3MHz、3.5MHz、5MHz、7.5MHz等幾種，此時在人體軟組織中超聲的波長約為0.2～0.7mm。
超聲在介質中傳播時本身攜帶能量。聲強的大小對超聲診斷極為重要。隻有當超聲強度很小時，超聲對人體才是安全的；當超聲強度超過一定限度時，它對人體組織也會產生損害。目前國際上對超聲診斷的安全閥值劑量尚未獲得一致的認識，但一般認為小於10mW/cm2的診斷超聲強度對人體是安全的。
超聲診斷原理 可從其物理原理及成相原理兩方面探討。
超聲診斷的物理原理 超聲在介質中傳播時，會發生反射、折射、散射、繞射、衰減和多普勒效應等。這些特性不僅與介質性質有關，而且與所作用的物體的界面大小有關。設物體直徑為d，超聲波長為λ，則在大界面(d》λ)上發生反射和折射，在小界面上發生繞射(d～λ)和散射(d《λ)。
超聲在大界面上的反射和折射定律與光學是一樣的，即入射角θi等於反射角θr(θi=θr)，入射角的正弦與折射角(θt)的正弦之比等於兩種界質中的聲速(c)之比，即
(如圖1)。在垂直入射時，超聲在兩種介質交界面上的聲強反射系數α
Ir取決於界面兩邊介質的聲阻抗(
Z)差，公式為
式中
Z
1和
Z
2分別為介質Ⅰ和介質Ⅱ的聲特性阻抗。可見聲阻抗差大則反射回聲強，聲阻抗差小反射回聲弱，如果兩種聲阻抗相等，則界面上沒有回聲。超聲的散射強度則與入射超聲頻率的四次方成正比。
各種超聲診斷儀正是利用這些特性研制而成。如 A型和B型超聲診斷儀利用組織的反射和散射，D型超聲診斷儀利用紅細胞對超聲的散射等。
超聲成像原理 超聲診斷依賴於超聲設備。隻有把反射和散射的回聲信號接收、處理並在顯像屏上顯示出來，才可用於臨床診斷。設備的好壞和圖像的質量，對臨床診斷正確率起著關鍵作用。從原理上說，超聲成像可以有反射成像，也可以透射成像，但目前臨床應用的都是反射成像儀器，故這裡介紹反射成像的主要技術。
① 脈沖回聲檢測技術。在超聲顯像儀中，脈沖超聲的發射和接收都是通過同一壓電晶體完成，發射超聲利用逆壓電效應(電－聲轉換)，接收超聲利用正壓電效應（聲－電轉換）。壓電換能器在電子開關控制下，遵循這樣的工作過程：振蕩器不斷產生電脈沖，激勵壓電換能器產生超聲脈沖，換能器發射第一個超聲脈沖後，立即處於接收狀態，入射超聲穿過各層組織時產生一系列回聲，被換能器接收後又產生一系列電脈沖，經主機處理後送顯示器顯示；第二個電脈沖來時，換能器停止接收，處於發射狀態，待發射第二個超聲脈沖後，又處於接收狀態……依次類推。
假定換能器與被測物體之間距離為x，換能器發出的超聲脈沖在人體軟組織中傳播速度為c，超聲從發出經過界面反射又到達換能器的時間為τ，則公式為
顯然，隻要測量出回波出現與起始超聲脈沖的間隔時間，即可求得換能器與物體之間的距離
x（圖2）。亦即可測出物體的深度。由於正常組織的聲阻抗與病變組織不同，病變組織有可能在被測物體內形成異常回聲，從而幫助檢查者識別病灶的區域及性質。
② B型掃描技術。換能器每發射一個超聲脈沖後就處於接收狀態，它把接收到的人體內的回聲轉變為電信號，經過放大、檢波、濾波、時間增益補償等環節處理後，在顯示器上顯示一條超聲信息線。但一條信息線不能形成圖像，必須使超聲束沿人體表面掃描，即超聲束按照一定規律改變探測部位，以獲得相應位置的超聲信息線，若幹條超聲信息線的組合就形成一幅二維超聲圖像。
B型掃描圖像的基本特點是:其中一維(縱軸)表示由組織反射的回波信號經直線路徑到達換能器的時間，它反映組織的深度。另一維（橫軸）表示超聲束在掃查方向上的位置，它反映斷層圖像的寬度。顯示器上每一條掃描線與超聲束在組織內的傳播，兩者具有嚴格的對應關系，因此顯示的圖像能很好地反映被測組織的二維空間分佈（圖3）。
超聲沿人體表面掃描的常用方法有三種：一為線性掃描，其掃描方向沿著一條直線運動，此法適用於腹部檢查。二為扇型掃描，探頭位置在體表保持不變，換能器通過機械方式（擺動或旋轉）或電子相控方式進行扇形掃描，此法適用於心臟檢查。三為弧型掃描，又稱手動復合掃描，探頭沿著一個圓的弧線掃查，適用於腹部大范圍的檢查。
③ 灰階顯示技術。組織內部的回聲大小差異甚大，淺表部位回聲強，深部回聲弱；反射回聲強，散射回聲弱等，大小信號可差別100dB。早期的B型顯像儀對返回的超聲信息設置一個閾值，高於此值的回聲在顯像屏上顯示一個亮點，低於此值的回聲在顯像屏上顯示暗點（不顯示），這就是雙穩態圖像。由於臟器內部細小組織的散射回聲幅度較低，都不顯示，隻有大界面上反射的強回聲才能顯示出來，故這種儀器隻能顯示臟器的大界面和輪廓，不能顯示臟器的內部病變。所謂灰階，就是把幅度范圍很大的組織回聲，經過一定處理，如對大界面的反射回聲給予壓縮，對臟器內部的散射回聲給予放大等，使其以不同的亮度等級在顯像屏上顯示。灰階顯示技術大大豐富瞭超聲圖像的信息，增加瞭層次，使臨床醫生能通過超聲圖像觀察臟器內部結構及較小的病變。
④ 聚焦技術。分辨率是衡量超聲顯像儀質量好壞的最重要的指標。分辨率高的儀器圖像才清晰，能顯示臟器的細小結構，利於病變的早期發現。提高分辨率的主要手段就是通過機械的方法或電子的方法，使聲束實現聚焦。
線陣或相控陣探頭的換能器是一塊長方形晶體，一般在短軸方向采用聲透鏡聚焦，以改善厚度分辨率；在長軸方向上采用電子聚焦或電子動態聚焦，以改善橫向分辨率。電子聚焦的焦點是固定的，因此在焦區聲束較細，橫向分辨率較好，但在近場和遠場聲束還是較寬，分辨率仍然較差。所以，現代 B型超聲顯像儀一般都采用3～8點電子動態聚焦，以獲得從近距離到遠距離橫向分辨率都較高的動態聚焦圖像（圖4）。
電子動態聚焦較好地解決瞭長軸方向上波束集中的問題，但短軸方向上的聲束寬度仍不能根本改善。為此，發展瞭環陣探頭技術。環陣探頭的晶片是由多個同心圓環組成，它的聲束呈柱狀，長軸和短軸方向寬度均相同。對環陣探頭作電子動態聚焦時，不僅聚焦區長，可在探查區域實現全程聚焦，而且可在每個方向上最大限度地壓縮超聲波束的寬度，從而獲得最佳的圖像分辨率。
超聲診斷儀分類 超聲診斷儀型號很多，但基本可以分為A型、M型、B型和D型四種。
A型超聲診斷儀 是最早的超聲診斷儀，1960年代初已在中國普及。用單晶片探頭產生一條超聲信息線，回聲信號的強度通過幅度(amplitude)調制顯示，並根據回波幅度、波數以及波的形態等特征對疾病進行診斷（圖3）。70年代以來，A型超聲診斷儀基本上被B型超聲顯像儀取代，但它在某些疾病如腦中線控測、漿膜腔積液的穿刺定位、肝臟膿腫的穿刺引流定位等的診斷中仍有實用價值。
B型超聲診斷儀 是目前臨床應用最普遍的超聲診斷儀。是在A型超聲診斷儀的基礎上發展起來的，其工作原理與A型有許多相同之處，如采用脈沖回聲技術等。不同之處主要有三點：①B型將A型的幅度調制顯示改為輝度(brightness)調制顯示，它將放大後的回聲脈沖電信號送到顯示器的陰極上，使顯示的亮度隨著回聲信號的大小而變化。②B型為單晶片或多晶片，采用掃描技術，產生若幹條超聲信息線，以構成一幅二維切面圖像。③醫生根據切面圖像的特征，如圖像形態、灰度、組織結構、邊界回聲、回聲總體分佈、臟器後方情況及周圍組織表現等作出綜合判斷。B型扇掃圖像用於心臟疾病診斷時，得到一幅實時的運動的心臟切面圖像，即二維超聲心動圖。B型超聲診斷儀在臨床應用范圍廣泛，幾乎涉及到臨床所有學科，用於肝、脾、膽、胰、胃腸、腎、腎上腺、膀胱、前列腺、女性生殖系統、腹腔和腹膜後腫瘤等腹部臟器疾病的診斷；顱腦、眼及眼眶、頜面、頸部、甲狀腺、咽喉、乳腺、縱隔、胸膜、肺等頭、頸、胸部疾病的診斷；先天性心臟病、風濕性心臟病、冠狀動脈硬化性心臟病、心肌病，血管病等心血管疾病的診斷。
M型超聲診斷儀 是在A型的基礎上改造而成的一種用於診斷活動器官的超聲診斷儀。用單晶片探頭，回聲以輝度調制顯示。M型顯示中，橫軸代表時間，縱軸代表組織活動的幅度，於是得到瞭組織運動隨時間展開的曲線(motion-time curve)，又稱 M型超聲心動圖。M型超聲診斷儀根據不同探查部位的波群特征對心臟疾病作診斷，60年代開始應用於臨床，70年代初在臨床普及，對各種心臟疾病尤其是瓣膜病具有重要的臨床診斷價值。在二維超聲心動圖廣泛普及的今天，它仍在臨床應用中起重要作用。
D型超聲診斷儀 是各種超聲多普勒診斷儀的總稱，都利用多普勒效應(Doppler effect)，對運動臟器和血流進行探測。目前有連續波多普勒、脈沖波多普勒和彩色多普勒血流顯像儀3種。
當聲源和接收器之間發生相對運動時，接收器接收到的聲音頻率與聲源發射頻率之間存在一個頻率的偏移，簡稱頻移，這種現象稱為多普勒效應。在對人體作超聲檢查時，超聲多普勒效應可用下式表示
式中
v為血流速度，
f
0為發射超聲頻率，
c為血液中的聲速（
c=1540m/s），
f
d為頻移，θ為聲束軸線與血流速度矢量之間的夾角。“±”號為血流方向，+號表示血流朝向換能器時產生正性頻移，即頻移向上；血流背離換能器而去時，產生負性頻移，頻移向下。這就是各種D型診斷儀的基本原理（圖5）。
① 連續波多普勒。是一種最簡單的超聲多普勒診斷儀，它早在50年代就已問世並在臨床應用。儀器簡單，使用方便、價格便宜。由於它發射的是連續波超聲，因此隻能接收聲束通道上多種血流的混合信號，不能對血流作定點檢測，這一缺點極大地限制瞭它的臨床使用范圍。主要應用於胎心監護和淺表血管測量。但連續波多普勒儀的速度分辨力強，在對多普勒血流信號作頻譜分析和頻譜顯示時，顯示頻譜的高度不受血流速度的限制。因此，目前在對血流作定量測定時，常用它測量狹窄瓣口的高速血流。
② 脈沖波多普勒。於60年代末問世，70年代末在臨床廣泛應用，目前已是臨床使用最普遍的心血管疾病檢測手段。發射的是脈沖波，采用距離選通接收器，可獲得心血管內部任意一點的回聲信息，經過快速傅裡葉變換(FFT)處理後，以頻譜形式顯示（圖6）。頻譜橫軸代表時間，縱軸代表頻移（即血流速度），它實時記錄瞭心動周期內流過取樣容積的血流的速度分佈，故又稱為脈沖多普勒超聲心動圖。頻譜為臨床提供許多有用的血流動力學資料，如血流速度、血流流向、血流流動性質、射血時間、血流加速度和減速度等，根據頻譜所提供的資料可對各種心血管疾病作出診斷。脈沖多普勒儀總是與 B型顯像儀結合在一起，這稱為雙功顯像儀，兩者結合使用，可進一步提高診斷準確率。脈沖多普勒的主要缺點是不能測量高速血流，當流速較快，多普勒頻移超過奈奎斯特極限頻率時，頻譜將出現混疊，因此不能用於高速血流的定量分析。此外，它測定的是一個點的血流，難以判別血流的空間分佈。
③ 彩色多普勒血流顯像儀(CDFI)。是80年代中期發展起來的最新型的超聲多普勒診斷儀。最大特點在於：探頭在掃描時，不斷從每條聲束線的多個水平提取多普勒頻移信息，經過彩色編碼處理，在顯示器上顯示二維彩色多普勒血流圖像。因此，它可實時顯示血流信號的空間信息，對於奇異方向和多個部位的血流異常具有獨特的診斷能力。進行彩色多普勒血流顯像檢查時，借助二維超聲圖像可觀察心臟解剖結構，瞭解腔室大小，血管走向，瓣膜形態及連續關系等，通過彩色多普勒圖像可觀察心內血流的方向、速度、有無返流與分流等，兩者互相結合，圖像直觀，檢查快速易行，結果比較可靠，其準確率甚至可高於心導管檢查。其主要缺點也是不能測量高速血流，當流速較快、多普勒頻移超過奈奎斯特極限頻率時將出現混疊，此時，顯示的血流彩色失真，給定量診斷帶來困難。
除上述四種超聲診斷儀外，還有超聲電子計算機體層成像、超聲顯微鏡和超聲全息照像等多種新的超聲成像設備正在研制或發展過程中，但目前均未在臨床正式投入試用。