医学超声的安全性限制是基于两类由超声波引起的生物效应： 由空化引起的组织机械破坏，以及组织吸收超声波产生的热量引起的热损伤。
超声波的热机制和机械机制
超声波在生物体系内传播过程中，其振动能量不断地被媒质吸收转变成热能而使自身温度升高。如果声波同时还导致生物体系产生某种效应，用其他加热办法获得同样温升，并重显同样效应时，那么可以说产生该生物效应的原因是热机制。超声在聚焦点能量集中，从而导致该位置附近的温升要比非聚焦情况下温升几乎高出 1倍。骨骼的声吸收比软组织还要高出几十倍，因而在骨骼处的致热效应将更严重，特别是超声设备的聚焦点就在骨骼附近时，温升甚至将达到 10 倍以上。
在某些出现超声生物效应的情况下，超声产生的热量是微不足道的，这时就不能把产生生物效应的原因归结为热机制。超声波既是机械振动能量的传播，那么描述波动过程的各有关力学参量，如质点位移、振动速度或加速度等，都有可能与声波的生物效应有关。例如, 当频率为1MHz、声强为 100W/cm2的平面声波， 在密度为1g/cm3、声速为 1500m/s 的媒质中传播时， 声场中的媒质质点 位 移 为 0.18μm，振动速度为 120cm/s, 加 速 度 为7400m/s2，声压为 1723kPa(17atm)。可以设想生物系中的生物大分子、细胞及组织结构，处在这样激烈变化的机械运动场中，其功能、生理过程乃至结构都可能会受到影响，尤其重要的是声场中一些二阶声学参量会变明显起来，从而可能会有各种非线性现象对生物效应做出贡献。
MI、TI 的原理
为了促进超声诊断系统的规范和标准化，一个由临床医生、研究人员、监管人员组成的团队开发了两个指标，以在特定的成像模式和当前设置下提供声学状态的实时指标。
为了防止声场（声空化）形成气穴，瞬时的压力必须保持在规定的限值以下，这将在给定传输（由脉冲波形和波束几何定义）的驱动电压上设置最大上限。组织中空化的可能性是用一种称为机械指数MI的无量纲度量来表示。它是用作估算机械生物效应的潜在性。机械效应的例子，包括当超声压力波贯穿生物组织时围绕着可压缩的气泡运动，及经由短暂气泡的气穴现象瓦解时的能量释放。MI与脉冲电压成正比，与脉冲频率的平方根成反比；MI的标度使得许多软组织中MI的调节极限为MI<1.9。（注意，MI是任何给定模式的单个数字，它的当前控制设置由场中每个点计算的最大度量值定义。）因此，最大允许MI限制了使用特定传感器的给定采集模式的最大成像深度。
超声吸收产生的组织加热量取决于声场所携带的平均功率。因此，定义了另一个无量纲度量来表征特定采集序列的热影响和风险：热指数TI。TI是声场中给定位置处的平均功率与在稳态下根据特定组织将该位置处的温度升高1°C所需功率之比。因此，TI必须始终校准到特定的采集模式（波束几何、扫描方式和脉冲重复频率）、换能器传输效率和组织衰减。显示特定成像模式的TI值是为了向超声学家提供指导，但美国FDA施加的安全限值是以空间峰值声强（声功率密度，单位为mW/cm2）、整个成像帧的平均值或仅在脉冲上的平均值表示的峰值脉冲平均值。实际上，对于扫描的聚焦光束，TI对声束细节的依赖性相当弱，热损伤实际上与“热剂量”有关，热剂量是一个依赖于温度历史的时间积分量。人们普遍认为，将组织温度升高几度几分钟是安全的；事实上，WFUMB（世界医学和生物学超声联合会）的共识是，无限期接触TI<1.5的超声是安全的。
MI、TI 对设备操作者的意义
设备的操作者有责任知道超声设备声输出的风险，不同的声输出参数，如声强、声压等，在特定情况下可能会改变或损伤人体组织，同时也应了解 MI 和TI在临床诊断上的意义。MI 目的是给出超声波机械效应( 如空化) 潜在风险的相关指示， 而 TI 目的是给出沿超声波波束方向的某一特定点的潜在温升的相关指示。因为超声波实际温升的原因很复杂，也会由于人体组织和设备工作条件的不同而不同，故 TI 值的增加并不一定表示实际温升值，但操作者应意识到组织温度要升高，在临床诊断中加以注意。
参考文献
[1] 周永昌, 郭万学, 主编. 超声医学 [M]. 第 4 版.北京: 科学技术文献出版社, 2004. 63~67.
[2] 冯 若, 主编. 超声诊断设备原理与设计[M].北京: 中国医药科技出版社,905～913.
[3] T. L. Szabo, Diagnostic Ultrasound Imaging: Inside Out, 2nd ed. Academic Press, 2014.
[4] S. B. Barnett, “WFUMB Symposium on Safety of Ultrasound in Medicine. Conclusions and recommendations on thermal and non-thermal mechanisms for biological effects of ultrasound. Kloster-Banz, Germany. 14-19 April, 1996. World Federation for Ultrasound in Medicine and Biology.,” Ultrasound Med Biol, vol. 24, pp. i–xvi– S1–58, 1998.
