輻射力天平法有界聲功率測量用YM-1型掩模（超聲功率測量）

輻射力天平法有界聲功率測量用YM-1型掩模使用說明書（超聲功率測量）
轉自：牛鳳岐教授
輻射力天平法有界聲功率測量用YM-1型掩模
使用說明書

一．序言
醫學超聲領域普遍采用輻射天平測量診斷、治療設備的聲輸出功率。應用該方法必須滿足兩個重要的前提條件，一是聲束平行，且聲軸(傳播方向)垂直于反射靶的橫截面或吸收靶的平面，二是靶的橫截面足夠大，能夠攔斷整個聲束。對于單元探頭和長度不太大的平面線陣，這些要求很容易滿足，但對成為當今臨床主體的凸陣和相控陣，這兩項要求均難以滿足。為此，IEC60601-2-37和等同采用該標準的國家標準GB9706.9—2008提出了三種辦法，以測量1cm長探頭輻射面上的“有界聲功率”。其中包括：
(1)在探頭和靶之間放置一個稱做“掩?！钡牟考瑢⑻幱趻呙锠顟B的大部分聲束截斷且不產生反射，只剩下探頭中央的準平行部分通過1cm寬開口投射到靶體上；  
(2)將輻射力天平的靶改為1cm寬，讓其長度方向與探頭輻射面的長度方向正交，并確保沒有反射波投射到靶上；
(3)對相控陣等某些探頭，采用電子技術，只讓其中央1cm長度的輻射面發射超聲波。
在三種辦法中，第二種需改裝功率計，第三種需專門設計聲束掃描程序，對功率計的制造和使用者都勉為其難，只有第一種可操作性最強，故成為業內首選。為配合GB9706.9—2008的實施，我們特地研制生產了完全符合該項標準要求的YM-1型1cm孔徑掩模。

二．掩模的基本結構
外觀結構如圖1所示，為圓盤中央開窗口形式，邊沿處配有兩個有機玻璃把手，供使用時搭跨在功率計水槽的邊沿上，如圖2示意。圓盤直徑隨所配功率計水槽內徑而定，供超聲波通過的窗口寬1cm，長4cm；孔壁由黃銅加工而成；孔外部分由三層疊合粘接而成，兩外層為強吸聲體，總體為強隔聲體。

   

                  圖1

圖2

三．掩模的技術特性
1．上下吸聲層回聲降低：>30dB
(f>2.5MHz)
2．三層 總體 插入損失：>50dB
(f>2.5MHz)

3．窗口壁材料反射系數：>90%

四．掩模的使用操作

1．在使用前一天，將掩模浸泡在蒸餾水或去離子水中，使其表面充分浸潤。如溝槽中窩存有氣泡，應使用油畫筆或小鬃刷將其拂去；

2．在功率計的水槽內，提前注入經除氣處理的蒸餾水或去離子水；
3．在測量之前，將掩模由浸泡用的容器內取出，手持兩個把手使其傾斜，一側首先接觸水面，然后逐步沒入功率計的水面之下；

4．將掩模放平，兩個把手搭跨在功率計的水槽邊沿上。因把手尺寸系定制，故掛好后掩模下表面應與反射靶的頂尖處于同一平面；

5．將被測探頭夾持在專用夾具上，調節夾持機構，使探頭的輻射面(線陣、相控陣)或輻射面頂端(凸陣)與吸聲層的上表面相切，探頭長邊平行于掩模窗口的短邊；

5．如為凸陣探頭，應調節夾持機構，使探頭的正中央與掩模的窗口對正；

6．按GB7966中規定步驟，測量所夾探頭在被檢儀器設定狀態下的聲功率。

五．掩模的維護保養
1．掩模如有臟污，應使用油畫筆或小鬃刷蘸取稀釋的洗滌劑將其刷去，再用清水沖洗干凈，且不可用汽油、丙酮、無水乙醇等有機溶劑清洗，以免損壞；
2．勿讓掩模表面接觸尖銳、堅硬、粗糙物體，以免損傷表面條棱；
3．如掩模不常使用，可在使用后在空氣中晾干，然后放入鋪有軟紙的小盒內存放；
4．如掩模系經常使用，可一直將其浸泡在蒸餾水或去離子水中，切勿用自來水浸泡，以防水垢沉積在其表面上影響吸聲特性；
5．無論是浸泡于水中還是干燥放置，為防止磨損表面條棱，最好將掩模駕在一自制的塑料或硬紙圈上(如圖2所示)。

你介紹這個是想說明什么，難道是檢彩超用的設備嗎？

“特戰隊”朋友：
關于掩模產生的技術-法規背景和用途，使用說明書序言中已經說得相當清楚，請再細看兩遍。您問掩模是否為檢測彩超而備，我的答復是“非也”。您謙稱是“計量實習生”，想必是使用過功率計的，但相關的背景恐怕就未必清楚了。作為JJG639—1998的主要起草(實際執筆)人，我要告訴您的是：(1)掩模是為糾正此前超聲診斷設備輸出功率測量中的原理性錯誤而備，犯這個錯誤的首先不是中國，而是引領潮流、起草醫用超聲國際標準的西方發達國家，我們是“從犯”。(2)在起草和宣貫JJG639—1998時，作為第一起草人的熊大蓮高工已經有所疑惑，覺得輻射力天平法用于凸陣、相控陣似乎不大合理，但由于國際上也未提出公開質疑和拿出改進辦法，我們也無能為力，只好“世界糊涂我糊涂”。(3)這個錯誤首先由美國專家發現，并在制定該國AIUM/NEMA標準時糾正的，就是采用我在掩模使用說明書序言中提到的三種辦法，從凸陣、相控陣的扇形掃描聲場中提取“準平行”部分，測量探頭1cm長輻射面發射的“有界聲功率”，將其值乘以輻射面總長度的cm數，即求得了總功率，而三種辦法中可操作性最強的非掩模法莫屬。(4)但在國際標準IEC60601-2-37和國家標準GB9706.9—2008中，需要掩模的目的首先不是為了計算聲強，而是為了將其輸入、存儲于診斷設備的軟件部分，當醫生依據臨床需要調節輸出水平時，設備將利用其值和工作頻率、探頭孔徑等參數自動算出熱指數數值，當其值超過0.4時，屏幕上就會開始顯示，提請醫生注意不要使其超過1.0。(5)聲功率值對GB16846—1997也有意義，其原因是：在采用水聽器法測量并導出輸出波束聲強和空間峰值時間平均聲強時，如所用水聽器未經校準，則須用輸出功率值除以波束橫截面積來算出聲強。(6)正如我在此前曾經指出的，JJG639—1998中的聲輸出要求及測量、計算方法均有問題：空間平均時間平均聲強小于10mW/cm2 的規定，在規程制定時已無根據，測量計算方法也違背輻射力法的限制條件。(7)有人曾設想將醫療器械質量檢驗機構的做法套用于計量系統，但所需設備即使在醫療器械質檢機構也只有極少數單位擁有，將如此昂貴、笨重的大型設備搬到醫院現場，每個單位花上幾天時間進行測量，簡直是天方夜譚，國外的在用醫療器械質量保證檢測均不包括聲輸出，只測性能指標。其邏輯是：設備越舊，聲輸出越低，既然新的沒問題，舊的更沒問題；而性能特性恰恰相反，設備越舊，性能越差，新的沒問題，不能保證舊的沒問題。(8)面對國際和國內的大趨勢，計量部門必須作出抉擇：一種是與國外一樣，放棄聲輸出指標，只檢測性能指標；另一種是堅持涵蓋聲輸出指標，那就必須考慮測什么，如何測，用什么測。(9)我認為，如果某些計量院所堅持要測，在規程修訂之前，可供選擇的唯一辦法是：(a)改用具有開放式水槽的進口功率計并加裝掩模；(b)用測得的1cm長輻射面內的“有界聲功率”除以該段輻射面積，求出空間平均時間平均聲強值；(c)將空間平均時間平均聲強界限改為20mW/cm2，并將其名稱改為“輸出波束聲強”。這就是我建議的“圓滑過渡法”，在修訂胎兒心率儀規程時曾被采納。(10)該建議的思路是：在GB16846—1997中，求得輸出波束聲強值的辦法有兩種，一種是利用校準過的水聽器，通過聲場掃描和聲壓測量直接導出輸出波束聲強和空間峰值時間平均聲強；另一種是利用未校準的水聽器，通過測量求出沿聲軸方向聲束焦點處和探頭輻射面附近的聲束橫截面積，用總功率除以兩個橫截面積即求得了空間峰值時間平均聲強和輸出波束聲強。按照自然規律，探頭某一輻射面的面積肯定大于該輻射面對應的波束橫截面積，將同一功率值除以較小面積必然得出較大的聲強值。(11)采用所建議的處理辦法，必須考慮其價值。在GB9706.9—2008和GB16846—1997規定的聲輸出參數中，輸出波束聲強的分量和實用意義是最低的，即使測了，也難以從聲安全性和計量執法角度作出結論與處置。
以上想法和建議僅供參考。              牛鳳岐
2009-07-19