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(zhuǎn)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(yī)學(xué)超聲領(lǐng)域普遍采用輻射天平測量診斷、治療設(shè)備的聲輸出功率。應(yīng)用該方法必須滿足兩個(gè)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(gè)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(dāng)今臨床主體的凸陣和相控陣，這兩項(xiàng)要求均難以滿足。為此，IEC60601-2-37和等同采用該標(biāo)準(zhǔn)的國家標(biāo)準(zhǔn)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(gè)稱做“掩模”的部件，將處于掃描狀態(tài)的大部分聲束截?cái)嗲也划a(chǎn)生反射，只剩下探頭中央的準(zhǔn)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(shù)，只讓其中央1cm長度的輻射面發(fā)射超聲波。
在三種辦法中，第二種需改裝功率計(jì)，第三種需專門設(shè)計(jì)聲束掃描程序，對功率計(jì)的制造和使用者都勉為其難，只有第一種可操作性最強(qiáng)，故成為業(yè)內(nèi)首選。為配合GB9706.9—2008的實(shí)施，我們特地研制生產(chǎn)了完全符合該項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)要求的YM-1型1cm孔徑掩模。

二．掩模的基本結(jié)構(gòu)
外觀結(jié)構(gòu)如圖1所示，為圓盤中央開窗口形式，邊沿處配有兩個(gè)有機(jī)玻璃把手，供使用時(shí)搭跨在功率計(jì)水槽的邊沿上，如圖2示意。圓盤直徑隨所配功率計(jì)水槽內(nèi)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(qiáng)吸聲體，總體為強(qiáng)隔聲體。

   

                  圖1

圖2

三．掩模的技術(shù)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(shù)：>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(yīng)使用油畫筆或小鬃刷將其拂去；

2．在功率計(jì)的水槽內(nèi)，提前注入經(jīng)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(nèi)取出，手持兩個(gè)把手使其傾斜，一側(cè)首先接觸水面，然后逐步?jīng)]入功率計(jì)的水面之下；

4．將掩模放平，兩個(gè)把手搭跨在功率計(jì)的水槽邊沿上。因把手尺寸系定制，故掛好后掩模下表面應(yīng)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(diào)節(jié)夾持機(jī)構(gòu)，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(yīng)調(diào)節(jié)夾持機(jī)構(gòu)，使探頭的正中央與掩模的窗口對正；

6．按GB7966中規(guī)定步驟，測量所夾探頭在被檢儀器設(shè)定狀態(tài)下的聲功率。

五．掩模的維護(hù)保養(yǎng)
1．掩模如有臟污，應(yīng)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(jī)溶劑清洗，以免損壞；
2．勿讓掩模表面接觸尖銳、堅(jiān)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(nèi)存放；
4．如掩模系經(jīng)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(gè)是想說明什么，難道是檢彩超用的設(shè)備嗎？

“特戰(zhàn)隊(duì)”朋友：
關(guān)于掩模產(chǎn)生的技術(shù)-法規(guī)背景和用途，使用說明書序言中已經(jīng)說得相當(dāng)清楚，請?jiān)偌?xì)看兩遍。您問掩模是否為檢測彩超而備，我的答復(fù)是“非也”。您謙稱是“計(jì)量實(shí)習(xí)生”，想必是使用過功率計(jì)的，但相關(guān)的背景恐怕就未必清楚了。作為JJG639—1998的主要起草(實(shí)際執(zhí)筆)人，我要告訴您的是：(1)掩模是為糾正此前超聲診斷設(shè)備輸出功率測量中的原理性錯(cuò)誤而備，犯這個(gè)錯(cuò)誤的首先不是中國，而是引領(lǐng)潮流、起草醫(yī)用超聲國際標(biāo)準(zhǔn)的西方發(fā)達(dá)國家，我們是“從犯”。(2)在起草和宣貫JJG639—1998時(shí)，作為第一起草人的熊大蓮高工已經(jīng)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(zhì)疑和拿出改進(jìn)辦法，我們也無能為力，只好“世界糊涂我糊涂”。(3)這個(gè)錯(cuò)誤首先由美國專家發(fā)現(xiàn)，并在制定該國AIUM/NEMA標(biāo)準(zhǔn)時(shí)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(zhǔn)平行”部分，測量探頭1cm長輻射面發(fā)射的“有界聲功率”，將其值乘以輻射面總長度的cm數(shù)，即求得了總功率，而三種辦法中可操作性最強(qiáng)的非掩模法莫屬。(4)但在國際標(biāo)準(zhǔn)IEC60601-2-37和國家標(biāo)準(zhǔn)GB9706.9—2008中，需要掩模的目的首先不是為了計(jì)算聲強(qiáng)，而是為了將其輸入、存儲于診斷設(shè)備的軟件部分，當(dāng)醫(yī)生依據(jù)臨床需要調(diào)節(jié)輸出水平時(shí)，設(shè)備將利用其值和工作頻率、探頭孔徑等參數(shù)自動算出熱指數(shù)數(shù)值，當(dāng)其值超過0.4時(shí)，屏幕上就會開始顯示，提請醫(yī)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(dǎo)出輸出波束聲強(qiáng)和空間峰值時(shí)間平均聲強(qiáng)時(shí)，如所用水聽器未經(jīng)校準(zhǔn)，則須用輸出功率值除以波束橫截面積來算出聲強(qiáng)。(6)正如我在此前曾經(jīng)指出的，JJG639—1998中的聲輸出要求及測量、計(jì)算方法均有問題：空間平均時(shí)間平均聲強(qiáng)小于10mW/cm2 的規(guī)定，在規(guī)程制定時(shí)已無根據(jù)，測量計(jì)算方法也違背輻射力法的限制條件。(7)有人曾設(shè)想將醫(yī)療器械質(zhì)量檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)的做法套用于計(jì)量系統(tǒng)，但所需設(shè)備即使在醫(yī)療器械質(zhì)檢機(jī)構(gòu)也只有極少數(shù)單位擁有，將如此昂貴、笨重的大型設(shè)備搬到醫(yī)院現(xiàn)場，每個(gè)單位花上幾天時(shí)間進(jìn)行測量，簡直是天方夜譚，國外的在用醫(yī)療器械質(zhì)量保證檢測均不包括聲輸出，只測性能指標(biāo)。其邏輯是：設(shè)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(shè)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(nèi)的大趨勢，計(jì)量部門必須作出抉擇：一種是與國外一樣，放棄聲輸出指標(biāo)，只檢測性能指標(biāo)；另一種是堅(jiān)持涵蓋聲輸出指標(biāo)，那就必須考慮測什么，如何測，用什么測。(9)我認(rèn)為，如果某些計(jì)量院所堅(jiān)持要測，在規(guī)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(jìn)口功率計(jì)并加裝掩模；(b)用測得的1cm長輻射面內(nèi)的“有界聲功率”除以該段輻射面積，求出空間平均時(shí)間平均聲強(qiáng)值；(c)將空間平均時(shí)間平均聲強(qiáng)界限改為20mW/cm2，并將其名稱改為“輸出波束聲強(qiáng)”。這就是我建議的“圓滑過渡法”，在修訂胎兒心率儀規(guī)程時(shí)曾被采納。(10)該建議的思路是：在GB16846—1997中，求得輸出波束聲強(qiáng)值的辦法有兩種，一種是利用校準(zhǔn)過的水聽器，通過聲場掃描和聲壓測量直接導(dǎo)出輸出波束聲強(qiáng)和空間峰值時(shí)間平均聲強(qiáng)；另一種是利用未校準(zhǔn)的水聽器，通過測量求出沿聲軸方向聲束焦點(diǎn)處和探頭輻射面附近的聲束橫截面積，用總功率除以兩個(gè)橫截面積即求得了空間峰值時(shí)間平均聲強(qiáng)和輸出波束聲強(qiáng)。按照自然規(guī)律，探頭某一輻射面的面積肯定大于該輻射面對應(yīng)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(qiáng)值。(11)采用所建議的處理辦法，必須考慮其價(jià)值。在GB9706.9—2008和GB16846—1997規(guī)定的聲輸出參數(shù)中，輸出波束聲強(qiáng)的分量和實(shí)用意義是最低的，即使測了，也難以從聲安全性和計(jì)量執(zhí)法角度作出結(jié)論與處置。
以上想法和建議僅供參考。              牛鳳岐
2009-07-19