YY T 91288-1999 医用超声诊断仪的脉冲声强测量方法.pdf

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1、中华人民共和国专业标准医用超声诊断仪的脉冲声强测量方法ZB C 41008一86Methods of measuring the pulse acoustic pressure ofultrasonic diagnostic eauioment for medical use本标准适用于1.25一6.3MHz频率范围内医用超声诊断仪的空间峰值时间峰值声强、空间峰值时间平均声强和空间平均时间平均声强的测量。测量范围为。一2 x106W/m2o本标准规定的方法对于聚焦的和非聚焦的换能器都适用。名词、术语电缆端水听器灵敏度（end-of -cable sensitivity of a hydroph

2、one)水听器的任何整体电缆或连接器端的电压（连接到规定的输入阻抗上）与水听器移去时水听器原在位置的未扰动的自由场平面波瞬时声压的比值。符号：M,.；单位：V /Pa。.2声波束中心（sound beam centre）通常是在垂直于波柬轴的平面内的具有空间峰值声压的一点。3瞬时声压（instantaneous acoustic pressure)声场中特定点在特定时刻的压力减去环境静压力。符号：P；单位：Pa.4波束横截面积(beam cross-sectional area)在垂直于波束轴的平面内，脉冲声强在一个脉冲周期内对时间的积分内脉冲强度积分最大值的25（一6 dB）的区域面积。1.

3、5空IHl峰值时间峰值声压（spatial peak temporal声场中或特定平面内瞬时声压绝对值的最大值。1.6空间峰值时间峰值声强(spatial peak temporal声场或特定平面内，时间峰值声强的最大值。1.7空间峰值时IN平均声强（spatial peak temporal声场中或特定平面内时间平均声强的最大值。（脉冲强度积分）大于该面符号：A；单位：M20peak acoustic pressure)符号：P PI P；单位：Pa opeak acoustic intensity）符号：I aptp；单位：W/mI.average intensity）符号：I spta；

4、单位：W/m2。8空间平均时间V_均声强(spatial average temporal average acoustic intensity)在特定平面内或包含超声换能器（或超声换能器的一个阵元组）的空间峰值时间峰值声压点的平面内，对波束横截面积作空间平均的时间平均声强。符号：I aata；单位：W/m2 02测f原理本标准规定用一个尸林准A k Vi本节M的Ak口耳、。二且、：二二，、。，。二、入，。：二脉冲波形和空Im-分布及茸甭复扬主涌汁、。，。驹1活石更从二石蔽二益忿荔江止嚣尸二兰井左了：丫兰爪均声强和空间平均时间平均声强。2.1空间峰值时间峰值声强的测量在超声诊断仪换能器的超声场

5、巾，选定二维直角坐标系（X, Y，Z）的原点在发射换能器表面的声中心处，X轴为声束的中心轴，在其声压瞬时值达到最大的空间位置(LP, 0, 0）安放兆赫频率范围的测量水听器，测得水听器的输出电压最大瞬时值UL UP,一一一国家医药管理局1986一09一20发布0, 0, tP)，用下式计算空间峰1987一03一01实施值时间峰值声强：Is ptpUi Up，0，0，tp)/（M呈PC).（1式中：ML诊断仪的工作频率的电缆端水听器灵敏度，V / Pa;p纯水的密度，kg/m3 ;c纯水中的声速，m / s;Ip声场中声压幅值最大处与发射换能器的相距长度，m;1p声压波形中最大瞬时值出现的时刻，

6、so2.2空间峰值时间平均声强的测量在示波器屏幕上拍照记录UL(IP, 0, 0, t)波形，用下式计算卒间峰值时间平均声强T二。 F MlpcU，。一：一(!p，“，”，dt一2：才由F吉睁油雷省4.:ffi本ti单个声脉冲起始的时刻，s;t2单个声脉冲终止的时刻，5。2.3空间平均时间平均声强的测量用兆赫频率范围的测量水听器在X =!，平面内作二维扫描的方法，获得各空间点处的水听器输巨申压油形存示IV器屏墓卜梢阳i.p.录。用下才计笠 2-43 ia-1平均时间苹均击侣F rrr-r,，-2，、,sat“二M? orA I！l I, UL 4）育径方向lyll t-A #fffUL(lP,

7、 y，一，dt dyd月厂f一nAt（r)2一一r一一一一U ( lpLK，一，口rdrd4p，2 Q厂厂又U,? cr P. kA；a0，lt0IKI朴“0 2 E U IL2“Pfa.I).（5一超声束中心到每个扫描场点的距离，通常波束中心选在y, Z坐标系统的原卢（V2Z2）于m，直径方向扫描的步C古亿右内妇撇汉1 ;-k-断R，R2，一，八二R, j, R2 j第i次直径方向扫描中从波束中心分别到脉冲强度积分下降6 dB的两点的距离，m，R, R,，和RZ，中的大者，对称时Rj=R,jR 2j, m3中扫描直径的圆心角，rado3 Mil系统3.1测量系统的组成测量系统由已校准的兆赫频

8、率范围的测量水听器、具有三维六个自由度的坐标系统的水槽、示波器和照相机组成。装置的安排如图1或图2所示。图1垂直安装方式的测量装置示意图图2水乎安装方式的测量装置示意图3.23.2.侧量仪器已校准的兆赫频率范围的测量水听器测量用的已校准的兆赫频率范围的测量水听器一般用聚偏氟乙烯(PVDF或PVF 2）压电高分子聚合物薄膜制成，其中的灵敏元件的有效直径应小于或等f1 mm. 该水听器的电缆端电压灵敏度的校准方法参见附录A，校准的频率不低于6.3MHz，在频带内电缆端电压灵敏度不低于一260dB ( 0 dB为1V加Pa)，起伏不大于士3 dB，在23士3 0C温度范围内水0俘翼由a碑由】工A*F

9、tFr-Lrr.:;h,-ILT-4- - n r Anu yunu一, ,1: Yt -bt& ,x -i一,mixiuII、j - v.口、月口07k听器放人畜场后亩不猎士混Dint q-,+ in m+.z.tk- +rlx,1,，口甲产口民目产，子，口、口11巨矛与日测量水槽的坐标系统应具有三维移动和灵活地安装调节换能器及水听器的方位角与俯仰角的能丈且衍稼有胃节结窗什千n 1 m m角FW- ;r-q:V, ,rtFtl- 14 A，“J尹，研甲二J润FLJJ、产J盈舀压，如11,乳，卜翎月台汁寸、2:-l伟山=E= *44- 44,J，J二二盆了、二刁，石J闷碑刁2、叶F、件IJ:r

10、ad巨兔一卜wk As. ( 1一3 ) Ae从处（AB为换能器的辐射面的面积）的一点上的声压有效值P，可用下式计算：式中：W发射换能器的输出声功率，RB发射换能器的指向性因数；pcReW一。，一丫一一几，二-,一一C任AlW.（A1）。纯水中的声衰减系数，N,/M.假如在该发射换能器声轴上X =1处安放测U水听器，水听器的开路输出电压有效值为U.,:(1, 0,0)l则该水听器的自由场电压灵敏度M。用下式计算：Mo2/ 7IUuc（1,0, 0）、今cR eW（A2）假如水听器的整体电缆或连接器端的电压为UL (1式计算：0)，则其电缆端水听器灵敏度M：用下ML 2 1 IU：(110, 0

11、）一一p,R i W一一一匕”“”“”“”“”(AA.2测A方法A.2.1辅助换能器的制备制作一系列圆形平面活塞式辅助换能器，使其频率覆盖所需要校准的频带。要求辅助换能器的对称性良好，其指向性十分接近理论计算的指向性，且其稳定性较高。A.2.2辅助换能器的输出声功率的测量在稳定电压铸激励下，利用辐射压力超声功率计或声光衍射功率计侧定辅助换能器输出的超声功率WoA.2.3指向性图的测量A.2.3.1按F图安排好仪器设备辅助换能器与接收换能器的声学中心应处于同一水中面内，且被校水听器应始终对准发射换能器。两者连线通过X轴，相距1（1一3）-4giA。辅助换能器应能围绕过其声辐射面和心的垂线(z轴）

12、旋转土180。水槽中应贴敷消声尖劈，保证声场具备良好的自由场条件或等效白由场条件。测量条件和测量前的准备与标准正文中4条和5.1款规定相同。A.2.3.2旋转辅助换能器，记录电缆端水听器输出电I,Uc A）与所在的发qt角B（即辅助换能器声束中心轴与z轴的夹角）测定的数据用下式归一化为指向性函数。D。，UL (B）U：（0），（A4）式中：UL (0)水听器输出最大电压值，Vo丁一辅助换能器。H一被校水听器（接收换能器）测量过程中应保持激励辅助换能器的电压UT与频率不变。把指向性函数画在极坐标或直角坐标系中。就成为指向性图案。直角坐标系的指向性图案可用记录仪自动描绘。A.2.4用电压UT激励辅

13、助换能器。此时侧得被校水听器的电缆端水缆端水听器输出电压UL(1,0,0),并记录水温t。A.2A.2用脉冲诊断仪测量水听器与辅助换能器之间的距离卜更换辅助换能器，改变校准频率，重复上述步骤。曰几0A.3数据处理A.3.1辅助换能器的指向性因数R，的计算在辅助换能器的指向性函数对称的条件下，其指向性因数R，用下式计算2（A5）上式分母可用近似求和法计算了；”（：,si n BdBJ D2, si0“一落Dz(a）si（“。，n。一：）二（A6）式中：n B从0 -n变化范围内测试点数，即角度等分数； 1测试点的序数。如果辅助换能器的指向性的对称性不够理想，则应绕二轴以步进角n转辅助换能器。在每

14、次旋转n后测量一次指向性函数。对每个指向性函数进行两次式人“，的积分，将求得的2m个积分值取算术平均值代人式（A 5）即可得到Re，一般m大于等于4。辅助换能器指向性的对称性由式（A 6）在。-r a与0一（一二）积分值的百分差来确定由圆柱对称性假设引入的误差度。A .3 .2把测量得到的W, 1，U, , R，以及温度t时水的P、c值代人式（A 3）求得在该辅助换能器的超声场频率下，待校水听器的电缆端水听器灵敏度。A .3 .3对每种不同频率的辅助换能器，重复上述计算，最后得到水听器的电缆端的频响曲线。 附录B医用超声诊断仪的脉冲声强测f方法的误割古计（参考件）本标准规定的测量方法其测量误差

15、由下述因素构成，分析估计如下：B.1在薄膜水听器的校准中的误差估计：辅助换能器的总声功率测量误差。，（士10%)辅助换能器在校准中的安装误差。，（士5）水听器的安装定位误差aA（1 5）辅助换能器指向性函数描绘记录和积分误差OD（士10)由于假定波束指向性对称引入的误差O cs（士7 %)水听器尺寸大于水中的声波波长时引人的误差OH（士10)水听器灵敏度校准的误差为。，（。危、口遥，十。圣十。又十口。吞）专20B.2在医用超声诊断仪的脉冲声强测量中的误差估计示波器的校准精度和由波形读出峰值电压的误差ov（1 3）水听器定位与波形时间积分误差OTI（112%)水听器时间稳定性引人的误差。stab

16、（士12%)水听器声压响应的非线性极限与声压线性的标准偏差引人的误差Olim（士150)水听器位于离轴位置波形形状变化产生的误差aWa（士8）被测声束的描绘与对称性假设引人的误差Obp（士7）水听器的频率响应范围有限引人的误差。：( 1 16%)空间峰值时间峰值声强测量的误差O8Ptp(amOs 2taba2Oil mo2 )-L30空间峰值时间平均声强测量的误差Us pta( 02MOT IOslabOI 2 I“寻)s32空间平均时间平均声强测量的误差“，：（a2( OSO Pv子102w，ObpOR )Z二37附加说明：本标准由全国医用电器标准化技术委员会提出，由上海医疗器械研究所归口。本标准由上海交通大学负责起草。本标准主要起草人寿文德。