GB T 16407-1996 声学 医用体外压力脉冲碎石机声场特性及其测量.pdf

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1、G/T 16407-1996 前本标准根据国内多种型号的压力脉冲碎石机声场特性的实际测试实践并参照了IECTC87工作组文件Ultrasonics-Pressurepulse lithotripters-Characteristics of fields制订的。本标准由全国声学标准化技术委员会超声水声分技术委员会提出，由全国声学标准化委员会归口。本标准起草单位g中国船舶工业总公司七二一厂因参加起草单位:中国科学院声学研究所、中国科学院武汉物理研究所和中国空气动力技术开发中心苏州华星医疗器械有限公司。本标准主要起草人=郑进鸿、华文浩、高明仙、朱厚卿、张德俊、杜锡鑫固中华人民共和国国家标准声学医用

2、体外压力脉冲碎石机声场特性及其测量GB/T 16407 -1996 1 范围Acoustics-Characteristics and measurements 。ffield of pre精surepulse lithotripters 本标准规定了表征医用体外压力脉冲碎石机声场特性的参数及其测量方法。本标准适用于液电、压电、电磁式聚焦型医用体外压力脉冲碎石机。2 引用标准下列标准包含的条文，通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。本标准出版时，所示版本均为有效。所有标准都会被修订.使用本标准的各方应探讨使用F列标准最新版本的可能性。GB/T 3947-1996 声学名词术语GB/T 412

3、8-1995 标准水听器(neqIEC 500: 197 4/IEC 866: 1987) GB/T 15611-1995 高频水昕器校准3 定义本标准采用下列定义。3. 1 体外碎石机extracorporeally induced lithotrip.s y equipment 在人体外产生声压脉冲，用以粉碎体内结石的设备。3. 2 水昕器(水下传声器)hydrophoneCunderwater m口ophone)用于接收水声信号的电声换能器.C见GB3947中6.82)。注由于t作原理、特性及构造等的不|叶，有卢压、声压梯度、定肉、指向、ffi电、光纤等水听器。3.3 水听器电缆末端有载

4、灵敏度(ML)end-of-cabk loaded sensitivity of a hydrophone 水听器接到j指定输入阻抗的负载后，其电缆或连接器末端的输出电压与水听器移去时水昕器声中心位置未受干扰的平面波自由场瞬时声压的比值，单位:伏每帕斯卡J.V /Pa , 3. 4 声压(户)sound pressure 有声波时，媒质中的压力与静压的差值，单位:帕f斯卡J.Pa，GB3947中.21 , 3. 5 声强度(1 ,J) sound intensity (sound energy flux den.s ity ,sound power density) 在某一点上，一个与指定方向

5、垂直的单位面积上在单位时间内通过的平均声能，单位:瓦每平方米W /m2.(见GB3947中.26)。3. 6 压力脉冲pressure pulse 体外压力脉冲碎石机产生的声压脉冲。3. 7 声压脉冲波形pressure pulse waveform 国家技术监督局1996-05-27批准1996-12-01实施GB!T 16407-1996 在压力脉冲声场中指定位置的瞬时声压的即时波形，见图1。3.8 脉冲声强积分(Ip)pulse-intensity integral 在压力脉冲声场中，某点瞬时声强对整个脉冲波形持续时间的积分，单位:焦f耳1每平方米.J!m2 3.9 声脉冲能量(E)ac

6、ous1c pulse energy 脉冲声强对焦斑横截面的积分，单位z焦耳J.J。3. 10 正声压压缩脉冲宽度(tp+)compressional puIse duration 正声压脉冲峰值前后，其声压值等于脉冲峰值50%的两瞬时声压的时间差值，单位.微秒，问。见图103.11 负声压稀疏脉冲宽度(tp_)rarefactional pulse duration 负声压脉冲峰值前后，其声压值等于脉冲峰值50%的两瞬时声压的时间差值，单位.微秒，间。见图L3. 12 上升时间(tr)rise time 正声压脉冲前沿部分从峰值压力的10%上升到90%时所经历的时间，单位:纳秒，n8见图10

7、3. 13 正声压f压缩丁峰值(P+) peak-po剖t1veaCQustlc pressure 在压力脉冲声场中某点声压脉冲的正峰值，即最大压缩声压，单位z帕斯卡J.Pa.见图103.14 负声压t稀疏峰值。)peak-negative acoustic pressure 在压力脉冲声场中某点声压脉冲的负峰值，即最大稀疏声压，单位z帕斯卡，Pa，见图1。3. 15 声束轴线beam axis 通过压力脉冲发生器的几何中心和焦点的连线。3. 16 焦点focus 在压力脉冲声场中，最大正声压峰值的位置。3. 17 焦斑横截面积(Af)focal cross-sectional area 在焦

8、点处与声束轴线垂直的平面内，围绕焦点比最大正声压峰值(0dBl低6dB的界面所围的面积，单位g平方毫米，mm2 3. 18 焦柱体积(V，)focal volume 在焦点周围比最大正声压峰值(0dB)低6dB的界面所围的空间体积，单位立方毫米，mm3。4 符号表A, 焦斑横截面积$E 声脉冲能量;户负声压峰值，户+正声压峰值3I阴脉冲强度积分$t , 上升时间gtp 负脉冲宽度;tp+-lE脉冲宽度;V, 焦桂体积。GB/T 16407一1996P O.5 f-O.H.-抖J图1声压脉冲波形图5 测量条件5. 1 测量在接近实际操作使用的声场条件下进行，并记录如下参数:压力脉冲发生器驱动电压

9、值;压力脉冲发生器放电速率p二十环境温度。5. 2 压力脉冲测量在一个与压力脉冲发生器有良好声榈合的测量水槽中进行，测量水槽应足够大，以保证在聚焦区域附近进行测量所需要的自由场条件。5. 3 测量水槽应选用25土5C的除气水。注制备除气水的最简单方法是将水煮沸，并保持15min，然后冷却到54C.灌满瓶子，用带玻璃管的橡皮塞子塞紧，玻璃管外带软臂，充满水后夹紧，冷却贮存.保持局部真空。在使用时放开夹子，注入水槽，防止空气带入6 测量设备6. 1 测量水槽测量农槽应牢固地安放在压力脉冲发生器上方，上、下方水媒质良好精合，使压力脉冲能量很好传递。水槽应足够大，保证焦斑位置离反射边界大约几厘米，特别

10、注意与水面距离，焦斑和反射界面问距离，应使压力脉冲的多次反射不干扰测量。安放水听器应该有适当的机械支架，放在定位坐标系统1:.以便在相对于焦点的三个方向调节水昕器的测量位置。水听器在焦点位置的精确定位非常重要，定位坐标系统的一个轴b轴)与声束输线共轴。水听器的相对位置可以测量.真准确度为:1:0.1mm。6. 2 水昕器测量用标准水昕器的校准按GB15611的规定进行。采用探针状水听器比较合适，它应满足如下条件.a) O. 55 MHz以内每倍频程的频率响应，起伏应小于士3dB , M动态范围上限应大于80MPa; c)敏感面直径应小于1.0 mm , d)应能保证完成测试的全过程.6.3 存

11、贮示波器或瞬态记录仪GB/T 16407-1996 观察测量水昕器输出信号，应选用存贮示波器或瞬态记录仪。该仪器频率上限不低于100MHz.模/数转换采样频率大于5/儿。从记录水听器输出电压波形中，应能测量和计算下列参数:正声压峰值，扣$负声压峰值，户g一一上升时间，t.;一一正脉冲宽度，tp; 一一负脉冲宽度，tp_ ; 一一声脉冲能量.Eo7 测量程序7. 1 空间测量应在测量水槽中测量声压空间分布，在焦斑附近测量不同位置的压力脉冲波形，就能得到空间声场分布特性，从而给出焦斑位置、形状和大小。采样空间间隔径向不大于0.5mm，z袖方向不大于1mm。按6.1条规定确定水昕器安放位置。然后启动

12、压力脉冲发生器，观察电压波形，微调水听器位置，当电压波形其正脉冲峰值最高，同时上升时间最快的位置，就是实际的焦点位置，以此为对称中心，利用x-y-z坐标定位系统，测量声压的空间分布特陀，或测量-6dB等压线宽度。尽量先进行z轴扫描确定焦斑位置，然后进行其他测量。空间分布也可用压敏纸等放在适当位置来快速显示焦点的近似位置。7.1. 1 正声压峰值的二维焦斑测量正声压峰值在焦斑上沿z轴和y轴的变化，可得到二个方向的焦斑图。或者测量x-z或y-z平面正声压峰值，可制成二维等压线图。如果x，y方向上的-6dB宽度的偏差不大于10%，则认为焦斑是对称的，否则为不对称。此时x，y方向的选择应取在最大和最小

13、方向。7.1.2 焦性体积测量正声压峰值沿x，y和z轴的一6dB宽度和长度，由此界面所包围的体积就是焦柱体积，官反映了压力脉冲峰值的空间分布。7.2 时域测量水昕器安放在焦点位置，偏差不超过士0.5mm，用示波器或瞬态记录仪捆量和记录压力脉冲波形，由此时域波形读取和导出如下参数。7.2.1 正声压和负声压峰值根据水昕器敏感元件极性和1电压波形，分别读取正声压峰值和负声压峰值的电压数值，除以水昕器电缆末端有载灵敏度，就得到相应的正、负声压峰值。正声压脉冲峰值单位以兆帕(MPa)表示。正常情况下，正声压峰值出现时间在先，紧接着出现负声压峰值，且正声压峰值远大于负声压峰值。7.2.2 正、负声压脉冲

14、宽度和k升时间根据照力脉冲波形，读取正、负声压脉冲宽度。在正声压脉冲波形上升前沿部分，读取正脉冲上升时间。7. 3 声脉冲能量的计算从7.1和7.2的结果可以计算出焦斑横截面内的声脉冲能量，声脉冲能量由下式给出:E=去Hl川t)dtdS.( 1 ) GB/T 16407-1996 式中z户(r，lJ，t)一一在心、IJ)处和t时刻的瞬时声压S一一空间极坐标r，8下的焦斑横截面Z，水的特性声阻抗(1.5X 10 Pa. s/m) 对于圆对称的波束E=2r I，;r计式中2川=吉j如、R 焦斑横截面半径。估计E，应该活二个正交的直径方向、四个径向的测量结果的平均值，公式(2)近似计算为:E = O. 5 L: (l,;.; + 1帆，i_l)(r;2- rr-l) ( 2 ) 式(2)中假定在r=O和r=R之间的径向测量点取N+1点，其中ro=O，rN=R，在点r=r，的脉冲强度积分是1p,i