辐射力天平法有界声功率测量用YM-1型掩模（超声功率测量）

辐射力天平法有界声功率测量用YM-1型掩模使用说明书（超声功率测量）
转自：牛凤岐教授
辐射力天平法有界声功率测量用YM-1型掩模
使用说明书

一．序言
医学超声领域普遍采用辐射天平测量诊断、治疗设备的声输出功率。应用该方法必须满足两个重要的前提条件，一是声束平行，且声轴(传播方向)垂直于反射靶的横截面或吸收靶的平面，二是靶的横截面足够大，能够拦断整个声束。对于单元探头和长度不太大的平面线阵，这些要求很容易满足，但对成为当今临床主体的凸阵和相控阵，这两项要求均难以满足。为此，IEC60601-2-37和等同采用该标准的国家标准GB9706.9—2008提出了三种办法，以测量1cm长探头辐射面上的“有界声功率”。其中包括：
(1)在探头和靶之间放置一个称做“掩模”的部件，将处于扫描状态的大部分声束截断且不产生反射，只剩下探头中央的准平行部分通过1cm宽开口投射到靶体上；  
(2)将辐射力天平的靶改为1cm宽，让其长度方向与探头辐射面的长度方向正交，并确保没有反射波投射到靶上；
(3)对相控阵等某些探头，采用电子技术，只让其中央1cm长度的辐射面发射超声波。
在三种办法中，第二种需改装功率计，第三种需专门设计声束扫描程序，对功率计的制造和使用者都勉为其难，只有第一种可操作性最强，故成为业内首选。为配合GB9706.9—2008的实施，我们特地研制生产了完全符合该项标准要求的YM-1型1cm孔径掩模。

二．掩模的基本结构
外观结构如图1所示，为圆盘中央开窗口形式，边沿处配有两个有机玻璃把手，供使用时搭跨在功率计水槽的边沿上，如图2示意。圆盘直径随所配功率计水槽内径而定，供超声波通过的窗口宽1cm，长4cm；孔壁由黄铜加工而成；孔外部分由三层叠合粘接而成，两外层为强吸声体，总体为强隔声体。

   

                  图1

图2

三．掩模的技术特性
1．上下吸声层回声降低：>30dB
(f>2.5MHz)
2．三层 总体 插入损失：>50dB
(f>2.5MHz)

3．窗口壁材料反射系数：>90%

四．掩模的使用操作

1．在使用前一天，将掩模浸泡在蒸馏水或去离子水中，使其表面充分浸润。如沟槽中窝存有气泡，应使用油画笔或小鬃刷将其拂去；

2．在功率计的水槽内，提前注入经除气处理的蒸馏水或去离子水；
3．在测量之前，将掩模由浸泡用的容器内取出，手持两个把手使其倾斜，一侧首先接触水面，然后逐步没入功率计的水面之下；

4．将掩模放平，两个把手搭跨在功率计的水槽边沿上。因把手尺寸系定制，故挂好后掩模下表面应与反射靶的顶尖处于同一平面；

5．将被测探头夹持在专用夹具上，调节夹持机构，使探头的辐射面(线阵、相控阵)或辐射面顶端(凸阵)与吸声层的上表面相切，探头长边平行于掩模窗口的短边；

5．如为凸阵探头，应调节夹持机构，使探头的正中央与掩模的窗口对正；

6．按GB7966中规定步骤，测量所夹探头在被检仪器设定状态下的声功率。

五．掩模的维护保养
1．掩模如有脏污，应使用油画笔或小鬃刷蘸取稀释的洗涤剂将其刷去，再用清水冲洗干净，且不可用汽油、丙酮、无水乙醇等有机溶剂清洗，以免损坏；
2．勿让掩模表面接触尖锐、坚硬、粗糙物体，以免损伤表面条棱；
3．如掩模不常使用，可在使用后在空气中晾干，然后放入铺有软纸的小盒内存放；
4．如掩模系经常使用，可一直将其浸泡在蒸馏水或去离子水中，切勿用自来水浸泡，以防水垢沉积在其表面上影响吸声特性；
5．无论是浸泡于水中还是干燥放置，为防止磨损表面条棱，最好将掩模驾在一自制的塑料或硬纸圈上(如图2所示)。

你介绍这个是想说明什么，难道是检彩超用的设备吗？

“特战队”朋友：
关于掩模产生的技术-法规背景和用途，使用说明书序言中已经说得相当清楚，请再细看两遍。您问掩模是否为检测彩超而备，我的答复是“非也”。您谦称是“计量实习生”，想必是使用过功率计的，但相关的背景恐怕就未必清楚了。作为JJG639—1998的主要起草(实际执笔)人，我要告诉您的是：(1)掩模是为纠正此前超声诊断设备输出功率测量中的原理性错误而备，犯这个错误的首先不是中国，而是引领潮流、起草医用超声国际标准的西方发达国家，我们是“从犯”。(2)在起草和宣贯JJG639—1998时，作为第一起草人的熊大莲高工已经有所疑惑，觉得辐射力天平法用于凸阵、相控阵似乎不大合理，但由于国际上也未提出公开质疑和拿出改进办法，我们也无能为力，只好“世界糊涂我糊涂”。(3)这个错误首先由美国专家发现，并在制定该国AIUM/NEMA标准时纠正的，就是采用我在掩模使用说明书序言中提到的三种办法，从凸阵、相控阵的扇形扫描声场中提取“准平行”部分，测量探头1cm长辐射面发射的“有界声功率”，将其值乘以辐射面总长度的cm数，即求得了总功率，而三种办法中可操作性最强的非掩模法莫属。(4)但在国际标准IEC60601-2-37和国家标准GB9706.9—2008中，需要掩模的目的首先不是为了计算声强，而是为了将其输入、存储于诊断设备的软件部分，当医生依据临床需要调节输出水平时，设备将利用其值和工作频率、探头孔径等参数自动算出热指数数值，当其值超过0.4时，屏幕上就会开始显示，提请医生注意不要使其超过1.0。(5)声功率值对GB16846—1997也有意义，其原因是：在采用水听器法测量并导出输出波束声强和空间峰值时间平均声强时，如所用水听器未经校准，则须用输出功率值除以波束横截面积来算出声强。(6)正如我在此前曾经指出的，JJG639—1998中的声输出要求及测量、计算方法均有问题：空间平均时间平均声强小于10mW/cm2 的规定，在规程制定时已无根据，测量计算方法也违背辐射力法的限制条件。(7)有人曾设想将医疗器械质量检验机构的做法套用于计量系统，但所需设备即使在医疗器械质检机构也只有极少数单位拥有，将如此昂贵、笨重的大型设备搬到医院现场，每个单位花上几天时间进行测量，简直是天方夜谭，国外的在用医疗器械质量保证检测均不包括声输出，只测性能指标。其逻辑是：设备越旧，声输出越低，既然新的没问题，旧的更没问题；而性能特性恰恰相反，设备越旧，性能越差，新的没问题，不能保证旧的没问题。(8)面对国际和国内的大趋势，计量部门必须作出抉择：一种是与国外一样，放弃声输出指标，只检测性能指标；另一种是坚持涵盖声输出指标，那就必须考虑测什么，如何测，用什么测。(9)我认为，如果某些计量院所坚持要测，在规程修订之前，可供选择的唯一办法是：(a)改用具有开放式水槽的进口功率计并加装掩模；(b)用测得的1cm长辐射面内的“有界声功率”除以该段辐射面积，求出空间平均时间平均声强值；(c)将空间平均时间平均声强界限改为20mW/cm2，并将其名称改为“输出波束声强”。这就是我建议的“圆滑过渡法”，在修订胎儿心率仪规程时曾被采纳。(10)该建议的思路是：在GB16846—1997中，求得输出波束声强值的办法有两种，一种是利用校准过的水听器，通过声场扫描和声压测量直接导出输出波束声强和空间峰值时间平均声强；另一种是利用未校准的水听器，通过测量求出沿声轴方向声束焦点处和探头辐射面附近的声束横截面积，用总功率除以两个横截面积即求得了空间峰值时间平均声强和输出波束声强。按照自然规律，探头某一辐射面的面积肯定大于该辐射面对应的波束横截面积，将同一功率值除以较小面积必然得出较大的声强值。(11)采用所建议的处理办法，必须考虑其价值。在GB9706.9—2008和GB16846—1997规定的声输出参数中，输出波束声强的分量和实用意义是最低的，即使测了，也难以从声安全性和计量执法角度作出结论与处置。
以上想法和建议仅供参考。              牛凤岐
2009-07-19