聲強計算中的探頭有效輻射面積問題

聲強計算中的探頭輻射面積問題

牛鳳岐
   
醫用超聲設備的聲輸出參數有許多個，JJG639—1998中涉及的僅是空間平均時間平均聲強，而且只有它才是用輸出功率除以探頭有效輻射面積求出。其它聲輸出參數均在大水槽中用水聽器掃描法測量，涉及的是聲軸上不同位置的波束橫截面積。
迄今為止，聲輸出功率的測量有兩類方法，第一類是直接測量聲功率，第二類是測出聲強然后算出聲功率，由于法規和標準中要求的聲輸出參數幾乎都是聲強、聲壓，第二類方法實際上幾乎沒有用途。第一類中又以采用反射靶或吸收靶的輻射力法最為常用。輻射力法有兩項基本前提，一是波束(聲束)應是平行或平順的，二是聲波須全部“打”在靶上，不能“脫靶”。如此，就只有單元式探頭或最大尺寸小于靶直徑的陣列探頭符合要求，而產生扇形圖像的凸陣、相控陣則都不在此例。
為了解決這一矛盾，美國醫學超聲學會(AIUM)和美國電氣制造商協會(NEMA)提出并采用了“有界聲功率”概念，并為美國和IEC標準所采納。所謂“有界聲功率”，就是用“掩模(帶孔洞的隔聲片)”將探頭輻射面的大部分遮斷，僅留正中間1cm寬范圍內壓電晶片向外輻射的聲功率。由IEC標準轉化而來的國家標準GB9706.9—2008中采用的就是這種方法。
對于敞口式功率計，如Ohmic公司產品，宜緊靠探頭加一掩模，與探頭聲透鏡一起浸沒在水中；對廊坊市計量所生產的“小窗口”式功率計，宜將掩模鋪在窗口上，再放探頭，窗口上的乳膠膜、掩模和探頭輻射面之間用耦合劑耦合。（注：掩模供應事宜請與我們聯系。）
按照最新的國家標準，對于超聲診斷設備，按其聲輸出分為三個層次：峰值負聲壓小于1MPa，空間峰值時間平均聲強小于100mW/cm2，輸出波束聲強小于20mW/cm2，不需要公布者；超過限制，須在隨機文件中予以公布者；遠高于老標準中規定值，需要將聲輸出參數換算成聲輸出指數(熱指數、機械指數)予以屏幕顯示，在臨床上由醫生掌握者。而這些規定中的聲輸出參數，都不是用功率計和在醫院現場所能測量的。
需要說明的是，這種變動并不能動搖或弱化將B超等列入“計量器具”和實施強檢的正當性，因為我們依據的是它們有計量功能，即在臨床上測量人體參數，而非因聲輸出的強弱。從這一角度說，新標準不僅沒有弱化，而且加強了，原因是B超對人體參數的測量，除原來的一維外，又新增

該短文末尾的半句為“除原來的一維外，又新增了二維和三維。”請讀者留意。
順便說明，按照最新的B超標準（包括上報待批的GB10152新版），較之于GB10152-1997和JJG639—1998增設的參數計有：切片厚度（俯仰分辨力）、面積-周長測量誤差、體積測量誤差、M超性能、探頭（尤其是腔內探頭）的表面溫度。毫無疑問，它們都需要新的手段。但請同道們放心，這些手段均有國產供應。

牛教授你好！讀了你的文章受益非淺，解決了我們在工作中所遇到的疑惑，無疑，采用“有界聲功率”的方法是最佳的了。
現階段好多計量部門用的功率計并不是特別穩定，采用掩膜的方法，使我們所測得功率就更小了，極有可能被噪聲淹沒了。對于多數B超來說，在1cm2的面積下，所測到得功率在0.9~3.5mW之間，功率計末尾的變動和現場檢定的條件限制，極有可能使我們得出錯誤的結論（因為，功率計的測量范圍雖是0~100mW，但我們都知道，使用儀器時，最好是測量值處于儀器1/3~3/4量程范圍）。
我用過幾種功率計，個人認為還是敞口式功率計好，測出的功率值較大，末尾數字的變動對測量結果影響不大，雖說B超的聲波未全部“打”在靶上，但利用B超的電子測量功能可以計算出來有多少打在了靶上，加以修正，結果不錯。
當然，如果購買的掩膜能自己切割透聲窗口，使聲波全部打在反射靶上，那就最好不過了。
不知以上看法對不對，請指正！

（1）“掩模（不是掩膜）”一詞借自體育項目“擊劍”中的保護面具，英文詞為mask，其實也可譯為“護面”，但據說醫療器械的其它分支已譯為“護面”，為一致起見，采用了這一譯法。（2）大家擔心加掩模后功率值更小，更加難測，是合乎邏輯的。不過，由于聲輸出標準的重大修改，今后遇到的應該會比以往明顯升高。實際上，空間平均時間平均聲強小于10mW/cm2的門坎只是計量部門的過時要求，國際和國家標準早已是IEC61157和GB16846。最新的IEC60601-2-37和GB9706.9，對聲輸出的表達已經不用聲強、聲壓，而是由儀器本身自動換算為熱指數、機械指數，在臨床上由醫生掌握，進口彩超幾乎都是如此，國產彩超個別廠家已做到。在此情況下，用功率計測聲輸出以達計量執法的做法恐怕是個問題。實際上，在西方發達國家的在用超聲器械監管中，所檢測的僅限于性能指標，并不檢聲輸出。（3）關于加掩模的理由，并不僅為防止“脫靶”，而首先是保持聲線垂直于輻射力天平反射靶的橫截面或吸收靶的平面，這是用輻射力求聲功率的原理性要求，如為斜入射，公式就不成立了。

看來B超規程目前已經在不少問題，不知道什么時候能夠跟上新標準的要求？

牛老師，你好。 我在你的帖子上有回復說使用超聲功率計測量有效輻射面積所需要用到的掩膜，你有渠道提供。不知道你現在還可以供應么？ 我們公司還只是初創公司，主要研究領域是使用超聲換能器所發射的超聲波并配合聲敏劑來治療動脈粥樣硬化，目前還在學習專標要求性能指標的測試方法，現在對國標以及相關的行業標準還存在著很多的疑問。 希望能夠收到您的答復。