【YY医药标准】 医用超声诊断仪的脉冲声强测量方法

中华人民共和国专业标准
医用超声诊断仪的脉冲声强
测量方法免费标准下载网bzxz
Methods of measuring the pulse acoustic pressure ofultrasonic dlagnostlc equipment for medical useZBC 41008-86
本标准适用于1.25~6.3MHz频率范围内医用超声诊断仪的空间隆值时间峰值声强、空间峰值时间平均声强和空间平均时间半均声强的测量。测量范围为02×10°W/m2。本标准规定的方法对」聚焦的和非聚焦的换能器都适用。1名词、术语
1.1 电缆端水听器灵敏度（end-of-cable sensitivity of a hydrophone）水听器的任何整体电缆或连接器端的中压（连接到规定的输人阻抗1）与水听器移去时水所器原左位置的本扰动的自由场平面波瞬时声的比值。符号：M1单位：/Pa
1.2波束中心（sound beamcentre）通常是在直于波束轴的平面内的具有空间峰值声乐的·点。1.3解时声（instantaneousacousticprcssure）声场中特定点在特定时刻的压力减去环境静力。符号：P：单位：Pa。
1.4波束横截面积（heamcross-sectional area）在垂直「波束轴的平面内，脉冲声强在个脉油周期内对时的积分（脉小强度积分）大于该面内脉冲强度积分最大值的25%（－6dB）的[义域面积。符号：A：单位：m2。
1.5空问值时间值（spatialpeak1emporalpeakacousticpressure）声场中或特定1而内瞬时声压绝对值的最大值。符号：P>p单位：Pa。
1.空间峰值时间降值声强（spatialpeaktemporalpeakacousticintensity）声场或特定面内，时间峰值强的最大值。符号：Ispp单位：W/m2。
1.7密问峰值时间均市强（spatial peaktemporalaverageintensity）声场或特定平面内时间均声强的最大值。符号：I，单你：W/m*
1.空间平时间均强（spatial average temporal averagc acoustic intensity)在特定面内或包含超声换能器（或超而换能器的·个阵元组）的空问峰值时问峰值声压点的平面内，对波束横截面积作空间均的时间平均声强。符号：【g丨单位；W/m2。
2测量原理
本标准规定用一个已校准的兆赫频率范围的水听器测卧系统测量并记录医用超声诊断仪发射的声脉冲波形和空问分及其重复频率，通过计算得到该仪器的空间峰值时间峰值声强，空向蜂值时间平均市强和空间半均时阅平均声强。2.1多间蜂值时间峰声强的测虽
在超声诊断仪换能器的超声场中，选定一维直角坐标系（X，Y，Z）的原点在发射换能器表面的声中心处，X轴为户束的巾心轴、在共声压瞬时值认到最大的空间位置（L，0，0）安放兆赫频率范用的测水听器，测得水听器的输出电压最大瞬时值U，（1，“，\，），用下式计算空问峰国家医药管理局198609-20发布
1987-03-01实施
值时间峰值声强;
武：Mt
I.ptp-Ui (i,, 0,0, p)/ (Mipc)诊断仪的I作频率的电缆端水听器灵敏度，V/Pa;纯水的密度，kg/m*，
-纯水中的声速，m/s:
声场中声压幅值最大处与发射换能器的相邸长度，m；声压波形中最大瞬时值出现的时刻，s。2.2空间峰值时间平均声强的测
在示波器屏幕上拍照记求U（I，，0，0，1）波形，用下式计算空间峰值时间平均声强Japta =
声脉冲重复频率，Hz；
单个声脉冲起始的时刻。5：
一单个声脉冲终止的时刻，S。
2.9空间平均时间平均声强的测量ftu2 (r,0, o, t)dr
（1）
用兆赫频率范围的测量水听器在X=1平面内作二维扫描的方法，获得各空间点处的水听器输出电压波形并在示波器屏幕上拍照记录，用下式计算空间平均时间平均声强Shu'(r, y, z,t)d
Isnta二-
MEPCAJ
式中：A
-在-1p处的被束横截而科！，m。2.3.1对于矩形换能器，实行一维概格打描( Jr fhui(tn y, z,>d jdydz
E Ut (Ip,may, naz,gar...
电压平方函数，，z，>时间利分时的时间取样间隔，s式at
Q-电旺平方两数(,z,)时间积分时的时间取样点数，=4,Az
分别为在方向与2方间打描的取样的步距长度，m，Ar
分别为在×-1处波束横截面内方向与z方向扫描的取样点的数目。,N
2.3.2对于圆形换能器，实行次（14）直径方向的扫描\ipy,z)dz
f\ui(pr,e,t)dtrdrdp
tat(r)2
E E Eu(1e,kar,gar)
TAAr)EU(IP, 0, g,A
式中r
（3）
（4）
束中心到每个扫描场点的距离，通常波束巾心选在y、z坐标系统的原点，则r=(y2+22) m,
一直径方向扫描的步距，m：
Ru,+R2i
一直径方向扫的步数，K=
第j次直径方向扫描中从波束中心分别到脉冲强度积分下降6d的两点的距离，m，
R1和R中的大者，对称时R，-R=R2，mR,
q———扫描直径的圜心角，rad。3测量系统
3.1测量系统的组成
测量系统由已校准的兆赫频率范围的测量水听器、具有三维六个白由度的坐标系统的水槽、示波器和照相机纽成。装置的安排如图1或图2所示。超南诊所仅
残测修断仅换能据
『电薄膜水听器
小滋涨
尚山划丘水诺
可博顿前支承行
图1垂直安装方式的测量装置示意图理声断议
被测诊断仪换能器
3.2测罩仪器
小激器
门山测基水措
压电科膜水河器
图2水安装方式的测量装置示意图.2.1已校准的兆赫频率范围的测量水听器照相机
照相乳
测量用的已校准的兆赫频率范围的测量水听器般H聚偏氟乙烯（PVDF或PVF，）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}1mm。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，在频带内电缆端电床灵敏度不低于-260dB（0dB为1V/μPa），起伏不大于±3dB，在23±3℃温度范围内水听器电缆端电压灵敏度响应变化不人于+0.5B。水听器放入声场后，应不发生混响，对超声场扰动极小。3.2.2测量水槽
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力，其位移调节精度优-f0.1mm，角度调节精度优于0.1。测量水槽应当采取消声措施，为达到消除槽壁反射的要求，其吸收系数应大于0.99。测量水槽的最小尺寸：200×200×200（垂直安装）200×200×600（水平安装）
测量水槽应良好屏敏。
3.2.3示波器
频响人十等十20MHz，输入阻抗大于等于1M2，灵敏度优于0.5mV/div，最快扫描时问20ns/div，电压幅度与时间标度的校准精度士3%。8.2.4照相机
4测量条件
.1企部测量部应使换能器工作在除气蒸馏水中的等效自由声场条件下进行。4.2传声媒质应采用除气蒸馏水，温度范围23±3℃除气方法：在大气压下把水煮沸15min，或将水置于4000Pa的降压条件下处理3h，并继续在上述降压条件下封存3h后再使用。在测量过程中应尽量减小空气冉次溶人水中。除非采用特殊的贮存方法，率少应在12h内进行一次除气。5测量步骤
5.1测罩前的准备
测前换能器表面、水听器表面均成清估处理，并应在除气水中至少漫泡30mi，测量时应小心驱除作用面上的所有空气泡。在水平安装方式测量叫应对换能器采取水密措施。按照图1（或图2）安排仪器设备。测试前仪器预热30min，并进行零位、幅度、时间标度校准。5.2测量用水听器的调整
按图1所示，把测量水槽安装在可调倾角的支承台上，在底水衬垫吸声贴面，其上水平安放兆赫频率范围的测量水听器。调节支承台的角度使水听器灵教元件的接收面的法线垂直向上。或按图2所示，把水听器安装在支架上，调节其方位角和俯仰角，使其接收面的法线保持水平。调整中应保持水听器的灵敏元件心位！两个旋转轴的交点上。5.3被测换能器与水听器之间的调整按图1所示把被测换能器安装在支架上，使其两个旋转轴（y轴与z轴）均通过换能器的声辐射面中心，反复调整被测换能器倾角（6与）及与水听器的距离1，使诊断仪换能器的声束中心轴与水听器的市轴x相重合，并使水听器位十x轴上水听器输出最大电压位置X=Ip处。或按图2所示，把被测换能器安装在支架上，使其两个旋转轴（>轴与z轴）均递过换能器的声辐射面中心，反复调整换能器的坐标位置、方位角?与俯仰角6，并调整水听器的两个旋转角（与β），使诊断仪换能器的声束中心轴X与水听器的中心轴X相重合，最后使水听器位于X轴上水听器输出最大电压位置X-1p处。
对于平面活离型被测换能器，1位了声轴上最后·-个声压极大值位置。对」聚焦型换能器，（位声焦点处（-般取焦域的对称中心）。5.4脉神冲声强的測鼠
5.4.1测量此时水听器输出的空间峰值时间峰值电压Utap（1p，0，0，1p）同时用照相机记录此时示被器上的电压波形UL（1，0，0，1）并记下尔波器的时间标度和电压标度，使用（1）式计算Ispp，根据U,（tp，0，0，t）波形图使用（2）式计算Tam5.4.2对于圆形换能器，保持被测换能器与水听器相距长度1及y=0，在2方向以4z的步距移动换能器，从尺，，扫捕到R2，（或移动水听器）进行直径方向的声场扫描，每个步距点都用照相机记录一次水听器的输出电压波形。典型的水听器输出电压波形如图3所示。步距4y，z及A的选取方法：
时,μs
图3典型的水听器输出电压波形
对于平面活塞型换能器，，z及4应小「或等十水听器灵敏元件的直径。对于案焦型换能器，，及应小于或等『水中的声波波长。将被测换能器绕X轴以步进角元/J旋转次，每旋转一次，重复上述直径方向扫描一次，并记录各步距点的水听器输出电压波形。根据每个步距点的水听器输出电压波形照片，把波形幅度作平方处理后，利用（5）式计算时间和空间积分值。图4示出典型的U（tp，0，0，）函数曲线。再利用（3）式计算空间平均时间平均声强。
图4典型的<，0，0，）函数曲线2.0
5.4.a对-线阵矩形换能器，则应在被测阵元组的×1平面内作栅格扫描，步距选取方法与5.4.2款的规定相同，每个步距位置的水听器输出电压波形均用照相机记录。根据每个步距点的水听器输出电压波彤照片，把波形幅度作平方处明气。利用（4）式计算时闻和空问积分值，再用（3）式让算出空间平均时间平购声强。6涮量准确度
在电缆端水听器灵敏度的准确度优于！20%的条件下，空司值时间峰值声强的测量准确度优于±30%。空间峰值时问平均声强的测最准确度优于±32%，空间平均时间平均声强的测量准确度优于± 37%.
辖尚声法
附录A
兆荐频率范围测量水听器电缆端电压灵敏度的校准方法（参考件）
根据产辐射原理，单频乎面活型超声发射器的的出而场中，击钟上离发射器的等效卢心的武离（：（1～3）A从处（A,为换能器的辐射面的面移!）的点上的声!有效值P,可用下式计算：P, =
式W-一发射换能器的输出占功率，W：R。 -发射换能器的指间性,内数 —纯水的卢衰减系数，N/m。
....(A)
假如在该发射换能器X=1处安放测管水听器，小听器的开路输出电正有效直为U（1.0.0)，则该水听器的尚场电乐灵敏度M。用下式算：Me = 2Riu (h.o.0)
假如水听器的整体电缆或连接器端的电为U，（，0，0），则其电缆端水所器灵敏度M用下式引第：
A.2测量方法
A,2.1辅助换能器的制备
M=2Va(.0.0)
(A3）
制作：系列圆形平面活塞式辅助换能器，使其频率覆盖所满要校准的频带。要求辅助换能器的对称似良好，其指向能十分接近理论计算的指问性，且其稳定性较高。A.2.2辅助無能器的输出i功率的测量在稳定中压行激励下，利用辐射压力超声功率计或声光衍射功率计测定辅助换能器输出的超功。
A.2.3指间性图的测量
A,2.3.1按下图安排好义器没备
辅助换能器与接收换能器的击学心应处同水中面闪，重被梭水听器应始终对准发射换能器。两者连线通过x轴，相距（1～3）：。铺助换能器应能绕过其辐射而心的通线（z轴）转±180°。
水槽中应贴敷消声尖，保证市场具备良好的自场条件或等效自士场条件。测量条件和测量前的准备与标准正文中4条和5.1款规定朴而。A.2.3.2旋转辅助换能器，记录电缆端水听器输出电压U.（9）！所在的发射件6（刚辅助换能器志束小心轴与x轴的央角）测定的数据用下式一化为指向性函数。式中：Ut（o）
娠高器
瑟军计
调制器
Dr=U(0)/Ut(0)
水听器输出最大电压值，V。
放人器
敌大器
T·辅助换能器，H一被变水所器（接收换能器）测量过程中应保持激励辅助换能器的电与频率不变离器
指尔器
小皮器
把指向性函数画在极坐标或直角坐标系中。就成为指间性图案。直角坐标系的指间性图案可习记录仪自动描绘。
A.2.4用电压Ut激励辅助换能器。此时测得被校水听器的电缆端水缆端水听器输出电！UL(1.0.0)，并记录水温1。
A.2.5用脉冲诊断仪测量水听器与辅助换能器之间的距离！。A.2.6更换辅助换能器，改变校准频率，重复述步骤。A.3数据处理
A,3,1辅助换能器的指向性因数R的让算在辅助换能器的指向性函数对称的条件下，其指间性因数R。用下式计算：Re =
上式分母可用近似求和法计算
De,sinade
f.sinede~[.in(8)]
=弄烹 Dgm·（）
武中：n
8从0～元变化范围内测试点数，即角度等分数！(A5）)
t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x轴以步进角旋转辅助换能器。在每次旋转死角后测量一次指向性函数。对每个指向性函数进行两次式（A 6）的积分，将求得的2㎡个积分值取算术平均值代人式（A5）即可得到R。，一般m人于等于4。辅助换能器指向性的对称性由式（A6）在0～π与0～（-元）积分值的百分差来确定由圆柱对称性假设引人的误差度。
A.3,2把测量得到的W，1，UL，R以及温度t时水的β，c值代人式（A3）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量方法的误差估计（参考件）
本标准规定的测量方法其测量误差由下述因素构成，分析估计如下：B.1在薄膜水听器的校准的误差估计：辅助换能器的总声功率测量误差辅助换能器在校准中的安装误差±10%）
0（±5%）
水听器的安装定你误差
0(±5%)
辅助换能器指向性函数描绘记录和积分误差0（+10%）由于假定波束指向性对称引人的误差(±7%)
水听器尺寸人于水中的声波波长时引人的误差（10%）水听器灵敏度校准的误差为
0m= (nB+02, +01 +01+0b+0%)2 = 20%B,2在医用超声诊断仪的脉冲声强测罩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v（±3%）水听器定位与波形时间积分误差0TI（±12%）水听器时间稳定性叫人的误差
el (±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0m（±15%）水听器位于离轴位置被形形状变化产生的误差凸w（±8%）被测声束描绘对称性假设引人的误差（±？%）水听器的频率响应范围有限引人的误差（±16%）空间峰值时问峰值声强测量的误差Ospib= (0%+0%ab +oim+o) = 30%空间峰值时间平均声强测量的误差upa- (0m t0i +0%nb +0im +03)+ -32%空间平均时间平均强测量的误差0sa= (0gp+0 +03。 +0%p+0%)2 = 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，由上海系疗器械研究所归口。本标准由上海交通大学负贵起草。本标准主要起草人寿文德。
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