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发展超声水声计量,服务医疗技术的发展

发布时间:2015-08-05 00:00 作者:中国计量网 阅读量:689

我国是人口大国,病人和医院的绝对数量很多,医疗领域中的很多行为与新技术的发展都离不开声学计量,这里以超声诊断和听力诊断为例。

超声与医学最为密切,国际电工委员会超声分技术委员会(IEC TC87)中的9个工作组都与医学应用相关。超声诊断(通常是B超)是目前医院使用频率最高的常规诊断设备之一,我国目前是世界上的B超使用大国和生产大国,数量均居全球前列。B超中与声学计量相关的有安全性评价与性能评价。

1.B超设备的安全性评价与性能评价

随着B超诊断技术的发展,已经由以前的黑白B超发展到现在的彩超以及三维实时超声设备。由于发射方案由以前的单阵元发射,发展到现在的多阵元相控同时发射,发射到人体中的超声功率越来越大,从而对人体造成伤害的危险也越来越大。以目前彩超设备发射时的峰值负声压为例,有的超声诊断设备发射出的峰值负声压可达3MPa以上,如此高的声压所引起的空化效应、机械效应与热效应会严重威胁人体尤其是胎儿的健康。因此,准确测量超声诊断设备的声输出,是严格控制声输出的前提和基础。

声学室目前在超声水声方面,建有瓦级、毫瓦级超声功率副基准、峰值功率标准装置、高频水声标准装置等。

瓦级、毫瓦级超声功率副基准能够实现对1mW~20W水中超声声功率的准确测量;峰值功率标准装置能够实现对超声诊断仪的声场扫描,能出具符合食品和药品管理局(FDA)的测试报告;高频水听器是实现超声声场扫描的关键换能器,新建立的高频水声标准装置能够实现对薄膜水听器、针状水听器的声压灵敏度校准,频率范围为(0.5~15)MHz,基本可以满足绝大部分超声诊断类设备的需求。

超声诊断类设备的评价除了安全性评价外,还有性能评价。比如成像的空间分辨力(包括盲区、探测深度)、对比度分辨力、切片厚度、三维容积测量等静态指标,还有血流速度、射血分数等动态指标。目前,我国B超的常规检定中仅有平均功率、空间分辨力(包括盲区、探测深度)的测试,并不包括其他静态指标和以血流速度为代表的动态性能的测试/校准。建立较完善的B超性能评价体系,对于评价设备性能以及临床诊断具有重要意义。

评价B超本质上是材料问题。IEC61685-2001《超声流体测量系统》明确规定了用于B超性能评价的固体材料和仿血液液体材料的声学参数,其中包括材料声速、声衰减系数和背向散射系数。2008年,国家计量院基本建立了基于比较法的“材料的声速、声衰减系数与背向散射系数测量装置”,可以对材料的声速、声衰减等参数进行测量。随着测量中衰减、衍射修正的完成,该装置将会为材料的声学参数提供溯源支持,将推动B超性能评价材料的量值统一和推广。随着弹性成像等新技术的应用,未来需要考虑到的材料声学参数会更多(如弹性模量等)。

2.新兴声学理疗、治疗仪器的发展

超声不仅能用于诊断,还可以用于理疗和治疗。目前,超声理疗仪、超声碎石机、超声手术机等产品不断涌现并应用。

以高强度聚焦超声(High Intensity Focused Ultrasound,HIFU)为例,其治疗过程可以做到微创,一般不需麻醉,尤其是没有化疗和放疗的副作用,目前是国内外研究的热点之一。我国重庆海扶(HIFU)技术有限公司于1999年在全球首先推出了“HIFU肿瘤治疗系统”。此外,北京源德、上海爱申、无锡海鹰等也先后推出了HIFU治疗设备。美国FDA于2004年批准了以色列InSightec的聚焦超声治疗机。目前,HIFU已经应用到我国的多个知名大医院,以及美国、英国、日本等发达国家的诸多医院。

新设备的研发、应用和推广,必然伴随着新的参数测量和标准化工作。IEC TC87在2009年针对高强度聚焦超声的测量问题制定了IEC62555-2009《高强度治疗超声换能器及系统的声输出功率测量》。国家计量院已基本建立了聚焦超声场装置,正就总功率、焦点声强等参数开展研究,以期能够为大功率的超声理疗设备、治疗设备提供量值溯源保障。

3.声学计量服务于听力诊断仪器的校准与发展

目前,我国有听力语言残疾人约2100万,其中0~7岁的聋儿80万,每年还在以2~4万的速度递增,听力的诊断是进行相关治疗的重要环节。目前,国家计量院的“气导、骨导听力零基准”在听力诊断设备的检定/校准方面发挥了重要的作用,承担了国内诸多纯音听力计、阻抗听力计的检定/校准任务,以及新型号听力计的型式评价工作。

随着环境噪声的复杂化,一般认为对听力造成损伤的不再局限于持续的高强度噪声,短刺激音同样会对听力造成损伤。随着人们对听力健康的重视,以及听力诊断环节的完善,耳声发射仪、助听器等设备正日益广泛应用。正在建立的耳声发射仪校准装置、助听器标准装置,将为听力设备的校准提供可靠的溯源支撑。

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