GB T 15261-2008 超声仿组织材料声学特性的测量方法.pdf

1、鸟。邸JICS 17.140. 50 C 41 中华人民gB 共和国国家标准GB/T 15261-2008 代替GB/T15261一-1994超声仿组织材料声学特性的测量方法Measurement methods for acoustic properties of ultrasonically tissue-mimicking materials 2008-01-22发布中华人民共和国国家质量监督检验检菇总局中国国家标准化管理委员会2008-09-01实施发布目。吕本标准代替GB/T15261-1994(超声仿人体组织材料声学特性的测量方法。本标准与GB/T15261-1994相比主要变化如

2、下:标准的中英文名称更为规范;一一对测量设备和样品技术要求的表述更为严密细致;一一与国际惯例相一致，测量采用的标准温度条件由25C改为23C;一一密度测量改用GB/T4472-1984中的浮力法和容量瓶法:声衰减系数的测量取消单样品法，改为仅用双样品法;GB/T 15261-2008 声衰减系数与频率关系的相关处理由一般直线拟合改为过坐标原点直线拟合与曲线拟合两种;增加了背向散射系数测量的内容;一一对声速和声衰减系数测量增加了不确定度分析部分;一一一附录中增加了水的密度、声速和声衰减系数与温度关系的内容;增加了参考文献部分。本标准的附录A、附录B、附录C、附录D、附录E均是资料性附录。本标准由

3、国家食品药品监督管理局提出。本标准由全国医用电器标准化技术委员会(SAC/TC10)归口。本标准起草单位:中国科学院声学研究所。本标准主要起草人:牛凤岐、朱承纲、程洋。本标准于1994年首次发布。I GB/T 15261-2008 超声仿组织材料声学特性的测量方法1 范围本标准规定了超声仿组织材料声学特性参数的测量方法。本标准适用于超声仿组织材料密度及其在1MHz10 MHz频率范围内声速、声衰减系数和背向散射系数的测量，该类材料主要用于制作超声体模。2 规范性引用文件下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适

4、用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。GB 3102.7- 1993 声学的量和单位GB/T 3947- 1996 声学名词术语GB/T 4472- 1984 化工产品密度、相对密度测定通则YY /T 0458- 2003 超声多普勒仿血流体模的技术要求(IEC61685:2001 , MOD) 3 术语和定义3.1 3.2 GB/ T 3947-1996中确立的以及下列术语和定义适用于本标准。起声仿组织材料ultrasonically tissue-mimicking(TM) material 在超声波

5、传播特性方面模仿人体软组织的材料，简称TM材料。超声体模ultrasound phantom 模仿人体的某些超声传播特性，供做医用超声设备的性能测量及研究试验，或将被模拟的生理结构可视化的元源装置。3.3 3.4 声衰减系数斜率slope of attenuation coefficient 声衰减系数随频率的变化率。单位:分贝每厘米兆赫兹，dB/(cm.MHz)。背向散射系数backscattering coefficient 在与入射声波成180。角的方向上，每单位体积和单位立体角的微分散射截面。单位:每厘米球面度，cm-1 sr-1。4 测量原理4. 1 密度测量4. 1. 1 概述按形

6、态学分类，超声仿组织材料可能是固体、凝肢体或液体，而凝胶又有整体和散体之分，故其密度G/T 15261-2008 测量应综合采用GB/T4472-1984中所述容量瓶法和浮力法。对固体材料，一般采用浮力法，载质大多用蒸馆水;不宜用水时可改用其他液体。对水基整体凝胶材料，载质可以是与被测材料成分相同的水溶液，也可是适当的非水液体。对水基散体凝胶材料，宜采用广口容量瓶法。对液态超声仿组织媒质，宜采用传统(即玻璃制，磨口)容量瓶法。需要强调指出:在浮力法中用作载质的液体，不可便被测材料发生物理或化学变化;在浮力法中，若所用载质不是蒸馆水，其密度应采用容量瓶法予以标定;1拳的材水品馆样蒸中-一式p-w

7、 式中:p 样品材料Apw (po) 蒸馆水(4. 1. 3 m 水与容量瓶m。空容量瓶的质4.2 声速和声衰减系数的测量4.2.1 概述声速和声衰减系数测量采用插入取代法。即在测试水槽中，将被测材料样品插在发射换能器与接收换能器之间的平面波声束路径上，令其取代相同长度的水，借助于样品插入前后声脉冲信号传播时间的变化求得该材料中声速，借助于插入不同厚度样品时接收信号幅度的变化求得该材料的声衰减系数。如图l所示，在配有恒温装置的水槽中充以除气蒸馆水，接收换能器定位在发射换能器的近远场交界处，以避免声束扩展引起的修正。射频脉冲发生器以电脉冲激励发射换能器使之产生猝发音脉冲向水中辐射，由接收换能器接

8、收并送至示波器显示。需要强调指出的是，当样品为水基(整体和散体凝胶或液体时，应将其封装在圆筒状容器中，容器与声束轴垂直的端面应封以透声良好的薄膜。除气蒸馆水发射换能器样品接收换能器图1插入取代法测试原理图4.2.2 声速测量声速测量一般采用单样品法，通过式(3)求出声速值:式中:dcw c d十tcwc 样品材料中声速，单位为米每秒(m/s);Cw一一蒸馆水中声速，单位为米每秒(m/s); d 样品厚度，单位为米(m); GB/T 15261-2008 . ( 3 ) t 插入样品后引起的声脉冲传播时间变化(脉冲波形前移，即时间缩短时取负值;脉冲波形后移，即时间延长时取正值)，单位为秒(s)。

9、蒸馆水的声速Cw与温度的关系参见附录C。4.2.3 声衰减系数测量声衰减系数测量采用双样品法。当样品足够厚，与声束轴垂直方向两界面间不出现驻波，且不考虑水中声衰减的影响时，其声衰减系数按式(4)计算:式中:20 1 f A, d1 -d，lOg，瓦) 被测材料的声衰减系数，单位为分贝每厘米(dB/cm); d1一一较厚样品的厚度，单位为厘米(cm); d，一二较薄样品的厚度，单位为厘米(cm); Al一一插入较厚样品时接收信号幅度，单位为伏(V); A 插入较薄样品时接收信号幅度，单位为伏(V)。水中声衰减及其对样品声衰减系数测量的影响与修正，参见附录D和附录Ea4.3 背向散射系数的测量其原

10、理和方法遵照YY/T 0458-2003中规定。.( 4 ) 3 GB/T 15261-2008 5 测量设备及样品要求5. 1 测量设备5. 1. 1 游标卡尺最小分度应不大于0.02IDIDo 5.1.2 温度计最小分度应达到O.l.C。6 测量步骤6.1 密度测量6. 1. 1 非蒸锢水载质密度标定、6. 1. 1. 1 首先在精密天平上称取容._ 6. 1. 1.2 将蒸馆水装满容量瓶，插好瓶塞，抵;二人半上称取其总质量m10(一般不小于其对换能器实现。6. 1.1. 3 将蒸馆水倒出，在105.C恒温箱中烘干并冷却至室温，装满所选载质，插好瓶塞，拭干外壁，在天平上称取其总质量叫。6.

11、1. 1. 4 按式(2)求出所选载质密度o0 6.1.2 固体或整体凝胶型材料密度测量6. 1. 2.1 首先将蒸馆水或已作密度标定的液体载质装入适当容量的玻璃烧杯或有机玻璃圆筒，然后将按附录A所述方法制作的载样筐浸没于液面之下，并保证在天平开启时其顶部不会露出。6. 1. 2. 2 将载样筐上方的小钩挂在天平左盘上方的钩子上。升启天平，称取载样筐的浮质量mo0 6. 1. 2. 3 放下天平，将样品放入载样筐，升启天平，称取二者总浮质量m106. 1. 2. 4 取出样品，拭干表面液体，称取其质量m20GB/T 15261-2008 6. 1. 2. 5 若载质为蒸馆水，其密度由附录B查取

12、;若载质不是蒸馆水，则采用经标定获得的密度值，按式(1)求出样品密度。6. 1. 3 散体凝胶型材料密度测量将传统容量瓶改为按附录A制作的广口容量瓶，重复6.1. 1. 1至6.1. 1. 4各项步骤，按式(2)求出样品密度。必须注意:由于广口容量瓶系有机玻璃加工而成，不可烘烤丽只能用风扇吹干或自然风干。6. 1. 4 液体媒质密度测量采用传统容量瓶，重复6.1. 1. 1至6.1.1. 4各项步骤，按式(2)求出样品密度。6.2 声速测量6.2. 1 将样品放入装有除气蒸在23C:I:3C范围内)恒定16.2.2 开启测量仪器，预，6.2.4 在发射-接后接收信号波形6.2.5 选择接的时间

13、差t，并6.2.6 用游标6.2.7 由附习6.2.8 将相6.3 声衰减z6.3.1 测量6.3.2 率fo以求取其系数。和指数n。6.4 背向散射系数测量测量操作和数据处理方法遵照YY/T0458一2003中规定。7 声速和声衰减系数测量的不确定度7. 1 声速测量的不确定度. ( 5 ) . ( 6 ) 由式(3)可见，由于水中声速值系由公认文献查得，可视为常数，故声速测量的不确定度实际上取决于样品厚度和其插入前后时移二者的测量不确定度。再者，由误差传递关系可以证明，样品与水之声速值越相近者，其测量的不确定度越小。据此，在确保获得足够接收信号幅度的前提下，应尽可能采用较厚样品。以声速为1

14、540 m/s者为例，在23C时，样品厚度为5cm，插入前后时移为一1.067，按照本GB/T 15261-2008 标准中规定的条件，声速测量的不确定度即为士0.099%。7.2 声衰减系数测量的不确定度由式(4)可见，声衰减系数测量的不确定度取决于两个样品厚度和两个接收信号幅度测量的不确定度。再者，误差传递关系表明，声衰减系数越大者，其测量的不确定度越小。以声衰减系数斜率为0.7 dB/(cm MHz)者为例，在3.5MHz时，若样品厚度分别为1.5 cm和3.0cm，接收信号幅度分别为8div和5.24div ，按照本标准中规定的条件，则声衰减系数测量的不确定度为:!:4.0%。6 A.

15、1 载样筐A.2 广口容量瓶是对系有机玻璃加工而成。盖、本体的侧壁及底部最薄GB/T 15261-2008 附录A(资料性附录载样筐和广口容量瓶的结构与制作方法容量瓶本体容量瓶盖图A.2广口容量瓶的结构示意图7 GB/T 15261-2008 附录B(资料性附录)蒸锢水的密度与温度的关系表B.1 Ooc ,._ 1000C温度范围内除气蒸锢水的密度温度T/C密度/(kg/m3)温度T/C密度p/(kg/m3)温度TjC密度p/(kg/m3)。999.840 21 997.991 42 99 1. 435 1 999.899 22 997.769 43 99 1. 034 2 999.940 2

16、3 997.537 44 990.626 3 999.964 24 997.295 45 990.211 4 999. 972 25 997.043 46 989. 789 5 999. 964 26 996. 782 47 989.361 6 999. 940 27 996.511 48 988.925 7 999. 902 28 996.231 49 988.483 8 999.848 29 995.943 50 988.034 9 999. 781 30 995. 645 55 985.691 10 999. 700 31 995. 339 60 983.193 11 999.605 3

17、2 995.024 65 980.547 12 999.497 33 994. 701 70 977.760 13 999.377 34 994. 370 75 974.840 14 999.244 35 994.030 80 971. 790 15 999.099 36 993. 682 85 968.614 16 998.942 37 993. 327 90 965.318 17 998.774 38 992. 964 95 96 1. 901 18 998.594 39 992.593 100 958.367 19 998.404 40 992.214 20 998.203 41 99

18、1. 828 8 GB/T 15261-2008 附录C(资料性附录)蒸锢水的声速与温度的关系表C.1 O.C .100.C温度范围内除气蒸锢水的声速温度TjC声速c/(m/s)温度TjC声速c/(m/s)温度TjC声速c/(m/s)。1 402.74 21 1 485.69 42 1 532.37 1 1 407.71 22 1 488. 63 43 1 533.88 2 1 412.57 23 1 49 1. 50 44 1 535.33 3 1 41 7.32 24 1 494. 29 45 1 536.72 4 1 42 1. 96 25 1 497.00 46 1 538.06 5

19、1 426 .50 26 1 499. 64 47 1 539.34 6 1 430 .92 27 1 502.20 48 1 540 . 57 7 1 435 . 24 28 1 504. 68 49 1541. 74 8 1 439 . 46 29 1 507. 10 50 1 542.87 9 1 443.58 30 1 509.44 55 1 547.70 10 1447.59 31 1 51 1. 71 60 1 55 1. 30 11 1 45 1. 51 32 1 513 . 91 65 1 553.76 12 1 455.34 33 1 516.05 70 1 555.12 1

20、3 1 459.07 34 1 518. 12 75 1 555.45 14 1 462.70 35 1 520. 12 80 1 554.81 15 1 466.25 36 1 522.06 85 1 553.25 16 1 469.70 37 1 523.93 90 1 550.79 17 1 473.07 38 1 525.74 95 1547.50 18 1476. 35 39 1 527.49 100 1 543.41 19 1 479 . 55 40 1 529. 18 20 1 482.66 41 1 530.80 9 G/T 15261-2008 附录D(资料性附录蒸锢水的声衰

21、减与温度的关系表D.1 Ooc ., 1000C温度范围内除气蒸锢水的声衰减温度声衰减(wlf)1温度声衰减(wlf)1 温度声衰减(wlf)1 TIC (10-15Np s 1m) T jC (10-15Np s 1m) T jC ClO-15Np s 1m) 。56.9 30 19.9 80 7.89 5 44. 1 40 14.61 90 7.24 10 35.8 50 11. 99 100 6.87 15 29.8 60 10.15 20 25 . 3 70 8.71 10 GB/T 15261-2008 附录E(资料性附录水中声衰减对声衰减系数测量的影晌及修正方法如正文4.2.3条所

22、言，式(的并未考虑水中声衰减的影响。但作为真实媒质，水的声衰减系数并不为零，式(4)给出的实际是样品材料声衰减系数与水中声衰减系数的差值。对于其声衰减系数与水中声衰减系数可以相比的样品，如超声仿血液及医用超声搞合剂等，元疑应予以修正即追加。修正的具体步骤是:(1)从附录D查得蒸馆水在测量所在温度的w/f值;(2)将该值乘以测量所用频率f的平方值，求得水中声衰减系数w;(3)则修正后的样品材料声衰减系数值按照式(E.l)计算:式中:20 , A =一一一一log:十dj - d. .-0 Aj 被测材料的声衰减系数，单位为分贝每厘米(dB/cm); d厂一较厚样品的厚度，单位为厘米(cm); d

23、，一一较薄样品的厚度，单位为厘米(cm); Aj-一插入较厚样品时接收信号幅度，单位为伏(V); A 插入较薄样品时接收信号幅度，单位为伏(V); w 水的声衰减系数，单位为分贝每厘米(dB/cm)。.( E. 1 ) OON-Nm-H闰。华人民共和国家标准起声仿组织材料声学特性的测量方法GB/T 15261-2008 国中9峰中国标准出版社出版发行北京复兴门外三里河北街16号邮政编码:100045网址电话:6852394668517548 中国标准出版社秦皇岛印刷厂印刷各地新华书店经销* 印张1字数23千字2008年4月第一次印刷开本880X12301/16 2008年4月第一版晤定价16.00元如有印装差错由本社发行中心调换版权专有侵权必究举报电话:(010)68533533书号:155066 1-31080 GB/T 15261-2008