超声测量范文

超声测量范文（精选8篇）

超声测量 第1篇

1.材料和方法

1.1 研究对象

2008-03～2008-10来武汉市妇女儿童医疗保健中心行产前超声检查, 无内外科疾病, 无妊娠并发症的单胎孕妇, 超声孕周与临床孕周相符, 临床及超声检查未发现明显异常的胎儿189例, 孕周15～40周, 按孕周15～19+6、20～21+6、22～23+6、24～25+6、26～27+6、28～29+6、30～31+6、32～33+6、34～35+6和≥36分为10组。

1.2 仪器与方法

采用西门子Sequoia512彩色多普勒超声诊断仪, 应用产科检查专用条件。探头频率3～5MHz。常规产科系统超声检查后, 确定2个标准切面进行胸腺测量:①上纵隔横切面 (三血管-气管切面) :取胎儿胸腔横切面, 显示三血管-气管切面, 同时清楚显示胸骨横断面, 胸骨后方略呈横条形实质性回声者为胸腺, 其回声略低于胎肺, 与胎肺比较略显不均。测量其最宽的左右径 (横径) 及胸骨后前后径。②前上纵隔矢状切面:心底部大血管前方长三角形结构为胸腺, 其上端约平锁骨水平, 下端位于心耳附近。测量最大上下径 (纵径) 。

按椭圆形公式计算:胸腺体积=纵径横径前后径0.5

1.3 统计学分析

采用SPSS 11.0统计分析软件进行统计学分析, 计算各孕周的均值、标准差、95%可信限。使用线性回归法将各测量值与孕周进行相关性分析。

2.结果

2.1 胎儿胸腺二维超声特点

胎儿胸腺回声稍低于肺组织, 边界清楚, 内部回声分布尚均匀, 与胎肺比较略显不均, 易识别。上纵隔横切面时胸腺位于胎儿心脏“三血管”或“三血管-气管”切面的前方, 胸骨的后方, 形状略呈半月形 (图1) 。在矢状切面上, 胸腺位于锁骨横断面后下方, 胎儿心脏前方, 下端可达右室前壁下方, 形状略呈长三角形, 因部分胸腺前方被肺组织掩盖, 需侧动探头避开肺组织回声 (图2) 。

2.2 各径线测值与孕周行直线回归分析

各径线测值随孕周增加而增大, 且与孕周呈显著相关性。纵径、横径、前后径、体积与孕周相关系数分别为r=0.921, r=0.925, r=0.844, r=0.946。胎儿不同孕周胸腺各径线测值及95%可信区间分别见表1～4。

(SP为脊柱, 箭头所指为气管, 长箭号所指为胸骨, 两测量游标间为胸腺) 。

(长箭号所指为锁骨横断面, 两测量游标间为胸腺) 。

(前上方呈分叶状的为胸腺, 下方为心脏, 后方为肺)

表3 胸腺前后径与孕周关系

3.讨论

3.1 显示胎儿胸腺的切面与参数

胎儿胸腺位于前上纵隔, 心底部大血管前方, 超声显示并不困难, 但其超声标准切面及正常值范围至今尚在探讨中。1989年, Felker等[1]以胸腺前后径作为判断胸腺大小的参数, Akin Iscan等[2]用胸腺指数, Zalel等[3]测量胸腺周长, Cho JY等[4]测量胸腺横径等。我们在1例因神经系统畸形引产的胎儿 (非本组病例) 尸检时看到, 胸腺形状不规则, 呈左右分叶状, 其远端可达右心室前壁下方 (图3) , 因此, 需用上纵隔横切面及矢状切面才能显示胸腺最大边界, 较为准确地评价胸腺的大小。本研究以上述二个切面分别测量胸腺的横径、前后径及纵径, 并计算其体积, 建立了15～40周正常胎儿胸腺正常值参考范围, 在评价胸腺大小的方法学上是一种改进。Akin Iscan等[2]及Juan De Leon-Luis等[5]对不同性别胎儿胸腺大小进行对比, 认为胎儿期胸腺大小不受性别影响。本研究未关注性别差异, 有待今后进一步观察。

3.2 产前测量胎儿胸腺大小的价值

胸腺为重要免疫器官, 胎儿胸腺发育不良或缺如与胎儿宫内营养、各种宫内感染、自身免疫性疾病、染色体异常等有关。 Cromi等[6]报道, IUGR胎儿胸腺小于正常, 是胎儿在营养不良时的一种内分泌免疫反应;Yinon等[7]发现胎儿小胸腺与宫内感染的阳性预测值约为69%, 尤其与绒毛膜羊膜炎呈阳性相关性, 胎膜早破的胎儿, 若胸腺小于正常, 可提示绒毛膜羊膜炎的可能。El-Haieg等[8]报道了胎儿胸腺大小与胎儿炎性反应综合征 (fetal inflammatory response syndrome, FIRS) 的关系, 认为胎儿小胸腺是诊断FIRS的可靠超声征象。小胸腺诊断FIRS的准确率为85%, 敏感性为87.5%, 特异性为67%, 阳性预测值为93%, 阴性预测值为50%。Chaoui等[9]及Barrea等[10]先后报道胎儿胸腺发育不良合并心脏畸形时, 预测22q11.2缺失的敏感性达90%, 因此, 产前测量胎儿胸腺大小, 发现胎儿胸腺的病理情况, 可为诊断胎儿畸形或宫内异常提供线索, 指导临床处理。

本研究提示:测量胎儿胸腺的横径、前后经、纵径并计算其体积, 能较全面地反映胸腺的大小, 不足之处是每组标本数少, 并未在出生后继续追踪检测, 尚有待今后继续研究。

关键词：超声检查, 产前,胸腺

参考文献

[1] Felker RE, Cartier MS, Emerson DS, et al. Ultrasound of the fetal thymus.J Ultrasound Med, 2008:669

[2]Akin Iscan, Serdar Tarhan, Hasan Guven, et al.Sono-graphic measurement of the thymus in newborns:close association between thymus size and birth weight.Eur J Pediatr, 2000, 159:223

[3] Zalel Y, Gamzu R, Mashiach S, et al. The development of the fetal thymus: an in utero sonographic evaluation.Prenat Diagn, 2002, 22:114

[4] Cho JY, Min JY, Lee YH, et al. Diameter of the normal fetal thymus on ultrasound .Ultrasound Obstet Gynecol, 2007, 29:634

[5] Juan De Leon-Luis, Francisco Gámez, Pilar Pintado, et al. Sonographic measurements of the thymus in male and female fetuses.J Ultrasound Med, 2009, 28:43

[6] Cromi A , Ghezzi F, Raffaelli R, et al. Ultrasonographic measurement of thymus size in IUGR fetuses: a marker of the fetal immunoendocrine response to malnutrition. Ultrasound Obstet Gynecol, 2009, 33:421

[7]Yinon Y, Zalel Y, Weisz B, et al.Fetal thymus size as a predictor of chorioamnionitis in women with pretermpre-mature rupture of membranes.Ultrasound Obstet Gyne-col, 2007, 29:639

[8]El-Haieg D, Zidan A, El-Nemr M.The relationship be-tween sonographic fetal thymus size and the components of the systemic fetal inflammatory response syndrome in women with preterm prelabour rupture of membranes.BJOG, 2008, 115:836

[9]Chaoui AR, Kalache KD, Heling KS, et al.Absent or hypoplastic thymus on ultrasound:a marker for deletion22q11.2in fetal cardiac defects.Ultrasound Obstet Gy-necol, 2002, 20:546

超声测量 第2篇

定指南

基本信息

【英文名称】Guide for evaluation of uncertainty in measurement of ultrasonic diagnostic and monitoring equipment acoustic output characteristics 【标准状态】现行 【全文语种】中文简体 【发布日期】2011/12/31 【实施日期】2013/6/1 【修订日期】2011/12/31 【中国标准分类号】C41 【国际标准分类号】11.40.55;17.140.50

关联标准

【代替标准】暂无 【被代替标准】暂无

【引用标准】GB/T 4883-2008,GB 9706.9-2008,JJF 1001-2011,JJF 1059-1999

适用范围&文摘

本标准规定了超声诊断和监护设备声输出参数测量不确定度的术语和定义、不确定度的主要来源、不确定度评定的程序和不确定度的评定、报告与表示。

超声光栅测量液体温度特性 第3篇

关键词：超声波,光栅,声速,温度测量

1922年布里渊(L·Brillouin)曾预言，当高频声波在液体中传播时，如果有可见光通过该液体，可见光将产生衍射效应。这一预言在10年后被验证，这一现象被称作声光效应。1935年，拉曼(Raman)和奈斯(Nath)对这一效应进行研究发现，在一定条件下，声光效应的衍射光强分布类似于普通的光栅，所以也称为液体中的超声光栅。

超声波是一种纵向机械应力波。当超声波在盛有液体的玻璃槽中传播时，液体被周期性地压缩或膨胀，其密度会发生周期性的变化，形成疏密波。稀疏作用会使液体密度减小、折射率减小，压缩作用会使液体密度增大、折射率增大。因此液体密度的周期性变化，必然导致其折射率也相应地作周期性变化。当光通过这种液体时，就相当于通过一个透射光栅，因而会发生衍射，这种衍射称为“声光衍射”。存在声波场的介质则称为“声光栅”；当采用超声波时，通常就称为“超声光栅”。

超声波作为一种纵波在液体中传播时，如有平行单色光垂直于超声波传播方向通过这疏密相间的液体时，就会被衍射。根据超声光栅的原理，可以在分光计上进行声速测量。用不同温度的纯净水做实验，就可以得到其传播速度与温度的关系。本文介绍了利用超声光栅测量声速的原理，然后根据测量结果进行数据拟合得到了传播速度与温度的近似公式。

1 常用的测温方法

温度是表征物体冷热程度的物理量，任意两个冷热程度不同的物体相接触，必然发生热交换现象，热量将由受热程度高的物体传向受热温度低的物体，直到两物体的冷热程度完全一致，即达到热平衡状态为止。利用这一原理，我们可以选择某一物体同被测物体相接触来测量它的温度。当两者达到平衡状态时，选择物体与被测物体温度相等，于是，通过对所选物体的物理参量(如物体的尺寸，密度，电阻率，热电势和热辐射强度等)的测量，便可以定量地给出被测物体的温度数值。

测温方法很多，仅从测量体与被测介质接触与否来分，有接触式测温与非接触式测温两大类。接触式测温是基于热平衡原理，测温敏感元件必须与被测介质接触，使两者处于同一热平衡状态，具有同一温度，如水银温度计、热电偶温度计等就是利用此法测量。非接触式测温是利用物质的热辐射原理，测温元件不需与被测介质接触，而是通过接收被测物体发出的辐射热来判断温度，如辐射温度计，光纤温度计等。接触式测温简单、可靠，且测量精度高。但是，由于测温元件需与被测介质接触后进行热交换，才能达到热平衡，因而产生了滞后现象。另外，由于受到耐高温材料发展的带动，两者测温范围都很广，测温上限原则上不受限制；测温速度也较快，而且可以对运动体进行测量。但是，对于非接触式测温会受到物体的发热率，被测对象到仪表之间的距离、烟尘和水汽等其他介质的影响，一般测温误差较大。

为了改进金属材料的生产与加工过程，在金属材料生产如连铸过程中，液态金属阶段的温度测量与控制对产品质量有着重要的影响。为了克服传统温度计的不足，人们一直在探索如何把超声测温技术应用于金属材料生产过程的液态金属阶段温度的在线检测。

2 实验基本原理

单色平行光λ沿着垂直于超声波传播方向上通过上述液体时，因折射率的周期变化使光波的波阵面产生了相应的位相差，经透镜聚焦出现衍射条纹。这种现象与平行光通过透射光栅的情形相似。因为超声波的波长很短，只要盛装液体的液体槽的宽度能够维持平面波，槽中的液体就相当于一个衍射光栅。途中行波的波长A相当于光栅常数。即

在调好的分光计上，由单色光源和平行光管中的汇聚透镜L1与可调狭缝s组成平行光系统，如图1所示。让垂直通过液槽(P Z T)，在玻璃槽的另一侧，用自准望远镜的物镜L2和测微目镜组成望远镜系统。若振荡器使P Z T芯片发生超声振动，形成稳定驻波，从测微目镜即可观察到衍射光谱，从图1中可以看出，当很小时，有：

其中，lk为衍射光谱零级至k级的距离；f为焦距。所以超声波波长：

超声波在液体中传播的速度：

我们可以从超声波在液体中形成的超声光栅的衍射谱中得到超声波的波速。

3 实验数据分析

我们测量了超声波在不同温度下的纯净水中传播时形成的超声光栅对汞光灯和钠光灯的衍射谱，相关数据见表1。在表2中我们列出了不同温度下纯净水中超声波传播速度的平均值。

温度与超声波在水中传播速度的关系如图2所示，黑点是实验的原始数据，实线是对数据线性拟合的结果。

从图2中我们能很清晰的看到，超声波在25～75℃的纯净水中的传播速度随着温度的升高而升高。用最小乘法对实验结果中不同温度下超声波在纯净水中传播的平均速度进行数据拟合，可得此范围内超声波与温度关系的近似解析式为：

在其他液体中，温度与超声波传播速度的关系也有类似上式的函数关系，因此可以猜想液体温度与超声波传播速度的关系式为：

4 结束语

我们利用超声光栅进行液体温度的测量，对比传统接触型温度计有着以下优点：

(1）反应速度比较快，可迅速达到热平衡；

(2）不与待测物接触，不会由于测量而影响待测物的温度；

(3）有实现数字化的可能，并进行记录和远传；

(4）测量时接触时间短，可降低对被测物体温度的影响。

因此超声波测温相比传统的测温方法可以达到更快速、更精确、测温范围更宽的要求，以满足工业生产、科学研究中温度精确测量和在线控制的需要，特别是在高温和恶劣的测温环境中。其实超声测温技术经过多年的发展，已开始应用于工业生产与实验室中，成为一种有发展前途的温度检测新方法。本文经过对温度和超声波速度的测量以及公式推导，得出利用光栅法来对超声波的传播速度与介质温度的确定关系来测量温度是比较精确的测温方法。

参考文献

[1]Goodman,J.W.著,詹达三,董经武,顾本源译.傅里叶光学导论[M].北京:科学出版社,1976

基于DSP的超声风速测量 第4篇

声音在空气中的传播速度与空气密度、温度、湿度、气压、空气流速等有关,一般情况下除空气流速变化外,其他参数在短时间内基本稳定,而空气流速改变了声速。因而只要测量出某一方向上声音来回传播的时间就可以求出相应的流速。常用的传播时间测量方法有:调整发射频率使发射信号与接收信号重合,通过频率来求取时间,此法可达0.02%的声速精度[1],但不适合频带较窄的普通超声换能器,且无法自动快速测量;通过发射与接收信号间的相移来测量也可得到较高的精度,但产生一个周期以上的相移时就难于获得正确结果。测量发射至接收波形起始点的时间也可得到精确的声速测量,但由于接收波形起始点的信号微弱,用普通方法难于准确测量。测量第一个接收波形的峰值或接收信号包络的峰值,虽然加大了信号检测幅度,但峰值位置较难准确定位而产生误差。本文采用DSP并利用离散信号处理等方法,通过求取信号发射至接收信号起始点的时间来获取风速。

1 工作原理

在x方向上设置T1,T2两个间距为s=331mm的发射兼接收的超声换能器。设流速v在x,y,z方向的分量分别为vx,vy,vz,静止空气中的声速为c。由T1发射至T2开始接收到超声波的时间为t1,由T2至T1的时间为t2。则由零时刻发射的声波的波阵面方程(x-vxt)2+(y-vyt)2+(z-vzt)2=(ct)2可得:

由(1),(2)两式可得:

从而可求取x方向上的流速分量vx,同理在y,z方向上分别设置超声换能器也可求得相应的分量vy,vz。对水平方向即x,y方向的流速分量进行合成,则可求出风速Vxy及风向θ=arcsin(vx/vxy);再合成垂直分量,则可得空气流速v。

通过对理想气体摄氏温度T与声速c间的关系,可得出:

对(1),(2)式相乘,求解c2并代入(4)式可得:

从而还可以求出瞬间气温T。

因此,只要已知换能器之间的距离s并测量出超声波来回传播的时间t1,t2,就可以求取气流速度及温度。

2 电路组成

图1给出了超声波发射与接收的电路原理。由于空气中频率较低的超声耦合良好,本系统采用了40kHz的发射接收换能器。发射电路中,换能器仅需由一高压脉冲激励就可发射超声波。用模拟开关等来切换发射信号可以简化电路,但导致性能下降,所以对每一个换能器均设置了图1所示的发射电路。当控制端C1为低电平时,NMOS场效应管Q1截止,PMOS场效应管Q2的UGS接近零电压,Q2截止而输出低电平;C1为高电平时,Q1导通,Q2的栅极电压由电阻R5,R9分压而得,使UGS小于其-2V左右的门限电压而导通,输出高电平。因此,可以通过控制C1端来产生正向高压脉冲以激励换能器,而产生负向高压脉冲时还可简化电路。

接收电路中,为防止高压发射脉冲进入接收电路,限流电阻及两肖特基二极管把输入电压限制在0.3V以内,而对较小的接收信号不起作用。接收的起始周期信号较弱,由同相放大器放大了200倍左右,以能够获取较多的信息量,并调节电路零点以适应A/D转换器输入范围。采用8位最高20MHz采样速度的廉价A/D转换器TLC5510,可在一个CLK周期中完成一次模数转换。为严格定时及防止数据丢失,连接DSP时先由2k9位的IDT7203FIFO来缓冲,以降低DSP的实时性要求。A/D转换值的读取、电路控制及数据处理由DSP实现,本系统中自行设计了TI的TMS320C32处理器模块。由于与上述电路间的接口简单,也可以采用DSP评估板或嵌入式模块PC104来实现。有些超声检测系统为方便编程甚至采用了PC机[2]。

3 超声波传播时间的确定

图2是超声换能器发射开始至接收信号后一段时间内测量到的换能器接收电压。实际工作时为能够较好地分辨起始信号,接收信号被进一步放大到200倍左右,此时噪声明显,并且在包络峰值附近产生饱和失真。需要测量的是发射开始至接收波形的起点的时间,显然,接收信号的第一周期很弱,与噪声相当,第一周期起始点则更难确定,而后继波形的幅度逐渐增大。采用普通方法处理可能延迟起始点,有时甚至延迟一周期以上。采用平均法可减小这些影响[3],本文通过分析研究提出新的处理方法。

3.1 信号滤波处理

接收波形的频率在40kHz的较窄频带内,由于多普勒效应而产生轻微的频移,而起始接收信号的频率略微偏高。由于接收信号较弱及背景噪音及电路噪声的存在,工频电压干扰及调零电路漂移引起的接收波形偏移,必须采取滤波措施以减小噪声并滤除直流成分,保证在强干扰的情况下也能正常工作。在已知40kHz左右的接收频率下,经分析选择,IIR椭圆带通数字滤波器较为合适,它可以用很低的阶来满足FIR滤波器同样的设计要求。其Z变换传递函数为:

${\rm H}(z)=\frac{b(1)+b(2)z{}^{-1}+\cdots +b(n{}_b+1)z{}^{-n{}_b}}{a(1)+a(2)z{}^{-1}+\cdots +a(n{}_a+1)z{}^{-n{}_a}}(6)$

然而IIR滤波器造成了非线性的相位延迟。采用以下方法可以消除相位延迟[4,5]:先利用(6)式对接收信号滤波,然后把滤波后序列按时间反转后再次滤波,最后再次反转以恢复原来顺序,如图3所示。其Z变换传递函数为:

取信号的采样频率为1Mz,通频带为[35kHz,50kHz],阻带衰减60dB,通带纹波为0.01dB,则可用高通及低通各为3阶的带通椭圆型滤波器来实现,其系数为:b=(0.0018,-0.0052,0.0049, 0.0000,-0.0049,0.0052,-0.0018),a=(1.0000,-5.5002,12.7975,-16.1164,11.5844,-4.5072,0.7420)。此滤波器的极点均在单位圆以内,滤波器是稳定的。为节省处理时间,仅对接收波形附近的接收信号进行处理,滤波后的数据称为序列A,如图4的实线所示。滤波后噪声衰减大,突出了接收波形,接收信号放大后的饱和失真,也因滤波而恢复,但产生的振荡干扰了第一接收周期的判别。此序列可用于准确定位波形过零时间。

增加滤波器的带宽,可消除阻尼振荡的影响。取通频带为[20kHz,160kHz],阻带衰减60dB,通带纹波为0.01dB,则1Mz采样率时可用3阶带通滤波器来实现,其系数为:b=(0.1298,-0.0134,-0.3624, 0.0000, 0.3624, 0.0134,-0.1298),a=(1.0000,-3.1412,3.9924,-2.9962,1.6497,-0.5604, 0.0562)。对实测信号的滤波结果如图4虚线所示。由于带宽加大而滤波效果变差,饱和失真也没有恢复,但滤除了直流成分且不产生阻尼振荡。经此滤波后的数据称为序列B。

3.2 接收波形起点定位

通过上述滤波器带宽的选择,使序列A突出了接收波形,波幅渐增,周期也由较短的起始周期恢复正常;序列B由于噪声存在,连人眼判别起始周期也很困难。

本系统中,通过求算序列B与相应周期的序列A及反相后的序列A的方差,并通过其比值来判别接收信号。以下分析图4所示的接收起点附近的数据。

①在序列A中,自左到右与某一阈值电压比较以确保阈值点位于接收波形适当位置。在阈值点的前1/4周期内找到过零点,以确定某一接收周期的起点H。由于序列A的噪声抑制理想,其零点的定位误差小。

②根据此周期起点H,确定序列A的左侧一完整周期及序列B对应的数据,并判别用A周期波形作为B数据的拟合是否显著。一般可通过t检验或F检验来确定拟合的A周期的幅值VA是否为零,即原假设H0:VA=0。如采用F检验,可检验序列B拟合后的方差是否比噪声即不作拟合时有明显减小。

本系统中,通过序列A及序列A取反后的周期数据与对应序列B数据的方差来判别,以增大检验灵敏度。假设其噪声服从正态分布,则该序列A的周期数据$\widehat{y}{}_i$对序列B数据的残差平方和为$S{}_{E1}={\displaystyle \sum _{i=1}^n(}y{}_i-\widehat{y}{}_i){}^2‚$反相后的${\widehat{y}}^{\prime }{}_i=-\widehat{y}{}_i$与序列B的残差平方和为$S{}_{E2}={\displaystyle \sum _{i=1}^n(}y{}_i+\widehat{y}{}_i)$。如幅值VA=0,则两方差相等即σ1=σ2。yi与$\widehat{y}{}_i‚{\widehat{y}}^{\prime }{}_i$间无约束条件,其自由度仍为样本数n,因此SE1/σ${}_1^2$～x2(n),SE2/σ${}_2^2$～x2(n),则有:

即可进行方差分析来进行假设检验,其99%置信度的F值仅与采样数有关。设采样频率为1Mz,则一个周期可有25个采样,查表可得F25,25(0.01)=2.61。因此,SE2/SE1<2.61时,假设成立,即非接收波形。反之,SE2/SE1>2.61时,即判别为超声波的接收波形。实际系统中采样频率提高到5Mz以提高分辨率,则一个周期可有125个采样,可得F125,125(0.01)=1.52。试验表明,采用正反相的拟合后,有接收信号时其比值SE2/SE1会明显增大,而无接收信号时其比值无明显变化。因此比仅采用曲线拟合时的判别效果有显著改善。

③按上述方法自右至左对序列A的周期逐一检验,并由序列A精确定位接收波形的起始时间,直到拟合效果不再显著时停止。其拟合情况如图4的星号及表1所示,自右至左的前两个周期比值大于2.61而较显著,而第三个周期的比值仅为1.785,而看作不显著,从而确定起始点位置即传播时间为t1=995。可见,此时仅需检验3个左右的周期,节省了数据处理时间。

同理,可求出相反方向上的超声传播时间t2及其它坐标轴上的正反向传播时间。

在本系统中,通过测量起始点的精确位置来测量超声传播速度。由声速c=s/t,则误测Δt时的风速误差可推导为:

$\text{Δ}v=\frac{c\text{Δ}t}{s/c+\text{Δ}t}(9)$

采用40kHz频率、331mm换能器间距测量时,超声波传播时间约1ms,延迟一个周期Ts即25μs可造成约8.1米/秒的偏差;1μs的测量误差也会产生0.33米/秒左右的风速误差。提高采样频率到5MHz可以提高波形起点的定位精度,而通过采样值内插的方法,可以降低采样速度并减少数据量,却可以更好地定位波形起点,从而取得高测量分辨率。

设序列A中所确定接近零值的波形起点H的电压值为y1,如y1<0,则实际零点应在H的右方,取右邻的采样值为y2;如y1>0,则实际零点应在H的左方,取左邻的采样值为y2。通过线性插值处理,可得零点相对H的时间误差Δt为:

因此,实际的超声波传播时间应为t+Δt。另外通过判别两次连续风速测量是否有8.1米/秒左右的突变,来消除周期错误的可能性。

4 结束语

采用数字信号处理的超声风速测量方法,简化了以往包括灵敏度时间控制、信号包络检测、微分处理的极值检测、甚至采用锁项环跟踪门等模拟信号处理方法,采用了模拟电路无法实现的曲线拟合等方法。通过数值处理方法,可以精确定位接收信号的起始点,使测量精度接近于脉冲回波重合法的精度。由于超声测量过程在mS级的瞬间完成,因此可求得瞬时气流,同时可以计算出平均风速、最大风速、垂直气流等参数,相对风杯式、热球热线式、风压式等普通风速测量方法来说,具有无启动风速、无距离常数、校准简单等特点。数值处理方法灵活,并方便改进推广到其它液气体的流速测量、液位料位等的测量中。

摘要：设计了高速A/D转换电路采集超声波接收信号,并利用DSP进行无延迟的滤波处理。通过接收波形与其反向波形的拟合及其方差分析和假设检验来确定接收波形的起始时间,并利用插值处理进一步提高了时间测量精度。通过超声波在三坐标轴来回的传播时间与空气流速间的关系,求算出三维风速与风向。结果表明,测量可靠性及精度得到提高,电路设计也得到简化。

关键词：超声波,IIR滤波器,DSP,风速

参考文献

[1]王寅观.超声波速度的精密测量理论及其应用[J].声学技术,1989,8(2):18-23.

[2]江泽涛,朱士明,梁军汀,等.微机化的超声气体流量在线检测仪[J].仪器仪表学报,1996,17(6):594-599.

[3]朱土明,刘镇清,魏墨庵,等.提高测量声时精度的“过零检测数字平均法”[J].声学技术,1990,9(3):36-39.

[4]Mitra S K.Digital Signal Processing[M].2nd ed.McGraw-Hill,2001,Sections 4.4.2 and 8.2.5.

扇形扫描三维超声成像系统体积测量 第5篇

1 仪器和方法

1.1实验仪器与装置

1.1.1基于扇扫容积探头三维超声系统构成

本文所采用的三维超声系统由北京天惠华公司提供的TH-300超声诊断仪(图1)、法国Vermon提供的三维扇扫容积探头(图2)及本实验室研制的三维超声软件等部分组成,它包括图像采集、三维重建和三维图像显示等模块。

1.1.2实验材料

φ0.3 mm±0.05 mm尼龙靶线,蒸馏水,甘油,琼脂粉,Symacell纤维素等。

1.1.3圆柱体体模的制作

采用文献[13]中配方,将400 mL蒸馏水,16 mL甘油和7-10 g琼脂粉(Agar powder)混合加热至85oC,并保持该温度,周期性地搅拌,直到混合物变清澈后,停止加热。加入适量Sigmacell纤维素,用于调节体模的硬度和增加体模在超声波下的反射能力,将此混合溶液导入一规则的圆柱体模具中,冷却凝固后取出待用。圆柱体体模如图3所示,体积为V,用于在水中测定体积误差。将该体模放入水中不同深度,重建出三维超声图像,再按下面(1)式计算体模在水中的体积测量误差:

式中,r为圆柱体圆半径上的像素点个数与像素大小的乘积,H为圆柱体高的像素点个数与像素大小的乘积。

1.1.4立方体体模的制作

在如图4所示的容器模具中固定尼龙绳,构成一个立方体的形状(如图5所示),制作Agar体模[6]。采用1.1.3所述方法将蒸馏水、琼脂粉、甘油及适量纤维素混合加热后,将此混合溶液导入模具中,冷却凝固待用(图4)。ABCD-A’B’C’D’为待测目标立方体,然后在水中进行三维扫描重建,可以按下式计算出立方体模体积测量的误差大小。

式中,L为图像中立方体长度上像素点个数与像素大小的乘积,W为图像中立方体宽度上像素点个数与像素大小的乘积,H为立方体高度上像素点个数与像素大小的乘积。

2 实验结果与分析

超声需在介质中传播,本实验分别以水为介质测定圆柱体体积,以琼脂为介质测定由尼龙线构成的立方体体积。

在水介质中,由于Agar做成的体模成像效果较好,所以,考虑使用Agar制作成一个圆柱形的物体来测量其在水中不同深度下的体积。圆柱体的大小为直径50 mm,高20 mm。图6是该圆柱形体在水中不同深度下的三维超声图像。

在Agar介质中,用尼龙线拉制成了20 mm20mm10 mm的立方体,图7是Agar模型中立方体在不同深度下的三维超声图像。其它图像数据及通过SPSS17.0统计软件处理结果见表1。

从图6、图7及表1中可以看出,在水和Agar中,该三维超声系统的体积测量精度与实际值的均值相差不大,测量精度与深度无关,精度范围分布分别位于4%-7%和6%-10%之间,能较好地反映物体真实的体积大小。

从本实验可以看出,Agar制作成的目标体在水中反射能力较强,通过改变纤维素的含量,增大反射能力。与在水中测量的体积测量精度相比,在Agar介质中的测定误差比在水中的大。

3 结论

本实验设计制作了水中体模与Agar体模,探讨建立扇扫三维超声成像系统的体积测定标准,并用于评价三维超声成像系统的性能参数,为超声医学提供参考。

三维超声成像由于具有比二维成像提供更好的空间结构信息,使得在医学成像领域受到越来越多的关注。特别是在三维超声成像技术用于测量心室容积和心内膜面积等参数时,对定量的评价疾病的治疗具有很重要的意义。

目前,二维超声体模测量系统参数技术已经很成熟[5,6],并且已经产品化。但是三维超声体模的发展还处于实验阶段,各相关研究机构都还处于采用自己的方案进行测定,没有一个统一的标准,所以设计三维超声系统参数测定的实验装置和方案,并形成统一标准具有重要的意义。本文设计并制作了几种测定体积参数的装置和实验方法,并进行了测试,取得了较好的实验结果。

三维超声体模的研究还处于初步阶段,还需要得到医生和专家的认可,同时还没有一个统一的评价三维超声系统的性能的标准,所以以后的研究可从以下几方面努力:

(1)三维超声体模装置合理设计;

(2)三维超声系统评价标准的制定;

(3)三维超声体模的产品化。

随着计算机、电子技术和图像处理技术的发展,三维超声成像技术会越来越成熟,相应三维超声体模的研究和产品化也会有很大的突破,确立起性能参数的评价标准。

摘要：设计制作了两种用于三维超声系统体积测定的水中体模和Agar体模。实验结果表明,随着扫描深度的增大,在水中的体积测量误差从4%到7%逐渐增大;在Agar中的体积测量误差从6%到10%逐渐增大。所设计制作的体模与该体积参数的测定方法为建立三维超声诊断仪检测标准以及三维超声系统的临床应用作了初步探索。

超声测量 第6篇

关键词：超声,造影剂,肝,肿瘤,病理,测量

肿瘤大小是临床进行TNM分期及疗效判断的重要标准,也是指导并决定临床选择治疗方法的重要指标[1,2]。肝恶性肿瘤的影像学检查对肿瘤大小的测量存在差异,常规超声及增强CT是临床常用的两种影像学方法,但二者对肿瘤大小的测量仍存在术前检查与术后病理的差异[3,4]。超声造影新技术的出现及发展,对肝脏肿瘤诊断及治疗的影响日益增大[5]。本文分析研究常规超声、超声造影及增强CT对手术前肿瘤大小的测量值,并与术后肉眼测量手术标本大小及病理结果对照,评价超声造影测量肿瘤大小的准确性及判断恶性肿瘤浸润的价值。

1 资料与方法

1.1 研究对象

2007年10月~2009年1月,在北京肿瘤医院行肝脏肿瘤手术切除的54例患者共61个病灶作为本组研究对象。男40例,女14例;年龄25~78岁,平均(56±12.88)岁。病灶大小1.0~11.0 cm,平均(4.5±2.3)cm。肝内病灶数目不超过3个(≤3个),手术后病理结果:肝细胞肝癌(hepat oceuular carcinoma,HCC)40例45灶,肝内胆管癌2例2灶,肝转移癌6例7灶,肝转移癌1例1灶合并局灶性结节状增生1灶。良性病变5例5灶,其中局灶性结节状增生1例,血管平滑肌脂肪瘤1例,海绵状血管瘤1例,炎性假瘤1例,间性叶错构瘤1例。40例肝细胞肝癌患者均有肝炎病史,其中23例(57.5%)合并肝硬化。

常规超声、超声造影、增强CT在术前1个月(1~29 d)内进行,所有恶性肿瘤患者术前均未行放化疗等。

1.2 方法

1.2.1 术前常规超声及超声造影检查

超声造影剂[Sono Vue(Bracco,Italy)]为磷脂包裹六氟化硫冻干粉制剂,使用前注入5 m L生理盐水溶解振荡制成均匀的悬浊液,20 G套管针穿刺肘部浅静脉后快速弹丸式注射2.4 m L造影剂悬浊液,迅速用5 m L生理盐水冲洗套管针,注射造影剂的同时启动超声仪内置计时器。

超声诊断仪包括GE Logiq 9、Philips i U22和Esaote Technos DU8,探头频率3.0~5.0 MHz。

先用常规超声扫查预手术切除病灶,记录病灶的部位、回声、形态、边界及晕征,选择最大切面后冻结图像,用测距器测量肿瘤最大长径并记录,然后进入造影状态,调节声输出功率、焦距、增益,根据不同仪器调节机械指数,范围约0.05~0.10,采用灰阶超声低机械指数连续实时扫查技术,实时不间断观察病灶造影剂灌注范围变化及回声强度变化。需要再次观察病灶或观察多个病灶动脉期造影剂灌注时,在造影后10 min再次注射造影剂。超声造影动态电影及单帧静态图像记录在超声仪硬盘,并以光盘备份。

造影后根据记录的影像资料盲法阅片:应用电影回放技术逐帧观察病灶灌注范围变化及回声强度变化,应用测距器测量动脉期或门脉期病灶增强范围的最大长径并记录病灶的增强模式、增强程度及诊断。

1.2.2 术前增强CT检查

Siemens plus 4螺旋CT扫描,腹部检查前12 h禁食水,扫描层厚5 mm,扫描速度7.5 mm/s。使用高压注射器以2~5 m L/s的速度静脉注射非离子碘造影剂(优维显、欧乃派克、碘海醇)100 m L。扫描范围由膈顶至腹主动脉分叉。采用一次屏气法螺旋扫描,电压120~130 k V,电流200~280 m A,造影前、造影后25 s、60~65 s分别扫描,获得平扫、动脉期、门静脉期图像。采用RECIST(Response Evaluation Criteria in Solid Tumors)单径测量法测量预手术病灶大小[6,7],于CT横断面造影剂增强时测量病灶增强范围的最大长径并记录。

1.2.3 手术标本测量与取材

肝脏病灶局部切除术或肝叶段切除术后,未经10%福尔马林固定的新鲜标本沿常规超声及超声造影对应的最大切面切开肿瘤,应用直尺测量肿瘤的最大长径及垂直于最大长径的短径,观察肿瘤的边界是否清晰、形态是否规则及是否有子灶并记录。

1.2.4 病理大体标本测量及病理组织染色观察

以10%福尔马林固定手术标本,24 h内病理科医师以书页状切开肿瘤标本,观察有无子灶并记录。沿固定前切开的最大切面,切取0.5~0.8 cm厚组织块,包括癌旁组织横径约0.5~1.0 cm。石蜡包埋,HE染色,切片厚10μm,镜下观察肿瘤及邻近肿瘤周围肝组织病理性质改变并记录[8],将肿瘤周围或纤维包膜内有癌细胞浸润、或癌细胞侵入非癌组织、或肿瘤周围有子灶定义为肿瘤浸润性生长,记录是否呈浸润性生长并记录肿瘤细胞侵入非肿瘤组织的深度。

1.3 评价方法

常规超声、超声造影、增强CT及病理均分别由2名有10年诊断经验的医师盲法读片,测量病灶大小并诊断;常规超声、超声造影、增强CT的肿瘤大小测量值均以最大长径与肉眼测量手术标本最大长径进行对比。将恶性肿瘤病灶分为2组:超声造影增强范围较常规超声增大组和未增大组,分析两组病灶周围肝组织的病理意义及肿瘤细胞侵入非肿瘤组织的深度是否有统计学意义。

1.4 统计学分析

应用SPSS 14.0统计软件,计量资料的描述采用均数±标准差的方法,组间均数比较采用方差检验,采用线性相关方法分析3种测量方法测量值与肉眼测量手术标本大小的相关性。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

55个恶性肿瘤病灶均表现为动脉期或门静脉期增强,实质期退出,符合超声造影恶性病灶典型灌注特征[9,10],其中58.2%(32/55)恶性病灶超声造影增强范围较常规超声增大,其增大区域造影剂退出不明显,至实质期造影剂与肝实质回声相等。6个良性病灶、2个局灶性结节样增生灶和1个血管平滑肌脂肪瘤表现为动脉期或门静脉期轻度增强,实质期退出不明显;血管瘤呈周边结节状增强,造影剂逐渐向中心填充,未见退出;1例间性叶错构瘤表现为周边细环状增强,内部大部分不增强,实质期退出不明显,炎性假瘤则呈现出不均匀团状增强、快速退出的特点,良性病灶增强范围与手术测量值相近。

2.1 几种方法测量肝脏肿瘤大小的比较

常规超声、超声造影、增强CT测量值及手术标本大小的结果见表1,3种方法的测量值与手术标本大小比较差异没有统计学意义,具有较高的相关性(r值分别为0.904、0.901和0.894),均准确地反映了手术标本的大小(图1)。常规超声、超声造影、增强CT测量值与手术标本大小的均值差结果见表2,其中,超声造影测量值大于手术标本大小,二者均值差约0.35 cm(P=0.956);常规超声和增强CT测量值与手术标本大小的均值差分别为0.06 cm和0.08cm(图2),均P=1.000。对于良性病灶而言,常规超声、超声造影、增强CT测量值与手术标本大小接近,超声造影测量值与手术标本大小的均值差为0.10 cm,更加接近手术标本大小(图3)。对于恶性病灶而言,超声造影测量值大于手术标本大小,二者均值差约0.39 cm,P=0.950,常规超声及增强CT测量值更接近手术标本大小(图4)。

以手术标本大小为标准,≤3 cm的病灶21个,常规超声测量18灶≤3 cm,准确率85.7%(18/21);超声造影16灶≤3 cm,准确率76.2%(16/21);增强CT19灶≤3 cm,准确率90.5%(19/21)。3~5 cm的病灶19个,常规超声测量2灶<3 cm,2灶>5 cm,准确率78.9%(15/19);超声造影2灶<3 cm,4灶>5 cm,准确率68.4%(13/19);增强CT4灶<3 cm,2灶>5cm,准确率68.4%(13/19);>5 cm的病灶21个,常规超声测量出3灶≤5 cm,准确率85.7%(18/21);超声造影1灶≤5 cm,准确率95.2%(20/21);增强CT2灶≤5 cm,准确率90.5%(19/21)。

2.2 镜下病理结果

镜下观察55灶肝恶性肿瘤周围肝组织,肿瘤细胞侵入非肿瘤组织的范围约0.05~0.50 cm,平均(0.22±0.15)cm。超声造影增大组32灶(58.2%),其中24灶肝细胞癌,6灶转移癌,2灶胆管细胞癌。肿瘤细胞侵入非肿瘤组织的范围约0.05~0.50 cm,平均(0.31±0.15)cm,其中27灶呈浸润性生长(图5~9)。未增大组23灶(41.8%),均为肝细胞癌,肿瘤细胞侵入非肿瘤组织的范围约0.05~0.20 cm,平均(0.11±0.05)cm,其中3灶呈浸润性生长。两组均值比较差异有统计学意义(P<0.05)。

对于良性病变而言,HE染色病理切片镜下可见1例FNH有纤维包膜,1例FNH、1例血管平滑肌脂肪瘤、1例海绵状血管瘤、1例间叶性错构瘤及1例炎性假瘤均无纤维包膜,炎性假瘤及血管瘤边界欠规则,炎性假瘤周围肝组织内可见炎症细胞浸润。血管瘤及炎性假瘤与大体标本测量分别大1 cm和4 cm。

注:4组测量值比较,纵坐标为病灶测量值(cm),横坐标左至右为常规超声、超声造影、增强CT及手术标本,3组大小测量值与手术标本比较差异没有统计学意义(P>0.05)

注:4组测量均值比较,纵坐标为测量均值(cm),横坐标左至右为常规超声、超声造影、增强CT及手术标本,超声造影测量均值高于其他3组均值

注:超声造影测量均值较常规超声及增强CT更接近于手术标本测量均值

注:超声造影测量均值明显高于其他3组

3 讨论

低机械指数实时超声造影时,造影剂六氟化硫微泡在低声压作用下,被挤压产生谐波并谐波信号,超声可以实时观察造影剂增强的动态过程,包括动脉期、门静脉期及延迟期等,显示肝脏肿瘤及其周围肝组织的血流灌注和微循环变化[11],超声造影动脉期和门静脉期增强的范围勾勒出肝脏肿瘤的轮廓,因而可以测量肿瘤的增强范围来评价肿瘤的大小。这种增强的特征也反映了肿瘤的生物学活性特征。

3.1 超声造影测量肝脏肿瘤大小分析

超声造影增强范围所得最大长径与肉眼测量手术标本最大长径比较差异没有统计学意义,二者具有较好的相关性,r值为0.894。通过均数及均数差分析比较,超声造影较手术标本的测量值增大约0.3~0.5 cm,这种表现主要体现在肝恶性病灶上,因此,作者考虑超声造影测量值较手术标本增大的部分是否为肿瘤细胞向边缘呈现浸润性生长所致。对照病理切片,镜下见肝脏恶性肿瘤细胞向非肿瘤组织浸润深度达0.3~0.4 cm。常规超声和增强CT测量值小于肉眼测量手术标本大小,均值差分别为0.06cm和0.08 cm。恶性肿瘤具有膨胀性生长和浸润性生长2种方式,部分具有浸润生长的恶性肿瘤,在影像学表现为肿瘤与周围组织没有明确的分界,形态不规则,肿瘤向周围组织浸润。肿瘤周围组织往往合并存在水肿以及炎症反应明显[1]。在各种不同的测量方法中,由于对肿瘤浸润性生长和对周围炎症反应组织的敏感性不同而出现一定程度的差异。呈膨胀性生长的恶性肿瘤通常有包膜或有假包膜,所谓假包膜,即在肉眼观察下似有包膜,镜下为增生的纤维组织[12],本研究发现这种包膜或包膜外也有肿瘤细胞浸润,但是这种浸润的深度非常小,在32灶有纤维包膜的肝细胞癌中,肿瘤侵入非肿瘤组织的范围约0.05~0.4 cm,平均0.1 cm。对于恶性肿瘤而言,超声造影测量值均值大于常规超声和增强CT,也大于手术标本,但是差异没有统计学意义。分析超声造影的测量值偏大的原因:58.2%的肝细胞癌和转移癌病灶超声造影增强范围较常规超声范围增大,在瘤灶周围的组织呈动脉期或门静脉期增强改变,病理切片发现这些瘤灶周围组织呈炎症改变,并可见癌细胞及淋巴细胞、浆细胞浸润。

良性肿瘤一般边界清晰,生长缓慢,超声造影对肝良性肿瘤测量值几乎与手术标本测量值相等,而且3种测量方法之间差距不大。这主要是因为3种检查方法均显示为有明确界限的规则肿块影,因此各种检查方法与手术标本测量值的差距不大。超声造影最接近手术标本的均值,而常规超声、增强CT小于手术标本的均值。本组病例有1例炎性假瘤,常规超声显示不规则形状的低回声病变,边界不清,超声造影及增强CT均表现为不均匀增强的快进快出表现,炎症和肿瘤待鉴别,术前抗炎治疗2周,病灶缩小,因此手术标本大小已经不能反映超声造影时的测量值;另外血管瘤虽为良性,但其生长方式多为侵袭性生长,影像学测量时偏大,切开后内部血液流出,张力减低而缩小,因此手术标本测量值小于术前影像学测量值。

对于各种不同的测量方法与病理学检查之间的符合程度,各家的结论并不一致[3,13]。本研究结果表明:无论良恶性肿瘤,常规超声、超声造影及增强CT的测量结果差异均无统计学意义,因此,这些方法对肝脏肿瘤大小的测量值应该可以作为肿瘤TNM分期及选择治疗方法的依据,在超声引导下经皮射频消融肝恶性肿瘤时,则应该更加注重超声造影显示的肿瘤范围,扩大射频消融范围以达到完全灭活肿瘤的目的。

3.2 肿瘤周围病理分析

局部浸润时肿瘤细胞不断增生、分离、运动并分泌多种酶作用于周围组织从而产生侵袭[11],肿瘤细胞分布在周围组织间隙并继续增殖。肉眼测量肿瘤大小时,不能判断镜下肿瘤浸润的范围。但是超声造影增强范围可以反映这种肿瘤浸润的趋势,因而更加准确地反映肿瘤的浸润范围,与常规超声比较,超声造影动脉期或门静脉期增强区域的变化,可清晰显示肿瘤周围微血管浸润所勾勒出的肿瘤性质,文献报道此期病灶增强范围不仅增大,并且有49.7%的病灶其形态更加不规则[14]。超声造影增大或不规则增强区域的病理组织学证实有癌细胞浸润及微血管密度增高[15],癌细胞恰好处于侵犯微血管壁的过程中,有的已侵入微血管内,有的微血管内还可见多个癌细胞,在本研究中,也证实了这一点,比较肿瘤细胞侵入非肿瘤组织的范围,超声造影增大组与未增大组组间差异有统计学意义(P<0.05)。另外作者发现超声造影增大组的肝细胞癌周边肝组织炎症细胞浸润明显,而癌前病变,例如不典型增生、脂肪变性等病理特征不明显。

肿瘤周围组织的多种基因物质的活跃程度决定了肝细胞癌变是否还会复发[16]。超声造影通过观察肝脏肿瘤及其周围肝组织的血流灌注和微循环变化,可能反映了多种基因物质对肿瘤周围组织的病理改变,应用超声造影所勾勒出的肿瘤轮廓确定肝癌局部治疗的靶目标范围,可获得较好的治疗效果。

眼科超声测量仪检测方法的探讨 第7篇

1 眼轴长度测量

眼轴长度测量主要应用A型扫查技术。A型扫查是一种幅度调制的显示法,根据声波的时间与振幅的关系,探测声波的回波情况,其定位准确性较高。A超扫查很适用于静止的、简单解剖结构的扫查和线性测量,特别在生物结构的线性测量中有很高的精度,广泛用于眼睛结构尺寸的测量(眼体结构见图1)。眼用A超是将探头置于眼前,声束向前传播,每遇一个界面发生一次反射,回声按返回时间以波峰形式排列在基线上,以波峰的高度表示回声强度,回声愈强,波峰愈高。由于轴向分辨力高,可显示前房深度、晶体厚度、玻璃体腔长度和眼轴长度。对于不同类型的眼球,A超一般具有对应的人工晶体计算公式,当测量眼轴和角膜曲率后,可选择人工晶体计算公式得出所需的人工晶体的精确度数。

测试眼轴长度测量范围及误差我们使用的阶梯试块包括了3个反射面,分别模拟前房、晶体及玻璃体3段距离.超声波通过各组织的时间,然后乘以超声波在各组织中前进的速度,得到各组织的厚度,厚度之和为眼轴的长度。测试眼轴长度测量范围时,我们将眼科仪器设置为检查无晶体模式,调节A超探头与载玻片垂直,在探头端面与载玻片接触后将百分表清零,然后使探头提升的距离分别达到测量值的上、下限,观察测量仪显示的反射体回波,应符合规定要求。在测试时为了使声束能够准确地对准测试模块并且微调探头与测试模块的距离,夹具固定在具有精密调节功能的三维坐标系统上。眼轴长度误差测量方法先以已计量检定的通用量具测量出阶梯靶上平面与第三阶梯之间的高度h,调节A超探头与阶梯靶平面目测垂直,探头端面轻轻触及阶梯靶平面,中心对准第二阶梯,调节增益至适当位置,使始波及3个界面反射波清晰可见并接近饱和。使用生物测量自动方式读出AL(探头端面距第3阶梯距离)值,测量5次,计算AL的平均值AL0,按下列公式计算测量仪的测量误差σ,应小于规定数值。

式中:

σ测量误差;

h阶梯靶上平面至第三阶梯的高度;

AL0测量仪显示的眼轴长度平均值;

V脱汽水声速(应考虑温度修正);

V0测量仪设定的眼轴平均声速。

V0在精确测量阶梯试块三个阶梯高度a、b、c后按下式计算:

式中:V(AC):测量仪设定的前房声速

V(LEN):测量仪设定的晶体声速

V(VITR):测量仪设定的玻璃体声速

A超探头端面为球面时,阶梯高度c应加入效正因子r(见图2)。制造商应给出的曲率半径,D为球面直径测量值,r通过公式计算得到。测量误差公式改为:

2 眼体组织诊断

眼科B超的预期用途是检查眼内组织结构,并以眼球为声窗检查视神经等眼眶组织(见图3)。眼体检查相比脏器要求有更高的测量精度和分辨力,为此眼超探头有较高超声工作频率,一般范围在10MHz~30MHz,GB10152-1997《B型超声诊断设备》的性能指标不适用于眼超,应依照制造商提出的性能要求检测。值得期盼的是,眼科B超的行业标准(《眼科B型超声诊断仪通用技术条件》)正在审批,今后检测要求将有章可循。现有的B超仿生模块是模拟大脏器的,眼体组织衰减系数与软组织差别很大,横(纵)向分辨力也较GB10152-1997规范的B超要高一个数量级,需提供至少从0.1mm到0.4mm增量为0.1mm的距离间隔,现有仿生模块最小只有0.5mm距离间隔,使用这种模块测量深度、横(纵)向分辨力、几何位置精度,甚至盲区均难以达到要求。

目前比较通用的方法是将线靶模块放置在脱汽水中测量深度、横(纵)向分辨力及几何位置精度,测量几何位置精度需要注意两点,一是将几何位置精度靶群置于探头的焦域,测量的精度最高;二是B超通过发射超声波及接受回波信号的时差与声速计算图像的距离,由于仿生模块的材料受温度影响很小,可以不予考虑,但水温对于声速影响较大(即对距离计算影响较大),因此要求测试时脱汽水温保持在25˚C±2˚C。横(纵)向分辨力扫查时,眼科B超探头端部一般为透声塑料制成的充油体,用一个单元式换能器时,系由电机驱动其作机械摆动,使声束扫描而成平面,探头前端侧面应有正确指示扫描平面的标记处于扫描平面上,只有扫描平面与靶线之间的摆放位置正确,扫描成像才最为清晰、准确。具体操作是将B超探头置于测试靶上方,靶线排列方向与超声传播方向相同,探头端面与平行靶线排列平面垂直,在与靶线垂直的平面上进行扫描(见图4)。在脱气水中测试盲区还没有比较好的办法,需要配合现有的B超仿生模块。由于水的衰减系数比眼体小,上述测量结果有一定偏差。随着眼体仿生模块推出,检测的准确性与便捷性将逐步提高。

3 角膜厚度测量

使用试块法检测眼超角膜测厚误差,对于试块精度要求很高,YY0107-2005规定角膜厚度误差应不大于10μm,即要求试块各阶梯表面粗糙度Ra≤0.8pm,且基本不受环境变化影响,同时对于试块的贮存、计量也较为困难。现在企业提供的角膜试块一般为塑料制品,容易变形,厚度均匀度也很难满足要求,同时对于试块声速的测量也较为困难。行业标准提出试块的声速不确定时采用水槽法,使用脱气水模拟角膜厚度,将探头放置水中测试一个最小角膜厚度值(注意探头不要与试块直接接触,避免提升探头时,对提升距离的计算产生影响),以温度计测量水温,得到该温度下的脱汽水声速V,按δ=d0V0/V计算d0为0.2mm时的等效角膜厚度δ。调节角膜测厚探头与载玻片垂直,调节探头逐渐接近载玻片,当测量仪显示值到达δ±1μm时将百分表校准为0.200mm,然后使探头提升的距离d0为0.600mm,记录测量仪显示的测量值,测量5次,求出平均值d,按公式(2)计算测量仪的测量误差σ,应符合规定。使用水槽法测量不仅避免了试块误差,由于探头不再需要直接与试样接触,同时避免了由于难以确保探头与试样之间接触良好及位置准确,而引入的人为测量误差。

式中:σ测量误差d角膜厚度测量平均值d0探头提升的距离(0.600mm)V脱汽水声速(应考虑温度修正)V0测量仪设定的角膜平均声速

4 小结

当前全球生产厂家设计的眼科测量仪有一定差异,特别是测量计算方法难以形成统一的标准,测量模块相互不能通用。在这种情况下,由厂家提供模块测试检验,也是目前情况下一种折中的考虑。我们也应该了解到眼体仿生模块生产技术要求很高,眼体的相关研究还在探索,国际上也没有一个正式的标准可供参考。希望眼体仿生模块的研究能够引起上级部门的重视,将其作为一项重要的科研课题研究。

摘要：本文介绍了眼科超声测量仪的诊断技术,对眼科超声测量仪的检测方法进行了分析,并提出有必要将眼体仿生模块的研制作为一项重要的科研课题研究。

关键词：眼科,超声测量,检测方法

参考文献

[1]国家医用超声设备质量监督检测中心.YY0107-2005眼科A型超声测量仪[S].北京:中国标准出版社,2006.

[2]国家医用超声设备质量监督检测中心.GB10152-1997B型超声诊断设备[S].北京:中国标准出版社,1997.

超声功率测量仪的设计与研制 第8篇

关键词：超声功率测量仪,设计,研制

0.前言

在肿瘤治疗领域里,为了确定对患者利用超声治疗诊断进行辐照的时间长短,需要对声动力肿瘤治疗系统的超声换能器即超声探头的超声功率进行测量,通过计算可得出超声有效声强。其测量方法主要采用辐射力天平法[1,2]:超声治疗设备的超声换能器在工作时发出超声波,超声能量通过脱气水进行传递,将特定的目标靶与超声探头的超声声轴对齐,目标靶上所受到的轴向声辐射力与目标靶的重量成比例关系为1g=14.65W,1mg=14.65m W。

在对病人进行诊断治疗时,病人躺在浴缸上,通过水的耦合,人体接受固定在浴缸上的超声探头的超声辐射,通过超声辐射到人体而激活人体内的药物[3,4],从而对肿瘤进行治疗。

对肿瘤起主要作用的是药物,但是超声功率的大小一方面关系到药物的激活情况,另一方面超声辐射本身对人体有危害,因此评估超声功率大小很重要。

然而目前在市面上能买到的超声功率测量仪是目标靶位于超声探头下方,然后目标靶设置在测量仪器上,这种比较适合可调整超声探头方位的测量,而对于需要测量固定的超声探头超声功率很明显现有技术的这种超声功率测量仪不能达到要求。

1.技术设计

超声功率测量仪是用于测量超声的功率,其结构的设计应包括测量时用于称重的电子天平,测量待测物的目标靶,避免影响测量所需要的吸声罩,用于测量超声作用下待测物重量的配重块,还有相关的杠杆支架和杠杆支撑杆。

根据这种设计,为了更好理解,我们画出了超声功率测量仪结构示意图(见图1)。图中 :1. 电子天平 ;2. 连杆 ;3. 目标靶(目标靶为圆锥体,见图2);4. 吸声罩 ;5. 超声探头 ;6. 支架 ;7. 工作平台;8. 声动力肿瘤治疗浴缸面;9. 配重块;10. 杠杆支架 ;11. 杠杆支撑杆。

从图1可知,超声功率测量仪包括支撑装置,而支撑装置包括支架6,支架6上设有可调节的工作平台7,工作平台7上设有电子天平1,电子天平1上设有配重块9,配重块9通过杠杆机构连接了目标靶3,目标靶3的正下方为超声探头放置区5。

其中,超声探头放置区5就是待测量对象的超声探头,超声探头放置区5设有用于罩住超声探头的吸声罩4,吸声罩4由可吸收超声干扰的材料而围成的圆筒状结构。

杠杆机构包括杠杆支架10和与杠杆支架10连接的连杆2,杠杆支架10另一端还与配重块9连接,连杆2另一端与目标靶3连接,杠杆支架10由与工作平台7连接的杠杆支撑杆11支撑固定。

还需要说明的是,目标靶3为圆锥半角为45度且底面面积为5000mm2的圆锥体,其锥角朝向超声探头固定的方向。

2.工作原理

测量时,初始状态即超声探头未发出超声波时,通过所设计的超声功率测量仪上的电子天平称量得到一个读数W1 g ;当超声探头工作发出超声波时,对目标靶倒置圆锥体形成一个向上的辐射力(超声波反射到吸声材料上,被吸声材料所被吸收),倒置圆锥靶受力改变,此时重力会改变,电子天平称量得到另一个读数W2 g。这样,(W1-W2)g的数值就表征了超声辐射力,按照1g=14.65W,1mg=14.65m W的公式计算,就可以得到该超声探头的超声功率值。此外,测试时,无气纯净水作为介质,水的深度至少应盖过目标靶[1,5,。

3.超声功率测量仪的研制

根据超声功率测量仪的工作原理及设计的结构图进行研制,研制时在超声探头放置区上设有用于罩住超声探头的吸声罩,由可吸收超声干扰的材料制成,并围成的圆筒状,用于排除其他超声探头的干扰。这里吸声罩设置的原因是 :在实际使用过程中,有可能存在多个超声探头同时工作而需要针对部分超声探头测量,这样的情况下,超声探头之间相互存在影响,且干扰的情况很复杂,比较难对超声探头的功率进行测量,而吸声罩能把需要测量的超声探头“罩”起来,可以有效避免其他超声探头的干扰,提高测量的精度。

用支架用为支撑装置,用于连接可调节的工作平台,可调节的工作平台一方面能支撑测量仪器,使之能够保持称量所需的水平状态,另一方面还能够通过调节上下或者左右移动。这里的测量仪器为电子天平。

研制时,作为支架和连接部分,有杠杆支架和与杠杆支架连接的连杆,杠杆支架另一端与配重块连接,连杆另一端与目标靶连接,杠杆支架则由与工作平台连接的杠杆支撑杆支撑固定。

特别要说明的是,杠杆支架和与杠杆支架连接的连杆的工作原理具体是 :目标靶与配重块两者在杠杆机构连接下相互作用,受力平衡,配重块在竖直方向上受的是拉力,它自身的重力与所受的拉力合力会在电子天平上显示出来,当目标靶受超声波辐射时会受力改变,配重块受的拉力也会改变从而使其合力改变,然后反映在电子天平的读数上。通过该杠杆平衡机构可以测量出超声波功率。

4.实测测试结果与分析

为了检验所设计及研制的超声功率测量仪的稳定性和准确性,我们取了多个超声探头进行测量,得到的结果见表1。

从表1的结果来看,超声功率测量仪测量不同功率的超声探头,其实测值与其标示值的差值较小,说明设计的超声功率测量仪的准确度较好。另外,在不同时间测量同一个超声探头,发现其数值没有差异,结果表明超声功率测量仪测量超声探头具有较好的稳定性。