医用超声仪器的定量特性和质量保证(上)

时间:2019-02-10 19:49:11 来源:新凤凰彩票官网 作者:匿名


一,导言

针对医学超声仪器技术特点在某些方面的模糊理解和不当处置,笔者在2000年第12期《中国计量》上编写了一篇关于计量部门强制验证的法律依据的专题文章。最重要的论点是:医用超声仪器具有或包含测量(计量)功能,应进行验证;由于他们与个人健康的关系,他们应该被纳入强有力的考试范围。立法应该基于理性,并且应该说服是合理的。本文详细描述了我们所知道的以及我们所持有的内容。

像自然界中的一切一样,人体(包括胎儿)的各种组织,器官和组成部分的结构和功能,由于种族,性别,年龄(对于胎儿是月龄),经验以及是否是否存在疾病(包括损伤,同一程度和患者程度之间的差异,不仅具有与其他组织,器官,成分和患者不同的定性特征,而且还表现出一定的数量。相应地,现代医学诊断方面,医生不仅希望通过各种视觉和复杂程度的仪器和设备了解诊断对象的质量,而且还要尽可能快速,直观,准确地寻求获得相关的生理和病理方法。参数的大小用于对患者的存在与否以及患者的类型,性质和程度做出最准确的判断,并在治疗或治疗计划。在使用仪器的治疗和手术中,它是能量参数的测量和控制以及效果的实时监测。此外,根据人类的认知,在许多情况下,定量数字比定性描述更容易定义和掌握。正因为如此,随着科学技术的进步,医学诊断和治疗的量化不仅是医患关系的共同愿望,也是医学发展的必然趋势。

二,超声诊断和监测设备

到目前为止,已进入市场并投入临床应用的超声诊断和监测设备具有单独的A型超声诊断设备,单独的M型超声诊断设备(超声心动图),超声妊娠测试仪和B型超声诊断装置(俗称黑白Ultra),眼科AB型超声诊断仪,超声波骨密度仪,超声多普勒胎心率测试仪,超声多普勒脐带血流计,经颅超声多普勒血流计,彩色多普勒血流成像系统(俗称)作为彩色超声波),具有超声多普勒部分的胎儿监护仪等。它们的共同特征是利用人体不同类型组织之间,病理组织和正常组织之间的声学??特性(特别是声阻抗)的差异,或者超声波的生理结构(如血液,心脏和运动) ves动作变化。接收并处理由物理效应(例如多普勒效应),超声波扫描探针,回波信号引起的频率变化,并且临床医生定性地观察所获得的图像,图形(波形)甚至声音。并定量测量,提取其中携带的生理和病理信息,为临床诊断,治疗和治疗提供依据。超声诊断和监测设备的测量功能可以分为三类,即距离及其导出的测量,速度及其导出的测量,以及组织声学特性的测量(组织表征)。

距离及其导出的测量值

在临床超声诊断中,为了确定器官或结构是否有疾病和病人的程度,病变的大小,或了解胎儿在母体中的生长,几何参数(包括距离,周长,角度,面积)体积测量等)是经常进行的基本操作,距离测量是基础,它所基于的关系是

L=CT(1)

其中: l-仪器屏幕上显示的人体两点之间的直线距离; t-超声波在两点之间的传播时间; c-国际公认的人体软组织的平均声速。

因此,只要电子束扫描的时间轴乘以常数c,就可以通过读取刻度或屏幕上的数字显示来判断人体中两点之间的正常读数(即,假设各种组织)声速是平均的。尺寸只是A-superior上的一维问题。这是B模式中的二维问题,并且它成为三维扫描仪器上的三维问题,并且测量函数从直线距离发展到一周。长度,面积和角度进一步发展为空间几何参数,例如体积。自动计算过程易于计算机化的现代科学仪器。

2.速度及其衍生测量

在临床医学中,心脏和血液的运动特征比其他部分更多,描述运动的最基本参数是速度,其中心脏是瓣膜的速度,血液是速度。近年来,运动速度的测量,研究和临床应用已经扩展到传统上被认为是静态的软组织。运动速度及其分布对于判断心脏和血管等疾病的缺乏,性质和程度是不可或缺的。众所周知,在现代速度测量技术中,多普勒原理是最方便和有效的,因此它也是由超声医疗诊所选择的。以连续波多普勒为例,基本操作公式为

V=C·FD /2f0cosθ(2)

: v-待测目标的移动速度; c-人体软组织的平均声速为1540米/秒; f0-超声波探头的发射频率; fd-多普勒频移(即探头接收的超声频率与发射频率之间的差值)); θ - 超声波束与目标运动方向之间的角度。由于c是常数,并且f0是指定仪器的已知值,因此只要测量频移fd和角度θ,仪器就可以计算v值并显示它。在这些仪器的屏幕上,时间通常由水平轴表示,而垂直轴表示频率偏移和由此转换的速度。

一旦测量了血流速率,就可以通过相关公式估算压力差,并且可以计算诸如每搏输出量和心输出量之类的重要参数。

3.组织声学特性的测量

从机械的角度来看,人体组织只不过是一种活体材料,其病变和损伤本质上是其不同层次结构和物理性质的变化。这样,如果可以确认组织的声学特性(例如声速,衰减系数,后向散射系数等)与病变的存在和程度有规律地相关,并且可以准确经测量,医学诊断的准确性无疑将大大提高。这种被称为“组织表征”的新理论和新技术已成为许多专家多年来不懈探索的对象。它可以测量骨骼声速和超声波衰减系数与频率之间的关系。密度计是这类仪器商业化的第一代典型代表。

三,超声治疗设备

根据IEC 6601-2-5定义的超声治疗装置是产生超声波并将其应用于患者以用于治疗目的的装置。根据声音输出模式,强度和临床目的来实现,它可以分为四类:超声(物理)治疗,超声热疗,高强度聚焦超声和超声手术设备。 。但无论哪一类,都不同于基于医生经验的中西医结合治疗方法。其整体结构和工作原理基于现代科学技术。它们的控制也基于现代技术,包括预设,监测和控制许多技术参数的数量。

超声治疗

超声治疗的确切含义是较低的(绝对最大有效声强不超过3.0W/cm2)声输出在适当的深度作用于人体组织,使用超声波对患者和损伤部位的热和机械机制。以血液循环和按摩的作用,达到减轻疼痛和治愈疾病的目的。根据临床医生提供的信息,各种类型的超声理疗设备,包括脑血管疾病超声治疗机,几乎可以覆盖医院的所有部门,从头到脚,从内到外,几乎用于人体的所有部位。超声治疗需要测量和控制因素,包括:(1)超声频率;

(2)有效输出声强;

(3)光束非均匀系数。

此外,仪器使用的仪表和计时器应定期校准。

2.超声热疗

癌组织的一个特征是其血流量仅为正常组织的约10%。当注入人体的超声能量被组织吸收到热能中并且温度升高时,可以通过血流冷却正常组织。癌组织血流量小,散热性差,温度容易超过周围组织。 ~9)°C,可以保持很长时间。经验表明,癌细胞可以通过达到(43至45)℃的温度一段时间来杀死。对于这样的装置,临床上应该测量和控制的最技术参数是病变处的温度。但到目前为止,温度无创实时测量和控制手段的研究尚未达到临床实用水平,这极大地影响了该技术的推广和应用。

3.高强度聚焦超声

近年来,高强度聚焦超声(HIFU)的医学应用,特别是用于肿瘤的治疗,受到了极大的关注。它已经证实了它对骨盆,体表和肢体病变的适应性。这项技术的显着特点是它不需要打开,但是超声波通过耦合介质从外部注入体内,并且在病灶处高度集中,因此焦点处的声强达到1000W/cm2以上,声能被肿瘤组织吸收。热能的转换和积累在约1秒的短时间内达到65℃或更高的高温,导致癌组织的快速变性和坏死。系统需要测量和控制的最重要的技术参数包括:

(1)焦斑的径向和轴向尺寸;

(2)焦点的声强;

(3)体内焦斑的温度;

(4)焦点处基于图像的引导监测装置(如B超声仪)的空间分辨率和几何测量误差;

(5)空间定位系统的定位误差。

需要指出的是,HIFU是国际缩写,不仅不需要翻译成汉字,而且会造成麻烦。此外,将聚焦的超声波束称为“超声波聚焦刀”是不合适的,因为它不对应于“刀”一词的原始含义和扩展。在批准在中国注册的医用超声波仪器中,有一种着名的“超声刀”。这种不科学的标题只能引起混淆。4.超声手术

超声波脱脂减重,超声波截骨术和超声乳化术属于这一类。它们的“刀”通常由压电传感器,喇叭和刀头组成。超声波的能量在其端部会聚,在端面上产生数十至数百μm的大幅度,从而粉碎和乳化与其相邻的脂肪,骨和白内障,然后通过适当的技术手段将其除去。 。其中,超声乳化手术中需要测量和控制的技术参数包括:

(1)共振频率;

(2)输出幅度;

(3)乳化的最大负压;

(4)注入最大负压。

总之,不难看出医用超声仪器几乎普遍存在幅度检测和控制的问题,但这不仅与它们作为医疗诊断和治疗目的的使用相矛盾,而且使它们的功能更有效。与温度计类似,它们具有计量功能和医疗设备,但颜色比温度计更复杂,更现代。它们的确切位置应该是“具有计量特征的医疗设备”。 (未完待续)

[关键词]医用超声设备,中国测量,国家标准物质网络

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下一步:分析酸度计和水银仪表的稳??定性和失效分析