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眼科A型超声测量仪超声源的计量技术研究

眼科A型超声测量仪超声源 (以下简称“眼A超”) 是利用超声原理测量人眼科参数的仪器, 属于医用超声源的一种。由于目前没有国家计量检定规程, 因此需要为眼A超制定专门的计量检定规程。笔者主持起草了JJG (苏) 175-2015《眼科A型超声测量仪超声源》江苏省地方计量检定规程, 现参照规程有关内容进行了完善和优化, 如:原来在检测角膜厚度示值误差时是用标准试片来检测, 但由于对标准试片的材料要求比较高, 既要考虑材料的声学特性与眼角膜相近, 又要考虑在厚度为 (0.5~1.2) mm的情况下厚度的误差要小于0.002mm, 另外还要考虑试片的表面粗糙度和平行度要符合较高的要求, 在实际工作中这样的标准试片不容易找到。现介绍用厚度与检定规程相近的试片 (0.5mm, 1.0mm, 1.2mm) 作为中间参比物, 用比被检仪器测厚准确度高一等级的数显高度尺 (或测厚仪) 进行比较法测量, 获得被检仪器的测厚示值误差。

一、眼A超的构成及分类

眼A超主要由脉冲发生器、接收器、超声换能器 (探头) 和显示设备组成。超声换能器置于眼前, 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的形式排列在基线上, 以波峰的高度表示回声强度, 回声越强, 波峰越高。它可以精确测量人眼睛的角膜厚度、眼轴长度、前房深度、晶体厚度等生物结构。眼A超按功能不同可分为:用于角膜厚度测量的A型超声眼科测量仪 (角膜测厚仪) 、用于眼轴长度测量的A型超声眼科测量仪 (眼轴长度测试仪) 、具有角膜厚度和眼轴长度测量的A型超声眼科测量仪。

二、检定用主要仪器设备

1.毫瓦级超声功率计:分辨力优于2m W, 准确度优于±15%。

2.漏电流测量仪:准确度优于±10%。

3.数显高度尺 (或测厚仪) :分辨力优于0.001mm, 准确度优于±0.003mm。

4.角膜测厚圆形试块一组:已知材料声速的薄片, 厚度分别为0.5mm、1.0mm、1.2mm;表面粗糙度Rα≤0.8μm, 平行度≤1μm。

5.眼轴长度测量阶梯试块:经检定或校准的已知材料声速的阶梯形样块, 各阶梯表面粗糙度Rα≤0.8μm, 平行度≤20μm。

三、通用技术要求

外观和标志:眼A超应没有影响诊断功能的机械损伤, 应有铭牌, 标注产品名称、型号、出厂编号、制造厂家及出厂日期;各部件连接应可靠, 触摸开关、旋钮和其他控制部件应灵活可靠, 文字标志应正确、清晰。所配探头应标明探头型号、标称频率等信息, 应完好无损伤。

四、计量性能要求及检定方法

1.输出声强

要求:不大于20m W/cm。

检定方法:预热被检仪器, 使其达到规定要求, 在超声功率计消声水槽内缓慢注入除气蒸馏水, 按使用规范调试好超声功率计, 将被检仪器探头夹在超声功率计夹具上, 使探头与水槽透声窗处于良好的耦合状态, 并确保超声束的垂直发射。

按照所使用超声功率计的使用说明, 接通电源, 预热10min, 使其处于工作状态, 对功率计进行零位调节。

将被检仪器置于临床所用声功率输出状态, 测量n次 (n≥3) , 取算术平均值为被检仪器的输出声功率的测量值。按式 (1) 计算输出波束声强:

图1 患者漏电流检测框图

图1 患者漏电流检测框图
 

 

眼科A型超声测量仪超声源的计量技术研究

式中:Iob———被检仪器的输出声强, m W/cm;P———被检仪器的输出功率, m W;ST———被检仪器探头的有效面积, cm。

2.患者漏电流

要求:不大于100μA。

检定方法:患者漏电流检测方法如图1所示。将漏电流测量仪的一只表笔接于被检仪器的外壳, 另一只表笔接于铜板上。被检仪器探头的辐射面积耦合于铜板涂有导电膏的部位。接通被检仪器电源, 读取漏电流测量仪的示值, 改变电源极性, 重新读取漏电流测量仪的示值, 取两次示值的最大者为被检仪器的患者漏电流。

3.测量范围

要求:角膜厚度测量范围:不窄于 (0.3~1.2) mm;眼轴长度测量范围:不窄于 (15~35) mm。

检定方法:测量范围的检测方法如图2所示。

如图2所示, 在水槽底部放置平整的吸声材料 (可以用高密度的橡胶材料) , 在吸声材料上部放置固体反射体, 其表面应光洁平整 (用载玻片或不锈钢等) , 用与数显高度尺 (或测厚仪) 连接的探头夹具将被检仪器的超声探头夹持, 使其牢固可靠, 不得有松动, 并确保探头声轴垂直于反射体。移动高度尺游标, 在探头端面与反射体接触后将数显高度尺置零, 然后使探头上升, 其上升的距离分别达到检定规程规定的测量最小值和最大值, 观察被检仪器上显示的反射体回波来确认测量上、下限。

图2 测量范围检测示意图

图2 测量范围检测示意图
 

4.有效显示位数

要求:角膜厚度有效显示位数应显示小数点后三位数字;眼轴长度有效显示位数应显示小数点后两位数字。

检查方法:在“测量范围”的测量中, 目测观察测量仪的显示有效位数并予以确认。

5.角膜厚度示值误差

要求:角膜厚度测量最大允许误差为±0.01mm。

检定方法:角膜厚度示值误差检测方法如图3所示。

图3 角膜厚度示值误差检测示意图

图3 角膜厚度示值误差检测示意图   下载原图
 

采用前述检定用主要仪器设备所要求的试片, 先用数显高度尺 (或测厚仪) 分别测量厚度为0.5mm、1.0mm、1.2mm标准试片的中心厚度, 记录标准试片实际厚度读数, 然后将被检仪器探头对准标准试片中心并与其垂直, 注意探头和试样之间应良好接触, 并用耦合剂耦合, 分别测量厚度为0.5mm、1.0mm、1.2mm的标准试片。记录被检仪器读数, 每个厚度的测量次数应不少于5次, 将所得到的结果分别计算出平均值。按式 (2) 计算角膜厚度示值误差。

图4 眼轴长度示值误差检测示意图

图4 眼轴长度示值误差检测示意图   下载原图
 


眼科A型超声测量仪超声源的计量技术研究
 

式中:Δa———角膜厚度示值误差, mm;d0———数显高度尺 (或测厚仪) 测得的标准试片读数, mm;眼科A型超声测量仪超声源的计量技术研究———被检仪器读数平均值, mm;ν———试块材料的声速, m/s;ν0———被检仪器的设定声速, m/s。

6.眼轴长度测量示值误差

要求:眼轴长度测量最大允许误差为±0.1mm。

检定方法:眼轴长度示值误差的检测方法如图4所示。

采用前述检定用主要仪器设备所要求的阶梯试块, 先用数显高度尺测出试块上平面与第三阶梯之间的高度h, 调节探头, 轻触试块上平面, 微动探头, 使声轴对准第二阶梯, 按要求操作被检仪器, 调节增益至适当位置, 使被检仪器显示的始波和3个阶梯的反射波清晰可见并接近饱和。将被检仪器分别设置为手动测量和自动测量的方式, 手动测量不应少于5次, 将所得的结果计算出平均值。按式 (3) 计算眼轴长度示值误差。

表1 在20℃~30℃温度范围脱气水的声速

表1 在20℃~30℃温度范围脱气水的声速


眼科A型超声测量仪超声源的计量技术研究
 

式中:Δb———眼轴长度示值误差, mm;h———阶梯试块上平面与第三阶梯的高度, mm;眼科A型超声测量仪超声源的计量技术研究———被检仪器显示的眼轴长度的平均值, mm;ν———脱气水的声速, 应考虑温度修正 (见表1) , m/s;ν0———被检仪器的设计或设定声速, m/s。

作者:石敏 严海东 王冠钧 时明
江苏省无锡市计量测试院 辽宁省大连市计量检测研究院

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