ГОСТ Р М Э К 61689— 2013
Приложение D
(справочное)
Обоснование к определению площади поперечного сечения пучка
В физиотерапии используют относительно высокие уровни ультразвуковой интенсивности. Они соответству
ют диапазону, в котором помимо полезных терапевтических воздействий имеют место и неблагоприятные биологи
ческие эффекты. Поэтому врачу важно знать значения интенсивности ультразвукового воздействия, генерируемого
ультразвуковым физиотерапевтическим оборудованием. В принципе это достигается тем. что на передней
панели аппарата для физиотерапии имеются индикаторы показаний ультразвуковой мощности и интенсивности, и
эти показания достаточно точны и достоверны.
Поскольку большинство показаний эффективной интенсивности являются средними значениями, вычис
ленными путем деления выходной мощности на площадь, использование показываемых значений интенсивности
подразумевает необходимость точного определения площади. Эту площадь рассматривают как часть плоскости,
лежащей вблизи плоскости аппликатора или совпадающей с ней, через которую проходит большая часть ультра
звуковой мощности: в настоящем стандарте эту площадь определяют как эффективную площадь излучения
Используемая в ультразвуковом физиотерапевтическом оборудовании лечебная головка состоит из
активного пьезоэлектрического элемента, установленного на металлической выходной пластине. В связи с тем, что
амплитуды колебаний пьезоэлемента в его пределах не одинаковы, площадь излучаемого ультразвукового пучка
нельзя определить из геометрических размеров пьезоэлемента. Действительное значение эффективной площа ди
излучения измеряют с помощью гидрофона.
Площадь поперечного сечения пучка, как это определено в настоящем стандарте, измеряют с помощью
гидрофона и представляют как промежуточный этап в определении эффективной площади излучения. Пред
лагаемый в настоящем стандарте метод представляет результаты экспериментальных исследований и теоретиче
ских расчетов [1]. [2]. [6]—[8].
Некоторые методы, используемые для определения площади поперечного сечения пучка, недостаточно
чувствительны к локальным неоднородностям ультразвукового пучка. В процессе оценки ультразвукового фи
зиотерапевтического оборудования [9] было показано, что измерения площади поперечного сечения пучка,
проводимые в соответствии с методикой Федерального Управления по контролю за продуктами и лекарствами
США {US FDA) (которая учитывает вклад площадей с интенсивностью, превышающей 5 % максимальной интен
сивности на поверхности, отстоящей на 5 мм от лечебной головки) [10], приводят для некоторых ультразвуковых
пучков к очень неточным результатам.
Распределение давления для типичной лечебной головки с малой геометрической площадью излучения и
ка»17. где к=2п/Л и а
— геометрический радиус активного элемента ультразвукового преобразователя,
используемого в лечебной головке, показано на рисунке 0.1. В этом распределении максимальное давление
быстро уменьшается с расстоянием от выходной поверхности лечебной головки.
Влияние характеристик пучка на определяемые площади, ограниченные 5 % максимальной интенсивности
по определению FDA и 75 % полной суммы средних квадратов акустического давления по определению МЭК,
было исследовано более подробно. На рисунке D.2 показаны изменения площади поперечного сечения пучка (по
МЭК) и эффективной площади излучения (по FDA), ограниченных указанными пределами, в нескольких
плоскостях, расположенных на расстояниях около 5 мм от поверхности лечебной головки. Показаны результаты
измерений в плоскостях, отстоящих друг от друга на 0,25 мм в пределах от 4,5 мм до 5,5 мм. Из рисунка D.2 видно, что
эффективная площадь излучения (по FDA) очень чувствительна к положению измерительной плоскости.
Видно также, что если взять предел ограничения, больший 5 %, что требует определение FDA [10], то повышенная
чувствительность эффективной площади излучения приведет лишь к небольшому изменению положения изме
рительной плоскости, т. е. показанный на рисунке D.2 наклон кривых для определения FDA существенно больше,
чем для определения МЭК. Из рисунка D.2 очевиден также более плавный характер кривых, определяемых МЭК.
В физиотерапии используют лечебные головки различного диаметра и различной частоты со значениями
ка
в диапазоне от 17 до 150. Нарисунке D.3 показана зависимость площади поперечного сечения пучка от раз
личных уровней ее ограничения, построенная для некоторых лечебных головок со значениями
ка
.лежащими в
этомдиапазоне. И хотя значения
ка
различных лечебных головок существенно отличаются друг от друта.форма
соответствующих имг рафических зависимостей одинакова.
Нестабильность результатов измерения давления, вызванная тепловым дрейфом или неоднородностью
среды распространения, может проявляться как нестабильность пределов ограничения. Влияние такой неста
бильности результатов измерения давления на вычисляемую площадь поперечного сечения пучка является
сложным и сильно зависит от профиля ультразвукового пучка. Эффективная площадь излучения (no FDA) очень
чувствительна к этой нестабильности, так как сильно зависит от правильной оценки уровня одиночного максимума.
Этого не происходят для определения МЭК. которое представляет интенсивность по отношению к ее пиковому
значению, полученному при сканировании. Это показано на рисунке D.3 для 75% ограничения, используемого в
настоящем стандарте.
Эти экспериментальные выводы подтверждены и теоретическими расчетами. Результаты расчета круглого
поршневого источника радиуса
а
= 4А, представляющего относительно малый преобразователь, и точечного при
емника представлены серией кривых на рисунке D.4. Они изображают изменение эффективной площади из
лучения и площади поперечного сечения пучка при увеличении расстояния от лечебной головки. Расстояние
22