ГОСТ IEC 61689—2016
Приложение D
(справочное)
Обоснования 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
аппаратом для ультразвуковой терапии. В принципе это достигается тем, что на передней панели аппарата
для физиотерапии имеются индикаторы показаний ультразвуковой мощности и интенсивности, и эти показания
доста точно 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 аппарате для ультразвуковой терапии лечебная головка состоит из активного пьезоэлектри
ческого 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 площади 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. Предлага
емый в настоящем стандарте метод представляет результаты экспериментальных исследований и теоретических
расчетов [1], [2], [6]—[8].
Некоторые методы, используемые для определения площади поперечного сечения пучка, недостаточно чув
ствительны к локальным неоднородностям ультразвукового пучка. В процессе оценки аппаратов для ультразвуко
вой терапии [9] было показано, что измерения площади поперечного сечения пучка, проводимые в соответствии с
методикой Федерального управления по контролю за продуктами илекарствами США (US FDA) (которая учитывает
вклад площадей с интенсивностью, превышающей 5 % максимальной интенсивности 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 г 17, где к = 2л/Х и а — геометрический радиус активного элемента ультразвукового преобразователя, исполь
зуемого в лечебной головке, показано на рисунке D.1. В этом распределении максимальное давление быстро
уменьшается сообразно расстоянию от рабочей 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 IEC, было
исследовано более подробно. На рисунке D.2 показаны изменения площади поперечного сечения пучка (по IEC)
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 до 5,5 мм. Из рисунка D.2 видно, что эффектив
ная 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 измерительной плоскости,
т. е. показанный на рисунке D.2 наклон кривых для определения FDA существенно больше, чем для
определения IEC. Из рисунка D.2 очевиден также более плавный характер кривых, определяемых IEC.
В физиотерапии используют лечебные головки различного диаметра и различной частоты со значениями ка
в диапазоне от 17 до 150. На рисунке D.3 показана зависимость площади поперечного сечения пучка от различных
уровней ее ограничения, построенная для некоторых лечебных головок со значениями ка, лежащими в этом
диа пазоне. И хотя значения ка различных лечебных головок существенно отличаются друг от друга, форма
соответ ствующих им графических зависимостей одинакова.
Нестабильность результатов измерения давления, вызванная тепловым дрейфом или неоднородностью
среды распространения, может проявляться как нестабильность пределов ограничения. Влияние такой нестабиль
ности результатов измерения давления на вычисляемую площадь поперечного сечения пучка является сложным и
сильно зависит от профиля ультразвукового пучка. Эффективная площадь излучения (по FDA) очень чувстви
тельна к этой нестабильности, так как сильно зависит от правильной оценки уровня одиночного максимума. Этого
не происходит для определения IEC, 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.
23