您當(dāng)前的位置：首頁(yè) > 新聞 > 科研動(dòng)態(tài)

我國(guó)高頻超聲頻率上限提高12倍中國(guó)計(jì)量院建立高頻水聽(tīng)器校準(zhǔn)裝置為超聲應(yīng)用提供更準(zhǔn)的“尺子”

發(fā)布時(shí)間：2015-04-01 作者：來(lái)源：中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院瀏覽：1513

　　醫(yī)院的B超、血管心臟等臟器的超聲檢查，工業(yè)中超聲探傷、關(guān)鍵零部件的超聲無(wú)損檢測(cè)。超聲，在我們的生產(chǎn)生活中應(yīng)用廣泛。那么，超聲檢查的準(zhǔn)確度和分辨力是靠什么來(lái)保障的呢？怎樣才能提高呢？這就是中國(guó)計(jì)量院力聲所楊平團(tuán)隊(duì)目前研究工作的重要內(nèi)容。
　　最近，楊平團(tuán)隊(duì)在國(guó)際上首次一種采用全新的方法??激光外差法，建立高頻水聽(tīng)器校準(zhǔn)裝置，將我國(guó)高頻超聲測(cè)量的頻率上限由現(xiàn)有基準(zhǔn)的5MHz提高到60MHz，為超聲應(yīng)用提供標(biāo)準(zhǔn)更高、精度更準(zhǔn)的“尺子”
　　人們習(xí)慣上將頻率高于20kHz的聲波稱為超聲波，超聲因其指向性好，穿透能力較強(qiáng)，易于獲得較集中的聲能，被廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)診斷、治療以及工業(yè)檢測(cè)等領(lǐng)域。在醫(yī)學(xué)影像領(lǐng)域，超聲設(shè)備尤其是B超，因其無(wú)創(chuàng)、無(wú)痛、方便、直觀，已成為使用量最大、頻次最高、涉及人群最廣的設(shè)備之一。我國(guó)是全球最大的超聲診斷設(shè)備生產(chǎn)和使用國(guó)，超聲設(shè)備年產(chǎn)值達(dá)到百億元；在工業(yè)檢測(cè)領(lǐng)域，超聲檢測(cè)也是最主要的無(wú)損檢測(cè)技術(shù)之一。關(guān)鍵設(shè)備檢測(cè)，飛行器關(guān)鍵部件、半導(dǎo)體行業(yè)中高純度濺射靶材等高端制造業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量控制都離不開(kāi)超聲檢測(cè)。
　　在影響超聲診斷設(shè)備安全評(píng)估、性能評(píng)價(jià)的眾多因素中，高頻水聽(tīng)器是最為關(guān)鍵的器件。楊平介紹說(shuō)，高頻水聽(tīng)器其實(shí)就是一種在水里能聽(tīng)見(jiàn)聲音的高頻傳感器，能將水里的超聲信號(hào)接收并轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。高頻水聽(tīng)器的靈敏度準(zhǔn)確與否，對(duì)于保障超聲診斷設(shè)備的安全性、超聲治療設(shè)備的劑量準(zhǔn)確性至關(guān)重要，對(duì)于確定超聲換能器也就是人們常說(shuō)的超聲探頭參數(shù)、制訂檢測(cè)方案、定量評(píng)估檢測(cè)結(jié)果尤為重要。
　　在實(shí)際應(yīng)用中，超聲診斷、檢測(cè)的分辨力與介質(zhì)中的波長(zhǎng)密切相關(guān)，一般來(lái)說(shuō)，波長(zhǎng)越小，頻率越高，超聲波檢測(cè)的分辨能力越高。如1MHz的超聲波在人體中的波長(zhǎng)大約為1.5mm，而10MHz的超聲波在人體內(nèi)波長(zhǎng)大約為0.15mm，理論上可將檢測(cè)的空間分辨率提高10倍。
　　為了得到更高的診斷及檢測(cè)分辨力，目前用于眼科、皮膚及血管內(nèi)成像等檢查的超聲診斷設(shè)備工作頻率已達(dá)到40MHz甚至60MHz，因此相應(yīng)地對(duì)高頻水聽(tīng)器校準(zhǔn)頻率范圍提出了越來(lái)越高的要求。但我國(guó)原有的高頻水聲基準(zhǔn)頻率范圍為0.5MHz-5MHz，其頻率范圍已不能滿足國(guó)內(nèi)超聲相關(guān)企業(yè)的溯源需求，更不能滿足醫(yī)用超聲、高端裝備制造等行業(yè)的發(fā)展需求。我國(guó)高端的高頻水聽(tīng)器、超聲換能器基本都要到國(guó)外去溯源，不光成本高，而且每次都需要幾個(gè)月甚至一年的時(shí)間，嚴(yán)重制約了相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
　　為此，楊平團(tuán)隊(duì)于2009開(kāi)始了該方面的研究。經(jīng)過(guò)努力，課題組采用互易技術(shù)和激光外差技術(shù)兩種方法分別建立了我國(guó)高頻水聽(tīng)器校準(zhǔn)裝置，其中高達(dá)60MHz的激光外差校準(zhǔn)能力為國(guó)際上首次開(kāi)展。課題組利用激光外差技術(shù)開(kāi)展的高頻水聽(tīng)器校準(zhǔn)能力，頻率范圍為5MHz~60MHz，測(cè)量不確定度優(yōu)于16%(k=2)，校準(zhǔn)頻率范圍及不確定度水平步入國(guó)際第一梯隊(duì)。“原理正確，方法可行，結(jié)果可靠，不確定度水平達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平?！睂＜诣b定意見(jiàn)如是評(píng)價(jià)道。
楊平介紹說(shuō)，通過(guò)薄膜水聽(tīng)器的比對(duì)，課題成果的技術(shù)水平與此方面公認(rèn)技術(shù)能力最高的英國(guó)、德國(guó)“并駕齊驅(qū)”。同時(shí)，激光外差技術(shù)比英國(guó)、德國(guó)目前采用的激光零差技術(shù)具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，主要體現(xiàn)在：測(cè)量高頻聲壓的信息更豐富，聲壓的上限更高，各種系統(tǒng)效應(yīng)影響較小，修正帶來(lái)的不確定度較小等。此外，該技術(shù)有望為高強(qiáng)度聚焦超聲場(chǎng)中的焦點(diǎn)聲壓測(cè)量提供可行的技術(shù)手段。
　　業(yè)內(nèi)專家表示，高頻水聽(tīng)器校準(zhǔn)及超聲換能器聲場(chǎng)形態(tài)參數(shù)測(cè)量能力的建立，為我國(guó)醫(yī)用超聲、飛機(jī)制造、半導(dǎo)體靶材制造等產(chǎn)業(yè)提供頻率更高、量值更準(zhǔn)的測(cè)量校準(zhǔn)服務(wù)，為其設(shè)備研發(fā)、質(zhì)量控制提供更加精準(zhǔn)的技術(shù)支撐。