超声诊断设备的热指数、机械指数的定义和测量方法

　　1　前　言

　　迄今为止,由超声而引致生物效应公认的基本机理主要有两种:热学因素和力学因素。根据 AIUM/NEMA1998年修订的《Standard for real2time display of thermal andmechanical acoustic output indi2 ces on diagnostic ultrasound equipment》[1]和2001年颁布的IEC 6060122237标准《Particular requirements for the safety of ultrasonic medical diagnostic and mo2 nitoring equipment》[2]的要求,医学超声诊断设备和监视仪器要求提供与这些可能的生物效应有关的指示性声输出参量:热指数(TI)、机械指数(或称为力指数,MI)。JOHN G.ABBOTT 1999年系统地评述了MI和TI的原理和推导[3]。热指数TI被用来指示超声能量的吸收效应引致人体组织产生的温升。它其实是对简化的人体组织模型中可能产生的温升作一个大概的估计。其通用推导参数即通用热指数由下式定义:

　　根据对应人体组织模型的不同,TI有3种不同的表现形式:TIS(软组织热指数),TIB(骨热指数), TIC(颅骨热指数)。而机械指数MI被用来指示可能产生生物机械效应如空化效应的风险。下面我们将分别对MI和TI的基本原理和计算方法作个简单的介绍。

　　2　机械指数MI的基本原理和测量方法

　　机械指数MI是指相关生物机械效应的计算值,用来估量潜在的生物力学效应。超声波经过生物组织时产生的可压缩气泡周围的汽化现象和超声产生的空化气泡坍塌产生的能量释放等现象都是在实验中已被观察到的生物机械效应的例子。迄今为止,人们并没有观察到在典型的超声诊断设备声输出水平下对人体有明显的生物机械效应,但在其它动物和活体实验中发现某些医学超声诊断设备可能的声输出量级下有明显的生物机械学效应。虽然不能推断这些实验结果一定也可以适用于人体,但是机械指数MI的意义在于它可以提示使用者或设备操作人员可能存在的生物机械学效应,并以数字的形式给以直观的提醒目前设备状态下产生这些效应可能性。在使用造影剂和对心脏、腹部进行扫描时,尤其要注意机械指数值的大小。目前的理论和实验结果还不能精确地确定可能导致生物机械效应所需的声输出条件。但是普遍认为峰值负声压增大时产生生物机械效应的可能性也随之增大。但生物机械效应的可能性却随工作频率的提高而降低。另外一个为医学超声界所公认的看法是:当声输出未达到一定量级时不会产生生物机械效应。这也就是所谓的阈值效应[4]。尽管有限的实验数据表明,产生生物机械效应的可能性和超声频率之间存在一个线性关系[5],但FDA和IEC的标准中选择了更加保守的算法:让MI值和频率的平方根成反比关系。按照IEC 6060122237标准规定,机械指数的测量可由下面的公式求得: