本标准规定了超声仿组织材料声学特性参数的测量方法。本标准适用于超声仿组织材料密度及其在１ ＭＨｚ～１０ ＭＨｚ频率范围内声速、声衰减系数和背向散射系数的测量，该类材料主要用于制作超声体模。 本标准代替ＧＢ／Ｔ１５２６１—１９９４《超声仿人体组织材料声学特性的测量方法》。本标准与ＧＢ／Ｔ１５２６１—１９９４相比主要变化如下：———标准的中英文名称更为规范；———对测量设备和样品技术要求的表述更为严密细致；———与国际惯例相一致，测量采用的标准温度条件由２５℃改为２３℃；———密度测量改用ＧＢ／Ｔ４４７２—１９８４中的浮力法和容量瓶法；———声衰减系数的测量取消单样品法，改为仅用双样品法；———声衰减系数与频率关系的相关处理由一般直线拟合改为过坐标原点直线拟合与曲线拟合两种；———增加了背向散射系数测量的内容；———对声速和声衰减系数测量增加了不确定度分析部分；———附录中增加了水的密度、声速和声衰减系数与温度关系的内容；———增加了参考文献部分。 GB/T 15261-2008 超声仿组织材料声学特性的测量方法 GB/T15261-2008 标准下载解压密码：www.bzxz.net

ICS 17. 140. 50
中华人民共和国国家标准
GB/T 15261--2008
代替GB/T15261—1994
超声仿组织材料声学特性的测量方法Measurement methods for acoustic properties of ultrasonicallylissue-mimicking materials
2008-01-22发布
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局中国国家标准化管理委员会
2008-09-01.实施
本标准代替GB/T15261—1994超声仿人体组织材料声学特性的测量方法》。本标与GB/T15261—1994相比主要变化如下：标准的中英文名称更为规范；
对测量设备和样品技术要求的表述更为严密细致；与国际惯例相一致，测量采用的标准温度条件由25℃改为23℃；密度测量改用GB/T4172-~1984中的浮力法和容量瓶法声衰减系数的测量取消单样品法，改为仅用双样品法；GB/T 15261—2008
声衰减系数与频率关系的相关处理由一般直线拟合改为过坐标原点直线拟合与曲线拟合两种；
增加了背向散射系数测量的内容；对声速租声衰减系数测量增加了不确定度分析部分：附录中增加了水的密度、声速和声衰减系数与温度关系的内容；增加了参考文献部分。
本标准的附录 A,附录 B、附录 C、附录 D、附录 E均是资料性附录。本标推由国家食品药品蓝督管理局提出。本标雅全国医用电器标准化技术委员会（SAC/TC10)归口。本标准起草单位：中国科学院声学研究所。本标准主要起草人：牛风肢,朱承纲、程洋。本标准于1994年肯饮发布。
1范围
超声仿组织材料声学特性的测量方法本标准规定了超声伤组织材料声学特性参数的测量方法GB/T 15261—2008
本标推适用于超声伤组织材料密度及其在1MHz10MHz频率范围内声速、声衰减系数和背问散射系数的测量，该类材料主要用于制作超声体模。2规范性引用文件
下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注H期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括期误的内容）或修订版均不适用于本标，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。GB3102.7—1993声学的量和单位GB/T39471996声学名词术语
GB/T44721984化工产品密度、相对密度测定通则YY/T0458—2003超声多普勘仿血流体模的技术要求（1EC61685：2001，MOD）3术语和定义
GB/T39171996中确立的以及下列术语和定义适用于本标准。3.1
超声仿组织材料ultrasonicallytissue-mimicking(TM）material在超声波传播特性方面模仿人体软组织的材料，简称TM材料。3,2
超声体模ultrasound phantom
模仿人体的某些超声传播特性，供做医用超声设备的性能测量及研究试验，或将被模拟的生理结构可视化的无源装置。
声衰减系数斜率slope or attenuation coefficient声衰减系数随频率的变化率。
单位：分贝每厘米兆赫兹，dB/(cm·MHs）。3.4
背向散射系数backscattering coefficient在与人射声波成180角的方向上，每单位体积和单位立体角的微分散射截面。单位：每厘米球面度，cm-1·sr-。4河盘原理
4.1密度测量
4.1.1概述
按形态学分类，超声仿组织材料可能是固休、凝胶体液体，而凝胶又有整体和散体之分，故其密度1
GB/T15261—2008
测量应综合采用GB/T4472一1984中所述容量瓶法和浮力法。对固体材料，一般采用浮力法，载质大多用蒸馏水，不宜用水时可改用其他液体。对水基整体凝胶材料，载质可以是与被测材料成分相同的水溶液，也可是适当的非水液体。对水基散体凝胶材料，宜采用广口容量瓶法。对液态超声仿组织媒质，宜采用传统（即玻璃制，磨口）容量瓶法。需要强调指出：
在浮力法中用作裁质的液体，不可使被测材料发生物理或化学变化；在浮力法中，若所用载质不是蒸馏水，其密度应采用容量瓶法予以标定；采用浮力法时，考虑到载质的密度既可能高于也可能低于被测材料，且为了不因夹持、挂钩等损伤样品，应将样品置于载样筐内；广口容量瓶和载样管的制作方法和要求参见附录A4.1.2采用浮力法时的计算
式中：
Po(po)
样品材料的度，单位为克都立方米（g/cml）：质）的密度，单位为克每立方厘米（g/cm）；蒸馅水（或真他液体载质
样品的质
载样筐
单位为克（g
，单位为克（，
品的总浮质量
载样筐
的滑质量，单位为
采用容量瓶送时的计算公式
式中：
样品材料的图度，单位为克每立方厘米（g）蒸馏水的密度
美位为克每立方厘米（
样品与容量瓶的总质量，单位为克（g）水与容量瓶的总质量单位为克（g）；（1)
空容量瓶的质量单位为克（g)。mo
蒸馏水的密度与温度的关系见附录B。若所用裁质不是蒸水，其密度标定也采用容量瓶法，计算也采用式(2)，此时p即为被标定载质的密度pe。4.2声速和声衰减系数的测量
4.2.1概述
声速和声衰减系数测量采用插入取代法。即在测试水槽中，将被测材料样品插在发射换能器与接收换能器之间的平面波声束路径上，令其取代相同长度的水，借助于样品插人前后声脉冲信号传播时间的变化求得该材料中声速，借助于插入不同厚度样品时接收信号幅度的变化求得该材料的声衰减系数，如图1所示，在配有恒温装置的水槽中充以除气蒸增水，接收换能器定位在发射换能器的近远场交界处，以避免声束扩展引起的修正。射频脉冲发生器以电脉冲激励发射换能器使之产生猝发音脉冲向水中辐射，由接收换能器接收并送至示波器显示，需要强调指出的是，当样品为水基（整体和散体）凝胶或液体时，应将其封装在圆筒状容器中，容器与声束轴垂直的端面应封以透声良好的薄膜。2
GB/T15261—2008
测量应综合采用GB/T4472一1984中所述容量瓶法和浮力法。对固体材料，一般采用浮力法，载质大多用蒸馅水；不宜用水时可改用其他液体。对水基整体凝胶材料，载质可以是与被测材料成分相同的水溶液，也可是适当的非水液体。对水基散体疑胶材料，宜采用广口容量瓶法。对液态超声仿组织媒质，宜采用传统（即玻璃制，磨口）容量瓶法。需要强调指出：
在浮力法中用作载质的液体，不可使被测材料发生物理或化学变化；在浮力法中，若所用载质不是蒸馅水，其密度应采用容量瓶法予以标定；采用浮力法时，考虑到载质的密度既可能高于也可能低于被测材料，且为了不因夹持、挂钩等损伤样品，应将样品置于载样筐内；广口容量瓶和载样管的制作方法和要求参见附录A。4.1.2采用浮力法时的计算
式中：
pw(po)
一样品材料的密度，单位为克每立方厘米（g/m），蒸馏水（或具他液体载质的密度，单位为克每立方厘米（/cm）；样品的质量，单位为克（g
载样筐
的总浮质量，单位为克（8）
载样筐的泽质量，单位为克（g）采用容量瓶法时的计算公式
式中：
样品材料度，单位为克每立方屋米（em）蒸馏水的密
单位为克每立方厘米（g/cm
样品与容量瓶的质量，单位为克（g）；水与容量瓶的总质单位为克（g）：空容量瓶的质量单位为克（g)。（1)
蒸馏水的密度与温度的关系见附录B。若所用载质不是蒸馏水，其密度标定也采用容量瓶法，计算也采用式(2)，此时p即为被标定载质的密度po。4.2声速和声衰减系数的测量
4.2.1概述
声速和声衰减系数测量采用插入取代法。即在测试水槽中，将被测材料样品插在发射换能器与接收换能器之间的平面波声束路径上，令其取代相同长度的水，借助于样品插入前后声脉冲信号传播时间的变化求得该材料中声速，借助于插人不同厚度样品时接收信号幅度的变化求得该材料的声衰减系数。如图1所示，在配有恒温装置的水槽中充以除气蒸馏水，接收换能器定位在发射换能器的近远场交界处，以避免声束扩展引起的修正。射频脉冲发生器以电脉冲激励发射换能器使之产生猝发音脉冲向水中辐射，由接收换能器接收并送至示波器显示。需要强调指出的是，当样品为水基（整体和散体）凝胶或液体时，应将其封装在圆筒状容器中，容器与声束轴垂直的端面应封以透声良好的薄膜。2
延迟敏发电路
时频脉冲发生器
除气燕水bzxZ.net
发射接能器
4.2.2声速测量
接收换能器
图1插入取代法测试原理图
声速测量一般采用单样品法，通过式(3)求出声速值：C
式中：
样品材料中声速，单位为米每秒(/s)；蒸馅水中声速，单位为米每秒(m/s)：d—样品厚度，单位为米（m)；
示波器
斑减器
成大器
GB/T 15261--2008
插入样品后引起的声脉冲传播时间变化（脉冲波形前，即时间缩短时取负值，脉冲波形后移，即时间延长时取正值），单位为秒(s）。蒸馏水的声c与温度的关系参见附录C。4.2.3声衰减系数测量
声衰减系数测量来用双样品法。当样品足够厚，与声束轴垂直方向两界面间不出现驻波，且不考虑水中声衰减的影响时，其声衰减系数按式(4)计算：20
log(A）
d,-α,
式中：
被测材料的声衰减系数，单为分员每厘来（dB/cm）山…较厚样品的厚度，单位为厘米(cm)：d一一较薄样品的厚度,单位为厘米(cm)：A}··插人较厚样品时接收信号幅度，单位为伏(V)：A，---插人较薄样品时接收信号幅度,单位为伏(V)。水中声衰减及其对样品声衰减系数测量的影响与修正,参见附录D和附录E。4. 3背向散射系数的测量
其原理和方法遵照YY/T0458—2003中规定。（4)
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5测量设备及样品要求
5.1测量设备
5.1.1游标卡尺
最小分度应不大于0.02mm。
5.1.2温度计
最小分度应达到0.1℃。
5.1.3天平
最大称量应不小于300g，感量应不大于0.01g。5.1.4射频脉冲发生器或发音信号发生器频率范围：1MHz~10MH
脉冲宽度：1μs~30
重复频率：50Hz~
年实可调，最大值不小
脉冲幅度（峰-峰值
帽度变化：士1%
5.1.5示波器
频带宽度：0~
灵敏度：优于
时间轴误差
幅度轴误差
5.1.6换能器
mvdiv;
Q3%：
一般采用具有西圆形辐射面的压电陶瓷换能器，其敏感元件的直径应远大广厚度（一般不小于其10MHz范围，可以用多对换能器实现。10倍），以满足辐射面点活塞振动的要求，工作频率在1MHz5.1.7水槽
水槽尺寸应足够
5.2样品
以保证槽壁的度射波不影响对直达脉冲的测量。横向尺寸应不小额能器有效直轻的两借和测量题率下限时的10个波长，厚度应不小于10个AN
波长。
6测量步骤
6.1密度测量
6.1.1非蒸馏水载质密度标定
6.1.1.1首先在精密天平上称取容量瓶的质量mo°6.1.1.2将蒸馏水装满容量瓶，插好瓶塞，拭干外壁，在天平上称取其总质量ml。6.1.1.3将蒸馏水倒出，在105℃恒温箱中烘干并冷却至室温，装满所选载质，插好瓶塞，拭干外壁，在天平上称取其总质量ma。
6.1.1.4按式(2)求出所选载质密度pe。6.1.2固体或整体凝胶型材料密度测量6.1.2.1首先将蒸增水或已作密度标定的液体载质装人适当容量的玻璃烧杯或有机玻璃圆筒，然后将按附录A所述方法制作的载样筐浸没于液面之下，并保证在天平开启时其顶部不会露出。6.1.2.2将载样筐上方的小钩挂在天平左盘上方的钩子上。升启天平，称取载样筐的浮质量m。6.1.2.3放下天平，将样品放入载样筐，升启天平，称取二者总浮质量m1。6.1.2.4取出样品，拭干表面液体，称取其质量mz。4
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6.1.2.5若载质为蒸馏水，其密度由附录B查取；若载质不是蒸馅水，则采用经标定获得的密度值，按式（1)求出样品密度
6.1.3散体凝胶型材料密度测量
将传统容量瓶改为按附录A制作的广口容量瓶，重复6.1.1.1至6.1.1.4各项步骤，按式（2)求出样品密度。必须注意：山于广口容量瓶系有机玻璃加工而成，不可烘烤而只能用风扇吹干或自然风干。6.1.4液体媒质密度测量
采用传统容量瓶，重复6.1.1.1至6.1.1.4各项步骤，按式（2)求出样品密度6.2声速测量
6.2.1将样品放人装有除气蒸馅水的测试水精中，保持温度起伏不超过士0.1℃，在预定温度（通常取在23℃土3℃范围内）恒定1h以上，使样品表面充分浸润且不附有气泡，用精密温度计测量水的温度。6.2.2开启测量仪器，预热30min。调节射频脉冲发生器的输出至适当幅度，观察示波器的波形显示，声轴对准，使第一次接收信导赠度为最大。6.2.3取用较窄的发射脉，使接收信号中央呈明显的极大值，用数享示波器测量其频率。6.2.4在发射-接收换能器之间声策路径上插人样品，调节示波器的扫描档和延迟触发，使样品插入前后接收信号波形的时间分辨率足够人6.2.5选择接收脉漫信号极大值峰尖或过零点作为标记位置，用示波器的电子游标测量样品插人前后的时间差t，并按4.2.
全中注释的原则确定其正负。
6.2.6用游标
6.2.7由附录
尺测出样品厚度d
出蒸馅水在测量所在温度下的声速6.2.8将相关数值代入式（3）求出样品中声速。6.3声衰减系数测量
6.3.1测量准备同5.2.1和6.
6.3.2调节射频脉冲发生器的输出使接收修号包含15~18个正弦波，并用数字示波器测量其频率f。
6.3.3在发射-接收费能器之间的声束路餐上插入较薄样品，调节射频脉冲发生器的输出，使接收信号幅度至满屏，然后美为较厚样品，读取两种情况下的接收信号幅度A.和A
6.3.4用游标卡人测出两个样品的享度d和d6.3.5将有关数值代（4），求出被测材料在孩频率下的声衰减系数，并在必要时就水中声衰减的影响进行修正，其方法和原则见附录D和附录E。6.3.6在必要时，可以以为自变量，α为因变量，进行过坐标原点直线拟合，即α-α
以求取声衰减系数斜率α。，也可进行曲线拟合，即α=af
以求取其系数α。和指数n。
6.4背向散射系数测量
测量操作和数据处理方法遵照YY/T04582003中规定。7声速和声衰减系数测量的不确定度7.1声速测量的不确定度
（5）
由式（3）可见，由于水中声速值系由公认文献查得，可视为常数，故声速测量的不确定度实际上取决于样品厚度和其插人前后时移二者的测量不确定度。再者，由误差传递关系可以证明，样品与水之声连值越相近者，其测量的不确定度越小。据此，在确保获得足够接收信号幅度的前提下，应尽可能采用较厚样品。以声速为1540m/s者为例，在23C时，样品厚度为5cm，插入前后时移为一1.067us，按照本5
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标准中规定的条件，声速测最的不确定度即为士0.099%。声衰减系数测量的不确定度
由式(4)可见，声衰减系数测量的不确定度取决于两个样品厚度和两个接收信号幅度测量的不确定度。再者，误差传递关系表明，声衰减系数越大者，其测量的不确定度越小。以声寇减系数斜率为0.7dB/(cm-MHz)者为例,在3.5MHz时，若样品厚度分别为1.5cm和3.0cm-接收信号幅度分别为8div和5.24div，按照本标准中规定的条件，则声衰减系数测量的不确定度为土4.0%。6
A.1载样筐
附录A
（资料性附录）
载样筐和广口容量瓶的结构与制作方法GB/T15261—2008
载样筐的基本结构如图A，1所示。其侧壁由塑料薄片围成，也可从现成的塑料瓶上截取，并开有供样品进出的口。上口和下口以尼龙线编织成网。下口的网上放置有高密度不锈材料制作的重块，以确保当样品密度低于载质时不使载样筐浮出液面。上国举以尼龙线并接有线套或金属小钩以便悬挂。CHINA
A.2广口容量瓶
图A1载样筐结构示意图
广口容量瓶是对玻璃制带磨口传统容量瓶的扩展。其本体与盖子的基本结构如图A.2所示，均系有机玻璃加工而成。本体肉摩为圆柱下接半球形，以防注入样品时窝存气体，容积不小于30cm。盖、本体的侧壁及底部最薄处尽度均不小于0.5cm。盖沿内径与本体外径呈滑配合。容量瓶本体
容量瓶盖
图A.2广口容量瓶的结构示意图
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温度T/C
密度p/蒸馏水的密度与温度的关系
0℃~100℃温度范围内除气蒸馏水的密度福度 T/C
密p/（kg/m*)
996,511
995,943
温度 T/C
密度p/（kg/m)）
990,626
温度T/C
附录C
（资料性附录）
蒸水的声速与温度的关系
0℃～100℃温度范围内除气蒸细水的声速表c.1
声速/(m/s）
1 402. 74
1 421. 96
1 462. 70
1 466. 25
温度T/℃C
声速c/(m/s)
1 485. 69
1 488. 63
1 491. 50
1 494. 29
1 504. 68
1 527. 49
温度 T/C
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声速c/(m/s）
1 532. 37
1 536. 72
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