BS EN IEC 62127-1:2022

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Ultrasonics. Hydrophones – Measurement and characterization of medical ultrasonic fields

Published By	Publication Date	Number of Pages
BSI	2022	218

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Categories: 17.140.50 - Electroacoustics, BSI

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Description

IEC 62127-1:2022 is available as IEC 62127-1:2022 RLV which contains the International Standard and its Redline version, showing all changes of the technical content compared to the previous edition.IEC 62127-1:2022 specifies methods of use of calibrated hydrophones for the measurement in liquids of acoustic fields generated by ultrasonic medical equipment including bandwidth criteria and calibration frequency range requirements in dependence on the spectral content of the fields to be characterized. This document: – defines a group of acoustic parameters that can be measured on a physically sound basis; – defines a second group of parameters that can be derived under certain assumptions from these measurements, and called derived intensity parameters; – defines a measurement procedure that can be used for the determination of acoustic pressure parameters; – defines the conditions under which the measurements of acoustic parameters can be made using calibrated hydrophones; – defines procedures for correcting for limitations caused by the use of hydrophones with finite bandwidth and finite active element size, and for estimating the corresponding uncertainties. IEC 62127-1:2022 cancels and replaces the first edition published in 2007 and Amendment 1:2013. This edition constitutes a technical revision. This edition includes the following significant technical changes with respect to the previous edition. a) The upper frequency limit of 40 MHz has been removed. b) Hydrophone sensitivity definitions have been changed to recognize sensitivities as complex-valued quantities. c) Procedures and requirements for narrow-band approximation and broadband measurements have been modified; details on waveform deconvolution have been added. d) Procedures for spatial averaging correction have been amended. e) Annex D, Annex E and bibliography have been updated to support the changes of the normative parts.

PDF Catalog

PDF Pages	PDF Title
2	undefined
5	Annex ZA (normative)Normative references to international publicationswith their corresponding European publications
7	English CONTENTS
11	FOREWORD
13	INTRODUCTION
14	1 Scope 2 Normative references
15	3 Terms and definitions
17	Figures Figure 1 – Schematic diagram of the different planes and lines in an ultrasonic field
31	Figure 2 – Several apertures and planes for a transducer of unknown geometry
34	Figure 3 – Parameters for describing a focusing transducer of known geometry
37	4 Symbols
39	5 Measurement requirements 5.1 Requirements for hydrophones and amplifiers 5.1.1 Preface 5.1.2 General
40	5.1.3 Sensitivity of a hydrophone 5.1.4 Directional response of a hydrophone 5.1.5 Effective hydrophone size 5.1.6 Choice of the size of a hydrophone active element
42	5.1.7 Bandwidth
45	5.1.8 Linearity 5.1.9 Hydrophone signal amplifier 5.1.10 Hydrophone cable length and amplifiers
46	5.2 Requirements for positioning and water baths 5.2.1 General 5.2.2 Positioning systems
47	5.2.3 Water bath
48	5.3 Requirements for data acquisition and analysis systems 5.4 Recommendations for ultrasonic equipment being characterized 6 Measurement procedure 6.1 General
49	6.2 Preparation and alignment 6.2.1 Preparation 6.2.2 Aligning an ultrasonic transducer and a hydrophone 6.3 Measurement 6.4 Analysis 6.4.1 Corrections for restricted bandwidth and spatial resolution 6.4.2 Uncertainties
50	7 Beam characterization 7.1 General Tables Table 1 – Acoustic parameters appropriate to various types of medical ultrasonic equipment
51	7.2 Primary pressure parameters 7.2.1 General Figure 4 – Schematic diagram of the method of determining pulse duration
52	7.2.2 Peak-compressional acoustic pressure and peak-rarefactional acoustic pressure 7.2.3 Spatial-peak RMS acoustic pressure
53	7.2.4 Local distortion parameter 7.3 Intensity parameters derived from acoustic pressure 7.3.1 General
54	7.3.2 Intensity parameters using pulse-pressure-squared integral
57	8 Requirements for specific ultrasonic fields 8.1 General 8.2 Diagnostic fields 8.2.1 Simplified procedures and guidelines 8.2.2 Pulsed wave diagnostic equipment
58	8.2.3 Continuous wave diagnostic equipment
59	8.2.4 Diagnostic equipment with low acoustic output 8.3 Therapy fields 8.3.1 Physiotherapy equipment
60	8.3.2 High intensity therapeutic ultrasonic fields 8.3.3 Non-focused and weakly focused pressure pulses 8.4 Surgical fields 8.4.1 Lithotripters and pressure pulse sources for other therapeutic purposes
61	8.4.2 Low frequency surgical applications 8.5 Fields from other medical applications 9 Conformity statement 9.1 General 9.2 Maximum probable values
62	9.3 Sampling
63	Annexes Annex A (informative) General rationale
65	Annex B (informative) Hydrophones and positioning B.1 General B.2 Electrical loading considerations B.3 Hydrophone signal amplifier B.4 Hydrophone cable length and amplifiers
66	B.5 Transducer positioning
67	B.6 Alignment of hydrophones B.7 Water bath lining material B.8 Recommendations for ultrasonic equipment being characterized
68	B.9 Types of hydrophones B.9.1 Ceramic needle hydrophones B.9.2 PVDF needle hydrophones B.9.3 PVDF membrane hydrophones
69	B.9.4 Fibre-optic and optic hydrophones
70	B.9.5 Relative performance of different types B.10 Typical specification data for hydrophones Table B.1 – Typical specification data for hydrophones, in this case given at 1 MHz [69]
71	Annex C (informative) Acoustic pressure and intensity
72	Table C.1 – Properties of distilled or de-ionized water as a function of temperature [71]
73	Annex D (informative) Voltage to pressure conversion D.1 General
74	D.2 Hydrophone deconvolution procedure
75	D.3 Converting the data between double-sided and single-sided spectra Figure D.1 – A flow diagram of the hydrophone deconvolution process
76	Table D.1 – Method of conversion from a double- to a single-sided spectrum Table D.2 – Method of conversion from a single- to a double-sided spectrum
77	D.4 Use of hydrophone calibration data D.4.1 Calibration data interpolation D.4.2 Calibration data extrapolation
78	D.4.3 Regularization filtering
79	D.5 Implication of the hydrophone deconvolution process on measurement duration Figure D.2 – Example of waveform deconvolution
80	D.6 Validation of deconvolution implementation
81	Annex E (informative) Correction for spatial averaging E.1 Linear and quasilinear fields
83	E.2 Linear fields, quasilinear fields, and broadband nonlinearly distorted waveforms
86	Annex F (informative) Acoustic output parameters for multi-mode medical ultrasonic fields in the absence of scan-frame synchronization F.1 General F.2 Current philosophy
87	F.3 Need for an alternative approach F.4 Proposed approach F.4.1 Alternative philosophy Table F.1 – Main basic parameters defined in this document or in IEC 61161
88	F.4.2 Alternative parameters Table F.2 – List of parameters that are to be used or are to be deleted
89	F.5 Measurement methods F.5.1 General F.5.2 Peak pressures F.5.3 Temporal-average intensity
90	F.5.4 Frequency F.5.5 Power F.6 Discussion F.6.1 Relationship to existing standards
91	F.6.2 Advantages F.6.3 Disadvantages
92	Annex G (informative) Propagation medium and degassing
93	Annex H (informative) Specific ultrasonic fields H.1 Diagnostic fields H.1.1 Useful relationships between acoustical parameters
94	H.1.2 Pulsed wave diagnostic equipment H.1.3 Continuous wave diagnostic equipment
95	H.2 Therapy fields H.2.1 Physiotherapy equipment H.2.2 High intensity therapeutic ultrasonic equipment H.2.3 Non-focused and weakly focused pressure pulses H.3 Surgical fields H.3.1 Lithotripters H.3.2 Low frequency surgical applications
96	Annex I (informative) Assessment of uncertainty in the acoustic quantities obtained by hydrophone measurements I.1 General I.2 Overall (expanded) uncertainty I.3 Common sources of uncertainty
98	Annex J (informative) Transducer and hydrophone positioning systems Figure J.1 – Schematic diagram of the ultrasonic transducer andhydrophone degrees of freedom
99	Annex K (informative) Beamwidth midpoint method Table K.1 – Decibel beamwidth levels for determining midpoints
100	Bibliography
109	Français SOMMAIRE
113	AVANT-PROPOS
115	INTRODUCTION
116	1 Domaine d’application 2 Références normatives
117	3 Termes et définitions
119	Figures Figure 1 – Schéma représentant les différents plans et différentes lignes d’un champ ultrasonique
133	Figure 2 – Ouvertures et plans différents pour un transducteur de géométrie inconnue
137	Figure 3 – Paramètres pour la description d’un transducteur focalisant de géométrie connue
140	4 Symboles
142	5 Exigences de mesure 5.1 Exigences relatives aux hydrophones et aux amplificateurs 5.1.1 Avertissement 5.1.2 Généralités
143	5.1.3 Sensibilité d’un hydrophone 5.1.4 Réponse directionnelle d’un hydrophone 5.1.5 Taille efficace de l’hydrophone 5.1.6 Choix de la taille de l’élément actif d’un hydrophone
145	5.1.7 Largeur de bande
148	5.1.8 Linéarité 5.1.9 Amplificateur de signal de l’hydrophone
149	5.1.10 Longueur du câble de l’hydrophone et amplificateurs 5.2 Exigences de positionnement et bains-marie 5.2.1 Généralités 5.2.2 Systèmes de positionnement
150	5.2.3 Bain-marie
152	5.3 Exigences liées aux systèmes d’acquisition et d’analyse des données 5.4 Recommandations concernant les appareils à ultrasons en cours de caractérisation 6 Mode opératoire de mesure 6.1 Généralités 6.2 Préparation et alignement 6.2.1 Préparation
153	6.2.2 Alignement d’un transducteur ultrasonique et d’un hydrophone 6.3 Mesurage 6.4 Analyse 6.4.1 Corrections de la largeur de bande limitée et de la résolution spatiale 6.4.2 Incertitudes 7 Caractérisation du faisceau 7.1 Généralités
154	Tableaux Tableau 1 – Paramètres acoustiques adaptés aux différents types d’appareils médicaux à ultrasons
155	7.2 Paramètres de pression principaux 7.2.1 Généralités Figure 4 – Schéma représentant la méthode de détermination de la durée d’impulsion
156	7.2.2 Pression acoustique de compression de crête et pression acoustique de raréfaction de crête 7.2.3 Pression acoustique efficace à la crête spatiale
157	7.2.4 Paramètre de déformation locale 7.3 Paramètres d’intensité dérivés de la pression acoustique 7.3.1 Généralités
158	7.3.2 Paramètres d’intensité utilisant l’intégrale de pression d’impulsion au carré
161	8 Exigences liées aux champs ultrasoniques spécifiques 8.1 Généralités 8.2 Champs de diagnostic 8.2.1 Modes opératoires simplifiés et lignes directrices
162	8.2.2 Appareil de diagnostic à ondes pulsées 8.2.3 Appareil de diagnostic à ondes entretenues
163	8.2.4 Appareil de diagnostic à faible émission acoustique 8.3 Champs thérapeutiques 8.3.1 Appareils de physiothérapie
164	8.3.2 Champs ultrasoniques thérapeutiques de haute intensité
165	8.3.3 Ondes de pression non focalisées et faiblement focalisées 8.4 Champs chirurgicaux 8.4.1 Lithotripteurs et sources à ondes de pression utilisés à d’autres fins thérapeutiques 8.4.2 Applications chirurgicales à basse fréquence 8.5 Champs provenant d’autres applications médicales 9 Déclaration de conformité 9.1 Généralités
166	9.2 Valeurs probables maximales 9.3 Échantillonnage
167	Annexes Annexe A (informative) Analyse raisonnée générale
170	Annexe B (informative) Hydrophones et positionnement B.1 Généralités B.2 Considérations relatives à la charge électrique B.3 Amplificateur de signal de l’hydrophone B.4 Longueur du câble de l’hydrophone et amplificateurs
171	B.5 Positionnement du transducteur
172	B.6 Alignement des hydrophones B.7 Matériau de revêtement du bain-marie
173	B.8 Recommandations concernant les appareils à ultrasons en cours de caractérisation B.9 Types d’hydrophones B.9.1 Hydrophones à aiguille céramique B.9.2 Hydrophones à aiguille PVDF
174	B.9.3 Hydrophones à membrane PVDF B.9.4 Hydrophones optiques et à fibre optique
175	B.9.5 Performances relatives des différents types d’hydrophone B.10 Données de spécification types pour les hydrophones
176	Tableau B.1 – Données de spécification types pour les hydrophones,dans ce cas données à 1 MHz [69]
177	Annexe C (informative) Pression et intensité acoustiques
178	Tableau C.1 – Propriétés de l’eau distillée ou déioniséeen fonction de la température [71]
179	Annexe D (informative) Conversion de la tension en pression D.1 Généralités
180	D.2 Mode opératoire de déconvolution de l’hydrophone
181	D.3 Conversion des données du spectre à double bande en spectre à une seule bande Figure D.1 – Organigramme du processus de déconvolution de l’hydrophone
182	Tableau D.1 – Méthode de conversion d’un spectre à double bandeen spectre à une seule bande
183	D.4 Utilisation des données d’étalonnage de l’hydrophone D.4.1 Interpolation des données d’étalonnage Tableau D.2 – Méthode de conversion d’un spectre à une seule bande en spectre à double bande
184	D.4.2 Extrapolation des données d’étalonnage
185	D.4.3 Filtrage de régularisation
186	D.5 Implication du processus de déconvolution de l’hydrophone sur la durée du mesurage Figure D.2 – Exemple de déconvolution de forme d’onde
187	D.6 Validation de la mise en œuvre de la déconvolution
188	Annexe E (informative) Correction de la moyenne spatiale E.1 Champs linéaires et quasi-linéaires
190	E.2 Champs linéaires, champs quasi-linéaires et formes d’onde à large bande et à déformation non linéaire
193	Annexe F (informative) Paramètres d’émission acoustique de champs ultrasoniques médicaux multimodaux en l’absence de synchronisation exploration-cadre F.1 Généralités F.2 Philosophie actuelle
194	F.3 Nécessité d’une approche alternative F.4 Approche proposée F.4.1 Philosophie alternative Tableau F.1 – Principaux paramètres de base définis dans le présent document ou dans l’IEC 61161
195	F.4.2 Paramètres alternatifs Tableau F.2 – Liste des paramètres qui doivent être utilisés ou supprimés
196	F.5 Méthodes de mesure F.5.1 Généralités F.5.2 Pressions de crête
197	F.5.3 Intensité dérivée de la moyenne temporelle F.5.4 Fréquence F.5.5 Puissance
198	F.6 Discussion F.6.1 Relations avec les normes existantes F.6.1.1 IEC 61157 F.6.1.2 IEC 62359 et IEC 60601-2-37 F.6.2 Avantages
199	F.6.3 Inconvénients
200	Annexe G (informative) Milieu de propagation et dégazage
201	Annexe H (informative) Champs ultrasoniques particuliers H.1 Champs de diagnostic H.1.1 Relations utiles entre les paramètres acoustiques
202	H.1.2 Appareil de diagnostic à ondes pulsées
203	H.1.3 Appareil de diagnostic à ondes entretenues H.2 Champs thérapeutiques H.2.1 Appareils de physiothérapie H.2.2 Appareils ultrasonores thérapeutiques de haute intensité
204	H.2.3 Ondes de pression non focalisées et faiblement focalisées H.3 Champs chirurgicaux H.3.1 Lithotripteurs H.3.2 Applications chirurgicales à basse fréquence
205	Annexe I (informative) Évaluation de l’incertitude dans les grandeurs acoustiques obtenues par suite des mesurages de l’hydrophone I.1 Généralités I.2 Incertitude (élargie) globale I.3 Sources communes d’incertitude
207	Annexe J (informative) Systèmes de positionnement du transducteur et de l’hydrophone Figure J.1 – Schéma représentant les degrés de liberté du transducteur ultrasonique et de l’hydrophone
208	Annexe K (informative) Méthode du point médian de largeur de faisceau Tableau K.1 – Niveaux de largeur de faisceau en décibel pour déterminer les points médians
209	Bibliographie

Additional information

Status	Definitive
Pages	218
Publication Date	2022-08-24
ISBN	978 0 580 99238 4
Standard Number	BS EN IEC 62127-1:2022
Title	Ultrasonics. Hydrophones – Measurement and characterization of medical ultrasonic fields
Identical National Standard Of	EN 62127-1 Ed.2.0, IEC 62127-1 Ed.2.0
Replaces	BS EN 62127-1:2007+A1:2013
Descriptors	Acoustic measurement, Piezoelectric devices, Test equipment, Acoustics, Measurement characteristics, Medical equipment, Hydrophones, Ultrasonic devices, Liquids, Ultrasonic frequencies, Ultrasonic medical apparatus, Ultrasonics, Radiology apparatus (medical)
Publisher	BSI
Committee	EPL/87
ICS Codes	17.140.50 - Electroacoustics

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