BOLETÍN INFORMATIVO DEL SISTEMA INTERAMERICANO DE METROLOGÍA - OEA INFORMATIVE BULLETIN OF THE INTERAMERICAN METROLOGY SYSTEM - OAS

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1 JUNIO 2011 JUNE 2011 BOLETÍN INFORMATIVO DEL SISTEMA INTERAMERICANO DE METROLOGÍA - OEA INFORMATIVE BULLETIN OF THE INTERAMERICAN METROLOGY SYSTEM - OAS DE ORGANIZACIÓN LOS ESTADOS AMERICANOS

2 DIRECTORIO DIRECTORY Presidente President José Dajes, INDECOPI, Perú Secretario Ejecutivo Executive Secretary Oscar Harasic, OEA / OAS Consejera Técnica Technical Advisor Claire Saundry, NIST, USA Comité Técnico Technical Committee Alan Steele, INMS-NRC, Canada (Coordinador / Chair) Claudia Santo, LATU, Uruguay (Vice-coordinadora/ Vice-chair) Coordinador del Comité de Desarrollo Profesional Professional Development Committee Chair Ignacio Hernández Gutiérrez, CENAM, Mexico Coordinador de la Fuerza de Tarea sobre Sistemas de Calidad Quality Systems Task Force Chair William Anderson, NIST, USA Coordinadora del Grupo de Trabajo sobre Sistemas de Calidad Quality Systems Working Group Chair Gabriela de la Guardia, CENAMEP, Panama Secretaria del SIM SIM Secretary Alicia Vilca Accinelli, INDECOPI, Perú COORDINADORES DE LAS SUBREGIONES SUBREGION COORDINATORS ANDIMET Juan Carlos Castillo Villarroel, IBMETRO, Bolivia CAMET Ileana Hidalgo López, LACOMET, Costa Rica CARIMET Robert Medford, GBS, Grenada NORAMET Katalin Decsky, NRC-INMS, Canada SURAMET Héctor Laiz, INTI, Argentina

3 PRESENTACIÓN INTRODUCTION En esta ocasión debuto como Presidente del SIM, recientemente electo, con los mayores deseos de trabajar por nuestra comunidad metrológica, tratando de estrechar cada vez más los lazos de integración y cooperación que siempre nos han caracterizado. INFOSIM se ha constituido como el mejor medio de difusión escrita para el SIM, transmite conocimientos y experiencias a través de la publicación de artículos técnicos así como también noticias del acontecer metrológico. Se está procurando que los temas abordados en el INFOSIM sean del interés de nuestra comunidad, y mejor aún si propician la sinergia entre sus miembros. Adicionalmente, es nuestra intención que el INFOSIM continúe constituyéndose como una opción competitiva para la publicación de resultados de proyectos de investigación y desarrollo, sin dejar de lado los fines de comunicación interna de nuestra comunidad algunos grupos lo han seleccionado para presentar públicamente los resultados de comparaciones entre laboratorios. En este número se encuentran experiencias sobre la implementación de patrones de tiempo, resultados de una evaluación metrológica a equipos ultrasónicos aplicados a la salud, y resultados experimentales dirigidos a validar la ampliación de las condiciones de operación de un puente termométrico. Como ya es una costumbre, la sección CRONO- SIM refresca partes de nuestra memoria, en esta ocasión uno de los primeros ejercicios de comparación entre laboratorios en América Latina. La sección NOTISIM despliega una muestra de nuestras actividades más relevantes. Los invito a continuar compartiendo sus logros y experiencias mediante el INFOSIM, nuestro boletín. Finalmente, espero que el pasado 20 de mayo, Día de la Metrología, haya propiciado la reflexión al celebrar 136 años de la firma del Tratado del Metro. This is my debut as President of SIM, recently elected, bringing my wishes to work in benefit of our metrological community, aiming to strength the integration and cooperation that has been always our feature. INFOSIM has become the best means for communicating by writing within SIM, it shares our knowledge and experiences through the published technical articles, as well as brings out the news on metrology issues. At building up the INFOSIM, it has been the intention to try topics of shared interests in our community, better yet, when they bring about synergy for collaboration and learning among the members. Furthermore, we are seeking to continue progressing on to get INFOSIM as a competitive option to publish research and development results, without disregarding the purposes of internal communication within the SIM some SIM working groups have already published intercomparison results in it. This issue contains experiences on the implementation of a time standard, the results of an metrological evaluation of ultrasound devices applied to the human health and the experimental results aimed to validate the enlargement of the operational conditions of a thermometrical bridge. As usual, CRONOSIM refreshes some of our memories, this time reminding us of one of the first laboratory intercomparisons in Latinamerica. NOTISIM displays a sample of our already numerous activities. So, let me renew the invitation to continue sharing your achievements and experiences in our bulletin, INFOSIM. Finally, I hope that last May 20th, the Metrology Day, has been full of thoughts during the celebrations after 136 years of the signature of the Treaty of the Meter. José Dajes i

4 Í N D I C E CONTENTS Presentación / Introduction José Dajes i Realización y mantenimiento de la hora UTC en Panamá. Raúl F. Solis y Luis A. Mojica 1 On-site performance and measuring capabilities of medical ultrasound devices Alfredo Elías-Juárez, Ana López-Sánchez and Rogelio Amezola-Luna 10 Evaluación de un puente termométrico de resistencia a diferentes presiones atmosféricas Diego Almeida 20 CRONOSIM 23 NOTISIM 29 ii

5 REALIZACIÓN Y MANTENIMIENTO DE LA HORA UTC EN PANAMÁ Raúl. F. Solís, Luis. A. Mojica Centro Nacional de Metrología de Panamá AIP, Ciudad del Saber, Panamá. rsolis@cenamep.org.pa, lmojica@cenamep.org.pa Resumen Como parte de una estrategia de lograr el reconocimiento internacional desde el punto de vista metrológico a corto plazo, el Centro Nacional de Metrología de Panamá (CENAMEP AIP), adquirió dos patrones de Cesio 133, lo cuales se han venido comparando mediante la red de posicionamiento global (GPS) desde el año La realización local del UTC, llamada UTC(CNMP), es realizada cada segundo por los 365 días del año de manera ininterrumpida con los más de 70 laboratorios de tiempo y frecuencia alrededor del mundo, y es coordinada por el Buró Internacional de Pesas y Medidas (BIPM), y de manera regional el Sistema Interamericano de Metrología (SIM). Keywords: UTC(CNMP), Panamá, CENAMEP, Metrología de Tiempo y Frecuencia. 1. INTRODUCCIÓN Desde 1970, llegó la era atómica del tiempo con la definición del segundo en base a la transición atómica del átomo de Cesio 133 [1]. Con esta nueva definición del segundo, se establece el Tiempo Atómico Internacional (TAI) y con ello la base del Tiempo Universal Coordinado conocido como UTC, el cual es coordinado por el BIPM mediante la implementación de una escala de tiempo ponderada de la comparación vía vista común (Figura 2) de las señales de tiempo de los distintos laboratorios participantes los cuales se denominan como UTC(k). Esta comparación está incluida en el Arreglo de Reconocimiento Mutuo (MRA) [2]. En Panamá, la realización del tiempo atómico se introdujo al adquirir dos patrones de Cesio 133 de bajo desempeño en septiembre del año 2003, bajo la administración de la Secretaría de Ciencia, Tecnología e Innovación (SENACYT), la cual pensando que la introducción de una referencia de tiempo de alta estabilidad sería de gran importancia estratégica para un país cuyo crecimiento económico estaba basado en la prestación de servicios. Figura 1. Laboratorio de Tiempo y Frecuencia del CENAMEP AIP. Figura 2. Comparación por vista común. 1

6 En octubre de 2003, al designar un patrón como el reloj maestro y el segundo como el testigo, se procedió a reportar los resultados de las comparaciones realizadas [3] a través del sistema Time Transfer System (TTS-2) a la Sección de Tiempo del BIPM. Pero por la falta de experiencia en el manejo de estos equipos, la realización y el mantenimiento se basó únicamente en mantener la estabilidad de UTC(CNMP) y no su exactitud, ya que como el resultado de las comparaciones se obtenían una vez al mes mediante la Circular T se requería de un trabajo de predicción del comportamiento de la señal más avanzado del que se poseía, por lo que se acumularon hasta noviembre de 2006 cerca de ns (figura 3). Ya en el año 2009, el Ministerio de Comercio e Industrias declara a los patrones atómicos que mantiene el CENAMEP como los Patrones Nacionales de Tiempo y Frecuencia (PNTF) de la República de Panamá [4]. Y en el año 2010 se declara la hora mantenida por ellos como la Hora Oficial del Gobierno Nacional [5]. Figura 3. UTC(CNMP) entre las fechas MJD (Día Juliano Modificado) y al Por el hecho de aportar a la realización de UTC (la cual solo se puede participar con patrones atómicos de Cesio o de mejor clase) y, además, de ser uno de los primeros laboratorio de tiempo y frecuencia de la región SIM en publicar sus Capacidades de Medición y Calibración o CMC [6], hizo que Canadá, Estados Unidos y México, invitaran a Panamá a formar parte de un nuevo sistema de comparaciones en tiempo real en diciembre de 2005, donándole un receptor GPS multicanal, colocando a Panamá en el cuarto país en incorporarse al nuevo proyecto, el cual permitiría sincronizar los patrones de tiempo y frecuencia de todo el continente americano [7] sin importar su naturaleza (pudiendo incorporar patrones atómicos de rubidio y darle trazabilidad en la unidad del segundo a los laboratorios que no pudieran adquirir un reloj de Cesio) dentro del proyecto llamado SIM Time and Frequency Network (SIMTFN) [8]. Con este nuevo sistema, se podía obtener la diferencia de tiempo entre UTC(CNMP) y los laboratorios de la red en tan solo 10 minutos, a diferencia del mes que había que esperar para obtener los resultados en la Circular T (algo muy ventajoso si no se tiene mucha experiencia manipulando patrones atómicos ni escalas de tiempo). Esta ventajosa situación pudo hacer que se conocieran en corto plazo las características de estabilidad y exactitud, lo que permitieron realizar correcciones en la frecuencia del reloj maestro y mejorar los niveles de exactitud, pero pudiendo llegarse a sacrificar la estabilidad si la corrección es muy grande o se realizan en repetidas ocasiones en cortos plazos de tiempo. Al poseer los dos sistemas de comparaciones, el TTS-2 y el SIMTFN, y un historial de mediciones equivalente entre ambos sistemas (diferencias promedio de 10 ns), se pudo llegar a utilizar lo mejor de ambos sistemas de comparaciones. Utilizando el TTS-2 del BIPM se puede realizar comparaciones con los más de 70 laboratorios alrededor del mundo lo que permite obtener mejores lecturas de estabilidad a largo plazo (y la diferencia oficial entre UTC(CNMP) y el UTC que es la principal fuente de trazabilidad para laboratorios de tiempo y frecuencia que están dentro del MRA), y al utilizar el SIMTFN se puede seguir el comportamiento de UTC(CNMP), definida para la red como el SIMT(CNMP), para mejorar los niveles de exactitud a corto plazo usando la metodología de una red de comparación redundante y complementada, lo que mejora la participación de los laboratorios latinoamericanos que no tienen mucha experiencia en el área del mantenimiento del tiempo [9]. Gracias al los encuentros realizados y los talleres del grupo de trabajo de tiempo y frecuencia y al entrenamiento y apoyo que se le dio al personal técnico de CENAMEP por la división de tiempo y frecuencia del CENAM, se logró mejorar el conocimiento del uso del SIMTFN para mantener los patrones de tiempo y frecuencia, por lo que en noviembre de 2006 se procedió a realizar la primera corrección en 2

7 la frecuencia del reloj maestro para lograr reducir la diferencia de tiempo de UTC(CNMP), y así seguir lo recomendado por el BIPM de mantener una diferencia de tiempo menor a ±100 ns [10], posteriormente se han logrado realizar sucesivas correcciones para mantenerla lo más posible dentro de lo recomendado. 2. REALIZACIÓN Y MANTENIMIENTO DEL UTC(CNMP) Antes de iniciar los procesos de comparaciones en 2003, se procedió a establecer las coordenadas geográficas de la ubicación la antena del receptor GPS multicanal para realizar las comparaciones por vista común mediante GPS y, cuyas coordenadas fueron: Latitud: 9º 0 13,3087 Norte Longitud: 280º 24 56,4097 Este Altitud de la antena: 36,00 m. Una vez establecidas las coordenadas geográficas e instalando la antena receptora GPS, se configuró el receptor con respecto a las coordenadas obtenidas (un error de 1 m representa un error de 3,34 ns en la medición). Después de configurar el receptor GPS, se procedió a sincronizar el reloj maestro con la señal de tiempo de 1 pulso por segundo (1 PPS) proveniente de un generador de tiempo y frecuencia disciplinado por GPS, cuya incertidumbre total (incluyendo antena, cables y procesamiento de la señal) era de ±110 ns. Una vez sincronizado el reloj maestro se procedió con su señal de 1 PPS a sincronizar el reloj testigo. Cuando ya se tenían el reloj testigo disciplinado, se procedió a conectar la señal de 1 PPS y la señal de 10 MHz al TTS-2, el cual ya había sido calibrado [11]. Los datos de las comparaciones con los satélites GPS se obtienen cada 7 días, las cuales son analizados antes de enviarlos al servidor de archivos de la Sección de Tiempo en el BIPM. De esta manera Panamá obtenía trazabilidad en tiempo y frecuencia de la realización primaria del segundo, con una diferencia de tiempo con respecto a UTC de manera acumulativa cercano a -10 ns/día, y una incertidumbre de tiempo de ±16,4 ns (k=2), por lo que oficialmente se reconocía la realización de UTC(CNMP) y su contribución con UTC y el Tiempo Atómico Internacional (TAI) frente al BIPM por parte de la República de Panamá, mediante el CENAMEP. Ya en el año 2006, al haberse inscrito en el apéndice C del BIPM, la CMC del CENAMEP en tiempo y frecuencia, se procedió a utilizar el sistema SIMTFN para establecer la forma en que se realizarían las correcciones directamente en la frecuencia del reloj maestro (permite correcciones de frecuencia con pasos de ±6,3x10-15 Hz/Hz) y su posterior seguimiento. Antes de realizar la corrección se sincroniza nuevamente el reloj testigo para poder rescatar la diferencia de tiempo en caso de algún contratiempo. Esta corrección se estableció la primera vez para disminuir la diferencia de ±6003,5 ns a un valor aproximado a 0 ns en un periodo de 30 días (figura 3). El valor utilizado para realizar dicha corrección se calculó utilizando el desvío fraccional de frecuencia mostrado en la siguiente relación: f f t t = (1). El resultado obtenido del valor de la pendiente fue de 197,5 ns/día y se estableció el Día Juliano Modificado (MJD) En el día MJD 54084, nuevamente utilizando la relación (1), se le ingresó una pendiente de -6,7 ns/día para estabilizar la diferencia de tiempo que mantenía y así estar dentro de la recomendación del BIPM para el mantenimiento de UTC. Todas estas correcciones se le informaron a la Sección de Tiempo del BIPM como parte de la responsabilidad del laboratorio frente al mantenimiento de las escalas de tiempo UTC y el TAI. Esta variación de frecuencia hizo que la estabilidad del reloj maestro frente al BIPM cayera (la predictibilidad del reloj desapareció). Esto es porque el algoritmo que calcula UTC es afectado por variaciones de tiempo tan grandes por lo que se le baja el peso ponderado para evitar causar alteraciones en la estimación de UTC. 3

8 Donde: 2 ( ) y : representa la varianza de Allan de la fase de la señal analizada en el tiempo de observación utilizado. N : representa el número de muestras utilizadas m : representa el factor de integración en el tiempo i x : representa la muestra de fase en la i-ésima posición Figura 4. Comportamiento de UTC(CNMP) desde su inicio el 10/02/2003 (MJD 52914) hasta el 07/27/2010 (MJD 55404). Con la diferencia de tiempo llevada a niveles aceptables, y después de corregir el error sistemático se procedió a establecer nuevamente la forma que se establecería las correcciones, las cuales serian llevadas para lograr la mayor relación entre la exactitud y la estabilidad del patrón para sostener la realización de UTC(CNMP). Estas correcciones se realizarían con la pendiente que mantuviera la diferencia de tiempo en un periodo de 20 días, cuando la diferencia de tiempo alcanzara cerca de los ±90 ns con respecto a UTC (Figura 4). En el momento en que se llegara a la diferencia de tiempo establecida, se procedería a realizar la corrección, siempre reportando a la Sección de Tiempo sobre cualquier cambio y siempre tratando que el valor no sobrepase el valor de ±2 ns/día (variación de frecuencia cercana a ±23x10-15 Hz/Hz). Con la implementación de este mecanismo se pretende sólo realizar correcciones cada 4 a 5 meses y lograr disminuir el nivel de la inestabilidad de la realización de UTC(CNMP), mientras se ponía en funcionamiento un generador de corrimiento de fase y frecuencia (básicamente aprender a utilizarlo correctamente). La evaluación de los resultados se realiza mediante la Varianza de Allan (relación 2) que brinda información sobre la estabilidad del reloj maestro, y la Desviación de Tiempo (relación 3) que nos permite obtener la información valiosa de la realización de UTC(CNMP), 2 y ( ) = 2 1 ( N 2m) 2 N 2m i= 1 ( x 2x x ) i+ 2m i+ 1m + i 2 (2) 2 2 ( ) MOD y 2 ( ) TVAR = (3) 3 Donde: TVAR 2 ( ) : representa la varianza de tiempo de la fase de la señal analizada en el tiempo de observación utilizado. 2 MOD y ( ): representa la varianza de Allan Modificada de la fase de la señal analizada en el tiempo de observación utilizado. Como la varianza de Allan y la varianza de Allan modificada difieren solamente por el promedio de los puntos m adyacentes, esto hace que cuando m=1 la varianza modificada de Allan coincida con la varianza de Allan [12]. Paralelamente a estas acciones, también se lleva a cabo un programa de verificaciones y registros mensuales de todos los componentes que actúan en la realización de UTC(CNMP) como es el caso de comportamiento electrónico de los patrones, receptores GPS, distribuidores de señales, cables y conectores, programas de captura y análisis de los datos y, también, el respaldo de energía de los equipos ya que una interrupción (caídas de voltajes, cables rotos, falsos contactos, pérdida de los datos de medición, etc.) en la continuidad de los datos, afecta la estabilidad de su desarrollo. 3. RESULTADOS Al aplicar las correcciones, se pueden apreciar mejoras en el desempeño del reloj maestro, y por consiguiente en la realización de UTC(CNMP). También se pudo lograr una disminución notable en la diferencia de tiempo UTC-UTC(CNMP), como se indica en la Tabla 1, lo que permitió determinar nuevas fuentes 4

9 de ruido en la señal (variaciones en la temperatura del laboratorio, posicionamiento de la antena GPS, interferencias de equipos de medición dentro del mismo gabinete que los de generación de señales, vibraciones mecánicas por la manipulación de los equipos y sistemas circundantes) las cuales se procedieron a minimizar (se instaló un nuevo sistema de aire acondicionado, se adquirió un nuevo gabinete para los equipos de medición y otro para los de generación y se procedió a limitar el acceso al laboratorio solamente para el personal del laboratorio de tiempo y frecuencia). Después de realizar las correcciones de la señal y las mejoras a la infraestructura del laboratorio, se pudo apreciar que la exactitud de la señal y su estabilidad a corto plazo mejoraban, aunque su estabilidad a largo plazo quedó comprometida con las correcciones que se le realicen al reloj maestro. Los resultados de estos análisis se muestran en la Tabla 1 y las Figuras 5 y 6, las cuales son comparaciones a 100 días en retrospectiva a partir del 1ro de octubre de cada año mencionado. Año Diferencia de tiempo con respecto al UTC [ns] f [Hz/Hz] f ,9-6,85E ,01 1,24E ,88 3,74E-15 Tabla 1. Evolución de UTC(CNMP) en tres diferentes años. Figura 6. Estabilidad de la señal de tiempo. 4. DISCUSIÓN En esta discusión podemos presentar, por los resultados obtenidos y lo expresado anteriormente, lo siguiente: 4.1 Influencias del entorno sobre la realización. A pesar de que el laboratorio se considera que está sobre el nivel del mar y sin demasiadas fuentes de perturbaciones en la gravedad (no hay grandes macizos montañosos cerca) las variaciones de temperatura y humedad afectan el desempeño de las mediciones a corto y largo plazo, tanto de los instrumentos dentro del laboratorio como de los que están expuestos a la intemperie. También las vibraciones mecánicas llegan a afectar la estabilidad (internamente los relojes atómicos mantienen cuarzos disciplinados en su interior) de la señal, por lo que el control del acceso del reloj maestro siempre debe estar restringido a personal competente en su manejo, alejados de cualquier influencia de transito (si están en un cuarto aparte de los servicios de calibración y diseminación mejor aún) y se debe utilizar todas las herramientas disponibles como es el caso de la automatización de la supervisión de los parámetros internos de cada equipo (temperatura interna de los patrones, condiciones de operación, etc.). 4.2 Competencias del personal del laboratorio Figura 5. Estabilidad de la frecuencia. La realización y el mantenimiento de la Hora Nacional, en conjunto con la prestación de servicios de calibración y diseminación de la Hora Nacional, hacen que se requieran altos niveles de conocimiento para poder llevar a cabo 5

10 estas tareas, y lastimosamente hasta que no se comenzaron a realizar estancias profesionales de varias semanas en laboratorios de primer nivel (octubre de 2006), no se puedo adquirir el conocimiento necesario para implementar un manejo adecuado de patrones atómicos y de los equipos que intervienen en la realización y diseminación de UTC(CNMP). Este conocimiento adquirido permitió elevar el nivel técnico del laboratorio al nivel que se requiere para el mantenimiento de los patrones atómicos y de los servicios que dependen de ellos. Esto quedó en evidencia cuando una de las señales de frecuencia de uno de los patrones comenzó a mostrar anomalías, lo que permitió tomar las acciones pertinentes para mantener la realización de UTC(CNMP). Por lo que la constante capacitación y comunicación con los pares en la región del SIM, como en las distintas regiones (incluyendo al BIPM) son necesarias para perfeccionar los conocimientos y generar nuevas soluciones a los problemas que se presentan, ya que por ser realizaciones primarias de la unidad, el nivel de conocimientos requeridos para el mantenimiento del tiempo es muy elevado, por lo que el estudio continuo es recomendado y si es posible, adquirir nuevos conocimientos más profundos en estudios doctorales. Como ejemplo de ello se puede apreciar la aplicación del conocimiento adquirido a lo largo de 7 años en las Figuras 7, 8, 9 y 10. Figura 8. UTC(CNMP) desde MJD hasta el MJD. Figura 9. UTC(CNMP) desde MJD hasta el MJD. Figura 7. UTC(CNMP) desde MJD hasta el MJD. Figura 10. UTC(CNMP) desde MJD hasta el MJD. 4.3 La supervisión continua es primordial. Por la naturaleza de las mediciones realizadas (cada segundo las 24 horas del día, los 365 días del año) es necesaria una completa 6

11 supervisión de todos los componentes involucrados. La automatización de todos los procesos debe darse para disminuir la incidencia de errores humanos, y darle una autonomía plena a los sistemas para así lograr mejoras en su desempeño. Estas automatizaciones deben realizarse de manera progresiva, modular y siempre validándolas, de manera que se complementen todos los elementos en un completo sistema de realización, supervisión y mantenimiento de manera optima e integral Las escalas de tiempo son el siguiente paso. Por lo visto y analizado, el paso más lógico que se debe implementar para mejorar el desempeño de la realización de UTC(CNMP) son las escalas de tiempo locales. Con la implementación de una escala de tiempo se pueden mejorar significativamente los parámetros de estabilidad, exactitud e incertidumbre de UTC(CNMP), ya que el nivel actual de mantenimiento y realización mantiene un piso que no puede ser superado sin excluir al componente humano, y sin el conocimiento de las estabilidades absolutas de cada patrón no se podrá lograr escoger cual realmente tiene mejor estabilidades a corto y largo plazo Se posibilita diseminar la hora de Panamá. Con toda esta información recopilada, se han podido desarrollar proyectos paralelos para diseminar la hora, como es el caso del reloj Web, la sincronización mediante el protocolo NTP y el Servidor de Tiempo por Voz (desarrollado en colaboración por el CENAM). De estos servicios de diseminación del tiempo se puede apreciar que han tenido un incremento significativo en su utilización ya que desde el año 2009 (cuyo alcance va desde marzo hasta diciembre y siendo el año en que se comenzaron a incorporar los servicios de diseminación de la hora), y comparándolos con los datos obtenidos solamente en el primer semestre de 2010, se ha tenido una evolución muy favorable del uso de estos servicios y que puede traducirse en un mayor impacto del laboratorio de tiempo y frecuencia en la sociedad y, por lo tanto, en la economía del país. Servicio de diseminación por Reloj Web (visitas) Variación % Voz (llamadas) % Red (pedidos de sincronización) % Tabla 2. Comparación del número de solicitudes en los servicios de diseminación de la hora. Esto trae como resultado la necesidad de mejorar las capacidades de mediciones y calibraciones del laboratorio de tiempo y frecuencia, mejorando los servicios actuales e incorporando nuevos servicios de calibración y pensando en nuevas maneras de lograr un mejor alcance en la diseminación de la Hora Oficial de Panamá. 4.6 Tiempos sincronizados, procesos optimizados. Al mantener UTC(CNMP) dentro de lo recomendado por el BIPM, se logra establecer una hora acorde con lo mantenido a nivel mundial (y más si estamos hablando de un mundo globalizado conectados a través del Internet, donde los tiempos de retraso en las comunicaciones están en el orden de los milisegundos), lo que hace que muchos de los procesos productivos de la República de Panamá se han podido beneficiar al poder acceder a una referencia de tiempo confiable y globalizada. Esto es apreciado en el caso del portal de licitaciones públicas Panamá Compras, el cual trabaja con tiempos fijos para tramitar los documentos físicos y electrónicos en los cuales los proveedores y oferentes de bienes y servicios nacionales como internacionales deben presentar sus ofertas y en el pasado había muchas impugnaciones al proceso de compra porque muchos de los proponentes aducían que mandaban los documentos en la hora estipulada (en Panamá es común tener variaciones hasta de 10 minutos entre personas y empresas). O en el caso del sistema judicial, el cual con la implementación del nuevo sistema acusatorio se dan términos de tiempo para exponer la información para tramitar los casos los cuales deben cumplirse o de lo contrario los casos se desestiman. También la 7

12 Superintendecia de Bancos normaliza los horarios de atención de la zona bancaria del país (una de las zonas bancarias más desarrolladas de Latinoamérica) y basa su hora con respecto a la hora generada por el CENAMEP. 5. CONCLUSIONES Desde el inicio de los reportes del laboratorio de tiempo y frecuencia del CENAMEP en 2003, se ha logrado mantener la realización de UTC(CNMP) cada vez más dentro de la recomendación del BIPM, primero en rangos de ±400 ns y posteriormente cuando se adquirieron nuevos conocimientos, dentro del rango de ±100 ns. También se logró disminuir la incertidumbre de la realización de UTC(CNMP) y se obtuvo reconocimiento internacional en el área de tiempo y frecuencia, como uno de los países latinoamericanos que han aportado al desarrollo del SIMTFN. Gracias a las auditorias realizadas por los colegas del NRC, NIST, CENAM y el ONRJ se ha logrado optimizar el programa de mantenimiento preventivo que permite disminuir la posibilidad de fallas en el sistema, lograr la mejora en la supervisión de los sistemas de generación, control y diseminación y lograr utilizar nuevas herramientas en el control de los datos obtenidos por la comparación internacional y la comparación local de los patrones. Esto ha permitido establecer confianza en los mecanismos de diseminación de la hora de manera nacional e internacionalmente. Como parte de los planes futuros para mejorar la realización de UTC(CNMP) se plantea relocalizar la antena GPS para lograr disminuir los rebotes de las señales y mejorar la visibilidad de los satélites. Además se planea para antes que finalice el año 2010 la incorporación de un generador de corrimientos de fase y de frecuencia (corrimientos de frecuencia por debajo de 1x10-16 Hz/Hz), y un comparador de fase de doble mezclado (resolución de 1 fs), con lo que se podrá establecer una escala de tiempo local que permitiría mejorar la relación entre la exactitud y la estabilidad de UTC(CNMP), disminuyendo aún más la incertidumbre, y permitiendo una futura creación de una escala de tiempo local conocida como el Tiempo Atómico de CENAMEP, el TA(CNMP), lo que permitirá ampliar la oferta de servicios a la industria, el sector educativo y gubernamental, y por supuesto al publico en general. 6. AGRADECIMIENTOS Se le agradece al Dr. José Mauricio López Romero, presidente del grupo de tiempo y frecuencia del SIM, por la revisión de este documento. 7. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] BIPM, 13o. Comité General de Pesas y Medidas, Por el cual se acoge la nueva definición del segundo, Resolución 1 del CGPM, 1967/68. [2] BIPM key comparison database, CCTF- K001.UTC: Calculation of the reference time scale UTC (Coordinated Universal Time), ongoing, [3] BIPM, Circular T, acceso electrónico de la base de datos, [4] Ministerio de Comercio e Industrias, Decreto Ejecutivo No.10 del 26 de enero de 2009 "Por el cual se declaran los Patrones Nacionales de la República de Panamá", Gaceta Oficial Nº 26219, Febrero de [5] Autoridad Nacional para la Innovación Gubernamental, Resolución No.7 del 31 de mayo de 2010 "Por medio de la cual se adopta la Hora Nacional de Panamá, según definición del CENAMEP AIP, como la hora oficial para todas las entidades del estado", Gaceta Oficial Nº A, Junio de [6] M. A. Lombardi, The SIM Time Network and its Contributions to Metrology in the Americas, Metrologist: NCSLI Worldwide News, pp , April [7] J. M. López-Romero, M. A. Lombardi, A. N. Novick, J-S. Boulanger, R. de Carvalho, R. Solis, and F. Jimenez, 2008, The SIM Network: Improved Time Coordination for North, Central, and South America, Proceedings of the 22nd European Frequency and Time Forum (EFTF), 9 pages, April

13 [8] M.A. Lombardi, A.N. Novick, J.M. López- Romero, F. Jimenez, J.S. Boulanger, R. Pelletier, R. de Carvalho, R. Solis, C. Donado, H. Sanchez, C.A. Quevedo, G. Pascoe, and D. Perez, The SIM Time and Frequency Network, INFOSIM, pp , December [9] Arias E.F., The Iberoamerican contribution to international time keeping, Rev. Mex. Astron. Astr. (Ser. Conf.), 2006, 25, [10] BIPM, Need to improve world-wide time coordination to UTC recommendation S5 (1993), Report of the Comite Consultatif pour la definition de la second (12th meeting-1993) to the Comite International des Poids et Mesures, [11] Lewandowski W., Tisserand L., Determination of the differential time corrections for GPS time equipment located at the OP, TCC, ONBA, IGMA and CNMP, Rapport BIPM- 2008/03, 18 pp. [12] Bregni S. Synchronization of Digital Telecommunications Networks. Italy: John Wiley & Son, LTD

14 ON-SITE PERFORMANCE AND MEASURING CAPABILITIES OF MEDICAL ULTRASOUND DEVICES Alfredo Elías-Juárez 1, Ana López-Sánchez 2 Rogelio Amezola-Luna 3 Centro Nacional de Metrología, 1 aelias@cenam.mx; 2 alopez@cenam.mx, 3 ramezola@cenam.mx Abstract: Medical ultrasound devices for gynaecology and physiotherapy applications, among many others, are considered very reliable and robust equipments; despite the large number of brands, models, type and number of transducers that commonly can be found in the market. However, it is not easy to find objective evidence to help discriminate among actual diagnostics, performance and measuring capabilities of current ultrasound devices used in local health care centres. In an attempt to gather some of such evidence, on-site measurements were taken in a sample of 198 ultrasound devices, 54 % used in medical imaging and 46 % used in physiotherapy treatments. Qualitative and quantitative results show that nearly 20 % of tested ultrasonic imaging machines may lead to false negative diagnostics when attempting to detect and measure relatively deep and small anechoic injuries, simulated via a rubber-based ultrasound phantom; on the other hand, 25 % of physiotherapy devices emitted an ultrasound power whose relative deviation respect to reference values given by a radiation force balance may eventually compromise the expected healing process of an ultrasound physiotherapy. It is claimed that medical ultrasound services in any country, or region, can be improved if calibrated medical ultrasound devices traceable to measurement standards of the international system of units (SI) are used in the respective health care processes. Key words: medical diagnosis, imaging ultrasound, ultrasound physiotherapy, metrology, calibration, quality assurance, metrological traceability and measurement techniques INTRODUCTION As eventual or actual patient needing health care services that require the use of some kind of ultrasound device, such as those used in imaging diagnosis or physiotherapy, one may wonder about the metrological support that is behind a given ultrasound machine, [1-4]. Medical ultrasound devices are used by physicians and health care professionals in a wide variety of applications, [5-7]. In order to set a general framework for this paper, perhaps valid to other regional metrology organizations (RMOs) and countries, the reader is advised to keep in mind the following ultrasound related issues: a) what medical physiotherapists or health care specialists do to verify or be confident that an ultrasound device works as it is expected [8-10], b) how national metrology institutes (NMIs), secondary laboratories and accreditation bodies interact with their corresponding medical community to support proper performance of ultrasound machines, and c) which SIM/RMO countries have current regulations, legal metrology programs and basic metrological infrastructure to calibrate medical ultrasound devices, so that metrological traceability to SI units is assured. On the other hand, it is convenient to point out that, as in the case of faulty vehicles or software releases with bugs, there have been instances where brand new ultrasound medical devices have unexpected deviations respect to their manufacturing specifications. That is, malfunctions or anomalous performance may lead to recalls of already sold medical devices in different countries. The U.S. Food and Drug Administration (FDA) keeps a database for recalls of medical devices. For example, from January 2003 to January 2011, FDA database records show that more than one hundred medical ultrasound device models have been recalled [11], showing a variety of well documented likely operation faults, meaning that there are thousands of medical ultrasound devices sold worldwide by top leading manufacturing corporations, with feasible non-conformance operations respect to their manufacturing specs; Table 1.1 briefly describes some reasons for recalled medical devices registered by the FDA. It shall also be remarked that health care professionals and medical specialists performing ultrasound examinations, or ultrasound physiotherapies, undergo a tight certification process within professional organizations. Requirements regarding quality

15 assurance programs, test procedures, practical guidelines and recommendations for quality control and safety operation have been developed internationally by the professional community. Organizations like the American Institute of Ultrasound in Medicine (AIUM), American College of Radiologist, The American Association of Physicists in Medicine, Society of Diagnostic Medical Sonography, and equivalent organizations in other countries provide many important references on ultrasound and its medical practice besides published standards from organizations like ISO and IEC. Table 1.1 Examples of FDA reasons when recalling medical devices, [11]. Reason for recall Software safety guard measures on the device malfunctioned to prevent the temperature from going over its limits when the device is used... The system has a software defect that affects the display of Estimated Fetal Weight (EFW) Growth Percentile result values... When using the combination of 2D-CRI and PW with a steered Doppler angle, the displayed velocity scale is incorrect. The consequence can be an underestimation of flow... Device may fail to administer therapy during use... # of devices 452 > However, quality control and quality assurance programs, [12-21], are two subjects for which physicians and health care professionals may have several alternatives to make sure a medical ultrasound device works as it should. Above issues are partially addressed in the following sections, whose main evidence was gathered during two on-site measurement studies; both performed in health care centres with a strong collaboration of the medical community set in the State of Querétaro (México). Before these studies, one of them addressing measurement capabilities of ultrasound machines for medical diagnostics and the other one about performance of physiotherapy ultrasound machines, little relevance had been given locally to metrology and calibration of medical ultrasound devices in the context of ISO/IEC [22] or ISO [23] requirements. On-site studies were carried out in the period between September 2009 and January 2011; accomplishing measurements on nearly 200 medical devices. 2. ULTRASOUND METROLOGY Ultrasound metrology is aimed to give the tools and measurement systems to help a physician or health care professional assure proper performance of their corresponding ultrasound machines. From a metrological point of view, international standards ISO/IEC (for calibration labs) and ISO (for medical labs) can contribute to strengthen the measurement support behind quality assurance (QAs) programs associated to medical ultrasound devices available in a given hospital or health care unit. Doing so would imply the systematic usage of ultrasonic measurement standards traceable to SI units, either via NMIs or accredited calibration laboratories, following applicable IEC standards developed for medical ultrasound devices. Fact is, up to May 2011, there are only 9 NMIs with approved calibration and measurement capabilities (CMCs) related to ultrasound metrology; for published CMCs regarding sound in water in BIPM s database [20], see Table 2.2. There may be a few more NMIs or research institutes with measurement infrastructure for ultrasound metrology; either at primary or secondary level that are not included in BIPM s database. Table 2.2 CMCs that match Acoustics, Ultrasound, Vibration, Sound in water, [24]. Country NMI RMO Canada NRC SIM China NIM APMP Germany PTB EURAMET Italy INRIM EURAMET Mexico CENAM SIM Russian Federation VNIIFTRI COOMET Turkey UME EURAMET United Kingdom NPL EURAMET United States NIST SIM Among common measurement standards to periodically verify performance of ultrasonic medical machines are: ultrasound phantoms for medical imaging, and portable radiation force balance to measure acoustic power emitted by ultrasound devices. A general and overly basic description is given next as part of a short background regarding ultrasound standards for on-site measurements. 11

16 2.1 Ultrasound phantoms A well known measurement standard for ultrasound medical imaging is the so called phantom, [20, 25-29]. In particular, medical physicists [30], physicians, sonographers, radiologists, and ultrasound technologists have done, over many years, a tremendous amount of work around ultrasound phantoms and what their acoustic properties should be. These reference materials (also known as test devices, tissue equivalent objects or reference phantoms) have been developed to simulate human tissues, from which it can be assessed the image quality of displayed mimicked anatomical features, as well as system parameters of a diagnostic ultrasound machine (also called scanner, imaging system or diagnostic unit). Just like in the case of ultrasound scanners, many different types of phantoms are commercially available, [25]. Medical organizations do recommend the use of phantoms to establish quality assurance programs for diagnostic ultrasound machines. Phantoms are the measurement standard devices used in routine quality assurance programs for ultrasound scanners; however, it is recommended to monitor periodically their acoustic properties and stable behaviour. 2.2 Acoustic output power Measurement of total emitted acoustic power of an ultrasonic transducer, also referred to as ultrasonic power, gives an indication of the amount of energy per unit of time emitted by such device. Ultrasonic power is one parameter, among several others, that should be determined for physiotherapy devices that emit ultrasonic waves according to IEC 61689:2007, [9]. When physiotherapy equipments use single plane unfocused circular transducers to generate static beams perpendicular to the face of its treatment head, measurement of total ultrasonic power can be straightforward, accomplished following IEC 61161:2006, [10], by means of a radiation force balance. For on-site measurements, a portable radiation force balance is a well suited and common travelling standard. Phantom s entry surface Ultrasound phantoms can be grouped in two classes, a) flow phantoms and b) image phantoms; which are useful to test Doppler measurement parameters and other medical imaging parameters, respectively. Acoustic properties such as sound speed and frequency dependent attenuation coefficient are among the most relevant specifications of an ultrasound phantom; besides its design and temperature range for stable storage and safe operation. Even though, as any reference material, it will eventually change, degrade and lose its acoustic properties. Horizontal Group Axial-Lateral Resolution Group Dead Zone Group Vertical Group Anechoic Targets for Linear Transducers Anechoic Targets for Convex Transducers 12 Commercial ultrasound phantoms found in the market generally specify sound speeds near m/s or near m/s. The latter being a sound speed lower than that of liver tissue, also known as soft tissue. Attenuation coefficients, in most cases, range from (0.5 to 0.7) db/cm/mhz. An ultrasound phantom, composed of either tissuemimicking or rubber-based material, contains several internal line target groups and anechoic target structures that attempt to simulate biological lesions. Figure 2.1 shows common group targets in an ultrasound phantom for medical imaging; where line and anechoic target groups may be used to determine dead zone, anechoic target detection, horizontal and vertical accuracy, and axial-lateral resolution. Figure 2.1 Common group targets in an ultrasound phantom for medical imaging. The phenomenon of radiation force, where ultrasonic waves propagate in water, causing a transfer of momentum to a target located in the beam path, is the basis used to achieve the measurement of total acoustic output power. The immersed target receives a force along the direction of propagation, so that the experienced force is proportional to the total acoustic power of the beam; care shall be taken to make sure the target is large enough to intercept the whole beam. For a perfectly reflecting target, under the assumption that a given transducer radiates plane waves, the ultrasonic power P, exerted

17 upon it, is directly proportional to the radiation force, F, as P = cf / 2cos 2 θ (1) where c is the sound speed in the medium, usually water, and θ is the angle between the propagation direction of the incident beam and the normal to the reflecting surface of the target. For a 45 cone angle, θ = 45, the expression simplifies to P = cf (2) In practice, the treatment head is positioned facing the apex of the cone and aligned perpendicularly to the base of the cone, so that incident ultrasound waves are reflected away from the acoustic beam axis, see Figure 2.2. a) b) Figure 2.2 Ultrasound power measurements via a radiation force balance: a) scheme, b) actual setup. A general requirement is that the target diameter shall be at least 1.5 times the diameter of the ultrasonic transducer under test. So that the whole beam is intercepted by the target of the radiation force balance; being able to provide reliable ultrasonic power measurements. Travelling measurement standards shown in this section were characterized and calibrated using traceable SI measurement standards. Traceability to ultrasound standards kept at CENAM is a very important asset in the onsite measurements described next. 3. ON-SITE ULTRASONIC STUDIES Two on-site measurement studies were carried out, in the State of Queretaro (Mexico), among health care professionals who routinely used ultrasound devices either for medical imaging or physiotherapy services; i.e., their expertise on ultrasound was well proven. Participation was free of charge and open to medical entities from both public and private sectors. 3.1 Measurements on imaging devices This on-site study about ultrasound medical imaging was carried out using a rubber-based ultrasound phantom as a reference standard; whose nominal sound speed and attenuation coefficient are, respectively, m/s and 0.5 db/cm/mhz at 23 C. Its internal line target groups and anechoic target structures are designed to simulate biological lesions or structures. Each participant performed measurements with his own ultrasound imaging machine. Environmental temperature and humidity conditions were monitored while performing measurements at each location. Lengths corresponding to size and depth of a set of pre-defined reflecting and absorbing targets were measured. Measurements taken on the ultrasound phantom were selected to quickly test several performance characteristics of an imaging system. Particular attention was given to test the following five parameters: measurement system accuracy, dead zone, axial resolution, depth of penetration and anechoic target detection. a) Measurement system accuracy. It was determined in two directions: transversely (lateral or horizontal) and axially (vertical). The lateral accuracy is the horizontal spacing between 2 consecutive line targets from the Horizontal Group, see Figure 2.1. The axial accuracy was determined through the measurement of a vertical distance from the entry surface; i.e., for convex transducers a vertical distance of 170 mm, corresponding to the depth of the farthest reflector of the Vertical Group was measured; while for linear and sector transducers, a vertical distance of 24.6 mm was measured instead, corresponding to the depth of the upper edge of the 10 mm diameter upper anechoic target. b) Dead zone. The closest line target from the Dead Zone Group to the phantom entry surface was identified, and its corresponding depth was measured. The nominal depth of the closest line target to the phantom s entry surface was 2 mm. c) Resolution. Capability to resolve or visualize two contiguous line targets of the Axial Resolution Group. That target group comprised 6 line targets with interval spacing from 5 mm down to 1 mm; with nominal steps of 1 mm. d) Depth of penetration. Maximum distance from the phantom s entry surface to last line target of the Vertical Group. Deepest line target was at 170 mm; from the entry surface. 13

18 14 e) Anechoic target detection. Diameter of anechoic targets. The diameters of nominal 10 mm, 8 mm and 4 mm anechoic targets of the Anechoic Groups were measured. Centers of these targets were located at depths of 30 mm and 130 mm from the entry surface. Each participant was asked to accomplish the above set of measurements using mainly a linear or a convex transducer; coupling and moving the transducer on the phantom s entry surface just on top of each target group. Image was frozen once internal artifacts were best defined; considering a vertical orientation respect to the transducer s contact position. Due to transducer and/or machine limitations in some instances, not all parameters were measured. 3.2 Measurements on physiotherapy units The reference standard used in this study was a portable radiation force balance (RFB) with operating range from 10 mw to 30 W, with an associated expanded uncertainty close to 8 % (coverage factor k=2) at ultrasound power levels equal or larger than 1 W. Depending on environmental conditions prevailing during measurements, such expanded uncertainty approached 5 % at power levels >1 W. Only ultrasonic physiotherapy equipment employing unfocused circular treatment heads (single plane transducers) were measured. Ultrasonic devices were operated in a continuous wave mode during measurements; although the device was switched ON and OFF on constant periods of operation. That is, acoustic power was measured in a sequence of OFF- ON-OFF events. The preferred operating frequency was 3 MHz, however, there were equipments in which this frequency was not available, alternatively an operating frequency of 1 MHz was chosen. During on-site measurements, each ultrasound physiotherapy device was configured to four different nominal values of ultrasonic power: 1 W, 5 W, output power corresponding to 1.5 W/cm 2, and maximum power. Such values were selected to obtain enough information about its operating behavior from a low power to the highest power that could be selected in the equipment. Deviations of actual output power from selected nominal values were determined. A computer interface was developed to automatically acquire readings of acoustic power from the radiation force balance. 4. RESULTS A total of 198 ultrasonic devices were measured on-site, [1]: 107 corresponding to ultrasonic medical imaging devices and 91 to ultrasonic physiotherapy devices. These were measured in 114 health care centers belonging to 18 municipalities of the State of Queretaro-Mexico. A participant s code was given to each of the ultrasonic devices that took part in the studies, as part of a local project on medical ultrasound metrology. The measurement deviations, associated to the different parameters defined on each study, are defined as d = mu _ m ref (3) where, d is the difference between an indication or measurement, mu, obtained from an ultrasound device and the corresponding reference value, m ref for a specific parameter. 4.1 Ultrasonic imaging devices In the case of length measurements performed with ultrasonic imaging devices, values were defined as the mean value of all measurements obtained by the participants, for each specific parameter; so that feasible effects or unwanted offsets because of the ultrasound rubber phantom s velocity, focusing effects, misalignment and other variables might be reduced. Measurements were performed using mainly linear and convex transducers, although in some cases also sector transducers were used. Figures and plot results for vertical and horizontal accuracy deviations obtained for linear transducers. In these, and following figures, each data point is shown with its corresponding measurement uncertainty estimation. A simple statistical analysis parameter to establish consistency among measurements is taken from the normalized error, defined as e u = m u m ref Um 2 + U 2 u m ref (4) where, if e u >1, particular results are taken as inconsistent; Um 2 u is the expanded uncertainty of the results for the participating ultrasound machine. Um 2 ref is the expanded uncertainty of the reference value.

19 Results for vertical and horizontal accuracies for medical imaging with linear transducers show that 37 % of them have a normalized error larger than 1; however, except for one data point in plots above, most of the deviations are within +/- 2 mm. Similar results were found for vertical accuracy deviations for imaging machines that used convex or sector transducers; although, as expected, larger measurement uncertainties were involved. Deviation from reference value (mm) Participant's code Figure Vertical accuracy deviation results from linear transducers. Dead zone measurements on ultrasound machines with multi-frequency capabilities improved their measurements; in such cases, even convex transducers were able to visualize the closest target, down at 2 mm, to the phantom s entry surface. 4 Measurements carried out to establish the depth of penetration of each imaging device are shown in Figure Because of a lower operating frequency, convex transducers were able to image deeper line targets in the ultrasound phantom. It was a surprise to find imaging devices with linear transducers capable of imaging line targets of the phantom deeper than 120 mm. A lower operating frequency or frequency changes are two feasible reasons that explain the relatively large dispersion in depth of penetration for linear transducers, from 50 mm to 170 mm, as well as the size of the transducer and number of elements. Maximum depth of penetration (mm) Convex Linear Participant's code Figure Maximum depth of penetration of participating ultrasonic imaging devices; results from convex and linear transducers are plotted. Deviation from reference value (mm) Deviation from reference value(mm) Participant's code Figure Horizontal accuracy deviation results for imaging devices with linear transducers. Resolution results from participating imaging machines and transducers are summarized in Table 4.1 on three resolution values (groups). Table 4.1 Axial resolution obtained for participating imaging devices. Resolution 1 mm. 2 mm. 3 mm. Linear transducers Convex transducers Sector transducers %, per group %, per group %, per group Participant's code Figure Results from imaging devices using a linear transducer to measure an anechoic target of 4 mm in 30 mm deep in the phantom. Anechoic target detection results show that imaging scanners using a linear transducer were capable of measuring a cyst-like target of 4 mm in diameter, located at 30 mm from the ultrasound phantom s entry surface, within a dispersion band of +/- 1 mm, see Fig As expected, imaging scanners using a convex transducer gave much larger dispersion results when measuring cyst-like targets located at 130 mm deep from the 15

20 16 phantom s entry surface. Dispersion band for anechoic targets of 8 mm and 4 mm in diameter are, in general, within +/- 4 mm, on both cases. Phantom s acoustic velocity [15] is one factor that may have adversely contributed to this larger dispersion; target diameters were measured vertically and horizontally. It shall be noted that nearly 25 % of imaging devices were not able to image the 4 mm anechoic target, Figs and Deviation from reference value (mm) Participant's code Figure Results from imaging devices using a convex transducer to measure an anechoic target of 8 mm in 130 mm deep in the phantom. Deviation from reference value (mm) Participant's code Figure Results from imaging devices using a convex transducer to measure an anechoic target of 4 mm in 130 mm deep in the phantom. 4.2 Ultrasonic physiotherapy devices Four nominal power values were measured on each ultrasonic physiotherapy device using the radiation force balance measurements as reference values. The criterion taken to determine if operating condition of a given physiotherapy device might compromise effectiveness of a given treatment was that, deviations between nominal values and reference values (considered these as the actual ultrasound powers being emitted) be larger than 40 %, in at least 3 out of the 4 ultrasound power values measured. That is, when deviations from the reference value in three output power levels become twice as large as the tolerance indicated in IEC 61689, a given ultrasound equipment is considered as not apt to assure effective treatments. A summary of measurement results from physiotherapy devices is shown in Table 4.2; noting that larger deviations were obtained on ultrasonic devices operating at 1 MHz, see Figures to Table 4.2 Physiotherapy devices with relative deviations larger than 40 %, with respect to m ref. Nominal output Number of ultrasound devices, % power At 3 MHz At 1 MHz 1 W 11.3 % 62.2 % 5 W 16.4 % W/cm % 40.5 % Maximum power 17.7 % 42.1 % Deviation from reference value (W) Deviation from reference value (W) Participant's code Figure Measurement results for physiotherapy devices operating at 1 W and 3 MHz Participant's code Figure Measurement results for physiotherapy devices operating at 1.5 W/cm 2 and 3 MHz. In general, 24 % of the total number of measured physiotherapy units (operating either at 1 MHz or 3 MHz) presented a deviation larger than 40 % in three of the tested ultrasound power levels. These ultrasound devices can be performing not quite as expected. Patients undergoing therapy with a malfunctioning ultrasound device may recover but, perhaps not because of the ultrasound treatment.