就《中國測試》雜志拒絕刊登異議文章致高潔院士的函

尊敬的高院士：
       您好！我是中國科學院聲學所研究員牛鳳岐，年紀比您稍小，但仍忙碌在科研一線。我的研究方向，1980年之前是水聲物理、材料、器件與工程；1980年之后是醫學超聲物理與工程、材料與器件、標準化與質量-計量檢測、醫療器械-計量器具法制監管。
       自年輕時起，我就養成了查文獻、看文獻的習慣，并堅持至今，大受其益，有了電腦和互聯網相助，更是如虎添翼。最近檢索文獻時，無意中看到了2009年9月，貴刊第35卷第5期刊登的鄢鈴、魏川、王雄飛三位撰寫的，題為“超聲波骨密度儀標準體模的研究”的文章(以下簡稱“鄢文”)。然拜讀之后發現，該文存在一系列基本概念和基本原理錯訛。
       因貴刊自我介紹說是“以追蹤測試領域學科發展前沿，闡釋測試理論方法和測試實踐應用之精髓為宗旨，是集國民經濟多行業、多領域、多學科測試技術特色為一體的權威性學術期刊”。還說，期刊先后被評定和收錄為：中國科技核心期刊、中國科技論文統計源期刊、中國期刊（光盤版）全文收錄期刊、中文科技期刊數據庫收錄期刊、中國期刊網全文收錄期刊、《萬方數據---數字化期刊群》全文收錄期刊、美國《化學文摘》（CA）收錄期刊、美國《劍橋科學文摘》（CSA）收錄期刊、波蘭《哥白尼索引》（IC）收錄期刊、俄羅斯《文摘雜志》收錄期刊。既然是學術刊物，而且那么有影響，按照國際上的傳統和規矩，基于“百家爭鳴”的精神，除刊載論文、報告之外，還應包括商榷、異議甚至學術批評性文字。對于發生于自己刊物所載文章中的學術問題，刊登異議甚至批評性文字是完全正常和責無旁貸的。如果拒絕刊登，以致迫使人家轉投其他刊物，甚至直接上網，恐怕并非刊物主辦者和領導者所愿。
       按照這一理解，我和學生們撰寫了題為“‘超聲波骨密度儀標準體模的研究’一文中的系列基本概念和基本原理問題”一文，并于5月9日通過電子信箱發給了貴刊編輯部。編輯部的回復是：

牛鳳岐：
       您好！來稿已收到，謝謝！經審閱，您的文章不太適合刊登在我刊正刊上，請問您是否愿意刊登增刊？如果愿意，我們將其再次送審，請回復，謝謝！

                                                                                                                                                                    2011-05-10

       應該說，“不太適合刊登正刊上”是毫無道理的，但轉念一想，只要肯登，增刊也行啊，于是答復同意刊登于增刊。不料，貴刊編輯部又復函稱：

牛鳳岐專家：
       您好！您于5月9日給我們編輯部發來的《“超聲波骨密度儀標準體模的研究”一文中的系列基本概念和原理性問題》一文，我們已認真拜讀，并轉予相關審稿專家。針對您文中所提出的中肯意見，我們在今后的審稿工作中會更加嚴謹。你們的關注與支持是我們前進的動力和源泉，我們將一直不懈努力地提高辦刊水平。
       感謝您在百忙之中撥冗賜見；但是很抱歉，這篇論文不太適合在我刊刊登，我們會虛心學習和接受您的建議。
       謝謝，祝好！
                                                                                                                                                                     2011-05-19

       既然“基層”如此態度，那我就只好找作為最高領導的您“上訪”了。隨信發去鄢鈴、魏川、王雄飛三位的文章和我們的異議文稿，請予定奪并回復。

                                                                                                                                               中國科學院聲學研究所     牛鳳岐
                                                                                                                                                                       2011-08-01



注：經確認，發給高院士的特快專遞信函已經有人簽收，但至今未見回復，只好將有關函件和文章內容上網，以便高院士一閱。因本網一次所發容量限制，文章公布在“儀器信息網”上，哪位量友有辦法，請將其轉載至本網。

替牛教授轉貼

附：被《中國測試》雜志拒絕刊登的稿件全文




                         “超聲波骨密度儀標準體模的研究”一文中的系列基本概念和原理性問題



                                                              牛鳳岐，朱承綱，程  洋

                                                (中國科學院聲學研究所，北京 100190)



       摘要：指出和分析了該文中的一系列基本概念和原理性錯訛，對所研制“骨密度體模”的實用價值提出了否定性意見。



       關鍵詞：超聲；骨密度儀；定量超聲(QUS)；骨密度體模



     Erroneous concepts and principles in the article“Study on standard phantom of ultrasonic bone densitometer”



                                                 NIU feng-qi，ZHU cheng-gang，CHENG yang

                       ( Institute of Acoustics，Chinese Academy of Sciences，Beijing 100190，China)



       Abstrct：This paper points out and analyses erroneous concepts in the article“Study on standard phantom of ultrasonic bone densitometer”.

       Key words：ultrasound；bone densitometer；quantitative ultrasound(QUS)；bone density phantom



1  引言

       2009年9月，《中國測試》雜志第35卷第5期刊登了由鄢鈴、魏川、王雄飛三位撰寫的，題為“超聲波骨密度儀標準體模的研究”的文章(以下簡稱“鄢文”)。然拜讀之后發現，該文存在一系列基本概念和原理性錯訛，特予指出，并期與作者及關心此類研究和成果應用的同道們商榷。

首先說，骨密度儀的英文名稱是“bone densitometer”，而QUS是quantitative ultrasound即“定量超聲”的縮寫。該文從摘要開始全文中都把QUS作為超聲骨密度儀的簡稱，顯然是不恰當的。其他問題，容后指出和分析。



2  骨密度儀的“密度”概念及其與骨質的相關性

       鄢文稱，“根據超聲波理論，傳播聲速與與物質的密度和彈性模量有直接關系，聲速與與密度的平方根成反比[C=(B/ρ) 1/2 ]。所以各廠家的QUS儀都給出了聲速(SOS)指標，而且有的只給出這一指標。”在這段敘述中，C，B和ρ分別代表聲速、彈性模量和密度，但原文中未作標注。

       在此，作者忽視了，物理學中的密度定義是“每單位體積的物質質量”，屬于“物理密度”；而各種骨密度儀所稱的密度均指礦密度，即單位體積骨骼內的礦物含量。對于均勻、各向同性物質，聲速、彈性模量和密度之間確實存在著C=(B/ρ)1/2的簡單關系，且縱波、橫波、拉伸波、彎曲波、扭轉波等各自對應不同的模量，有的關系式中還包括樣品的尺寸因素；對于非均勻和非各向同性物質，描述各參數之間關系的公式要復雜得多，絕非C=(B/ρ) 1/2所能涵蓋，但無論簡單還是復雜，都屬于直接相關。至于礦密度，它與骨骼整體的彈性模量和聲速之間并不存在可以用解析式ρ=B/C2表達的數學關系。醫學界之所以把聲速、衰減與礦密度聯系起來，僅僅是由于實驗發現存在趨勢上的一致性，屬于間接相關。



3   超聲骨密度儀的功用和設計原理

       鄢文稱，“根據傳播聲速和或聲強衰減變化情況，就像經典的X射線骨密度儀根據骨密度變化一樣，以診斷骨質疏松癥，預測骨折風險。”但實際情況是，從1998年美國FDA首次批準該類設備上市前注冊申請時就明確定位：它只是醫生診斷骨質疏松和估計患者骨折風險的一種輔助手段，僅用于初步篩查而非最終確診。按照國際公認，雙能X射線吸收計(DXA)依然是評估像絕經后婦女一類處危險(at-risk)人群的“金標準”，在缺乏經臨床證明的骨折的情況下尤其如此。人們之所以對超聲技術抱有興趣，主要是由于其廉價、便攜、無電離輻射，在預測骨折方面與DXA技術的發現有從弱到中等程度的相關性。

       在理論上，QUS技術根據的是(0.4～1.0)MHz頻段內聲速(SOS，單位m/s)和衰減變化。密度越高的骨頭，超聲波在其中傳播得越快。另一方面，當超聲波在骨頭中傳播時，會由于聲能損失而發生衰減。衰減與頻率關系的斜率(寬帶超聲衰減BUA，單位dB/MHz)的特點是，孔隙越多、微結構越欠完好的骨頭中，其值越低。而之所以采用BUA，是由于在所指頻段內，超聲衰減與頻率之間存在較好的近線性關系，否則是根本不能成立的。而且，超聲骨密度儀既不直接測量密度，也不是先行測量聲速和彈性模量，而后利用公式ρ=B/C2間接求出密度，而是利用透射法同時測量聲速和寬帶聲衰減，再換算為WHO規定的指數，并與儀器內儲存的“標準值”比較后給出診斷結論。

4  標準骨密度體模的價值和技術要求

       如上所述，超聲骨密度儀是通過測量骨頭(尤其是跟骨)的聲速和衰減并換算為相關參數實現診斷和預測的，故測量的準確與否即成為影響該類設備臨床有效性的關鍵環節，必須通過科學、實用和方便的方法加以檢測證實。眾所周知，在超聲診斷、監護設備中，對于數量最大、應用最為普遍的B超和彩超，其性能檢測分別采用的仿組織體模和多普勒體模與仿血流控制系統(血流儀測試臺)。關于這些檢測手段的結構形式和技術要求，已有相關的國家標準和醫藥行業標準予以規定，對其使用和管理也積累了比較豐富的經驗。故談到同為超聲診斷設備的骨密度儀的檢測時，人們自然想到了體模法。

       既然同屬無源性檢測手段，骨密度體模也應遵循對仿組織體模和仿血流多普勒體模類似的科學性-實用性要求，一是仿真，二是定量。所謂“仿真”是指，所用媒質的聲速和聲衰減斜率應該落在真實跟骨實測值范圍的中段，具有代表性；所謂“定量”是指，其宣稱的聲速和衰減斜率值必須經由權威部門(國內如中科院聲學計量測試站)采用標準化或公認方法檢測證實(標定)。對骨密度儀進行質量檢驗所要考察的，就是用它測得的聲速和衰減斜率值與標定值的差異，以判斷其可否用于臨床，或在必要時用做修正依據。這就是說，作為質量檢驗手段，并不要求用一臺或多臺骨密度體模覆蓋臨床所見的整個聲速、聲衰減斜率范圍，而只要求一組明白確定的權威性數值作為比照對象。與此相反，鄢文報告的所謂“超聲波骨密度儀標準體模”，一方面并無必要地搞了數個聲速值，另一方面卻把絕對不可缺少的聲衰減斜率甩掉，顯然是不符合上述原則和技術要求的。稱為“標準”而實不符名，是不會為界內行家們接受的。

5  聲學中的材料和聲速概念

       專業圈內都知道，制造超聲體模的標準傳聲媒質稱為“超聲仿組織材料”，即在所指超聲頻段內模仿人體組織聲速、衰減等特性的材料。人們同時也知道，它們無一例外都是復合材料。作為研制超聲體模的核心和關鍵環節，鄢文從材料下手是對的，問題在于：作者把聲學中的材料、聲速等基本概念完全搞錯了。

       在聲學工程中所用的無源類器件和部件中，既有單純材料、復合材料，也有結構。而復合材料與結構的區別就在于：當其中的不均勻性尺度(如填料的粒徑)小于(最好是遠小于)波長，從而在總體上可以視為均勻時，屬于復合材料；相反，當不均勻性尺度大于(甚至遠大于)波長，從而在總體上無法視為均勻時，則屬于聲學結構。聲速和聲衰減系數都屬于材料的特性參數，只有單純材料或復合材料才存在表征其聲學特性的聲速、衰減系數，是可以而且必須能夠切塊測量的，就像豆腐一樣，無論塊大塊小，都呈現其特有的性質。而鄢文中用聲速、厚度不同，尺寸遠大于波長的構件拼接起來，把毫無疑問屬于結構的東西稱為“復合材料”，并用總厚度除以總傳播時間，將所得商值稱為“聲速”的做法，在聲學上根本不能成立。雖然作者還進行了溫度和儲存等因素影響的實驗，但在把研究對象搞錯的前提下，這些“豐滿化”的工作都失去了意義。



6  作者所研制“標準體模”的實用價值

       如前所述，目前在國內醫學臨床上應用較多的所謂“超聲骨密度儀”并不是“跟骨聲速檢測儀”，而是通過對聲速和聲衰減斜率的測量，并將二者組合起來進行非聲學換算得出WHO所稱的骨質參數，再與設備數據庫所存“標準值”比較得出診斷結論的。故用于該類設備性能質量檢驗的專用體模，其傳聲媒質必須是均勻的單純或復合材料，必須提供經權威部門檢測確認的聲速和衰減斜率。如果像鄢文中報告的那樣，只管聲速，而且把材料和聲速概念、原理都搞錯了，這樣的“標準體模”是沒有實用價值的，絕對不可用于質量檢驗或計量檢定執法。



7  鄢文中的其他問題

7.1概念和術語

7.1.1傳播聲速

       聲學中的規范用語有“聲速”和“聲傳播速度”，并沒有鄢文中使用的“傳播聲速”一說。

7.1.2聲強衰減

       聲學中把聲波隨傳播而減弱的現象稱為“衰減”，描述單位距離上衰減量的參數稱為“衰減系數”。由于描述聲波強弱的參數有聲壓和聲強兩者，故道理上有聲壓和聲強兩種衰減系數，但聲學著述上給出的衰減系數值，除非特別指出，均指聲壓或稱幅度衰減系數。而骨密度儀使用的“寬帶超聲衰減(BUA)”，是在聲壓衰減量與頻率成直線關系情況下的斜率值，鄢文中將其稱為“聲強衰減”完全違背其原意。

7.1.3聲速與頻率的關系

       鄢文中說，“根據聲學原理，聲速不隨頻率而變”，但聲學中并不存在所稱的原理。實際情況是，有很多種媒質的聲速隨頻率而變，其中高分子材料和復合材料幾乎普遍具有此類特性。在聲學上，這種現象和特性稱為“頻散”。

7.1.4聲阻

       聲學參數中有聲阻、聲抗、聲阻抗、聲阻抗率、聲特性阻抗，作為描述材料聲學特性的重要參數，密度與聲速之乘積稱為“聲特性阻抗”，鄢文中一律將其稱為“聲阻”是錯誤的。

7.1.5插入取代法的適用對象

       插入取代法是在數百kHz以上頻段測量材料聲學特性的經典方法。即在液體(除特殊情況外均用水)媒質中，將被測樣品插在發射和接收換能器之間的聲傳播路徑上，依據插入前后聲傳播時間和信號幅度的變化求出樣品材料的聲速和衰減系數。在筆者起草的超聲仿組織材料(GB/T15261—2008)、醫用超聲耦合劑(YY0299—2008)和橡膠-塑料(GB/T18022—2000)聲學特性測量方法的國家或行業標準中，規定采用的都是此種方法。但其前提是，測量對象都應該是材料，而非結構。顯然，鄢文中引用GB/T15261—2008測量多層結構的所謂“聲速”是沒有意義的。

7.2商業性宣傳

       《中國測試》屬于學術-技術刊物，其中報告和討論的，應該僅限于學術、技術問題。但鄢文的“引言”中居然出現了“創收效益好，受醫院喜愛”這樣的話語，顯然有悖刊物性質和宗旨。

在學術上，應該百家爭鳴！

毛澤東在1957年的《關于正確處理人民內部矛盾的問題》中指出，“百花齊放、百家爭鳴的方針，是促進藝術發展和科學進步的方針，是促進我國的社會主義文化繁榮的方針。”

為專家們的嚴謹態度 所折服！

發表有爭議的文章應該是一種態度！！！

向牛教授學習！

堅持。向牛教授學習