Имитатор ультразвуковых томограмм внутренних органов

 

ИМИТАТОР УЛЬТРАЗВУКОВЫХ ТОМОГРАММ ВНУТРЕНаИХ ОРГАНОВ, содержащий строчный и кадровый синхронизаторы , генера тор первого строба, трехступенчатый блок задержки, первый и второй формирователи сигналов, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности воспроизведения амйлитуднык показателей томограъ, в него дополнительно введены генератор косинусоиды, генератор функций , генератор случайной последовательности импульсов , генератор шума, три схемы И, генераторы второго и третьего стробов, семиступенчатый блок задержки , коммутатор и блок управления, выход первого канала -которого соединен с левыми входами пятой и шестой ступеней семиступекчатого блока задержки, вторые входы которых подключены к первым входам его первой , третьей, четвертой и седьмой ступеней, а также к выходу генератора функций , выход генератора косинусоиды соединен с вторьми входами первой и седьмой ступеней семиступенчатого блока задержки, третьи входы которых подключены к выходу третьего канала блока управления , вход которого соеда«нен через первый формирователь сигналов с входом первой ступени трехступенчатого блока задержки и через последовательно соединенные кадровый синхронизатор, строчный синхронизатор и второй формирователь сигналов с четвертым входом первой ступени семиступенчатого блока задержки , выходы первой и седьмой ступеней которого подключены к первому и второму входам коммутатора, выходы (Л шестой и пятой ступеней - к первому с: и второму входам первой схемы И, выходы четвертой и третьей ступеней к первому и второму входам второй схемы И, а выход второй ступени через генератор случайной последовательности импульсов к генератору :л шума и к nepBCftjy входу третьей схеDP ЭО Х мы И, второй вход которой соединен через генератор первого строба с выходсм первой ступени трехступен3d чатого блока задержки, выход дторой ступени которого подключен через генератор второго строба к .третьему входу второй схемы И, а вьвсод третьей ступени - через генератор третьего строба к третьему входу нервоЙ схемы И, выход которой соединен с третьим входом коммутатора, четверrts и пятый входы крторого подключены к выходам второй и третьей схем И, при зтом вторые входы четвертой и третьей ступеней семисту

СОЮЭ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ ЕаЪЬЛИК . ()9) ())) 4(5)) А 61 В 8/14

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЖ36РЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3590787/28-13 (22) 16.05.83 (46) 07.05.85. Бюл. ¹ 17 (72) В.С. Бедненко (53) 615.47(088.8) (56) 1. Renter R. et а1 ))аг EchosimUlator, ein Funktiongenerator

1йг Messung relevanter Eigenschabten

von Ultraschalldiagnostik — Geraten.

Biomediz. Technik, v. 25, № б, 1980, р. 163-166.

2. Имитатор ультразвуковых томограмм Aloka . Проспект фирмы Aloka Япония, модель ССД-110С, 1982, с. 1-5. (54)(57) ИМИТАТОР УЛЬТРАЗВУКОВЫХ

ТОМОГРАММ ВНУТРЕННИХ ОРГАНОВ, содер.жащий строчный и.кадровый синхрониза" торы, генератор первого строба, трехступенчатый блок задержки, первый и второй формирователи сигналов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности воспроизведения амплитудных показателей томограим, в него дополнительно введены генератор косинусоиды, генератор функций агап )(()(, генератор

° 2 случайной последовательности импульсов, генератор шума, три схемы

И, генераторы второго и третьего стробов, семиступенчатый блок задержки, коммутатор и блок управления, выход первого канала которого соединен с первыми входами пятой и шестой ступеней семиступенчатого блока задержки, вторые входы которых подключены к первым входам его первой, третьей, четвертой н седьмой ступеней, а также к выходу генератора функций sin )г()(2, выход генератора косинусоиды соединен с вторыми входами первой и седьмой ступеней семиступенчатого блока задержки, третьи входы которых подключены к выходу третьего канала блока управления, вход которого соединен через первый формирователь сигналов с входом герной ступени трехступенчатого блока задержки и через последовательно соединенные кадровый синхронизатор, строчный синхронизатор и второй формирователь сигналов — с четвертым входом первой ступени семиступенчатого блока задержки, выходы первой и седьмой ступеней которого подключены к первому и второму входам коммутатора, выходы шестой и пятой ступеней — к первому и второму входам первой схемы И, выходы четвертой и третьей ступеней— к первому и второму входам второй схемы И, а выход второй стунени— через генератор случайной последовательности импульсов к генератору шума и к первому входу третьей схемы И, второй вход которой соединен через генератор первого строба с выходом первой ступени трехступенчатого блока задержки, выход второй ступени которого подключен через генератор второго строба к третьему входу второй схемы И, а выход .третьей ступени - через генератор третьего строба к третьему входу первой схемы И, выход которой соединен с третьим входом коммутатора, четвертьаг и пятый входы крторого подключены к выходам второй и третьей схем И, при зтом вторые входы четвертой и третьей ступеней сеинсту1153886 пенчатого блока задержки соединены с выходомвторого каскада блока управления, вход которого подключен к в торо1

Изобретение относится к медицинской технике, в частности к искусственным имитаторам ультразву-. ковых томограмм внутренних органов человека (печени, селезенки, почек), и может быть использовано для метрологического обеспечения ультразвуковых диагностических эхографов в процессе их. настройки и тарировки.

Известен имитатор ультразвуковых 10 томограмм внутренних органов, содержащий строчный синхронизатор с трех- ступенчатым блоком задержки (11.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является f5 имитатор, содержащий кадровый и строчный синхронизаторы с генератором первого строба, трехступенчатым блоком задержки и первым и вторым формирователями (2). 20

Недостаткам известных имитаторов является низкая точность измерений.

Целью изобретения является повы- шение точности воспроизведения 25 амплитудных показателей томограмм.

Поставленная цель достигается тем, что в имитатор ультразвуковых томограмм внутренних органов, содержащий кадровый и строчный синхронн- gp. заторы, генератор первого строба, трехступенчатый блок задержки, первый и второй формирователи сигналов, дополнительно введены генератор косинусоиды, генератор функций

sin X/х, генератор случайной последовательности импульсов, генератор шума, три схемы И, генераторы второго и третьего стробов, семиступенчатый блок задержки, коммутатор и блок управления, выход первого ка.нала которого соединен с первыми входами пятой и шестой ступеней семиступенчатого блока задержки, вторые входы которых подключены к первым входам его первой, третьей, четвертой и седьмой ступеней, а такму выходу генератора второго строба,а вход первого каскада подключен к второ.— му выходу генератора третьего строба.

Ю же к выходу генератора функции

sin К Х, выход генератора косинусои° Т ды соединен с вторыми входами первой и седьмой ступеней семиступенчатого блока задержки, третьи входы которых подключены к выходу третьего канала блока управления, вход которого соединен через первый формирователь сигналов с входом первой ступени трехступенчатого блока задержки и через последовательно соединенные кадровый синхронизатор, строчный синхронизатор и второй формирователь сигналов — с четвертым входом первой ступени семиступенчатого блока задержки, выходы первой и седьмой ступеней которбго подключены к первому и второму входам коммутатора, выходы шестой и пятой ступеней — к первому и второму входам первой схемы И, выходы-.четвертой н третьей ступеней к первому и второму входам второй схемы И, а выход второй ступени— через генератор случайной последовательности импульсов к генератору шума и к первому входу третьей схемы И, второй вход которой соединен через генератор первого строба с выходом первой ступени трехступенчатого блока задержки, выход второй ступени которого подключен через генератор второго строба к третьему входу второй схемы И, а выход третьей ступени - через гене ратор третьего строба к третьему входу первой схемы И, выход которой соединен с третьим входом коммутатора, четвертый и пятый входы которого подключены к выходам второй и третьей схем И, при этом вторые входы четвертой и третьей ступеней семиступенчатого блока задержки еоединены с выходом второго каскада блока управления, вход которого подключен к второму выходу генератора второго строба, а вход первого каска1153 да подключен к второму выходу генератора третьего строба.

На фиг. представлена структурная электрическая схема имитатора, на фиг. 2 — эпюры напряжений, поясняющие формирование одного кадра аналога ультразвуковой томограммы Ile чеки и характер изменения времени задержки схемами управления временем задержки, ка фиг. 3 — эпюры напря- !0 жений, показывающие формирование аналога томограммы при имитации изменений угла локации органа в пределах нескольких кадров изображекия (временной масштаб по, сравнению с фиг. 2 15 составляет 1:12); на фиг. 4 — эпюры, поясняющие формирование одной строки иэображения (временной масштаб по сравнению с фиг. 2 составляет 45:1); на фиг. 5 — вид сформированного с 20 помощью имитатора аналога томограммы печени на экране индикатора, подключенного к имитатору типового двухкоординатного ультразвукового эхолокатора в режиме секторного об- 25 зара.

Имитатор ультразвуковых томограмм внутренних органов содержит кадровый

1 и строчный 2 синхрокизаторы, генератор 3 первого строба, трехступенчатый блок 4 задержки, два формирователя 5 и б сигналов, генератор 7 косинусоиды, генератор 8 функций ,sin Х/Х, генератор 9 случайной

1 последовательности импульсов, генератор 10 шума, третью схему И 11, генераторы второго 12 и третьего 13 стробов, вторую и первую схемы И 14 и 15, семиступенчатый блок 16 задержки и блок 17 управления, коммутатор 40

18 выходных сигналов (фиг. !)

Имитатор работает следующим образом.

В режиме имитации томограммы печени кадровый синхронизатор 1 45 (фиг. 1) формирует сикхросигналы "А" (фиг. 2) с периодом 1 начала и . окончания кадра изображения (фиг. 5) аналога 1 Т двухкоордкка ткого пространственного сечения печени. Синхро- 50 сигналы сдвигаются во времени первой, второй и третьей ступенями трехступенчатого блока 4 задержки соответственна. на интервалы t4, определяющие пределы разрешенной дальности (глубины залегания). Задержанные синхроимпульсы запускают генераторы 3, 12, 13 первого, второ886 4 го и -третьего стробов Г, Д, Е с дли-. тельностями соответственно t gp

Продолжктелькост > 1. c "".робпрующего импульса генератора 3 первого

" троба определяет зону формирования сигналов диффузного эха от акустических неоднородностей печеночнобилиарных структур, продолжительность t импульсов генератора 12 второго строба - зону формирования сигналов, отраженных от стенок желч-: ного пузыря, а продолжительность импульсов генератора 13 третьего строба — от стенок внутриорганного сосуда — воротной вены. Одновременно с формированием синхросигналов "А" кадровым синхронизатором 1 вырабатывается сигнал "Б" длительностью Ф-к

Величина t< определяет требуемое число строк изображения 11. .Строчные импульсы "В" с периодом следования строк изображения вырабатываютс ся строчным синхронизатором 2, в результате формируется последовательность строчных импульсов одногокадра. Кадровый импульс "В" управляет работой блока 17 управления с прямым и инвертирующими выходами, изменяющегося продолжительность интервалов L задержки первой и седьмой ступени блока 16 задержки.

Интервал задержки первой ступени изменяется за время 1 к кадра в пределах от макскмального1,н,с до минимального мрк значений и обратно (фиг. 2 Е, сплошная линия), имитируя изменение на томограмме положения передней стенки органа Г 1, а седьмой ступени — в обратной зависимости (фиг. 2 Е, штрих-пунктир), имитируя изменения положения задней стенки органа 1У. Сигнал "Д" с выхода генератора 12.второго строба запускает второй канал блока 17 управления, который в течение формирования г М строба изменяет интервал 1,. задержки (акалог отражений от передней стенки желчного пузыря У1) в соответствии с зависимостью "3": для третьей ступени семиступенчатого

Ю блока 16 задержки от !.5мекс 4+ 1-gммн и обратно (сплошная линия!, а для л четвертой ступени - от 1.5мнндо1 мени обратно (аналог задней стенки желчного пузыря, штрихпунктир) . Аналогичным путем приведенный в рабочее состояние стробирующим импульсом

"Е" первый канал блока 17 управле1153886 г ния изменяет интервал 16 в соответствии с зависимостью "H": для пятой

/ ступени блока 16 задержки — от " макс до „цц и обратно (аналог передней стенки воротной вены Vll), а для S шестой ступени — в обратной зависимости (аналог задней стенки).

В процессе смены кадров изображения томограммы имитируется изменение

tl II угла локации органа: сигналы К с выхода генератора 7 косинусоидальных импульсов длительностью тк» и сигналы "Л" с выхода генератора 8 функций

sin X(x с периодом t

B режиме формирования зеркального 20 типа отражения при изменеHHH пока° 2 зателей сигнала вида sin XIX имитируются диагностические варианты нормы" томограмм, характерные для здорового человека. При задании 25 диффузного типа отражения имитатор обеспечивает получение аналогов томограмм, отмечающихся при тяжелых клинических заболеваниях органа, сопровождающихся уплотнением парен- щ химы печени, развитием воспалительных и дегенеративных процессов, появлением множественных .объемных новообразований (метастазы, абсцессы, гематомы и др ), Смешанный тип От ражения имитирует акустические свойства органа. при стадиях заболеваний, сопровождающихся появлением ограниченного числа очагов структурных изменений тканей.

Синхронно с модуляцией по амплитуде аналогов отражений от передней и задней стенок органа сигналы "Л" с выхода генератора 8 управляют уровнями сигналов, соответствующих изоб- 4 ражениям желчного пузыря и воротной вены Ч! и Ull.

При формировании строки первого кадра (фиг. 4) первый строчный импульс "В" поступает на четыре последовательно соединенные первую, вторую, третью и четвертую ступени задержки блока 16 и сдвигаются во времени на интервалы: первой ступенью — на tg (аналог запаздывания отражения "М" от передней стенки органа), второй ступенью .— иа Х» (! + Lq — сдвиг во времени отражения "Н" от печеночно-билиарных структур), третьей ступенью — на (}., -" L +,q — запаздывание отражения "0 от передней стенки желчного пузыря), четвертой ступенью— на 14 (L<+ Ч + 13 + Т4 — запазды вание отражения "P" от передней стенки воротной вены).

Аналог сигнала "tl" от передней стенки органа 1 после модуляции поступает на коммутатор 18 выходных сигналов и отображается на экране индикатора (фиг. 5), начиная с первой строки иэображения, в течение всего кадра в виде передней стенки органа lli.

С выхода второй ступени задержки блока 16 сигнал запускает генератор

9 случайной последовательности импульсов, претерпевающей дополнительную модуляцию по уровню шумом с выхода генератора 10, и поступает на схему И 11. На второй вход схемы 11 подается сигнал "Г" разрешенной дальности с выхода генератора 3 первого строба. B результате эа время формирования сигнала "Г"; начиная со строки с номером и по строку F1 случайные последовательности "Н" импульсов, имитирующие отражения от печеночно-билиарных структур, будут проходить через схему 11 и отображаться в виде группы отметок V (номера строк И и !! определяются моментами начала и окончания формирования строба Г).. Импульс с выхода третьей ступени задержки блока 16 поступает на схему И 14 непосредственно и с помощью четвертой ступени блока 16 - с задержкой на интервал (.6 (аналог "двойного" отражения от передней и задней стенок желчного пузыря). Далее

"двойное эхо" 1 с выхода схемы 14 во время формирования сигнала "Д" разрешенной дальности, поступающего с выхода генератора 12 второго строба через коммутатор 18 отображается на экране (фиг. 5) в виде структуры

Vl со строки И по строку И 4 иэображения томограммы.

Аналогично импульсом с выхода пятой ступени задержки блока 16 с помощью шестой ступени задержки и схемы И 15 эа время строба К формируется аналог изображения воротной вены Vl l со строки !!з пой

7 1I53

Сигнал с выхода шестой ступени за= держки блока 16 поступает на седьмую ступень задержки, сдвигается во времени на 1 и поступает на экран индикатора, на котором отображается 5 в виде контура IV (аналога задней стенки органа) в течение всего времени формирования кадра.

При условии, если стробы Г1 Д, Е перекрываются во времени (что харак10 терно для томограмм печени, регистрируемых иэ зоны 7 межреберного промежутка справа у грудины) и из эпигастральиой области в наклонном сечении), суммарный сигнал стооки при таком совпадении во времени имеет

11 I I вид С . Если укаэанное условие не выполняется (что отмечается для томограмм, регистрируемых из эоны 8 межреберья по среднеключичной линии) составляющие сигнала "С", "H", "0", 11 ° 1

П формируются в разные моменты времени .

Параметры второго и третьего каналов .блока упра вле ния временем за25 держки выбраны таким образом, что при формировании строк с номерами л

Pl - Иь выполняется условие l5 = I = О, что соответствует крайним точкам изображений "V1" и "V11". Для строк с номерами И +0,5(И -И ) и И +0,5 (114 — Из) расстояния между изображениями передней и задней стенок структур "VI" и "VII" максимальные.

По сформированному таким образом тест-сигналу, имитирующему реальную томограмму печени и подаваемому на вход приемного тракта типового ультразвукового эхографа, в процессе метрологического обеспечения прибора 4О осуществляется настройка всех имеющихся регулировок чувствительности тракта с целью получения наиболее отчетливой картины границ органа н внутриорганных структур. В процес- 45 се настройки добиваются максималького совпадения получаемого на экране эхографа изображения тест-.сигнала и яркости его отдельных участков с исходным тест-сигналом, задавае- 50 мья с помощью имитатора. При настройке выходы кадрового и строчного синхронизаторов 1 и 2 подключаются к соответствующим входам синхронизации блока развертки локатора.

Предлагаемое построение и работа имитатора обеспечивают получение

886 8 наиболее сложного по стРУктУРе изображения томограммы печени. Поскольку томограммы селезенки и почек имеют. более простую структуру, и ряд их эхографических признаков совпадает с таковыми для печени, переход к получению томограмм селег зенки и почек осуществляется выключением определенных функциональных .элементов ° Аналогично формированию томограммы печени на экране отобра жаются аналоги передней и задней стенок органа 111 и IVà группа диффузных эхо размещается ближе к центру иэображения, имитируя структуры центральной зоны органа. Линейные размеры изображений выбираются, исходя из реальных размеров органа.

Таким образом, предлагаемый имитатор обеспечивает повьппение точности воспроизведения амплитудных показателей томограмм, что обеспечивает: повышение диагностических возможностей методов и аппаратуры для эхографии sa счет учета в про— цессе настройки эхографов различных вариантов томограмм, характерных для нормы и патологии, улучшение диагностических возможностей эхографов в определении стадий развития заболеваний внутренних органов, так как появляется возможность предварительной настройки регулировок прибора на вариант томограммы, соответствующий определенному заболеванию, устоичивое вьщеление томограмм органов и внутриорганных структур у операторов, подвергающихся воздействию факторов внешней сре ды (в авиационной, космической, подводной и др. областях медицины) путем предварительной настройки эхографа с учетом вероятных смещений позиции органов при воздействии, позволяет существенно сократить время обработки томограмм, что необходимо для более оперативного принятия решения о состоянии операторов или диагнозе заболевания, за счет создания более надежных алгоритмов и программ автоматизированной обработки информации посредством использования стандартизированных по амплитудным характеристикам тест-сигналов томограмм внутренних органов.

1153886

1153886

1153886

ФР8.

Тирам 722 Незнаемое

ВИИИИИ Гоаударственного коннтета CCCP но делам изобретений:и открыгйй

333635 Москва Ж-35 . Ра к я 4

Заказ 2566 j2

Ф уес а на@., д. f5

4илиан ППП "Патент", r. Ужгщ од, уа. -Проектная, 4

Соетавитель О. Орнов.

Редактор Л.Зайцева Техред C,йовмий - корректор С.Шекиар