Ультразвуковой измеритель скорости кровотока

 

Изобретение относится к медицине и может быть использовано для измерения скорости кровотока в крупных кровеносных сосудахо Цель изобретения состоит в повьшении точности измерений и сокращении их времени за счет учета угла между направлениями излучения ультразвуковой волны и кровотокао Это достигается тем, что первичный преобразователь 4 состоит из двух приемно-излучающих датчиков 4 и 4 , поочередно работающих в режиме излучения и приема, угол между которыми можно изменять. С датчиком механически сочленен функциональный потенциометр.5, реализующий зависимость 1/cosai , где oi - угол между плоскостями приемно-излучающих датчиков Высокочастотные синусоидальные колебания, вырабатываемые генератором 1, через коммутатор 2 поступают на первичный преобразователь 4. Отра7 женные от русла кровотока сигналы через коммутатор 2 и усилитель 6 поступают на смеситель 7 и далее через фильтр 8 нижних частот на частотный детектор 9, выходной сигнал которого пропорционален радиальной составляющей скорости кровотокао Длительность зондирующего импульса определяется одновибратором 3, который запускается формирователем 15 импульсов, кото-2 рый запускается отраженным сигналом с выхода фильтра 8 нижних частот о (О

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЫИАЛИСТИЧЕСНИХ РЕСПУБЛИК

„„Я0„„1438

А1 (я) 4 А 61 В 8/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4103813/28-14 (22) 26.05.86 (46) 23.11.88. Бюл. Р 43 (71) Свердловский научно-исследова- .: тельский институт гигиены труда и профзаболеваний (72) Е.З. Темкин и В.М. Водков (53) 615.47(088.8) (56) Патент США и 4416286, кл. А 61 В 10/00, опублик. 1985. (54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ СКОРОСТИ КРОВОТОКА (57) Изобретение относится к медицине и может быть использовано для измерения скорости кровотока в крупных кровеносных сосудах. Цель изобретения состоит в повышении точности измерений и сокращении их времени за счет учета угла между направлениями излучения ультразвуковой волны и кровотока. Это достигается тем, что ,первичный преобразователь 4 состоит из двух приемно-излучающих датчиков

4 и 4", поочередно работающих в режиме излучения и приема, угол между которыми можно изменять. С датчиком механически сочленен функциональный потенциометр 5, реализующий зависимость 1/costa, где е — угол между плоскостями приемно-излучающих датчиков. Высокочастотные синусоидальные колебания, вырабатываемые генератором 1, через коммутатор 2 поступают на первичный преобразователь 4. Отраженные от русла кровотока сигналы через коммутатор 2 и усилитель 6 поступают на смеситель 7 и далее через фильтр 8 нижних частот на частотный детектор 9, выходной сигнал которого пропорционален радиальной составляющей скорости кровотока. Длительность зондирукицего импульса определяется одновибратором 3, который запускается формирователем 15 импульсов, который запускается отраженным сигналом с выхода фильтра 8 нижних частот.

1438713

Отраженнье сигналы В смекных периодах повторен3ня Вь1чита ются El аналого вом сумматоре 12 на который постуг:ают отраженный сигнал текущего периода с Выхода частотного генератора 9 и задсржанный инвертирОвяне1ый си1 нял предыдущего периода, сформированный аналоговым управляемым элементом 18 задержки и инвертиру1<3n1им 11асщтаб13ъ31ч усилителем 19, Злемент 36 задержки управляется преобразователем интер-! вал времени — частота., состоя131им из генератора 16 пилообразного напряже-ния запускаем01 о фоомирователем 1 5 импульсоВ H управляемОГ 0 симметрич ногО му льтиВибра 0pe 1, . Ь процессе измерений, изменяя угол между при--.

И- обр етене3е с тноси и я I(мед1 ц1(н ской технике и îæåò быт3 использовано для измерения линей-...ой скорости кровоток(3 и крупных кpовзнОСHbK eосу= дах. 5

Цель изобретения — повыще" Не то1— ности измерений и сокращение их Rpe—

I мени.

На фиг„, I изображена труктурная 4 Р схема измерителя; на фиг, 2 -- пример кОн-труктивнсго Вьа,олне1в1я „"зла 11ep.-! ! вичного преобразователя;. на фиг 3 схематическОе изображе::-"ие Взаимн01 о расположения нервичног 0 преобразователя и кровеносного сосуда.

Измеритель (фиг, 1) содержит генератор 1 синусоидальных сигналов, коммутатор 2, одновибратор 3, первичный преобразователь 4, функц;1ональнь1Й п 0тенциометр 5, усилитель 6, смеситель 7„- первый фильтр 8 нижних 1астот,„частотный детектор 9, .аналоговый перемно житель 10, индикатор 11 скорости I

5 соответствует углу .между направлениями потока крови и зондирования.

Линейную скорость кровотока определяют по показаниям индикатора 11, на который поступает сигнал с выхода аналогового перемножителя 10, умножающего выходной сигнал частотного детектора 9 на величину 1/сов а, снимаемую с потенциометра 5о 1 3o11 ° ф-лы, ил о чика 4 и 4 ", размещенных в корпусе 20 из эластичного материала и жестко закрепленных между звукопроводящими пластинами 21, круглую металлическую пластину 22, крепежные винты 23, овальную металлическую пластину 24, регулировочный винт 25, две вертикальные площадки 26, на одной из которых закреплен функциональный потенциометр 5, ось которого через коромысJ10 27 соединена с другой вертикальной площадкой 26.

Измеритель работает следующим образ ом.

С выхода генератора 1 синусоидапьных сигналов с частотой, например, 5,28 МГц, сигнал поступает через коммутатор 2 на вход одного из двух датчиков первичного преобразователя 4, являющегося в течение времени с„, формируемого одновибратором 3, передающим, при этом сигнал с второго датчика, работающего в режиме приема отраженного от кровеносного русла

yJII-тразвуковаго сигнала, поступает через коммутатор 2 на вход усилителя 6, с выхода которого сигнал, содержащий допплеровские частоты, подается на смеситель 7, второй вход которого подключен к выходу генератора 1. Быход смесителя 7 содержит сигнал о радиальной скорости кровоТОКа U = v„ÑÎS33I,, r JIe Ы вЂ” yr 0JI Me33I1438 71З

35 ду направлениями кровотока и лоцирующего ультразвукового луча. Так как допплеровское изменение частоты рав-но Г = v /q cosa где 3 — длина ,5 волны ультразвуковых колебаний, та на выходе смесителя 7 присутствует частотно-модулированный сигнал „ При отсутствии движения крови в лоцируемом участке сигнал на выходе смесителя 7 равен нулю. С выхода смесителя 7 сигнал через фильтр 8 нижних частот поступает на вход частотного детектора 9, с выхода которого подается на вход аналого-зого перемножите- 15 ля 10, в" орым перемножаемым с>п налом которого является вь одной сигнал с функционального потенциометра 5, установленного на первичном преобразователе 4. У функционального потен- 2р циометра 5 неподвижная часть соединенаа с датчиком 4, а подвижная с датчиком 4 ", Fr.o выходной сигнал, равный 1/cosoL при умножении на величину „дает на выходе блока 10 25 значение линейной скорости кровотока, поступающее на индикатор 11 скорости кровотока, представляющии собой вольтметр постоянного тока или любой аналоговый индикатор. 30

В измерителе первичный преобразователь расположен непосредственна на теле пациента. его конструкция (фиг. ?) позволяет путем вращения регулировочного винта 25 изменять

Р if угол между датчиками 4 и 4 и при этом одновременна осуществлять поворот оси функционального потенциометра 5 на такой же угол.

Для обеспечения контакта с телом при располо>кении датчика под углом и при изменении угла используется гель-контактная среда, имеющая акустические характеристики. приближенные к биологическим тканям., 45

Первичный преобразователь измерителя включает два приемно-передающих датчика, работающих поочередно в режиме передачи ультразвукового излучения и его приема. Угол между датчиками устанавливается равным 2оа . где

0 о 90 . Когда угол между направпением ультразвукового луча и направлением кровотока равен Ы., величины отраженных сигналов, снимаемых 55 с каждого датчика, становятся равными, и произведенные в этом положен и измерения с известным углом cK, дают точные значения линейной скорости кровотока. Измерение угла пояснено на ф т. 3. При таком методе измерения в первом такте один из дачтиков включается в режим излучения а второй работает в режиме приема, в следующем такте, наоборот, первый датчик работает в режиме приема, а второй в режиме излучения, и полученные допплеровские сигналы сравниваются.

Для .-того необходимо сигнал, полученный в течение первого такта, задержать да момента прихода отраженного сигнала ва втором такте и сравнить их. В случае равенства этих сигналов угол между направлением ультразвуколога луча и направлением кровотока раве-; c при угле между датчиками, равном 2 . Дчя этого отраженный от кровеносного русла сигнал, соответствующий значению скорости, с выхода фильтра 8 н>акних частот поступает на вход формирава-.еля 15 импульсов, который формирует импульс, соответствующий длительности синусоидальной пасынки отраженного от кровеносного русла сигнала и передним фронтом возв>ащает генератор 1б пилообразного напряжения в исходное положение, >армираватель 15 импульсов имеет два выхода, на первом выходе импульс, равный по длительности пачке принимаемых информационных сигналов, осуществляет передним франтом сброс генератора 16, второй выход формирователя формирует короткие импульсы, соответствующие переднему и заднему фронтам импульсов на первом выходе формирователя 15, длительность этих импульсов рав:a 2-4 мкм и определяет время защиты между переключениями элементов преобразователя из режима

"Прием" в режим "Передача" v. наоборот.

Время между передними фрон-.àìè формирователя 15 импульсов соответствует времени з адержки с = „+, между двумя приходящими отраженными сигналами, посьптаемыми разными датчиками, и определяет длительность и амплитуду выходного напряжения генератора 1б пилообразного напряжения. Величина выходного напряжения генератора 16 определяет частоту управляемого симметричного мультивибратара 17, управляющего временем задержки T аналогового управляемого элемента 18 задержки, через который проходит продетектированный дапплеровский сигнал предыдущего такта и через инвертирующий

5 14387 масштабный усилитель 19 поступает на один из входов аналогового сумматора l2. На второй его вход поступает сигнал действующего такта, который

5 также поступает на вход элемента за.— держки, чтобы достигнуть входа сумматора 12 во время прихода сигнала в следующем такте через 7:, Сигнал на выходе блока 16 постоянно изменя— ется по амплитуде, что приводит к изменению частоты мультивибрат ора 1 7.

Выходной сигнал сумматора 12 через филььр 13 нижних частот поступает на индикатор 14 нуля. Равенство сигналов предыдущего и действующего тактов, индицируемое в виде нулевог о сиг нала на индикаторе 14, указывает на равенство скоростей, измеряемых каждым датчиком, угол между которыми 20 при этом равен 2м., что соответствует углу юс между направлением ультразвукового луча и ьаправлением кровотока и указывает на измерение в этот момент линейной скорости индикато- 25 ром 11 скорости кровотока. Задний фронт импульса на вьмоде формирователя 15 запуска.ет одновибратор 3 на формирование посьлки синусоидальных сигналов длительностью с, и переклю- 30 чает при помощи коммутатора 2 датчики 4 и 4" . На вход устройства, кроме сигнала, отраженного от потока крови, поступают паразитные отраженные сигналы от различных неподвижных неоднородностей и от границ перехода между тканями. Однако паразитные сигналы не содержат допплеровское смещение частоты и, следовательно, на выходе фильтра 8 сигнал будет отсутствовал ь., При наличии сигналов от движу цихся структур селекция производится путем выбора параметров фильтра 8 нижних частот за счет различия частотных спектров помехи и информационного сигнала в зависимости от ожидаемых скоростей кровотока в лоцируемых сосудах.

Конструктивно аналоговый управляемый элемент 18 задержки может быть 50 выполнен на основе дискретно-аналогового элемента задержки 528БР2, обеспечивающего задержку сигнала на время 100-100 мкс при изменении частоты управляющего сигнала от 5 до 2,5 МГц.

Функциональный потенциометр 5 представляет собой резистивный функциональный потенциометр, выходное напряжение которого пропорциощльно 1/cosg, 13 где oL — угол поворота оси потенциометра.

Таким образом, в предлагаемом измерителе учитывается угол между направлениями излучения ультразвуковой волны и движения крови, что повышает точность измерений и сокращает время

И Х ВЫПОЛНЕНИЯ, Формула изобретения

1. Ультразвуковой измеритель скорости кровотока, содержащий генератор синусоидальных сигналов, . первичнььй преобразователь и последовательно соединенные усилитель, смесительь второй вход которого подключен к выходу генератора синусоидальных сигнаЛОВь И ФИЛЬТР НИЖНИХ ЧаСтот» О Т Л И ч а ю шийся тем, что, с целью повьппения точности измерений и сокращения их времени, в него введены одновибратор, коммутатор, последовательно соединенные частотный детектор, аналоговый управляемый элемент задержки, масштабный усилитель, аналоговый сумматор, второй фильтр нижних частот и индикатор нуля, последовательно соединенные формирователь импульсов, генератор пилообразного напряжения и управляемый симметричный мультивибратор, а также последовательно соединенные функциональный потенциометр, аналоговый перемножитель и индикатор скорости кровотока, при этом первый вход коммутатора подключен к выходу генератора синусоидальных сигналов, второй вход — к выходу одновибратора, третий и четвертый входы-выходы соединены с первичным преобразователем, а выход — с входом усилителя, выход первого фильтра нюкних частот соединен с входом частотного детектора и входом запуска формирователя импульсов, второй выход которого подключен к входу запуска одновибратора, вторые входы аналогового сумматора и аналогового перемножителя подключены к выходу частотного детектора, а ось функционального потенциометра механически связана с первичньпч преобразователем.

2, Измеритель по и. 1, о т л ич а ю шийся тем, что первичный преобразователь содержит два приемоизлучающих датчика, установленных под регулируемым углом относительно друг друга и сопряженных с осью

7 1438713 функционального потенциометра, угол между осями излучения-приема датчиповорота которого соответствует углу

2$ Д036ИОСИб!У СОС ф

Составитель А. Фальцман

Техред И.Дидык

Корректор M. Максимишинец

Редактор Е. Папп

Заказ 5986/4

Тираж б55 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4