Устройство для измерения скорости кровотока

 

Изобретение относится к медицинской технике. Устройство для измерения скорости кровотока содержит датчик 1, генератор 2 сигналов, усилитель 3, фильтр 4, индикатор уровня. С целью повышения точности измерения при упрощении конструкции в него введены формирователь 6 управляющего сигнала, смеситель 7, частотомер 8, при этом датчик выполнен в виде двух цилиндрических пьезоэлементов 9, 10 переменного сечения. Принцип работы основан на том, что при подаче на пьезоэлемент переменного сечения ультразвукового сигнала фиксированной частоты работает только узкий участок пьезоэлемента, соответствующий по величине данной частоте. Если на пьезоэлемент с переменным сечением и радиусом R излучающей поверхности подавать частоты диапазона ΔF<SB POS="POST">макс</SB>, то при изменении частоты акустическая ось преобразователя будет перемещаться по дуге окружности радиусом R и при этом проходить через точку фокуса 0. 4 ил.

СОЮЗ С0ВЕТСННХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„Я0„„148 11 А1 (дд 4 А 61 В 8/06

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ (21) 4185521/28-1 4 (22) 22.01,87 (46) 23.05.89. Бюл ° ¹ 1 9 (71) Московский институт электронной техники (72) А.П. Зайцев, Е.E . .Бабкин, А.А. Балабанов, В.В. Владимиров, В.Г. Дегтярев, В.А. Кустов и К .В. Солошенко (53) 6! 5.47 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N- 1215659, кл. А 61 В 15/02, 09.01 .84.

Патент США N 4370985, кл. А 61 В 10/00, 01,02.83. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ КРОВОТОКА (57) Изобретение относится к медицинской технике. Устройство для измерения скорости кровотока, содержит датчик 1, генератор 2 сигналов, усилитель 3, фильтр 4, индикатор уровня. С целью повышения точности измерения при упрощении конструкции; в него введены формирователь 6 управляющего сигнала, смеситель 7, частотомер 8, при этом датчик выполнен в виде двух цилиндрических пьезоэлементов 9, 10 переменного сечения. Принцип работы основан на том, что при подаче на пьезоэлемент переменного сечения ультразвукового сигнала фиксированной частоты работает только узкий участок пьезоэлемента, соответствующий по величине данной частоте.

Если на пьезоэлемент с переменным сечением и радиусом R излучающей поверхности подавать частоты диапазона А f „, то при изменении частоты акустйческая ось преобразователя будет перемещаться по дуге окружности радиусом R и при этом проходить через точку фокуса О. 4 ил.

1480811 ь

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройствам для изме рени я диагнос тич еск их п а раметров сердечно-сосудистой системы, Целью изобретения является повышение точности измерения при упрощен ии к он с т рук ции.

На фиг. 1 приведена структурная схема устройства для измерения схо- 10 рости кровотока, на фиг. 2 — особенности конструкции и функционирования пьезоэлемента, входящего в состав датчика устройства; на фиг.3 и 4 — схемы прохождения уль тра зв у- 15 ковых лучей при различных частотах сигнала, формируемого генератором устройства.

Устройство для измерения скорости кровотока содержит (фиг. 1) датчик 20

1, к входу которого подключен генератор 2 сигналов, а к выходу — усилитель 3, последовательно соединенные фильтр 4 и индикатор 5 уровня, формирователь 6 управляющего сигнала, соединенный. с управляющим входом генератора 2 сигналов, смеситель 7, первый вход которого подключен к выходу генератора 2 сигналов, а второй вход — к выходу усилителя 3, и часто- 30 томер 8, подключенный к выходу фильтра 4, а датчик 1 выполнен в виде двух цилиндрических пьезоэлементов 9 и 10 переменного сечения, причем первый пьезоэлемент 9 подключен к выходу ге- 35 нератора 2 сигналов, а второй пьезоэлемент 10 — к входу усилителя 3.

В предпочтительном варианте выполнения устройства генератор 2 может быть выполнен в виде управляемого re- 40 нератора с электронной перестройкой частоты по сигналу, подаваемому на его управляющий вход, Частотомер 8 может быть выполнен в вице частотомера среднего значения. В качестве формирователя 6 может быть использован переключатель, подключающий к управляющему входу генератора 2 напряжение, соответствующее уровню логического нуля или уровню логнческой единицы. Фильтр 4 может быть выполнен в виде полосового фильтра, а индикатор 5 уровня — в виде последовательно соединенных усилителя звуковой частоты и звукового излучателя (динамика), Датчик 1 прикладывается через слой смачивающей жидкости 11 к поверхности 12 пациента в окрестноI сти кровеносного сосуда 13, в котол1 2

Й о ллдкс где d — с е р дняя толщина пьезоэлемента, d — максимальная толщина пьезо1 элемента;

d — минимальная толщина пьезо2 элемента, à — собственная частота пьезоэлемента толщиной d.

Если на пьезоэлемент с переменным сечением, как показано на фиг. 2, и с радиусом R излучающей поверхности, подавать частоты из диапазона дЕ макс то при изменении частоты акустическая ось преобразователя перемещается по дуге окружности радиусом R и при этом проходит через точку фокуса О.

Устройство для измерения скорости кровотока работает следующим образом.

Сигнал ультразвуковой частоты с генератора 2 поступает на первый пьезоэлемент 9, а также на первый вход смесителя 7. Ультразвуковой сигнал, пройдя через смачивающую жидкость 11 и поверхность тела 1 2, отражается эритроцитами 14 крови.

Отраженный сигнал принимается вторым пьезоэлементом 1 О, усиливается усилителем 3 и поступает на второй вход смесителя 7 . Сигнал допплеровской частоты, выделенный полосовым фильтром 4, поступает на входы индикатора 5 уровня и частотомера 8. После проведения измерений средней частоты за заданное время с помощью формирователя 6 частота генератора 2 изменяется и процесс измерения повторяется.

С помощью индикатора 5 уровня осуществляется контроль амплитуды и частоты допплеровского сигнала на слух, добиваясь при этом максимуром перемещаются эритроциты 14 крови в направлении, указанном стрелкой на фиг. 1.

Принцип работы устройства основан на том, что при подаче на пьезоэлемент переменного сечения ультразвуконого сигнала фиксированной частоты работает только узкий участок пьезоэлемента, соответствующий по толщине данной частоте. При этом максимальный перепад собственных частот пьезоэлемента равен 1480811 той !5 г4

= г --(— ) г (г) о 2 г! ор который поступает на первый пьезоэлемент 9 переменного сечения. На данной частоте возбуждается только соответствующий ей по толщине узкий участок А (фиг. 3). Излученпый вогнутой поверхностью ультразвуковой сигнал распространяется вдоль его акустической оси в ниде узкого луча.

Отраженный движущимися эритроцитами

14 крови ультразвуковой сигнал при-. нимается только учяс Têoì А второго пьезоэлемента 10, соответствующим по толщине данной частоте. Электрический сигнал со второго пьезоэлемента 1 0 поступает через усилитель

3 на второй вход смесителя 7, на первый вход которого поступает сигнал с генератора 2. С выхода смесителя 7 сигнал поступает ка вход фильтра 4, где выделяется сигнал допплеровской частоты.

Ы, = — cos{ ) f, (3)

2v Pi

35 где v — скорость движения частиц крови, с — скорость ультразвука в среде, 45 (3, — уг ол и яден ия уль т ра зв ук ов ого луча, М, — угол отражения ультразвукового луча, f — частота излучаемого ультраt 50 звукового сигнала (фиг. 3)

При подаче на управляющий вход генератора 2 сигнала логической единицы генератор 2 вырабатывает ультразвуковой сигнал с частотой

55 (4) d л

+ — {" о 2 который поступает на первый пьезоэлемя амплитуды допплеровског о сигнала пу. ем изменен ия нлклокя дя тч икя 1 относительно поверхности 12 теда, что обеспечивает точное наведение

5 точки фокуса датчика 1 ка сосуд 13, в котором измеряется скорость кровотока.

Рассмотрим процесс измерения скорости кровотока более подробно. При подаче ка управляющий вход генератора 2 от формирователя 6 сигнала логического нуля генератор 2 вырабатывает ультразвуковой сгп кал с частомент 9. При этом возбуждается только соответствующий по толщине данной частоте узкий участок Б (фиг.4) . Излученный вогнутой поверхностью ультразвуковой сигнал распространяется вдоль его акустической оси в виде узкого луча. Отраженный эритроцитами 14 сигнал принимается соответствующим по толщгпге данкой частоте ,участком Б второго пьезоэлемента !О.

Далее электрический сигнал проходит по цепям у-стройствя тяк же, как и в случае измерения частоты fd< . Фильтром 4 выделяется допплеровская частота

Р2 — О, И = — соя() f с 2 7 где P2 — угол падения ультразвукового луча", о — угол отражения ультразвукового луча (фиг ° 4), Уравнения (3) и (5) составляют систему двух уравнений с двумя неизвестными

fd, = cos{ )f

2.ч g, — a, с (6)

/ с

Уч итыва я, ч то

Р2 2 (7) где — заданный конструктивом датчика 1 параметр, зависящий от угла между осями пьезоэлементов 9 и 1 О, а также используя выражения (2) и (4), можно решить, систему (6) уравнений относительно скорости кровотока с — х

2f (8)

Проведя измерения величин Ы! и

fd частотомером 8 за заданное время, затем по формуле {8) находится (с помощью предварительно подгoTOBленных номограмм или таблиц, или ис- пользуя вычислительную технику) средняя линейная скорость кровотока.

Устройство обладает повьппенной точностью измерения скорости крово1 4808 тока благодаря возможности точного наведения точки фокуса ультразвуковых лучей на кровеносный сосуд, в котором измеряется скорость кровотока, что способствует постановке точного диагноза, и имеет более простую конструкцию по сравнению с известными устройствами аналогичного назначения и уровня точности, также про- 1П изводящими достоверное измерение скорости кровотока вне зависимости от о1 иентации датчика относительно кровеносного сосуда, для чего было необходимо наличие датчика с тремя 15 пьезоэлементами и двух каналов выделения допплеровских сигналов. Уменьшение габаритов датчика (два пьезоэлемента вместо трех) позволяе r расширить область тела пациента, доступную gp для измерения скорости кровотока (например, полость носа и уголки глаз), а также повысить удобство пользования датчиком в клинических условиях. 25

11 6

Формула из обpете ния

Устройство для измерения скорости кровотока, содержащее датчик, к входу которого подключен генератор сиг— налов, а к выходу — усилитель, и последовательно соединенные фильтр и индикатор уровня, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения точности измерения при упрощении конструкции, в него введены формирователь управляющего сигнала, соединенный с управляющим входом генератора сигналов, смеситель, первый вход которого подключен к выходу генератора сигналов, а второй вход — к выходу усилителя, и частотомер, подклоченный к выходу фильтра, а датчик выполнен в виде двух цилиндрических пьезоэлементов переменного сечения, причем первый пьезоэлемент подключен к выходу генератора сигналов, а второй — к входу усилителя.

1480811

Составитель 3. Балуев

Редактор С. Патрушева Техред М.Ходанич Корректор И. Горная

Заказ 2603/2 Тираж 644 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101