Устройство для ультразвукового измерения характеристик внутричерепной гемоликвородинамики

 

Изобретение относится к медико-биологическим исследованиям головного мозга. Цель изобретения - повышение точности измерения при длительных и динамических исследованиях. Устройство содержит синхронизатор 1, соединенный с генератором 2 строба и генератором 5 возбуждения, приемник 6 и индикатор 4, первый 7 и второй 12 блоки выборки и хранения, регистратор 9, ультразвуковой матричный датчик 10, сумматор 11, последовательно соединенные ограничитель - формирователь 13, первый 14 и второй 19 триггеры, цифровой автомат 15, регистр 16, многоканальный ключ 17, мультиплексор 18, переключатель 20 режима, аналого-цифровой преобразователь 21 и блок 22 стробирования. Устройство обеспечивает автоматическую коррекцию направления зондирования и временного интервала стробирования эхосигнала. 6 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСГ1УБЛИН, "; ЕГИЯ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ У СВИДЕТЕЛЬСТВУ

L) Сл

Ю 4

{авиа 1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

IlO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ fHHT СССР (21) 4289590/28-14 (22) 24.07,87 (46) 15,09.89, Вюл. К 34 (71) Особое конструкторское бюро биологической и медицинской кибернетики Ленинградского электротехнического института им. В.И.Ульянова (Ленина) и Институт медико-биологических проблем (72) М.И.Алекберов, В.М.Ахутин и

Л.Г.Симонов (53) 615.475 (088.8) (56) Эниня Г.И. и др. Эхопульсография мозговых сосудов, Рига, Зинатне, 1982, с. 25-31. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОГО

ИЗЩРЕНИЛ ХАРАКТЕРИСТИК ВНУТРИЧЕРЕПНОЙ ГЕМОЛИКВОРОДИНАМИКИ (57) Изобретение относится к медико6мологическим исследованиям головно„„SU„„1507334 A 1 (51) 4 А 61 В 8/14

ro мозга. Цель изобретения — повьппение точности измерения при длительных и динамических исследованиях.

Устройство содержит синхронизатор соединенный с генератором 2 строба и генератором 5 возбуждения, приемник 6 и индикатор 4, первый 7 и второй 12 блоки выборки и хранения, регистратор 9, ультразвуковой матричный датчик 10, сумматор 11, последовательно соединенные ограничитель-формирователь 13, первый 14 и второй 19 триггеры, цифровой автомат 15, ре гистр 16, многоканальный ключ 17, мультиплексор 18, переключатель 20 режима, аналого-цифровой преобразователь 21 и блок 22 стробирования.

Устройство обеспечивает автоматическую коррекцию направления зондирования и временного интервала стробирования эхосигнала. 6 ил.

3 1507334

Изобретение относится к ультразвуковой измерительной медицинской аппаратуре для медико-биологических исследований головного мозга.

Цель изобретения — повьппение точности измерения при длительных дина° мических исследованиях. м

На фиг ° 1 представлена структурная схема устройства; на фиг.2 и 3 — вре-10 менные диаграммы работы блоков устройства; на фиг.4, 5 и б-блок-схема алгоритма работы цифрового автомата °

Устройство содержит синхронизатор

1, соединенный с генератором 2 строба с задатчиком 3, с индикатором 4 и генератором 5 возбуждения, приемник

6, первый блок 7 выборки и хранения, интегратор 8, регистратор 9, ультра- 20 звуковой датчик 10, сумматор 11, последовательно соединенные второй блок 12 выборки и хранения, ограничитель-формирователь 13, первый триггер 14, цифровой автомат 15, регистр 25

16, многоканальный ключ 17, мультиплексор 18, второй триггер 19, переключатель 20 режима, аналого-цифровой преобразователь 21 и блок 22 стробирования. 30

Устройство работает следующим образом.

Цикл работы устройства начинается с импульса запуска, вырабатываемого синхронизатором 1 с частотой 250 Гц.

В каждом цикле устройство излучает ультразвуковые колебания, принимает эхосигнал, обрабатывает его и подготавливает блоки устройства к следующему циклу. 40

В ультразвуковом поле излучающего элемента ультразвуковой луч распространяется параллельным пучком в ближней 90Не (зона дифракции Френеля). Протяженность ближней зоны связана с размерами излучающего элемента известными соотношениями: для излучающего элемента квадратной формы а у(1)

50 ,для излучающего элемента круглой формы

13 д (2) где 1 протяженность ближней эоны, 5 ны 55

1 — длина упругой волны; а — сторона квадратного излуча щего элемента;

Ь вЂ” радиус излучающего элемента круглой формы.

При проведении биологических исследований геометрические размеры излучающего эпемента или группы их составных элементов выбирают такими, чтобы исследуемые структуры располагались в ближней зоне.

Устройство имеет трн режима работы: "Поиск", "Регистрация" и "Коррекция".

В режиме "Поиск" на выходе переключателя 20 режима вырабатывается сигнал лог. "0" (фиг.2a), который поступает на третий вход цифрового автомата 15 и на второй управляющий вход мультиплексора 18, коммутирующий выход генератора 2 строба — на выход мультиплексора 18, а в буферный регистр 16 записывается двоичный код центрального зондирующего элемента. В каждом цикле работы устройства длительность прямоугольного импульса триггера 19, поступающего на второй вход цифрового автомата 15 преобразуется им в двоичный код координаты импульса строба, который фиксируется во внутреннем регистре и одновременно выводится в регистр блока 22 стробирования.

В режиме "Поиск" датчик 10 устанавливают на поверхности гойовы в требуемом направлении ультразвукового зондирования и путем визуального анализа амплитуды отраженного сигнала на экране индикатора 4, путем юстировки относительно поверхности головы осуществляют поиск необходимой пульсирующей внутричерепной структуры головного мозга, наведение ультразвукового луча на нее по максимальной амплитуде отраженного от нее сигнала и фиксацию датчика 10 °

Затем производится захват объекта локаций (участка внутричерепной структуры) путем определения глубины его залегания относительно датчика 10.

Это осуществляется задатчиком 3 так, чтобы метка строба на индикаторе 4, вырабатываемая под управлением импульса строба, совмещалась с участком отраженного от исследуемой структуры сигнала. Тогда длительность прямоугольного импульса, сформированного на выходе триггера 19 и поступа щего на второй вход Р2 цифрового автомата 15, несет информацию о глубине залегания исследуемой внутриче5 150 репной структуры. Режим Поиск" поясняется временными диаграммами (интервал времени t -t, ), представленными на фиг,2, где обозначено: а — сигнал на первом входе синхронизатора 1; б — сигнал развертки индикатора 4; в — сигнал на выходе генератора 5 возбуждения, соединенного с входом ограничителя-формирователя 13 и с вторым аналоговым входом — выходом многоканального ключа 17; г — сигнал на выходе приемника 6; д — сигнал на выходе генератора 2 строба; е— сигнал на выходе блока 22 стробирования; ж — сигнал на выходе переключателя 20 режима; э — сигнал на выходе мультиплексора 18; и — сигнал на выходе блока 7 выборки и хранения; к — сигнал на выходе сумматора 11; л — сигнал на выходе триггера 19 м — сигнал; на втором вьгходе синхронизатора 1; t,, t > — моменты времени, соответствующие окончанию приема отраженных сигналов.

После осуществления поиска и-захвата объекта локации устройство переключателем 20 режима переводят в режим Регистрация". На выходе переключателя 20 режима вырабатывается сигнал лог. "1", поступающий на второй вход мультиплексора 18 и на третий вход РЗ цифрового автомата ,15, под управлением ко орого выход блока 22 стробирования коммутируется на выход мультиплексора 18, а его внутренний таймер устанавливается на

Т мин и на пятом выходе Р5 вырабатывается сигнал лог. "1", разрешающей регистратору 9 производить регистрацию сигнала, поступающего на первый его вход. Импульс строба, вырабаты" ваемый на выходе мультиплексбра 18, поступает на второй управляющий вход блока 7 выборки и хранения и осуществляет выделение из эхосигнала, отраженного от исследуемой структуры, который запоминается блоком 7 выборки и хранения до момента выборки в следующем цикле (фиг.2и). Просуммированный во времени сигнал с выхода блока

7 выборки и хранения поступает на интегратор 8, осуществляющий сглаживание высокочастотных составляющих в спектре сигнала, с выхода которого он поступает на первый вход регистратора 9 для регистрации в виде развер нутой во времени пульсовой кривой.

7334

6

Переход устройства из режима "Регистрация в режим Коррекция и об- - ратно осуществляется под управлением цифрового автомата 15 по истечении временного интервала в Т мин или если максимальная амплитуда отраженного сигнала в текущем пульсовом цикле стала менее В .А„ „„ где  — коэффициент установки, (В=0,6-0,8), а А максимальная амплитуда отраженного сигнала в первом пульсовом цикле с момента перевода устройства в режим

"Регистрация", Цри выполнении одного из двух условий устройство переходит в режим

"Коррекция, при котором амплитуду отраженного эхосигнала в каждом цикле с помощью аналого-цифрового преобразователя 21 вводят на четвертый вход цифров го автомата 15, где вычисляется ьыполнение условия перевода. Режим Регистрация" поясняется на фиг.2 в интервале

Режим "Коррекция" введен для удержания выбранного направления ультразвукового зондирования от механических смещений датчика 10 относительно объекта локации, возникающ х I? процессе проведения исследований.

Режим Коррекция обеспе -:rvаeтcя путем: электронного сканирования ультразвуковым лучом. прилегающего к объекту локации объема мозговой ткани; запоминания сигналов, отраженных от элементарных объемов сканируемой мозговой ткани (под элементарным объемом мозговой ткани понимается объем, ограниченный геометрическими размерами ультразвукового луча зон-, дирующего элемента и временным интервалом импульса стробф анализа амплитудных значений сигналов, отраженных от элементарных объемов мозговой ткани, с целью определения пространственной ориентации исследуемой структуры по отношению к рабочей поверхности двумерной пьезоматрицы датчика 10; коррекции направления ультразвукового зондирования и временного положения импульса строба.

При этом электронное сканирование объема мозговой ткани, содержащего пульсирующую внутричерепную структуру, с целью наведения ультразвукового луча на нее по максимальной амплитуде отраженного от ее стенки сигна150733 ла ввиду того, что амплитуда отраженного сигнала от одного и того же участка пульсирующей структуры изменяется в такт с сердечной деятельностью, производят последовательно во времени в окрестностях характерной точки на пульсовой кривой. Такой характерной точкой может быть максимальная амплитуда отраженного сигнала.

Для этого в режиме "Регистрация" после того, как в i-м пульсовом цикле в момент времени t, будет определена точка максимальной амплитуды

Ь< со значением в ней, равным А,.е, проверяются два условия перехода устройства в режим Коррекция" и, если будет принято решение о продолжении работы устройства в исходном режиме,то цифровой автомат вычисляет значение С A т к,(где C=0,8-0,95) и подсчитывает количество циклов М и M работы устройства с помощью двух внутренних программно-организаванных 25 счетчиков.

В режиме Коррекция устройство под управлением цифрового автомата

15 в первые М < цикла работы продолжает излучать и принимать отраженные 30 сигналы,. а затем с первого, второго и третьего выходов его в буферный регистр 16 записывается нулевой двоичный код, закрывающий все ключи многоэлементного ключа 17, и запускаются внутренние счетчики Сч1 на М„ пассивных цикла работы устройства, во время которых датчик 10 ультразву ковые колебания в полость черепа не излучает, и счетчик Сч2 — на 2И z активных цикла работы устройства, в

40 течение которых осуществляется электронное сканирование ° Далее следуют вновь М, пассивных цикла, а затем вновь 2М активных цикла работы устройства и т.д., пока оно не завер- 45 шит коррекцию направления ультразву,кового зондирования и временного по,ложения импульса строба, Объем мозговой ткани, прилегающий к исследуемому участку структуры 50 (участок артериального сосуда) и подвергающийся. электройному сканированию, ограничен геометрическими размерами рабочей поверхности датчика

10 и глубиной, определяемой временным интервалом t „-t „, где и и — временное положение импульса строба, смещенного на восемь дискретов левее, а t †временное положение импульса строба, смещенного на восемь дискретов правее относительно момента времени (фиг.3). Электронное сканирование ультразвуковым лучом объема мозговой ткани производится путем программно-управляемого стробирования эхосигнала и перемещения зондирующего элемента по рабочей .поверхности пьезоматрицы датчика 1О.

На фиг.3 представлены временные диаграммы работы устройства в режиме "Коррекция", где обозначено: а— сигнал на первом выходе синхронизатора 1; б — сигнал на выходе генератора 5 возбуждения; в — сигнал на выходе приемника 6; r — - сигнал на шестом выходе Р6 цифрового автомата 15; д — сигнал на выходе генератора 2 строба; е — сигнал на выходе блока 22 стробирования; ж — сигнал на выходе мультиплексора 18; з — сигнал на выходе блока 7 выборки и хранения; и — сигнал на выходе блока 12 выборки и хранения; к — сигнал на выходе ограничителя-формирователя 13; л— сигнал на выходе триггера 14; м— сигнал на втором„выходе синхронизатора 1; „ соответствует переднему, а — заднему фронту импульса на шестом выходе Р6 цифрового автомата

l5; à t с соответствует переднему фронту импульса на выходе генератора

2 строба.

Коррекция временного положения импульса строба и направления ультразвукового зондирования осуществляется в два этапа.

На первом этапе производится электронное сканирование объема мозговой ткани с грубым быстрым анализом отраженных сигналов. Для этого активным сначала становится первый зондирующий элемент, который в начале слелующего цикла излучит ультразвуковые колебания, примет отраженные сигналы, а устройство проанализирует временной интервал t„-t „ на наличие в нем хотя бы одного отраженного сигнала от внутричерепных структур.

Если отраженные сигналы от внутричерепных структур в выделенном интервале присутствуют, то триггер 14 вырабатывает на своем выходе сигнал лог, " 1" (интервал tд-t на фиг.3), в противном случае на выходе триггера

14 будет выработан сигнал лог. "p (интервал t <-t< на фиг.3), Цифровой

1507334

10 автомат 15 произведет анализ сигнала на первом входе Р4 и при наличии лог." 1" осуществит запоминание номера текущего активного зондирующего элемента. В следующем цикле активным становится второй зондирующий элемент, образованный иэ первого путем его перемещения на один шаг, равный ширине пьезоэлемента матричного датчика 10 и т.д., пока не будут опрошены все его зондирующие э. ементы. В результате первого этапа во внутренней памяти цифрового автомата 15 будут запомнены номера тех зондирующих элементов, которые при приеме отраженных сигналов во временном интервале t„-1 „ содержат хотя бы один сигнал, отраженный от внутричерепных структур. 20

На втором этапе производится более тщательный анализ отраженных сигналов во временном интервале при включении каждого, например, из трех зондирующих элементов. В резуль- 25 тате во внутренней памяти -цифрового автомата 15 будут записаны три двоичных кода амплитудных значений сигналов, отраженных от трех элементарных объемов мозговой ткани, а также коор- >0 динаты импульсов стробов и порядковых номеров зондирующих элементов, определяющие эти три элементарных объема. Далее производится анализ значений трех амплитуд отраженных сигналов и выбирается из них максимальное, по которому определяется координата импульса строба и порядковый номер зондирующего элемента. В результате цифровой автомат 15 проводит запись кода в регистр 16, под

40 управлением которого включается необходимый зондирующий элемент и запись кода в блок 22 стробирования для выработки координаты строба и тем самым осуществляется коррекция направления зондирования. Сигналом с пятого выхода цифрового автомата разрешается запись в регистраторе 9.

На фиг.4 представлен алгоритм работы цифрового автомата 15 в режиме 50

"Поиск".

При появлении на третьем входе цифрового автомата 15 сигнала лог.

"1" осуществляется режим регистрации по алгоритму на фиг.5 °

При выполнении необходимых одного иэ двух условий цифровой автомат 15 переходит в алгоритм режима коррекции на фиг. 6.

Цифровой автомат 15 может быть реализован на микросхеме однокристальной микроЭВМ,. Блок 22 стробирования выполняется программчо-управляемым формирователем и может включать генератор им— пульсов, счетчик, дешифратор адреса, дешифратор сравнения кодов и регистр памяти двоичного кода.

Ультразвуковой датчик 10 выполняется в виде многоэлементной двухмерной пьеэоматрицы. Для уменьшения количества проводов буферный регистр

16 и ключ 17 необходимо размещать в едином корпусе с датчиком.

Формула изобретения

Устройство для ультразвукового измерения характеристик внутричерепной гемоликвородинамики, содержащее синхронизатор, подключенный к генератору строб-импульса, вторым входом соединенному с задатчиком, к первому входу индикатора и к генератору возбуждения, выходом соединенному с входом приемника, выход которого подключен через блок выборки и хранения и интегратор к,входу регистратора, ультразвуковой датчик и сумматор, выходом подключенный к второму входу индикатора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения при длительных динамических исследованиях, в него дополнительно введены последовательно соедидиненные дополнительный блок выборки и хранения, ограничитель-формирователь, триггер, цифровой автомат, регистр и многоканальный ключ, подключенный к ультразвуковому датчику, а вторым входом соединенный с генератором возбуждения, мультиплексор, соединенный через второй триггер с вторым входом цифрового автомата, а входом — в выходом генератора стробимпульса, переключатель режима, соединенный с вторым входом мультиплексора и третьим входом цифрового автомата, аналого-цифровой преобразователь, входом подключенный к выходу первого блока выборки и хранения, а выходом - к четвертому входу цифрового автомата, пятый вход которого подключен к выходу синхронизатора, второй вход которого соединен с вторым

1 507 3 34

l2 входом аналого-цифрового преобраэователя, блок стробирования, первым, вторым и третьим входами подключенный соответственно к первому, второму и третьему выходам цифрового автомата, первый, второй и третий выходы которого соединены с первым, вторым и третьим входами регистра, четвертый вход блока стробирования и пятый вход цифрового автомата соединены с первым выходом синхронизатора, четвертый выход цифрового автомата соединен с вторым входом регистратора, а пятый — с.входом второго блока выборки и хранения, второй вход

5 которого подключен к выходу приемника и соединен с вторым входом сумматора, второй вход первого блока выборки и хранения соединен с выходом мультиплексора, вторые входы первого и второго триггеров соединены с первым выходом синхронизатора, выход блока стробирования соединен с третьим входом мультиплексора.

1 507 334 о и с 4

tи 4 t9 t4 И tÄ 4

@08 3

1 0733ci

1507334

gu

lAf

ffem а ьюде P5ycma гиитгннесиаган

oogmumy пе ью иикм айипыус а ноор инаае ь o memo коордннат1дИк ГН =РеГ1 В;

P 5:=РОГ <8

rm айдеCI

an слить та жр йЮмЮ эра авиона oIJ0

В иипиас с коораннааат(44 ) aNCCQNO nu yp iy. а и 4* ет

3анест нуле ой к

d е ньд !ezvcm c4 ажинщ

Нет а5хоаер/=/

Нет

Яа ет

Запуппиаь тай мер на 50ймкю

an сти ь танкер

8 икр ансст разря раас

РЕГ13нуЛь, порябКО Ннеркопюрагауктн арЕ 0

Нет йнерсра а

«7а

3ан- а и ро3РР рег I

Ра РЕ03еаинииу, порай е кт гауказснь РЕРЙ

oIIecmII со джиме

RТб guevw ОЗУ

РЕПб: =РЕГ!5

Нет

РЕГН- - РЕГ/4+/

РЕПЕ: = РЕГИ+/ лг=гн, Hem

ЕГ/ =2

Я1

PEA: =0;Ф_#_4ГС: = {

РЕГ/2:=0; ФЛАГ =0

РЕГИ= п

Да

РЕЮ:=r ЛАГ5Г=/

Составитель В.Аннськин

Техред А.Кравчук Корректор М.лароши

Редактор М.Петрова

Заказ 5478/6 Тираж 643 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

Г13.К

Hem

Нет щ а.Г om и Н и йеа

ГП: =РЕГИ+4

ЕГР НЕт

«7а

Чсаано ка ezucmpo и

ОЛМОВ: PE И:=С;РЕГВ=

РЕГ/2:=0; ЕГ/б:=РЕП4

ЕГО = 0; ФЛАГ4ФЛАГ50 аие ep dorr, Ят

PF I = PFf)0 инесе if юн Фут енто б аущрны ревмя

4ноиер навар

hfPm аюю сра а

РЕГ/2:= РЕГИ+