Ультразвуковой томограф

 

Изобретение относится к акустической томографии и может быть использовано рпя визуализации внутренних неоднородностей исследуемого объекта, неразрушающего контроля и медицинской диагностики. Цель изобретения - повышение чувствительности к протяженным дефектам с пространственно-ориентированной диаграммой направленности отражения. В ультразвуковом томографе изображение объектов восстанавливается с учетом количества образов, с которых происходит реконструкция изображения в результате чего яркости протяженных и точечных неоднородностей выравниваются Это достигается аддитивным определением нормировочного множителя, который пропорционален количеству суммируемых образцов объекта. В результате значения нормировочного множителя для протяженных дефектов оказывается меньше, чем для точечных, а яркости изображений выравниваются 3vm

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (23) 4936423/28 (22) 15.05.91 (46) 35.1193 Бюл. f4 43-42 (71) Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет им.ВИУльянова (Ленина)

{72) Осетров А.В„Долганов В.В. (73) Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет имВ.ИУльянова (Ленина)

{54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ТОМОГРАФ (57) Изобретение 0THocMTGR к акустической томографии и может быть использовано дпя визуализации внутренних неоднородностей исследуемого объекта, неразрушающего контроля и медицинской диагностики. Цель изобретения — повышение чувствительности к протяженным дефектам с пространственно-ориентированной диаграммой направленности отражения. В ультразвуковом томографе иэображение объектов восстанавливается с учетом количества образов, с которых происходит реконструкция изображения, в результате чего яркости протяженных и точечных неоднородностей выравниваются. Это достигается аддитивным определением нормировочного множителя, который пропорционален количеству суммируемых образцов объекта. В результате значения нормировочного множителя для протяженных дефектов оказывается меньше, чем для точечных, а яркости изображений выравниваются Э ия

Изобретение относится к акустическим измерениям и может быть использовано для визуализации внутренних неоднородностей объектов, прозрачных для акустических волн, в дефектоскопии и в медицинской диагностике, Известно устройстао для получения акустических изображений с использованием метода синтезированной апертуры, в котором акустический преобразователь являетая слзбонаправлвнным {имеет малые волновые размеры) и, таким образом появляется возможность приема сигналов от протяженных неоднородностей, При этом существует такое положение преобразователя, при котором он принимаем нормально отраженный сигнал. Для получения итогового иэображения требуется обработать информацию, полуиенную с ряда положений приемоизлучателя, при этом используется слерующее выражение для изображения

O(R)

2! R.-Г:1)

Со где S(r7, t) — огибающая отраженного сигнаas в точке области сканирования с радиусом-фектором ri в момент времени т; и — радиус-вектор текущей точки в исследуемой области;

С0- скорость звука в исследуемом объекте; щ и пз — граничные номера положений акустического преобращеателя, в которых

"видна" текущая точка R объекта, 4- глубина залегания точки R.

Наиболее близким к изобретению является ультразвуковой топограф. содержащий последовательно соединенные приемоизлучатель, блок усиления и коммутации, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), буферное оперативно-запоминающее устройство {ОЗУ) и регистровое ОЗУ, адресное йерепрогрвммируемое постоянное запоминающее устройство (ППЗУ), блок адресных переключателей, суммирующее устройство, умножитель, корректирующее ППЗУ, устройство отображения, контроллер и сканер, контроллер адресной шиной соединен с адресными входами адресного и корректирующего- ППЗУ, устройства отображения, буферного ОЗУ и первой группой входов блока адресных переключателей, выходы адресного ПИЗУ соединены с второй группой входов блока адресных переключателей, выходы которого соединены с вдреснымй входами регистрового ОЗУ, контроллер управляющими линиями соединен с входом запуска блока усиления и коммутации, тактовым входом АЦП, входом разрушения записи в буферное ОЗУ, входом

"чтения — записи" и тактовым входом реги"О стрового ОЗУ, входом переключения групп входов блока адресных переключателей, входами сброса суммирующего устройства и входом разрешения записи в устройство отображения, выходы регистрового ОЗУ со"5 единены с входами суммирующего устройства, выход суммирующего устройства соединен с. умножителем, выход которого соединен с информационным входом устройства отображения, а сканер, механически связанный с приемоиэлучателем, соединен управляющей шиной с контроллером.

Недостатком известного томографа является низкая чувствител ьность к протяженным неоднородностям, так как в алгоритме восстановленного изображения не учитываетея возможная пространственная избирательность при отражении звука, появляющаяся при наличии протяженных неоднородностей, Б результате иэображение протяженных неоднородностей оказывается подавленным по отношению к сопоставимым локальным, Цель изобретения — увеличение чувствительности к протяженным дефектам.

Поставленная цель достигается тем, что ультразвуковой томограф, содержащий последовательно соединенные приемоиэлучатель, блок усиления и коммутации, АЦП, "О буферное и регистровое ОЗУ, адресное

ЛПЗУ, блок адресных переключателей, суммирующее устройство, корректирующее

ППЗУ, умножитель, устройство отображения, контроллер и скэнер, е котором контроллер по адресной шине соединен с адресными входами адресного и корректирующего ППЗУ, устройства отображения, буферного ОЗУ, первый группой входов блока адресных переключателей, выходы адресного ППЗУ соединены с второй группой входов блока адресных переключателей, выходы которого соединены с адресными входами регистрового ОЗУ, контроллер по соответствующим управляющим линиям соединен с входам запуска блока усиления и коммутации, тактовым входом АЦП, входом разрешения записи и в буферное ОЗУ, входом "чтения-записи" и тактовым входом регистрового ОЗУ, входом переключения групп входов блока адресных переключате2002451

-Ф «««

«2 I R г){ )д (-«(-«2 l R — г) I )

Со Со

О. (Я)—

-« - - 2 I R— - г) I

{(1 — а}д1(.l R — f7 I в(} — $„Р) -а2

)=и, К) (22 где S))op — пРиведенное к РасстоЯнию {длЯ 35 сферических волн) пороговое значение отраженного сигнала {Snop такова, что сигнал от дефектов, подлежащих восстановлению, выше Snop), а-коэффициент контрастности,О< а Б 1, 40 о1 — функция Хевисайда.

Выражение (1) является частным случаем(2) при а = 1 или Snop-0. Приуменьшении а компенсируетСя подавление изображения дефектов, отличных от лакаль- 15 ных, таким образом сущность изобретения заключается в реализации нелинейной нормировки в соответствии с (2).

На фиг, 1 представлена функциональная схема предлагаемого ультразвукового 50 томографа, на фиг. 2 — схема арифметического устройства; на фиг. 3 — схема блока задания коэффициента контрастности.

Ультразвуковой томограф содержит контроллер 1, приемоиэлучатель 2, блок 3 55 усиления и коммутации, АЦП 4, буферное

ОЗУ 5, регистровое ОЗУ 6, адресное ППЗУ

7, блок 8 адресных переключателей, блок 9 элементов И, ППЗУ 10 пороговых уровней, лей и входом разрешения записи в устройство отображения, выходы суммирующего устройства соединены с умнажителем, выходом соединенного с информационным входом устройства отображения. а сканер. механически соединенный с приемоиэлучателем управляющим каналом подключен к контроллеру, снабжено ППЗУ паратовых уровней и размера зоны усреднения, блоком элементом И, устройством сравнения кодов, счетчиком-сумматором, арифметическим устройством и блоком задания коэффициента контрастности, контроллер по адресной шине подключен к адресным входам ППЗУ пороговых уровней размера эоны усреднения, а по управляющему входу — к входу "Сброс" счетчика-сумматора, выход

ППЗУ пороговых уровней соединен с первой группой входов устройства сравнения кодов, выходы которогосоединены с первой .группой входов блока элементов И и счетчиком-сумматором, выходы регистрового ОЗУ соединены с вторыми группами входом устройств сравнения кодов и блока элементов И, выб

25 ходы которого соединены с суммирующим устройством, входы арифметического устройства соединены с выходами счетчикасумматора. корректирующего ППЗУ, ППЗУ размера зоны усреднения и блока задания коэффициента контрастности, э выход арифметйческого устройства соединен с входом умножителя.

Сущность изобретения состоит в том, что в предлагаемом томографе восстанавливается иэображение объектов с учетом количества образов, с которых происходит реконструкция изображения, в результате чего яркость изображений от различнаго количества слагаемых оказывается одинаковой. Это достигается аддитивным определением нормированного множителя, который пропорционален количеству суммируемых образцов объекта. В результате значения нормировочного множителя для протяженных дефектов сказывается меньше, чем для точечных, а яркости изображений выравниваются. Эти преобразования могут быть описаны следующим выражением: корректирующее ППЗУ 11, ППЗУ 12 размера зоны усреднения, устройство 13 сравнения . кодов, счетчик-сумматор 14, суммирующее устройство 15. арифметическое устройства 16, умножитель 17, блок 18 задания коэффициента контрастности, устройство 19 отображения и сканер 20. Сканер 20 механически соединен с приемоизлучателем 2, а электрически с контроллером 1, к соответствующим управляющим выходам которого подключены входы запуска блоха 3, задания такта АЦП 4, разрешения записи ОЗУ 5, входами "чтения-записи" и тактовым регистрового ОЗУ 6, входом переключения групп входов блока 8 адресных переключателей, входом обнуления счетчика-сумматора 14 и суммирующего устройства 15, входом разрешения записи в устройство 19 отображения. Кроме того, контроллер 1 по адресной шине соединен с адресными входами буферного ОЗУ 5, адресного ППЗУ 7, ППЗУ 10 пороговых уровней, корректирующего ППЗУ 11, ППЗУ 12 размера зоны усреднения, первой группой входов блюка адресных переключателей и

-2002451 адресным входом устройства 19 отображения, приемоизлучатель 2 соединен с блоком

3 усиления и коммутации и далее с АЦП 4 и буферным ОЗУ 5, информационный выход которого соединен с информационным входом регистрового ОЗУ 6, выходы адресного

ППЗУ 7 соединены с второй группой входов блока 8 адресных переключателей. выходы которого соединены с адресными входами регистрового ОЗУ 6, выходы ППЗУ 10 пороговых уровней соединены с первой группой входов устройства 13 сравнения кодов. вы. ходы которого соединены с входами счетчика-сумматора 14 и первой группой входов блока 9 элементов И, выходы регистрового

ОЗУ 6 соединены с вторыми группами входом устройства 13 сравнения кодов и блока

9 элементов И, выходы последнего соединены с суммирующим устройством 15, выход которого соединен с входом умножителя 17, входы арифметического устройства 16.соединены с выходами счетчика-сумматора 14, корректирующего ППЗУ 11, ППЗУ 12 размера зоны усреднения и блока 18 задания коэффициента контрастности,.а!- выход :,— с . вторым входом умножителя 17, выход которого соединен с информационным входом устройства l9 отображения.

Перед началом работы необходимо заполнить ППЗУ.

Каждому из m входных адресов, определяющих глубину залегания текущей точки и подаваемых одновременно на и входов, ставятся в соответствие и временных отсчетов отраженного сигнала (т.е. фактически адреса регистрового ОЗУ 7, в которых хранится информация о текущей точке). При этом в соседних строках хранится информация, соответствующая соседним позициям приемоизпучателя. Аналогично заполнено

ППЗУ 10 пороговых уровней, но вместо временного отсчета (адреса) — величина порогового значения. В корректирующем ППЗУ 11 . хранится зависимость корректирующего множителя, учитывающего рассеяние и затухание звука в материале (выход) от глубины (вход), в ППЗУ 12 размера зоны усреднения — количество позиций приемо. излучателя, с которых "видна" точка на данной глубине (знаменатель формулы (1)). Для всех позиций приемоизлучателя, с которых на данной глубине "не видна" текущая точка (восстанавлиаается точки строки с номером и/2), в адресном ППЗУ 7 записан адрес соответствующей ячейки с нулевым значением е регистровом ОЗУ.

Томограф работает следующим образом.

Восстановление изображения проводится параллельно со смещением сканера

55 роллера 1 блок 8 адресных переключателей подключает выходы адресного ППЗУ 7 к соответствующим адресным входам регистрового ОЗУ 6, контроллер 1 начинает перебор адресов, соответствующих глубинам залегания восстанавливаемой точки. Для каждого из m адресов, определяющих глубину залегания восстанавливаемой точки и поступающих на адресные входы адресного ППЗУ 7, последнее вырабатывает л адресов. соответствующих временным отсчетам отражен20; весь цикл визуализации происходит в три последовательных этапа: I — излученияприема импульса и формирования строки информации в буферном ОЗУ 5, П вЂ” организация сдвига строк на одну вниз для регистрового ОЗУ 6 с записью в верхнюю строку содержимого буферного ОЗУ 5 последовательно по столбцам, Ш вЂ” обработка информацйи регистрового ОЗУ 5, поэлементная

10 передача столбца изображения а устройство 19 визуализации .! этап. При движении сканера 20 с закрепленным на нем приемоиэлучателем 2 через фиксированное смещение подается

15 сигнал в контроллер 1, который вырабатывает импульс запуска блока усиления нноммутации, который вырабатывает импульс излучения и переключается в режим приема-усиления принятого отраженного сигнала, далее принятый сигнал квантуется

АЦП 4 с тактовой частотой, подаваемой с контроллера 1 (тактовая частота и обьем Gyферного ОЗУ 5 определяют глубину зондирования) и записывается в буферное ОЗУ 5.

Сигнал разрешения записи вырабатывается контроллером 1 с необходимой для обработки в АЦП 4 задержкой синхронно g перебором адресов по адресной шине. После переборки всех адресов (m импульсов) буферное ОЗУ 5 заполнено.

И этап. Управляющим сигналом контроллера 1 на выходе блока 8 адресных переключателей устанавливаются входные данные с адресной шины контроллера 1, начинается перебор адресов. Адреса по адресной шине передаются через блок 8 адресных переключателей на адресные входы регистрового ОЗУ б, управляющимй сигналами содержимое установленных адресов каждой строки копируется в буфер строки и далее по тому же адресу нижней строки регистрового ОЗУ 6 последовательно для каждого столбца, а буферное ОЗУ 5 — верхнюю строку регистрового ОЗУ 6. В результате перебора всех адресов информация регистрового ОЗУ 6 оказывается сдвинутой вниз на одну строку, верхняя строка заполнена содержимым буферного ОЗУ 5.

1II этап. Управляющим сигналом конт2002451 тивна-запоминающего устройства,кантрал лер па соответствующим управляющим линиям соединен с входом запуска блока

35 усиления и коммутаций, тактовым входом аналого-цифрового преобразователя, входом разрешения записи в буферное оперативна-запоминающее устройство, входом чтения-записи и тактовым входом регист40 роваго оперативна-запоминающего устройства, входом переключения групп входов блока адресных переключателей, входом сброса суммирующего устройства и входам разрешения записи в устройство

45 отображения, выходы регистрового оперативна-запоминающего устройства соединены с входами суммирующего устройства, выходам соединенного с умножителем, выход которого соединен с информационным входам устройства атображсния, а сканер, механически связанный а приемоизлучателем, соединен па управляющей шине с контроллерам, отличающийся тем, -(To, с

55 целью увеличения чувствительности к протяженным дефек ам, томограф снабжен перепрограммируемыми постоянными эа поминающими устройствами пороговых уровней и размера зоны усреднения, устройствам сравнения кодов, блоком эленого сигнала с положений приемоизлучателя. В ы6 ран н ые адреса по всем строкам через блок 8 адресных переключателей подаются на адресные входы регистрового

ОЗУ 6 и ППЗУ 10 пороговых уровней. Информация по заданным адресам из регистрового ОЗУ 6 подается параллельно по всем строкам в устройство 13 сравнения кодов.

Если для заданной текущей точки обьекта отраженный от нее сигнал выше соответствующего порогового, устройство 13 сравнения кодов вырабатывает на соответствующих выходах "1", по этим строкам информация из регистрового ОЗУ 6 через блок 9 элементов И подается в суммирующее устройство 15, на выходе которого устанавливается сумма значений отраженного сигнала для данной точки по всем ячейкам регистрового ОЗУ 6 (что соответствует сумме числителя формулы (2)}, одновременно на выходе счетчика-сумматора

14 устанавливается количество этих слагаемых (соответствует сумме функций Хевисайда формулы (2)}. В результате на входах арифметического устройства 16 устанавливаются: из корректирующего ППЗУ 11 — параметр (R — Г71 (для компенсации сферического затухания и поглощения звука материалом, из ППЗУ размера зоны комФормула изобретения

УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ТОМОГРАФ, содержащий последовательно соединенные приемоизлучатель, блох усиления и коммутации, аналого-цифровой преобразователь, буферное оперативно-запоминающее устройство и регистровое оперативно-запоминающее устройство, адресное перепрограммируемое постоянное запоминающее устройство, блок адресных переключателей, суммирующее устройство, умножитель, корректирующее перепрограммируемое, постоянное запоминающее устройство, устройство отображения, контроллер и сканер, в кото- ром контроллер па адресной шине соединен с адресными входами адресного и корректирующего переп раграммируемых постоянных запоминающих устройств, устройства отображения, буферного оперативно-запоминающего устройства и первой группой входов блока адресных переключателей, выходы адресного перепрограммируемого постоянного запоминающего устройства соединены с второй группой входов блока адресных перекл ючателей, выходы кото рого соединен ы с адресными входами регистрового опера5

-Ь -3г пенсации 12 — параметр (n-,(Я ) — n;(R ) + 1), из счетчика — сумматора i4 — количества позиций, с которых "видна" исследуемая точка как дефект, иэ блока 18 — параметр а и (1 — а) (ace обозначения даны в соответствии с формулой (2)). В результате вычислений на выходе умнажителя 17 устанавливается восстановленное значение текущей па глубйне точки. По управляющему сигналу контроллера 1 резуль ат записывается в устройство визуализации, обнуляются счетчик и суммирующее устройство, устанавливается следующий адрес яо глубине на адресной шине контроллера 1. При этом необходимо отметить, чта восстанавливается и/2-я строка, т,е, визуализируется столбец изображения, саатве-ствующий задержке в n/2 позиций приемаизлучателя. (56) Хзвлайс Ф. и Телнэер Дж.К, Ультразвуковая визуализация в медицине: Принципы и аппаратура// ТИИЗР, 1979, т. 67, И 4, с.

209-234.

2. Ozalct Y., Sumitanl Н., Tomoda Т„

Tanaka Н. А new system for геа time synthetic

aperture uttrasonIc imaging// lEEE Trans.

Ultras., Ferroel and Freg. Contr 1988, vot. 35, М 6, р. 828-838.

2002451 ментов И, счетчиком-сумматором, арифме- вого оперативно-запоминающего устройсттическим устройством и блоком задания ва соединены с вторыми группами входов коэффициента контрастности, контроллер устройства сравнения кодов и блока злепо адресной шине подключен к адресным ментов И. выходы которого соединены с входам перепрограммируемых постоянных 5 суммирующим устройством, входй арифэапоминающих устройств пороговых уров-,метического устройства соединены с выхоней и размера зоны усреднения, а по уп- дами счетчика-сумматора, равляющему входу - к входу "Сброс" корректирующего перепрограммируемого счетчика-сумматора, выход перепрограм- постоянного запоминающего устройства, мируемого постоянного запоминающего переЪрограммируемых постоянных эапо10 устройства пороговых уровней соединен с минающих устройств размера эоны усредпервой группой входов устройства сравне- нения и. блока задания коэффициента ния кодов, выходы которого соединены с контрастности, а выход арифметического первой группой входов блока элементо И 15 устройства соединен с входом умножите. и счетчиком-сумматором, выходы регистра-, ля.

4hz 2

Составитель В.Долганов

Редактор Т.Мельникова Техред M.Moðãåíòàë

Корректор А.Обручар

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5. Заказ 3199

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

Ультразвуковой томограф Ультразвуковой томограф Ультразвуковой томограф Ультразвуковой томограф Ультразвуковой томограф Ультразвуковой томограф 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к медико-биологическим исследованиям головного мозга

Изобретение относится к ультразвуковой медицинской эхографии головного мозга
Изобретение относится к медицине, в частности к ультразвуковой диагностике и может быть использовано для обнаружения язвы желудка

Изобретение относится к медицинской ультразвуковой диагностической аппаратуре, более конкретно - к ультразвуковым средствам формирования и визуализации трехмерных изображений внутренних органов при неинвазивных медицинских обследованиях пациентов

Изобретение относится к области медицины и может быть использовано в ультразвуковой диагностике для определения степени ожогов, в том числе в ранние сроки после термических поражений и в случае ожогового шока

Изобретение относится к медицинской технике для проведения неинвазивных исследований объемного строения внутренних органов человека

Изобретение относится к медицине, а именно к технологии создания компьютерных моделей биологических объектов

Изобретение относится к медицине, а именно к офтальмологии, и может использоваться в рефракционной хирургии для коррекции зрения при близорукости, дальнозоркости и астигматизе

Изобретение относится к медицинской технике, в частности к ультразвуковой томографической аппаратуре, и позволяет получать двумерные акустические изображения структур головного мозга "по слоям" при низком уровне шумов и помех
Наверх