Ультразвуковой доплеровский индикатор кровотока

 

Изобретение используется в медицине для неинвазивного определения величины и направления кровотока единичных сосудов микроциркуляторного русла с глубиной залегания до 8 мм. Индикатор кровотока содержит датчик с приемным и излучающим пьезоэлементами, причем последний соединен с генератором, а приемный пьезоэлемент, усилитель высокой частоты, смеситель, усилитель низкой частоты соединены последовательно и вместе с генератором и дополнительными смесителем и усилителем низких частот расположены в корпусе датчика. Выход генератора соединен с входом смесителя и размещенной в корпусе датчика дополнительной цепочкой из последовательно соединенных линии задержки, дополнительных смесителя и усилителя низких частот. Выходы обоих усилителей низких частот соединены с магистральным двухканальным усилителем низких частот, расположенным в корпусе датчика. Изобретение позволяет повысить чувствительность и помехоустойчивость при выделении составляющих сигнала кровотока, соответствующих прямому и обратному току кровотока. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к медицине, в частности к ангиологии, и может быть использовано для исследования кровотока поверхностного микроциркуляторного русла (артериолы, венулы, капилляры, артериоловенулярные анастомозы, лимфокапиллярные сосуды и др.).

Наиболее успешно заявляемое изобретение может быть применено для неинвазивного определения величины и направления кровотока единичных сосудов микроциркуляторного русла с глубиной залегания до 8 мм, например сосудов внутри зуба, пародонта, капиллярных сосудов конечностей и др.

Известны аппараты "Acuson-128XP" и HP-1500 для исследования кровотока периферических сосудов (Ультразвуковое комплексное исследование больных с аневризмой аорты //Ангиология и сосудистая хирургия. -1996. -N 5. -С. 46-58). В известных аппаратах используются ультразвуковые датчики с рабочей частотой 7,5 МГц.

Известен также аппаратный комплекс "VASCULAB SP25A" (Сопоставление данных ультразвуковой доплерографии подкожных вен нижних конечностей и клинических проявлений варикозной болезни//Визуализация в клинике.-1996.- Декабрь. N 9. - С. 30-35). Для исследования гемодинамики подкожных сосудов в известном аппаратном копмлексе используется ультразвуковой датчик с рабочей частотой 8 МГц в непрерывно-волновом доплеровском режиме. Угол наклона ультразвукового луча выдерживается в пределах 45-50^oC, что позволяет уменьшить погрешности в количественной оценке скорости движения крови.

Датчики всех вышеперечисленных аппаратов имеют рабочую частоту значительно меньше 20 МГц, что не позволяет получать четкий сигнал, несущий информацию о кровотоке единичного микрососуда с глубиной залегания до 8 мм. Кроме того, известные аппараты позволяют оценивать лишь величину скорости кровотока без определения направления его движения, что необходимо для ранней неинвазивной диагностики различных заболеваний, например пульпитов, стоматита и других.

Известен ультразвуковой доплеровский индикатор кровотока, содержащий датчик с приемным и излучающим пьезоэлементами, причем последний соединен с генератором, а приемный пьезоэлемент, усилитель высокой частоты, смеситель, усилитель низкой частоты соединены последовательно и вместе с генератором расположены в корпусе датчика (Полезная модель, св-во РФ N 4074 от 06.02.96г. , МПК А 61 F 9/00). В корпус датчика введен канал, состоящий из дополнительных фильтра низкой частоты, усилителя низкой частоты и фазовращателя. Датчик имеет рабочую частоту 20 МГц. Сигнал с двух каналов поступает на вход стандартной звуковой платы, где происходит преобразование аналогового сигнала в цифровой, а стабилизатор является общим для обоих каналов. Настройкой фазовращателя добиваются четкого изображения доплерограммы и осуществляют оценку кровотока.

Известный индикатор по наибольшему количеству сходных признаков и достигаемому результату наиболее близок к заявляемому и поэтому выбран в качестве прототипа.

Недостатком известного индикатора кровотока является сложность настройки фазовращателя, т. к. при разделении сигнала резко падает чувствительность всего прибора, в связи с чем не удается достичь максимальной чувствительности и помехоустойчивости для четкого выделения составляющих доплеровского сигнала кровотока, соответствующих прямому и обратному току крови при исследовании сосудов микроциркуляторного русла с глубиной залегания до 8 мм. Отраженный сигнал несет информацию о кровотоке не только конкретного сосуда, но целого пучка. Кроме того, известный индикатор имеет высокую трудоемкость при сборке микросхем и соответствующую стоимость.

Целью изобретения является расширение финкциональных возможностей индикатора путем повышения чувствительности и помехоустойчивости при выделении составляющих доплеровского сигнала кровотока, соответствующих прямому и обратному току кровотока при исследовании сосудов микроциркуляторного русла.

Сущность изобретения выражается в следующей совокупности существенных признаков, достаточной для достижения указанного выше технического результата.

Ультразвуковой доплеровский индикатор кровотока,. содержащий датчик с приемным пьезоэлементом, усилителем высокой частоты, смесителем, усилителем низкой частоты, соединенными последовательно, излучающим пъезоэлементом, соединенным с генератором, и дополнительными смесителем и усилителем низких частот, размещенными в корпусе датчика. Выход генератора соединен с входом смесителя и с размещенной в корпусе датчика дополнительной цепочкой последовательно соединенных линии задержки, дополнительных смесителя и усилителя низких частот, а выходы обоих усилителей низких частот соединены с магистральным двухканальным усилителем низких частот, расположенным в корпусе датчика.

В этом заключается совокупность существенных признаков, обеспечивающая достижение технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны. Кроме того, датчик через коммутирующее устройство соединен со звуковой платой. Наиболее успешно технический результат достигается при угле раскрыва пьезоэлементов 155±1^o и рабочей частоте датчика 25±2 МГц. При угле раскрыва пьезоэлементов, значительно отличающегося от 155^o, ухудшается фокусировка ультразвукового луча, его направленность и "выявляемость" микрососуда. Рабочая частота датчика меньше 23 МГц способствует увеличению длины волны ультразвука, в результате чего также ухудшаются направленность и чувствительность сканирующего луча, т.к. размер захватываемой области оказывается больше размеров микрососудов.

Включение в корпус датчика линии задержки позволяет автоматически разделить плюсовую и минусовую составляющие выделенной доплеровской частоты, соответствующих прямому и обратному направлению кровотока во всем рабочем диапазоне частот. В результате не требуется дополнительная настройка схемы по этому параметру. Рабочая частота датчика и угол раскрыва пьезоэлементов обеспечивают малую длину волны ультразвука и его улучшенную локацию единичных микрососудов.

Анализ известных технических решений показал, что отличительные признаки предлагаемого изобретения, обусловливающие достижение поставленной цели, - включение в корпус датчика линии задержки, двухканального магистрального усилителя, геометрия и рабочая частота датчика, - не встречаются и не следуют явным образом из существующего уровня техники. Поэтому данное техническое решение соответствует критериям "новизна" и "изобретательский уровень". Кроме того, заявляемое изобретение использовано в опытном образце, изготовленном в СП "МИНИМАКС" г. Санкт-Петербурга, что подтверждает соответствие критерию "промышленная применимость".

Ha чертеже приведена функциональная схема конкретного выполнения заявляемого устройства.

Ультразвуковой доплеровский индикатор кровотока содержит датчик 1, в состав которого входят съемная ультразвуковая головка 2 и преобразовательно-усилительное устройство 3. В головке 2 размещены приемный 4 и излучающий 5 пьезоэлементы с углом раскрыва 155^o. На печатной плате преобразовательно-усилительного устройства 3 смонтированы усилитель высокой частоты 6, генератор 7 опорной (рабочей) частоты, смесители 8 и 9, линия задержки 10, усилители промежуточные 11,12 (каскад предварительной обработки сигналов), магистральный двухканальный усилитель 13, стабилизаторы 14, 15. Датчик выходным кабелем через коммутирующее устройство 16 соединено с входом звуковой платы 17, размещенной в персональном компьютере 18. Датчик 1 через коммутирующее устройство 16 соединен также с блоком питания 19, с которого напряжение подается на два стабилизатора 14 и 15. Звуковая плата 17 связана с программным обеспечением 20, устройствами звукового контроля 21 и 22 (например, колонки акустические) и монитором 23. В программу обработки доплеровского сигнала введена функция подавления шумов. Информация в персональный компьютер вводится с устройства ввода и управления 24 (клавиатура, мышь и т.д.).

Принцип работы заявляемого индикатора заключается в следующем.

Датчик 1 с предварительно нанесенной на него пастой устанавливают в диагностируемое место. Генератор 7 вырабатывает синусоидальное напряжение частотой 25±2 МГц (например, 25 МГц), поступающее на излучающий пьезоэлемент 5 и смеситель 8. Излучающий пьезоэлемент 5 преобразует электрический сигнал в акустическую волну, которая распространяется, отражаясь от кровотока. При отражении от кровотока происходит доплеровский сдвиг частоты. Приемный пьезоэлемент 4 преобразует акустическую волну с доплеровским сдвигом в электрический сигнал, который усиливается усилителем высокой частоты 6 и поступает на смеситель 8. Также на смеситель 8 и на смеситель 9 через линию задержки 10 поступают опорные сигналы со сдвигом фаз между собой. Далее сигналы поступают в усилители 11 и 12 (каскад предварительной обработки сигнала), входные цепи которых являются одновременно фильтрами низких частот. Затем сигналы поступают во входные цепи магистрального усилителя 13, в которых они дополнительно отфильтровываются. Выходные цепи усилителя 13 защищены от перегрузки по выходному сигналу. Таким образом, сигнал усиливается до величины, необходимой для преобразования аналогового сигнала в цифровой. Усиленный низкочастотный сигнал через коммутирующее устройство 16 поступает на вход звуковой платы 17, стандартной, подключаемой к свободному разъему персонального компьютера 18. С выхода звуковой платы 17 звуковой сигнал поступает на устройство звукового контроля 21 и 22 и на внутреннюю плату компьютера 18, где в соответствии с заложенной программой обрабатывается информация и выводится на монитор 23.

Опытный образец заявляемого изобретения был успешно использован для ранней неинвазивной диагностики гемодинамики внутри костных тканей с глубиной залегания до 8 мм, а также сосудов, находящихся внутри зуба. Датчик заявляемого индикатора с рабочей частотой 25 МГц с предварительно нанесенной на него контактной пастой был установлен на границе эмального слоя у шейки зуба под углом ~40^o к ближайшему десенному выступу. В этой области твердая ткань зуба доступна для прохождения ультразвука (так называемое "акустическое окно"), а сфокусированный зондирующий ультразвуковой сигнал позволил получить данные (величину и направление скорости) кровотока единичного микрососуда, а также характеристики микроциркуляторного русла пульпы в целом.

Формула изобретения

1. Ультразвуковой доплеровский индикатор кровотока, содержащий датчик с приемным пьезоэлементом, усилителем высокой частоты, смесителем, усилителем низкой частоты, соединенными последовательно, излучающим пьезоэлементом, соединенным с генератором, и дополнительными смесителем и усилителем низких частот, размещенными в корпусе датчика, отличающийся тем, что выход генератора соединен с входом смесителя и размещенной в корпусе датчика дополнительной цепочкой последовательно соединенных линии задержки, дополнительных смесителя и усилителя низких частот, а выходы обоих усилителей низких частот соединены с магистральным двухканальным усилителем низких частот, расположенным в корпусе датчика.

2. Индикатор по п.1, отличающийся тем, что датчик через коммутирующее устройство соединен со звуковой платой.

3. Индикатор по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что датчик, содержащий приемный и излучающий пьезоэлементы, имеет рабочую частоту 25 ± 2 МГц, а угол раскрыва пьезоэлементов равен 155 + 1^o.

РИСУНКИ

Рисунок 1