RU2765605C1 - Tomography device using a ring antenna array - Google Patents

Tomography device using a ring antenna array Download PDF

Info

Publication number
RU2765605C1
RU2765605C1 RU2021114692A RU2021114692A RU2765605C1 RU 2765605 C1 RU2765605 C1 RU 2765605C1 RU 2021114692 A RU2021114692 A RU 2021114692A RU 2021114692 A RU2021114692 A RU 2021114692A RU 2765605 C1 RU2765605 C1 RU 2765605C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
ring
antenna array
ultrasonic
elements
emitting
Prior art date
Application number
RU2021114692A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Валерий Павлович Ющенко
Владимир Николаевич Легкий
Любовь Васильевна Шебалкова
Original Assignee
Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования «Новосибирский Государственный Технический Университет»
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования «Новосибирский Государственный Технический Университет» filed Critical Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования «Новосибирский Государственный Технический Университет»
Priority to RU2021114692A priority Critical patent/RU2765605C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2765605C1 publication Critical patent/RU2765605C1/en

Links

Images

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B6/00Apparatus for radiation diagnosis, e.g. combined with radiation therapy equipment
    • A61B6/02Devices for diagnosis sequentially in different planes; Stereoscopic radiation diagnosis
    • A61B6/03Computerised tomographs
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B8/00Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • A61B8/13Tomography
    • A61B8/15Transmission-tomography

Abstract

FIELD: medicine.
SUBSTANCE: tomography device using a ring antenna array contains a metal base of a circular ultrasonic antenna array with alternately alternating emitting and receiving antenna elements, phase shifters in the emitter channels, an adder of signals from all receiving elements, a monochromatic wave source feeding all emitting antenna elements through phase shifters, a phase shifter control device coupled with an electronic computer. In this case, the base of the ultrasonic antenna array is made of N-metal ring segments with the ability to connect into a ring to form a regular circle. On the inner side of the segments, a damper layer is applied, in which emitting and receiving antenna elements are arranged alternately with recessed into the damper by the thickness of the antenna element. Each segment of the ring is placed in an elastic applicator filled with immersion liquid with the possibility of adjusting its amount.
EFFECT: use of this invention will expand the area of ​​operation of the device due to the provision of tight ultrasonic contact of the annular antenna array with the surface of the neck, sternum or lumbar regions of the patient.
6 cl, 4 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области ближней локации на акустических волнах с зондированием окружающего пространства монохроматическим сигналом. Информация о дальности до отражающих точек объекта извлекается с помощью управляемой фокусировки. Данное предложение может быть использовано в медицине для томографии внутренней структуры объекта, а также для доставки ультразвуковой энергии в заданную область тела пациента с лечебной целью, например для дробления камней в почке. The present invention relates to the field of near location on acoustic waves with sounding of the surrounding space with a monochromatic signal. Information about the distance to the reflective points of the object is extracted using controlled focus. This proposal can be used in medicine for tomography of the internal structure of an object, as well as for delivering ultrasonic energy to a given area of the patient's body for therapeutic purposes, for example, for crushing kidney stones.

Аналогом предлагаемого устройства является известное устройство [патент № US 2014/0316269 A1] (FIG.1), содержащее плоскую антенную решётку (FIG.61 J.), или антенную решётку в виде сектора параболы (FIG.61 A.), или в виде параболойда (FIG.61 B.) с механическим перемещением фокуса излучаемой ультразвуковой энергии, путём изменения положения антенной решётки внутри аппликатора (FIG.1.), генератор зондирующих импульсов FIG.1., несколько приёмных пьезоэлементов, блок компьютерного управления с наведением фокуса с помощью маяка для доставки ультразвуковой энергии в область указанную маяком. (указанная нумерация рисунков относится к описанию патента US 2014/0316269 A1). An analogue of the proposed device is a well-known device [patent No. US 2014/0316269 A1] (FIG.1), containing a flat antenna array (FIG.61 J.), or an antenna array in the form of a parabola sector (FIG.61 A.), or in in the form of a paraboloid (FIG.61 B.) with mechanical displacement of the focus of the emitted ultrasonic energy, by changing the position of the antenna array inside the applicator (FIG.1.), generator of probing pulses FIG.1., several receiving piezoelectric elements, computer control unit with focusing with using a beacon to deliver ultrasonic energy to the area indicated by the beacon. (the indicated numbering of the figures refers to the description of the patent US 2014/0316269 A1).

Данное устройство, содержащее плоскую антенную решётку или решётку в виде параболоида, не позволяет томографировать шейный отдел пациента из-за неподходящей формы антенной решётки не позволяющей достичь нужного контакта с поверхностью шеи, а также не позволяющей доставить ультразвуковую энергию в нужную область шейного отдела. This device, containing a flat antenna array or a paraboloid-shaped array, does not allow tomography of the patient's cervical region due to the inappropriate shape of the antenna array, which does not allow reaching the desired contact with the neck surface, and also does not allow delivering ultrasonic energy to the desired region of the cervical region.

Также широко известны ультразвуковые импульсно-доплеровские томографы с неглубоким проникновением зондирующего сигнала для визуализации сонной артерии шейного отдела. [Осипов Л.В. - Ультразвуковые диагностические приборы. Практическое руководство для пользователей Москва ВИДАР 1999, https://studizba.com/files/show/djvu/1786-1-osipov-l-v--ul-trazvukovye.html]. Основной особенностью этого томографа является неглубокое зондирование, позволяющее подробно просмотреть сонную артерию, расположенную вблизи от поверхности шеи. Also widely known are ultrasonic pulsed Doppler tomographs with a shallow penetration of the probing signal for visualization of the carotid artery of the cervical region. [Osipov L.V. - Ultrasonic diagnostic devices. Practical guide for users Moscow VIDAR 1999, https://studizba.com/files/show/djvu/1786-1-osipov-l-v--ul-trazvukovye.html]. The main feature of this tomograph is shallow probing, which allows you to view in detail the carotid artery, located close to the surface of the neck.

Известное ультразвуковое доплеровское устройство с импульсным принципом действия рассчитано на неглубокое зондирование сонной артерии не позволяет получить полную, глубокую картину шейного отдела в сечении. Known ultrasonic Doppler device with a pulsed principle of action is designed for shallow probing of the carotid artery does not allow you to get a complete, deep picture of the cervical section.

Устройство по [Осипов Л.В. - Ультразвуковые диагностические приборы. Практическое руководство для пользователей Москва ВИДАР 1999] отличается от устройства по [патент № US 2014/0316269 A1] устройства только конструкцией ультразвукового датчика (антенной решётки) и параметрами зондирующего сигнала. Device according to [Osipov L.V. - Ultrasonic diagnostic devices. Practical guide for users Moscow VIDAR 1999] differs from the device according to [patent No. US 2014/0316269 A1] only in the design of the ultrasonic sensor (antenna array) and the parameters of the probing signal.

Общим недостатком обоих устройств является невозможность получения полной картины сечения тела пациента. Они позволяют визуализировать небольшой сектор, то есть часть сечения объекта в виде сектора. A common disadvantage of both devices is the impossibility of obtaining a complete picture of the section of the patient's body. They allow you to visualize a small sector, that is, a section of an object in the form of a sector.

В качестве прототипа устройство томографирования с помощью кольцевой антенной решётки [патент RU2728512]. Устройство прототипа приведено на Фиг. 1. Оно содержит металлическую основу ультразвуковой антенной решетки в виде кольца 1 с попеременно чередующимися излучающими 2 и приёмными 3 антенными элементами, выполненными из полосок пьезокерамики на основе ниабата лития или титаната бария, фазовращатели 4

Figure 00000001
в каналах излучателей, сумматор
Figure 00000002
5 сигналов со всех принимающих элементов, источник монохроматической волны 6, запитывающий все излучающие антенные элементы через фазовращатели, устройство управления фазовращателями
Figure 00000003
,
Figure 00000003
,
Figure 00000003
,
Figure 00000003
……… 7 сопряжённое с электронно-вычислительным устройством. Данное устройство с помощью фазовращателей позволяет сфокусировать ультразвуковую энергию внутри кольца. Фазовращатели позволяют управлять положением фокуса внутри кольца. Это позволяет доставлять ультразвуковую энергию в нужную область пациента, находящегося внутри кольца. Если связать дискретные положения фокуса с дискретными элементами матрицы изображения, то можно просканировать фокусом внутренние области шейного отдела и построить изображение шейного отдела в сечении. Разрешающая способность отражающих точек внутри кольца Δ соответствует пределу Релея, определяется формулой Δ=λ/5, где λ – длина ультразвуковой волны.As a prototype, a tomography device using a ring antenna array [patent RU2728512]. The prototype device is shown in Fig. 1. It contains a metal base of an ultrasonic antenna array in the form of a ring 1 with alternating emitting 2 and receiving 3 antenna elements made of piezoceramic strips based on lithium niabate or barium titanate, phase shifters 4
Figure 00000001
in emitter channels, adder
Figure 00000002
5 signals from all receiving elements, monochromatic wave source 6 feeding all radiating antenna elements through phase shifters, phase shifter control device
Figure 00000003
,
Figure 00000003
,
Figure 00000003
,
Figure 00000003
……… 7 interfaced with an electronic computing device. This device with the help of phase shifters allows you to focus ultrasonic energy inside the ring. Phase shifters allow you to control the position of the focus inside the ring. This allows you to deliver ultrasonic energy to the desired area of the patient inside the ring. If we associate discrete focus positions with discrete elements of the image matrix, then it is possible to scan the internal regions of the cervical region with focus and construct an image of the cervical region in section. The resolution of the reflecting points inside the ring Δ corresponds to the Rayleigh limit, is determined by the formula Δ=λ/5, where λ is the ultrasonic wavelength.

Метод томографии, основанный на управляемой фокусировке, предусматривает зондирование пациента ультразвуковой монохроматической волной, избавляет от дисперсионных искажений и позволяет получить более качественное изображение, чем при импульсной ультразвуковой томографии. The method of tomography based on controlled focus provides for probing the patient with an ultrasonic monochromatic wave, eliminates dispersion distortions and makes it possible to obtain a better image than with pulsed ultrasonic tomography.

Однако, указанное устройство в виде кольца не даёт возможности томографировать шейный отдел пациента. Если диаметр кольцевой решётки выбрать из условия прохождения головы пациента, то в области шеи будет большой воздушный зазор, который не обеспечит плотный контакт кольцевой антенной решётки с поверхностью шеи. Указанный воздушный зазор препятствует прохождению ультразвуковой волны в тело пациента и лишает возможности доставки сфокусированной ультразвуковой энергии в нужную область пациента. Это в свою очередь не позволяет просканировать управляемым фокусом внутренние области шеи и построить изображение внутренней структуры в сечении. However, this device in the form of a ring does not allow tomography of the patient's cervical region. If the diameter of the annular array is chosen according to the condition of the passage of the patient's head, then there will be a large air gap in the neck area, which will not ensure tight contact of the annular antenna array with the neck surface. The specified air gap prevents the passage of the ultrasonic wave into the patient's body and makes it impossible to deliver focused ultrasonic energy to the desired area of the patient. This, in turn, does not allow scanning the internal regions of the neck with controlled focus and constructing an image of the internal structure in section.

Такая же проблема возникает при томографировании грудной или поясничной области.The same problem occurs when tomography of the thoracic or lumbar region.

Задачей (техническим результатом) предлагаемого изобретения является расширение области работы устройства томографии на базе кольцевой антенной решётки за счёт расширения функциональности кольца благодаря вариации его геометрии для плотного контакта излучающих и принимающих антенных элементов кольцевой решётки с поверхностью шеи, грудной или поясничной области. Ожидаемый от использования положительный эффект обеспечит плотный контакт кольцевой антенной решётки с указанными поверхностями и позволит доставить ультразвуковую энергию в нужную область тела пациента, а также даст возможность просканировать фокусом внутреннюю область тела пациента и построить её изображение в сечении. The objective (technical result) of the invention is to expand the area of operation of a tomography device based on a ring antenna array by expanding the functionality of the ring due to the variation of its geometry for tight contact of the emitting and receiving antenna elements of the ring array with the surface of the neck, chest or lumbar region. The positive effect expected from the use will ensure tight contact of the annular antenna array with the indicated surfaces and will allow delivering ultrasonic energy to the desired area of the patient's body, and will also make it possible to scan the internal area of the patient's body with focus and build its image in section.

Поставленная задача достигается тем, что в известном устройстве, содержащим металлическую основу кольцевой ультразвуковой антенной решётки с попеременно чередующимися излучающими и приёмными антенными элементами, фазовращатели в каналах излучателей, сумматор сигналов со всех принимающих элементов, источник монохроматической волны, запитывающий все излучающие антенные элементы через фазовращатели, устройство управления фазовращателями, сопряжённое с электронно-вычислительной машиной, с целью получения плотного контакта элементов антенной решётки с телом пациента для обеспечения доставки сфокусированной ультразвуковой энергии в заданную область шеи, а также грудной и поясничной области и получения возможности томографирования указанных отделов, предусматривается технологическое изменение геометрии кольца во время установки его на пациенте для этого, при этом основа ультразвуковой антенной решётки выполнена из N-металлических сегментов кольца с возможностью соединения в кольцо с образованием правильной окружности, на сегменты с внутренней стороны нанесён слой демпфера, в котором расположены с чередованием излучающие и принимающие антенные элементы с утоплением в демпфер на толщину антенного элемента, каждый сегмент кольца помещен в эластичный аппликатор, заполненный иммерсионной жидкостью с возможностью регулирования ее количества. Технологическое изменение геометрии кольца во
время установки  его на пациенте предусматривает разное возможное N-количество сегментов кольца основы ультразвуковой антенной решётки. Например, при N=2 основа представляет собой два полукольца. Излучающие и принимающие антенные элементы могут быть выполнены, например, в виде полосок пьезоэлементов. Соединение сегментов, и в частности, полуколец, в кольцо может осуществляется, например, посредством торцевых магнитов. В качестве электронно-вычислительной машины (ЭВМ) может быть использован, например, персональный компьютер.
The task is achieved by the fact that in a known device containing a metal base of an annular ultrasonic antenna array with alternately alternating emitting and receiving antenna elements, phase shifters in the channels of the emitters, an adder of signals from all receiving elements, a source of a monochromatic wave that feeds all emitting antenna elements through phase shifters, a phase shifter control device coupled to an electronic computer, in order to obtain a tight contact of the antenna array elements with the patient's body to ensure the delivery of focused ultrasonic energy to a given area of the neck, as well as the thoracic and lumbar region and to enable tomography of these departments, a technological change in geometry is provided ring during its installation on the patient for this, while the base of the ultrasonic antenna array is made of N-metal segments of the ring with the possibility of connecting into a ring with formed The inner side of the segments is covered with a damper layer, in which the radiating and receiving antenna elements are alternately located with recession into the damper for the thickness of the antenna element, each segment of the ring is placed in an elastic applicator filled with immersion liquid with the possibility of adjusting its amount. Technological change in the geometry of the ring during
the time of its installation on the patient provides for a different possible N-number of segments of the ring of the base of the ultrasonic antenna array. For example, when N=2, the base is two half rings. The emitting and receiving antenna elements can be made, for example, in the form of strips of piezoelectric elements. The connection of the segments, and in particular the semi-rings, into a ring can be carried out, for example, by means of end magnets. As an electronic computer (computer) can be used, for example, a personal computer.

На Фиг.1 представлено устройство, принятое за прототип. На Фиг. 2 представлено предлагаемое устройство томографирования с помощью кольцевой антенной решётки при N=2. На Фиг.3 представлен пример расположения сегментов (полуколец) ультразвуковой антенной решётки на шее пациента. На Фиг. 4 представлено конструктивное исполнение полукольцевой антенной решётки.Figure 1 shows a device taken as a prototype. On FIG. 2 shows the proposed device for tomography using a ring antenna array with N=2. Figure 3 shows an example of the location of the segments (half rings) of the ultrasonic antenna array on the patient's neck. On FIG. 4 shows the design of a semi-circular antenna array.

Устройство томографирования с помощью кольцевой антенной решетки (фиг.1, фиг.2, фиг.4) содержит 1 – металлическая основа ультразвуковой кольцевой антенной решетки, 2 – излучающие элементы антенной решётки, 3 – принимающие элементы антенной решётки, 4 – фазовращатели, 5 – сумматор принятых когерентных сигналов, 6 – источник монохроматической волны, 7 – устройство управления фазовращателями, сопряжённое с ЭВМ, 8 – металлическая основа ультразвуковой кольцевой антенной решетки из сегментов (при N=2 металлическая основа в виде полукольца), 9 – торец соединения сегментов в кольцо, например, магнитный, 10 – демпфер, 11 – эластичный аппликатор, 12 – иммерсионная жидкость.The tomography device using an annular antenna array (Fig.1, Fig.2, Fig.4) contains 1 - metal base of the ultrasonic annular antenna array, 2 - emitting elements of the antenna array, 3 - receiving elements of the antenna array, 4 - phase shifters, 5 - adder of received coherent signals, 6 – monochromatic wave source, 7 – phase shifter control device interfaced with a computer, 8 – metal base of an ultrasonic annular antenna array of segments (with N = 2 metal base in the form of a half ring), 9 – end face of connecting segments into a ring , for example, magnetic, 10 - damper, 11 - elastic applicator, 12 - immersion liquid.

Предлагаемое устройство при N=2 (фиг.2) представляет собой два полукольца ультразвуковой антенной решетки. Конкретное устройство одного из полуколец приведено на Фиг.4. Полукольца выполнены из металла и представляют собой полуокружности. После соединения полуколец они должны образовывать правильную окружность, с известным радиусом. Радиус окружности, составленной из полуколец, необходим при расчёте начальных фаз, которые устанавливаются фазовращателями. На торцах полуколец предусмотрены замки, например, в виде магнитов 9, позволяющие соединить два полукольца в кольцо, охватив шею или туловище пациента на фиг.3. На металлическую основу в виде полукольца 8 с внутренней стороны нанесён слой демпфера 10 из звукопоглощающего материала. В слое демпфера 10, с небольшим утоплением располагаются излучающие 2 и принимающие 3 антенные элементы, выполненные, например, в виде полосок пьезоэлементов, которые выполняют функции излучения и приёма ультразвуковых волн. Из-за демпфера 10 антенные элементы 2 направленно излучают ультразвуковую энергию только во внутрь кольца. Принимающие антенные элементы 3 также обладают направленным приёмом ультразвуковой энергии, идущей из внутренней области кольца. Принимающие 3 и излучающие 2 элементы чередуются. Демпфер 11 позволяет сформировать диаграммы направленности отдельных антенных элементов, а также позволяет развязать принимающие элементы 3 от излучающих элементов 2. Все элементы помещены внутри аппликатора 11, заполненного иммерсионной жидкостью 12. Подкачка иммерсионной жидкости во внутрь аппликатора позволяет подобрать размеры полуколец под индивидуальные размеры пациента и обеспечить хороший ультразвуковой контакт с телом пациента. Такое устройство кольцевой антенной решётки позволит обеспечить согласованный обмен ультразвуковой энергии с телом пациента с малыми потерями и малыми отражениями волны от границ раздела двух сред.The proposed device for N=2 (figure 2) is a two-ring ultrasonic antenna array. The specific device of one of the semirings is shown in Fig.4. Semirings are made of metal and are semicircles. After connecting the half rings, they should form a regular circle, with a known radius. The radius of a circle made up of semirings is necessary when calculating the initial phases, which are set by phase shifters. Locks are provided at the ends of the half-rings, for example, in the form of magnets 9, allowing you to connect two half-rings into a ring, covering the neck or torso of the patient in Fig.3. A layer of damper 10 made of sound-absorbing material is applied on the metal base in the form of a half-ring 8 on the inside. In the damper layer 10, with a slight recession, there are emitting 2 and receiving 3 antenna elements, made, for example, in the form of strips of piezoelectric elements that perform the functions of emitting and receiving ultrasonic waves. Due to the damper 10, the antenna elements 2 radiate ultrasonic energy in a directed manner only into the interior of the ring. The receiving antenna elements 3 also have a directional reception of ultrasonic energy coming from the inner region of the ring. Receiving 3 and emitting 2 elements alternate. The damper 11 makes it possible to form the radiation patterns of individual antenna elements, and also allows you to decouple the receiving elements 3 from the emitting elements 2. All elements are placed inside the applicator 11 filled with immersion liquid 12. Pumping the immersion liquid into the inside of the applicator allows you to select the sizes of the half rings for the individual dimensions of the patient and provide good ultrasonic contact with the patient's body. Such a device of an annular antenna array will ensure a coordinated exchange of ultrasonic energy with the patient's body with low losses and small reflections of the wave from the interface between two media.

Устройство томографирования с помощью кольцевой антенной решётки работает следующим образом. Сгенерированная ультразвуковая энергия источником 6 в виде монохроматической волны поступает на излучающие элементы 2 сегментов кольцевой антенной решётки через фазовращатели 4. Фазовращатели управляются напряжениями Uу, поступающими с устройства управления 7, сопряжённого с электронно-вычислительным устройством. Выше описанная часть устройства позволяет сфокусировать ультразвуковую энергию и кроме того позволяет управлять положением фокуса внутри кольца, где располагается пациент. Отражённые сигналы от точек объекта, попавших в фокус, приходит на принимающие пьезоэлементы 3 на сегментах кольцевой антенной решётки. Отражённые сигналы, пришедшие из фокуса внутри кольца, синфазно складываются в сумматоре 5 и дают всплеск ультразвуковой энергии на выходе сумматора. Отражённые сигналы от точек за пределами фокуса складываются в сумматоре не синфазно и поэтому не дают всплеска мощности на его выходе. Device tomography using a ring antenna array works as follows. The generated ultrasonic energy by the source 6 in the form of a monochromatic wave is supplied to the radiating elements 2 of the segments of the annular antenna array through the phase shifters 4. The phase shifters are controlled by voltages U y coming from the control device 7 associated with the electronic computing device. The part of the device described above makes it possible to focus the ultrasonic energy and furthermore allows to control the position of the focus within the ring where the patient is located. The reflected signals from the points of the object that are in focus arrive at the receiving piezoelectric elements 3 on the segments of the annular antenna array. The reflected signals coming from the focus inside the ring are added in phase in the adder 5 and give a burst of ultrasonic energy at the output of the adder. The reflected signals from points outside the focus are added out of phase in the adder and therefore do not give a power surge at its output.

Проблема хорошего контакта с телом пациента и доставки ультразвуковой энергии в нужную область тела пациента, без потерь и отражений от границы двух сред решается конструктивными особенностями кольцевой антенной решётки. Излучающие и принимающие антенные элементы располагаются на демпфере с некоторым утоплением на толщину элемента. Это позволяет избавиться от всенаправленного излучения антенных элементов и ограничить излучение в нужном направлении. Таким образом, формируется диаграмма направленности антенного элемента (ультразвукового датчика). Кроме того, демпфер обеспечивает развязку между излучающими и принимающими элементами. The problem of good contact with the patient's body and delivery of ultrasonic energy to the desired area of the patient's body, without losses and reflections from the boundary of two media, is solved by the design features of the annular antenna array. The emitting and receiving antenna elements are located on the damper with some recession for the thickness of the element. This allows you to get rid of the omnidirectional radiation of the antenna elements and limit the radiation in the desired direction. Thus, the radiation pattern of the antenna element (ultrasonic sensor) is formed. In addition, the damper provides decoupling between the radiating and receiving elements.

Эластичный аппликатор, заполненный иммерсионной жидкостью, адаптирует круговое кольцо антенной решётки к некруговому периметру пациента, обеспечивая плотный ультразвуковой контакт с телом пациента. Круговой характер антенного кольца требуется сделать неизменным. Иначе невозможно будет рассчитать начальные фаза излучаемых сигналов каждым антенным элементом. Поэтому требуется эластичный аппликатор, заполненный иммерсионной жидкостью, чтобы согласовать антенное кольцо, образованное N-сегментами кольцами с не кольцевым периметром пациента.The elastic applicator filled with immersion liquid adapts the circular ring of the antenna array to the non-circular perimeter of the patient, ensuring close ultrasonic contact with the patient's body. The circular nature of the antenna ring needs to be made unchanged. Otherwise, it will be impossible to calculate the initial phase of the emitted signals by each antenna element. Therefore, an elastic applicator filled with immersion liquid is required to align the antenna ring formed by the N-segment rings with the patient's non-annular perimeter.

Техническим результатом изобретения является расширение области работы устройства за счёт обеспечения плотного ультразвукового контакта кольцевой антенной решётки с поверхностью шеи, грудинной или поясничной областями пациента. Положительный результат достигается тем, кольцевая антенная решётка заменена N разъёмными сегментами кольца с возможностью соединения в кольцо, например, посредством торцевых магнитов. Это в свою очередь позволит сфокусировано доставить ультразвуковую энергию в нужную область тела пациента, и в конце концов получить томограмму шеи, грудинной или поясничной области.The technical result of the invention is to expand the area of operation of the device by providing a tight ultrasonic contact of the annular antenna array with the surface of the neck, sternal or lumbar regions of the patient. A positive result is achieved by the fact that the annular antenna array is replaced by N detachable ring segments with the possibility of connecting into a ring, for example, by means of end magnets. This, in turn, will allow focused delivery of ultrasound energy to the desired area of the patient's body, and eventually obtain a tomogram of the neck, sternal or lumbar region.

Антенные элементы сегментов колец кольцевой антенной решётки помешены внутрь эластичного аппликатора, заполненного иммерсионной УЗИ жидкостью. Техническим результатом этого является обеспечение плотного контакта с телом пациента и беспрепятственного проникновения диагностической ультразвуковой волны в тело пациента без отражений на границе двух сред, The antenna elements of the segments of the rings of the annular antenna array are placed inside an elastic applicator filled with an immersion ultrasound liquid. The technical result of this is to ensure close contact with the patient's body and unhindered penetration of the diagnostic ultrasonic wave into the patient's body without reflections at the interface of two media,

Расположение пьзоэлементов на демпфере с утоплением на толщину пьезопластины, даёт положительный технический результат, состоящий в развязке излучающих и приёмных элементов антенной решётки и позволяет сформировать требуемую диаграмму излучения и приёма для каждого антенного элемента. The location of the piezoelectric elements on the damper with a recession to the thickness of the piezoelectric plate gives a positive technical result, consisting in decoupling the emitting and receiving elements of the antenna array and allows you to form the required radiation and reception pattern for each antenna element.

Регулирование количества иммерсионной жидкости вовнутрь аппликатора путем, например, подкачки позволяет обеспечить хороший ультразвуковой контакт антенных элементов при большом разбросе размеров томографируемых областей, связанных с индивидуальными особенностями пациентов.The regulation of the amount of immersion liquid inside the applicator by, for example, pumping makes it possible to ensure good ultrasonic contact of the antenna elements with a large scatter in the sizes of the tomographed areas associated with the individual characteristics of patients.

Claims (6)

1. Устройство томографирования с помощью кольцевой антенной решётки, содержащее металлическую основу кольцевой ультразвуковой антенной решётки с попеременно чередующимися излучающими и приёмными антенными элементами, фазовращатели в каналах излучателей, сумматор сигналов со всех принимающих элементов, источник монохроматической волны, запитывающий все излучающие антенные элементы через фазовращатели, устройство управления фазовращателями, сопряжённое с электронно-вычислительной машиной, отличающееся тем, что основа ультразвуковой антенной решётки выполнена из N-металлических сегментов кольца с возможностью соединения в кольцо с образованием правильной окружности, на сегменты с внутренней стороны нанесён слой демпфера, в котором расположены с чередованием излучающие и принимающие антенные элементы с утоплением в демпфер на толщину антенного элемента, каждый сегмент кольца помещен в эластичный аппликатор, заполненный иммерсионной жидкостью с возможностью регулирования ее количества.1. A tomography device using a ring antenna array, containing a metal base of an annular ultrasonic antenna array with alternately alternating emitting and receiving antenna elements, phase shifters in the channels of the emitters, an adder of signals from all receiving elements, a monochromatic wave source that feeds all emitting antenna elements through phase shifters, a phase shifter control device coupled to an electronic computer, characterized in that the base of the ultrasonic antenna array is made of N-metal ring segments with the possibility of connecting into a ring with the formation of a regular circle, a damper layer is applied to the segments on the inner side, in which emitting and receiving antenna elements recessed into the damper for the thickness of the antenna element, each segment of the ring is placed in an elastic applicator filled with immersion liquid with the possibility of adjusting its amount. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что основа ультразвуковой антенной решётки представляет собой два полукольца.2. The device according to claim 1, characterized in that the basis of the ultrasonic antenna array is two half rings. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что основа ультразвуковой антенной решётки представляет собой три сегмента кольца.3. The device according to claim 1, characterized in that the base of the ultrasonic antenna array consists of three ring segments. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что излучающие и принимающие антенные элементы выполнены в виде полосок пьезоэлементов.4. The device according to claim 1, characterized in that the emitting and receiving antenna elements are made in the form of strips of piezoelectric elements. 5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что соединение сегментов колец в кольцо осуществляется посредством торцевых магнитов.5. The device according to claim 1, characterized in that the connection of the ring segments into the ring is carried out by means of end magnets. 6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в качестве электронно-вычислительной машины используют персональный компьютер.6. The device according to claim 1, characterized in that a personal computer is used as an electronic computer.
RU2021114692A 2021-05-25 2021-05-25 Tomography device using a ring antenna array RU2765605C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021114692A RU2765605C1 (en) 2021-05-25 2021-05-25 Tomography device using a ring antenna array

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021114692A RU2765605C1 (en) 2021-05-25 2021-05-25 Tomography device using a ring antenna array

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2765605C1 true RU2765605C1 (en) 2022-02-01

Family

ID=80214544

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021114692A RU2765605C1 (en) 2021-05-25 2021-05-25 Tomography device using a ring antenna array

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2765605C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2145797C1 (en) * 1999-06-23 2000-02-27 Пархоменко Павел Павлович Ultrasound tomograph and ring antenna array for ultrasound tomograph
US20050107870A1 (en) * 2003-04-08 2005-05-19 Xingwu Wang Medical device with multiple coating layers
RU2526424C2 (en) * 2012-08-08 2014-08-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" Ultrasonic tomographic scanner
US9901280B2 (en) * 2005-11-09 2018-02-27 Japan Science And Technology Agency Apparatus for measuring properties of an object with acoustically induced electromagnetic waves

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2145797C1 (en) * 1999-06-23 2000-02-27 Пархоменко Павел Павлович Ultrasound tomograph and ring antenna array for ultrasound tomograph
US20050107870A1 (en) * 2003-04-08 2005-05-19 Xingwu Wang Medical device with multiple coating layers
US9901280B2 (en) * 2005-11-09 2018-02-27 Japan Science And Technology Agency Apparatus for measuring properties of an object with acoustically induced electromagnetic waves
RU2526424C2 (en) * 2012-08-08 2014-08-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" Ultrasonic tomographic scanner

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9199100B2 (en) Ultrasound transducer for medical use
US20180345045A1 (en) System and Method for Variable Depth Ultrasound Treatment
Roux et al. 2-D ultrasound sparse arrays multidepth radiation optimization using simulated annealing and spiral-array inspired energy functions
US20150343243A1 (en) Method and system for noninvasive mastopexy
US4185501A (en) Ultrasonic sector scanner
US10039566B2 (en) Ultrasonic transducer assembly
JPH09173335A (en) Multifocus ultrasonic lens
Roux et al. Wideband 2-D array design optimization with fabrication constraints for 3-D US imaging
CN106267592B (en) A kind of stigmatic concave transducer designs method with super structure surface
Whittingham et al. Transducers and beam forming
RU2765605C1 (en) Tomography device using a ring antenna array
JPH05244691A (en) Ultrasonic probe
US7300403B2 (en) Wide aperture array design with constrained outer probe dimension
US20110295123A1 (en) Curved linear array transducer, system and method
Fjield et al. Low-profile lenses for ultrasound surgery
CN104837569B (en) A kind of image probe and the method using image probe
Yen et al. Real-time rectilinear volumetric imaging using a periodic array
CA2268415A1 (en) Single element ultrasonic collimating transducers and a method and apparatus utilizing ultrasonic transducers in 3d tomography
Roux 2D sparse array optimization and operating strategy for real-time 3D ultrasound imaging
Dev et al. Analytical Modeling and Design of Fresnel Lens Transducers
Liu et al. Fabrication and Spatial Focusing of a Stretchable Two-dimensional Ultrasonic Array Based on Row and Column Electrodes
Yushchenko et al. Focusing of ultrasonic energy in a given region of a biological object with allowance for the interface between two media
Hedrick et al. Study Guide and Laboratory Exercises for Technology for Diagnostic Sonography-E-Book
CN117101027A (en) Ultrasonic transducer integrating imaging and ablation
RU2139745C1 (en) Device for exposure of internal sections of man's organism to ultrasound