PL117495B1 - Method of ultrasonically measuring blood flow velocities and an ultrasonic measuring instrument thereforvi i ul'trazvukovojj izmeritel' skorosti techenija krovi - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest ultradzwiekowy sposób pomiaru predkosci przeplywu krwi elimi¬ nujacy automatycznie pomiar kata miedzy kierun¬ kiem fali ultradzwiekowej i kierunkiem przeply¬ wu krwi oraz ultradzwiekowy dopplerowski mier¬ nik predkosci przeplywu realizujacy pomiar w oparciu o ten sposób.

Znany jest ultradzwiekowy sposób pomiaru pred¬ kosci przeplywu krwi w naczyniu krwionosnym polegajacy na pomiarze czestotliwosci dopplerow- skiej, której wartosc jest proporcjonalna do pred¬ kosci przeplywajacej krwi, przy czym kat miedzy kierunkiem fali nadawanej i odbieranej a kierun¬ kiem przeplywajacej krwi, od wartosci której za¬ lezy wspólczynnik proporcjonalnosci miedzy mie¬ rzona czestotliwoscia dopplerowska a predkoscia przeplywu krwi wyznaczony jest matematycznie lub geometrycznie. Z wartosci tego kata i zmie¬ rzonej czestotliwosci dopplerowskiej na podstawie wzorów matematycznych wyznacza sie bezwzgled¬ na wartosc predkosci przeplywajacej krwi.

Znany ultradzwiekowy miernik predkosci prze¬ plywu krwi zawiera dwa nadawczo-odbiorcze przetworniki ultradzwiekowe mocowane wzgledem siebie pod okreslonym katem, laczone z nadajni¬ kiem i z odbiornikiem dopplerowskim oraz wypo¬ sazony jest w uklad umozliwiajacy pomiar kata miedzy kierunkiem wiazki ultradzwiekowej a na¬ czyniem.

Pomiar kata miedzy kierunkiem wiazki ultra- 10 15 20 25 30 dzwiekowej a naczyniem. Pomiar kata miedzy kie¬ runkiem wiazki ultradzwiekowej a naczyniem krwionosnym oraz wyznaczanie ze wzorów mate¬ matycznych bezwzglednej wartosci predkosci prze¬ plywajacej krwi na podstawie mierzonej czestotli¬ wosci dopplerowskiej, stanowi znaczna niedogod¬ nosc w badaniach klinicznych ukladu krazenia czlowieka.

Sposób wedlug wynalazku polega na tym, ze fa¬ la ultradzwiekowa jest nadawana i odbierana ko¬ lejno pod katem a i (3 do naczynia krwionosnego i jednoczesnie dokonuje sie pomiaru czestotliwosci dopplerowskiej odpowiadajacej w czasie predkosci maksymalnej lub sredniej przeplywu krwi w bada¬ nym naczyniu krwionosnym. Uzyskane w wyniku pomiaru przeplywu krwi pod katem a i |3 do na¬ czynia krwionosnego, dwie czestotliwosci dopple- rowskie przetwarzane sa na dwa odpowiadajace ich wartosciom sygnaly napieciowe, które zapa¬ mietywane sa, a nastepnie odtwarzane równo¬ czesnie w tym samym czasie.

Stosunek amplitud obu sygnalów zalezy od funk¬ cji trygonometrycznej tangens kata a miedzy kie¬ runkiem ultradzwiekowej fali nadawanej i odbie¬ ranej a kierunkiem przeplywu krwi. Wykorzystu¬ jac te zaleznosc przeksztalca sie oba odtworzone z pamieci sygnaly na dwa sygnaly, których stosu¬ nek amplitudy jest równy funkcji trygonometrycz¬ nej tangens kata a miedzy kierunkiem ultradzwie¬ kowej fali nadawanej i odbieranej a kierunkiem 117495117 495 przeplywu krwi i których amplitudy sa -proporcjo¬ nalna do czestotliwosci dopplerowskiej mierzonej, gdy fala ultradzwiekowa byla nadawana i odbie¬ rana pod katem a do naczynia krwionosnego. Na¬ stepnie . sygnaly te doprowadza sie do ukladu rea- 5 lizujacego funkcje pierwiastka kwadratowego z su¬ my kwadratów amplitud obu sygnalów, uzyskujac na wyjsciu tego ukladu sygnal którego amplituda jest wprost proporcjonalna do mierzonej predkosci przeplywu krwi — maksymalnej lub sredniej i nie 1Q zalezy od kata miedzy kierunkiem fali ultradzwie¬ kowej i kierunkiem przeplywu krwi. Uzyskany wynik pomiaru jest wskazywany na mierniku cy¬ frowym wyskalowanym w jednostkach predkosci przeplywajacejkrwi. 15 Jednoczesnie odtworzony z pamieci sygnal o amplitudzie proporcjonalnej do czestotliwosci dop¬ plerowskiej mierzonej w czasie, gdy fala ultra¬ dzwiekowa jest nadawana i odbierana pod katem a do naczynia krwionosnego, jest dzielony przez 2Q sygnal uzyskany na wyjsciu ukladu realizujacego funkcje pierwiastka kwadratowego z sumy kwa¬ dratów dwóch sygnalów. Uzyskany w wyniku dzie¬ lenia sygnal jest mnozony przez wartosc stala.

W rezultacie otrzymuje sie sygnal kalibracji, któ¬ rego amplituda odpowiada tej samej stalej jed¬ nostkowej predkosci przeplywu i zalezy od kata a w ten sam sposób co mierzona uprzednio czestotli¬ wosc sygnalu dppplerowskiego. Sygnal ten prze¬ znaczony jest do cechowania w jednostkach pred¬ kosci przeplywu sygnalów o amplitudach proporcjo¬ nalnych do wartosci sredniej i chwilowej pred¬ kosci przeplywu krwi, a które to sygnaly uzyski¬ wane sa w urzadzeniu wedlug wynalazku, w wy¬ niku przetwarzania na napiecie wartosci sredniej i chwilowej czestotliwosci dopplerowskiej mierzo¬ nej gdy fala ultradzwiekowa jest nadawana i od¬ bierana do naczynia krwionosnego pod katem a.

Urzadzenie wedlug wynalazku zawiera glowice ultradzwiekowa wyposazona w dwie pary prze¬ tworników emitujacych i odbierajacych fale ultra¬ dzwiekowa kolejno pod okreslonym katem. Glo¬ wica polaczona jest z nadajnikiem oraz odbiorni¬ kiem dopplerowskim. Odbiornik polaczony jest z ukladem pamieci, który z kolei polaczony jest z dwoma wzmacniaczami mnozacymi o wyjsciach polaczonych z sumatorem sygnalu. Wyjscie suma¬ tora polaczone jest z ukladem realizujacym funk¬ cje pierwiastka kwadratowego z sumy kwadratów amplitud obu sygnalów, który to uklad polaczony ^ jest z wskaznikiem wyskalowanym w jednostkach predkosci przeplywajacej krwi. Jednoczesnie jedno / z wyjsc ukladu pamieci polaczone jest z ukladem dzielacym, polaczonym z ukladem realizujacym funkcje pierwiastka kwadratowego ponadto z 55 wskaznikiem oraz przez wzmacniacz z przelaczni¬ kiem. Przelacznik polaczony jest tez z ukladem pamieci i miernikiem dopplerowskim i laczy ko- * lejno te uklady z rejestratorem.

Przedmiot wynalazku jest blizej objasniony na 60 podstawie rysunku przedstawiajacego schemat blo¬ kowy urzadzenia.

Urzadzenie zawiera glowice ultradzwiekowa 2 zlozona z dwu par przetworników 3 i 4 umiesz¬ czonych wzgledem siebie pod stalym katem q>. ^ 25~ 3Q 35 45 W kazdej z obu par przetworników 3 i 4, jeden przetwornik nadaje fale ultradzwiekowa, drugi .zas odbiera fale ultradzwiekowa. Glowica 2 jest umieszczona na skórze 5 pacjenta, pod która w ciele 6 znajduje sie badane naczynie krwionosne 7.

Fala ultradzwiekowa jest nadawana przez nadaj¬ nik 1 i glowice ultradzwiekowa 2 i odbierana przez glowice ultradzwiekowa 2 i odbiornik 8 ko¬ lejno pod katem a i (3 do naczynia krwionosne¬ go 7. Jednoczesnie w odbiorniku 8 dokonuje sie pomiarur^czestotliwosci dopplerowskiej odpowiada¬ jacej w czasie predkosci maksymalnej lub sredniej przeplywu krwi w naczyniu krwionosnym 7.

W wyniku nadawania i odbierania fali ultradzwie¬ kowej pod katem a i (3 do naczynia krwionosnego 7, w odbiorniku 8 mierzone sa kolejno dwie czes¬ totliwosci dopplerowskie, które nastepnie przetwa¬ rzane sa na -dwa sygnaly napieciowe. Sygnaly te zapamietywane sa w pamieci 9 a nastepnie od¬ twarzane równoczesnie w tym samym czasie. Od¬ tworzony w pamieci 9 sygnal o amplitudzie pro¬ porcjonalnej do czestotliwosci dopplerowskiej mie¬ rzonej w czasie gdy fala ultradzwiekowa byla na¬ dawana i odbierana pod katem a do naczynia krwionosnego 7 jest mnozony we wzmacniaczu 10 przez wartosc stala Kx opisana wzorem matema¬ tycznym: Kx = ctg q? gdzie: miedzy parami przetworników 3' i 4.

Drugi sygnal odtworzony z pamieci 9 proporcjo¬ nalny do czestotliwosci dopplerowskiej mierzonej w czasie gdy fala ultradzwiekowa byla nadawana i odbierana pod katem p do naczynia krwionosne¬ go 7 jest mnozony we wzmacniaczu 11 przez war¬ tosc stala K2 opisana wzorem matematycznym: 1 K,=" sin cp Uzyskane na wvjsciu wzmacniaczy 10 i 11 sygna¬ ly sa sumowane w sumatorze 12. Stosunek ampli¬ tudowy sygnalu uzyskanego na wyjsciu sumatora 12 do syghaiu na wejsciu wzmacniacza 10 jest rów¬ ny tangensowi kata a zas amplitudy tych sygna¬ lów' odpowiadajace tej samej czestotliwosci dopple¬ rowskiej sa wprost proporcjonalne do predkosci maksymalnej lub sredniej przeplywajacej krwi . oraz cosinusa kata a miedzy kierunkiem nadawa¬ nej i odbieranej fali ultradzwiekowej i kierunkiem przeplywu krwi.

W celu wyeliminowania zaleznosci amplitudy sygnalu od kata a, sygnal z wyjscia sumatora 12 i sygnal z wejscia wzmacniacza 10 doprowadzone sa do ukladu 13 realizujacego funkcje pierwiastka kwadratowego z sumy kwadratów amplitud obu sygnalów; uzyskujac na jego wyjsciu sygnal, któ¬ rego amplituda jest wprost proporcjonalna do predkosci maksymalnej lub sredniej przeplywaja¬ cej krwi w badanym naczyniu krwionosnym 7 i nie zalezy od kata miedzy kierunkiem nadawa¬ nej i odbieranej fali ultradzwiekowej i kierunkiem przeplywu krwi. Sygnal ten doprowadzony jest do miernika cyfrowego 14 wyskalowanego w jednost¬ kach predkosci._Na mierniku 14 wskazywana jest maksymalna lub srednia predkosc przeplywu krwi117 495 ^v zaleznosci od tego czy w odbiorniku 8 mierzona iDyla czestotliwosc dopplerowska odpowiadajaca w •czasie predkosci maksymalnej czy tez sredniej przeplywajacej krwi.

Jednoczesnie sygnal z s pamieci 9 podawany na wejscie wzmacniacza 10 jest dzielony w ukladzie dzielacym 15 przez sygnal z wyjscia omówionego uprzednio ukladu 13. Uzyskany w# wyniku dziele¬ nia sygnal jest mnozony we wzmacniaczu y> przez wartosc stala K3 opisana wzorem matematycznym: K3 = b-B gdzie: b — stala wartosc odpowiadajaca pred¬ kosci jednostkowej, B — staly wspólczynnik pro¬ porcjonalnosci miedzy mierzona czestotliwoscia dopplerowska i predkoscia przeplywu krwi.

W rezultacie powyzszych operacji uzyskuje sie na wyjsciu wzmacniacza 16 sygnal kalibracji, któ¬ rego amplituda odpowiada stale tej samej jednost¬ kowej predkosci przeplywu i zalezy od kata a w ten sam sposób co mierzona w odbiorniku 8 cze¬ stotliwosc dopplerowska gdy fala ultradzwiekowa byla nadawana i odbierana pod katem a do naczy¬ nia krwionosnego 7.

Sygnal kalibracji z wyjscia wzmacniacza 16 do¬ prowadzony jest do przelacznika 17 na wejscie którego doprowadzony jest równiez sygnal napie¬ ciowy z odbiornika 8 proporcjonalny do czestotli¬ wosci dopplerowskiej odpowiadajacej chwilowej predkosci przeplywu krwi i mierzonej w czasie gdy fala ultradzwiekowa byla nadawana i odbie¬ rana pod katem a do naczynia krwionosnego 7 oraz sygnal z pamieci 9 proporcjonalny do wartos¬ ci sredniej powyzszej czestotliwosci dopplerowskiej.

Wszystkie trzy wymienione powyzej sygnaly sa kolejno po sobie doprowadzane poprzez przelacz¬ nik 17 na wejscie rejestratora 18 na którym sa re¬ jestrowane.

Porównujac amplitude sygnalu kalibracji z am¬ plitudami pozostalych dwóch sygnalów, zarejestro¬ wanymi na rejestratorze 18, uzyskujemy informa¬ cje o predkosci chwilowej oraz sredniej przeply¬ wajacej krwi. 10 15 20 25 30 35 Za.strzezenia patentowe 1. Sposób ultradzwiekowego pomiaru predkosci przeplywu krwi, w którym fala ultradzwiekowa nadawana jest i odbierana kolejno pod róznymi katami wzgledem naczynia krwionosnego po czym w odbiorniku nastepuje pomiar czestotliwosci dop- plerowskich odpowiadajacych predkosci przeplywu krwi, znamienny tym, ze otrzymane czestotliwosci dopplerowskie przetwarza sie na dwa odpowiada¬ jace im sygnaly napieciowe, nastepnie zapamietuje' sie je i odtwarza w tym samym czasie, przy czym jeden z sygnalów jest mnozony przez stala Kx = 1 ctg cp a drugi przez stala K2 = , a nastep- sin q> nie oba sygnaly sa sumowane i podawane do ukla¬ du realizujacego funkcje pierwiastka kwadratowe- xgo z sumy kwadratów amplitud obu sygnalów a otrzymany sygnal jest proporcjonalny do pred¬ kosci przeplywu krwi. 2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze sygnal z ukladu pamieci jest dzielony przez sygnal z ukladu realizujacego funkcje pierwiastka kwa¬ dratowego, a otrzymany sygnal jest z kolei mno¬ zony przez stala K3 = b.*B. 3. Ultradzwiekowy miernik predkosci przeplywu krwi zawierajacy glowice z dwoma parami prze¬ tworników nadawczo-odbiorczych polaczona z na¬ dajnikiem i odbiornikiem dopplerowskim, zna¬ mienny tym, ze odbiornik (8) polaczony jest z ukla¬ dem pamieci (9), który polaczony jest z dwoma wzmacniaczami (10) i (11) o wyjsciach polaczonych z sumatorem (12), który poprzez uklad realizujacy funkcje pierwiastka kwadratowego z sumy obu sygnalów (13) polaczony jest z 'wskaznikiem (14). 4. Miernik wedlug zastrz. 1, znamienny tym, fe wejscie wzmacniacza (10) polaczone jest z ukladem (13) i ukladem dzielacym (15), który polaczony jest z wskaznikiem (14) oraz przez wzmacniacze (16) z przelacznikiem (17) laczacym kolejno rejestrator (18) z odbiornikiem (8), ukladem pamieci (9) i wzmacniaczem (16).