RU16444U1

RU16444U1 - DEVICE FOR ULTRASONIC BRAIN STUDY

Info

Publication number: RU16444U1
Application number: RU2000124192/20U
Authority: RU
Inventors: Ф.А. Казюлин; П.А. Константинов; А.И. Бондарь; И.Н. Кабанов; Е.В. Коротков
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "УЛЬТРАМЕД - 1"
Priority date: 2000-09-20
Filing date: 2000-09-20
Publication date: 2001-01-10

Description

Устройство для ультразвукового исследования головного мозгаDevice for ultrasound examination of the brain

Полезная модель относится к области медицинской техники, в частности, к ультразвуковой томографической аппаратуре и может быть использовано для исследования и ранней диагностики заболеваний головного мозга.The utility model relates to the field of medical technology, in particular, to ultrasound tomography equipment and can be used for research and early diagnosis of brain diseases.

Из уровня техники известно устройство для измерения внутричерепного давления (эхоэнцефалоскоп), содержащий ультразвуковые зонды, блок обработки эхобиосигналов, устройство сопряжения и универсальное вьиислительное устройство, снабженное клавиатурой, дисплеем и печатающим устройством (патент US № 4984567, кл. А61В 8/00, 1991). В указанном устройстве осуществляется передача данных об эхосигналах в универсальное вычислительное устройство в реальном масштабе времени через устройство сопряжения, причем эхограммы отображаются программным способом на экране дисплея, что позволяет автоматизировать процесс измерения параметров эхосигналов. Однако точность измерения параметров эхосигналов указанным устройством во многих случаях недостаточна, т.к. в состав устройства сопряжения не входит буферное запоминающее устройство для накопления и последующего усреднения результатов измерения.The prior art device for measuring intracranial pressure (echoencephaloscope), containing ultrasound probes, an echobiosignal processing unit, a pairing device and a universal display device equipped with a keyboard, display and printing device (US patent No. 4984567, class A61B 8/00, 1991) . The indicated device transmits data on the echo signals to the universal computing device in real time through the interface device, and the echograms are displayed programmatically on the display screen, which allows you to automate the process of measuring the parameters of the echo signals. However, the accuracy of measuring the parameters of the echo signals by the specified device in many cases is insufficient, because the interface device does not include a buffer memory for accumulating and then averaging the measurement results.

Наиболее близким по технической сущности является эхоэнцефалоскоп (патент RU 2031626 С1, 27.03.1995, кл. А61В 8/08), содержащий ультразвуковые зонды, блок обработки эхобиосигналов, устройство сопряжения и универсальное вычислительное устройство, снабженное клавиатурой, дисплеем и печатающим устройством, педалью, соединенной с устройством сопряжения и блоком накопления информации. В данном устройстве повышена точность измерения расстояния между основными структурами головного мозга за счет накопления информации в буферном оперативном запоминающем устройстве с последующим ее усреднением, а также в повыщении удобства пользования прибором за счет введения в его состав педали для «стоп-кадра изображения на экране дисплея.The closest in technical essence is an echoencephaloscope (patent RU 2031626 C1, 03/27/1995, class A61B 8/08) containing ultrasound probes, an echo-signal processing unit, a pairing device and a universal computing device equipped with a keyboard, a display and a printing device, a pedal, connected to the interface device and the information storage unit. In this device, the accuracy of measuring the distance between the main structures of the brain is improved due to the accumulation of information in the buffer memory with its subsequent averaging, as well as to increase the usability of the device due to the introduction of a pedal for its “freeze frame image on the display screen.

Однако, устройство позволяет реализовать измерение структур головного мозга только в режиме А, т.е. в режиме эхограммы.However, the device allows the measurement of brain structures only in mode A, i.e. in echogram mode.

Известными способами изучения структур головного мозга является использование компьютерного ЯМР томографа или компьютерного рентгеновского томографа. Однако они имеют следующие недостатки: наличие вредного воздействияKnown methods for studying brain structures are the use of a computer-aided magnetic resonance imager or computed tomography. However, they have the following disadvantages: the presence of harmful effects

СИЛЬНОГО магнитного поля или вредного радиоактивного на нациентов, в том числе детей, и, как следствие, ограничение на частоту обследования.STRONG magnetic field or harmful radioactive on the nation, including children, and, as a result, the restriction on the frequency of the survey.

Эхографическая визуализация анатомических структур головного мозга у взрослых затруднена из-за существенного затухания и рефракции ультразвуковых волн в костях черепа, что не позволяет использовать известные устройства акустической томографии, используемые при визуализации мягких тканей организма.Echographic visualization of the anatomical structures of the brain in adults is difficult due to significant attenuation and refraction of ultrasonic waves in the bones of the skull, which does not allow the use of known acoustic tomography devices used to visualize soft tissues of the body.

Полезная модель направлена на получение двумерных акустических изображений по слоям с помощью ультразвукового томографа, обеспечивающего высокую разрешающую способность восстановления и визуализацию структур головного мозга с низким уровнем шумов и помех, ухудшающих изображение, а также направлено на разработку эффективных алгоритмов построения изображения, основанных на статистических методах и методах распознавания образов для обработки массивов информации, получаемых при сканировании головы пациента ультразвуковым зондом.The utility model is aimed at obtaining two-dimensional acoustic images through the layers using an ultrasound tomograph that provides high-resolution reconstruction and visualization of brain structures with low noise and noise that degrade the image, and is also aimed at developing effective image-building algorithms based on statistical methods and pattern recognition methods for processing arrays of information obtained by scanning the patient’s head with an ultrasound probe.

Техническим результатом полезной модели является возможность получения двумерных акустических изображений структур головного мозга «по слоям, а также низкий уровень шумов и помех.The technical result of the utility model is the ability to obtain two-dimensional acoustic images of brain structures “in layers, as well as a low level of noise and interference.

Для достижения технического результата в устройство для ультразвукового исследования головного мозга, включающее ультразвуковой зонд, блок обработки эхосигналов, блок сопряжения, вычислительное устройство, педаль для фиксации изображения и накопитель информации, введены блок сканирования ультразвуковым лучом зонда для определения его текущего положения, содержащий блок позиционирования и контроллер, ультразвуковой зонд установлен в держателе блока позиционирования, а контроллер подключен к вычислительному устройству, предназначенному для получения томограммы головного мозга.To achieve a technical result, an ultrasound scanning unit for detecting its current position, containing a positioning unit, is inserted into the device for ultrasound examination of the brain, including an ultrasonic probe, an echo signal processing unit, an interface unit, a computing device, a pedal for fixing the image and an information storage device a controller, an ultrasonic probe is installed in the holder of the positioning unit, and the controller is connected to a computing device, intended nnomu to produce scans of the brain.

Кроме того, блок позиционирования состоит из ряда шарнирно соединенных штанг, датчики зтлового перемещения установлены в местах шарнирного соединения. Кроме того, вычислительное устройство может быть выполнено с возможностью отображения на дисплее текущего положения зонда, нахождения его в выбранном слое сканирования, а также текущей графической информации в режиме А при перемещении ультразвукового зонда в выбранной плоскости сканирования.In addition, the positioning unit consists of a series of pivotally connected rods, the sensors of the rear movement are installed at the joints. In addition, the computing device can be configured to display on the display the current position of the probe, finding it in the selected scanning layer, as well as the current graphic information in mode A when moving the ultrasonic probe in the selected scanning plane.

Кроме того, накопитель информации соединен с педалью для записи изображения через вычислительное устройство и блок сопряжения.In addition, the information storage device is connected to the pedal for recording images through a computing device and a pairing unit.

позиционирования; на фиг.З изображена блок-схема контроллера блока сканирования; на фиг.4 представлено схематические изображение головы нациента с отображенной на ней плоскостью и слоем сканирования, а также положения ультразвукового зонда; на фиг.З отображено «В - изображение среза, контур головы пациента и «А эхограмма.positioning; Fig. 3 shows a block diagram of a controller of a scanning unit; figure 4 presents a schematic image of the head of the natsient with the plane and scanning layer displayed on it, as well as the position of the ultrasound probe; in Fig. 3, “B is a slice image, a contour of the patient’s head and“ A echogram.

Устройство содержит ультразвуковой зонд 1, блок 2 сканирования ультразвуковым лучом зонда для определения его текущего положения, содержащий блок 11 позиционирования и контроллер 12, блок 3 обработки эхосигналов, блок 4 сонряжения, педаль 5 для фиксации изображения, вычислительное устройство 6, дисплей 7, клавиатуру 8, печатающее устройство 9, накопитель 10 информации. Блок И позиционирования содержит шесть датчиков 13-18 углового перемещения. Контроллер 12 содержит реверсивные счетчики 19-24, однокристальную ЭВМ (ОЭВМ) и приемопередатчик 26, преобразующий сигнал с ОЭВМ в стандартный сигнал для подключения к вычислительному устройству.The device comprises an ultrasonic probe 1, an ultrasound probe scanning unit 2 for determining its current position, comprising a positioning unit 11 and a controller 12, an echo signal processing unit 3, an equipment unit 4, an image fixing pedal 5, a computing device 6, a display 7, a keyboard 8 , printing device 9, information storage device 10. Block And positioning contains six sensors 13-18 angular displacement. The controller 12 contains reversible counters 19-24, a single-chip computer (OEWM), and a transceiver 26 that converts the signal from the OVM into a standard signal for connection to a computing device.

Блок 11 позиционирования (фиг.2) вьшолнен таким образом, что позволяет врачу-оператору беспрепятственно установить ультразвуковой зонд 1 в любое место заранее выбранной плоскости обследования головного мозга. Он состоит из неподвижного основания и пяти штанг, в местах сочленения которых установлены датчики 13-18 углового перемещения. В держателе 27 установлен и закреплен зонд 1. Датчики 13-18 углового перемещения представляют собой оптоэлектронные импульсные устройства, регистрирующие угловое перемещение в местах сочленений штанг устройства позиционирования.The positioning unit 11 (Fig. 2) is implemented in such a way that allows the operator-doctor to freely install the ultrasound probe 1 at any place in a pre-selected plane for examining the brain. It consists of a fixed base and five rods, in the joints of which are installed sensors 13-18 angular displacement. A probe 1 is mounted and fixed in the holder 27. The angular displacement sensors 13-18 are optoelectronic pulse devices that record angular displacement at the joints of the rods of the positioning device.

Работа заявленного устройства осуществляется следующим образом. Вычислительное устройство 6 (фиг.1) программно формирует сигналы управления, которые через блок 4 сопряжения поступают на блок 3 обработки эхосигналов, который формирует имнульсы, возбуждающие ультразвуковой зонд 1, который излучает импульсы в голову пациента. Ультразвуковые сигналы, отраженные от исследуемых структур головного мозга, принимаются ультразвуковым зондом 1 и поступают в блок 3 обработки эхосигналов. Блок 3 осуществляет усиление, детектирование и преобразование в цифровую форму поступающих эхосигналов, которые передаются в блок 4 сопряжения. Блок 3 работает под управлением сигналов, поступающих от блока 4 сопряжения. Блок 4 сопряжения связывает блок 3 обработки эхосигналов и педаль 5 с вычислительным устройством 6. Информация об амплитудах эхосигналов, поступающая от блока 3, и информация о нажатии педали 5 через блок 4 сопряжения вводятся в вычислительное устройство 6. Вычислительное устройство 6The operation of the claimed device is as follows. The computing device 6 (FIG. 1) programmatically generates control signals, which, through the interface unit 4, are supplied to the echo signal processing unit 3, which generates impulses that excite the ultrasonic probe 1, which emits impulses to the patient’s head. Ultrasonic signals reflected from the studied structures of the brain are received by an ultrasonic probe 1 and enter the block 3 processing the echo signals. Block 3 amplifies, detects and digitizes the incoming echo signals, which are transmitted to the pairing unit 4. Block 3 operates under the control of signals from block 4 of the interface. The interface unit 4 couples the echo signal processing unit 3 and the pedal 5 to the computing device 6. Information about the amplitudes of the echo signals coming from the unit 3 and information about pressing the pedal 5 through the interface unit 4 are input to the computing device 6. Computing device 6

выполняет программное усреднение амплитуд полученных сигналов по числу зондирований, а также формирует изображение на экране дисплея 7, осуществляет вывод на печатающее устройство 9 и сохранение в накопителе 10 информации изображений эхосигналов.performs software averaging of the amplitudes of the received signals by the number of soundings, and also forms an image on the display screen 7, carries out the output to the printing device 9 and stores in the drive 10 information information of the images of the echo signals.

Управление работой устройства, ввод данных о пациенте и условиях обследования осуществляет врач-оператор с помощью клавиатуры 8.Management of the device, the input of data about the patient and the conditions of the examination is carried out by the operator using the keyboard 8.

Перед началом съемки в базу данных вычислительного устройства 6 врачомоператором вносятся необходимые данные о пациенте. Пациента укладывают на кушетку, его голову укладьюают в фиксатор. Необходимые участки головы пациента покрываются гелем и гелем покрьгоается поверхность сканирующего устройства для ее плотного контакта с головой. На первом этапе обследования с помощью блока сканирования 2, включающего блок 11 и контроллер 12, и нажатия педали 5 определяются координаты головы пациента. При этом на дисплее в диалоговом режиме выводятся сообщения «Определение координат левого слухового прохода, «Определение координат макущки, «Определение координат переносицы. Врачуоператору необходимо подвести зонд 1 в соответствующую область головы и нажать педаль. Эта операция необходима для привязки координат к реальному обьекту. Далее выбираются плоскость сканирования головного мозга и толщина слоя. Текущее положение сканирования отмечается на изображении головы точкой. Любой выбираемый угол наклона сканирования также отмечается на изображении. Точки, отмечающие положение сканирования, остаются на изображении на время данного обследования и дают информацию врачу о пройденных участках головы пациента. Кроме того, на экране отображается текущая графическая информация о выявленных структурах головного мозга. Программа обеспечивает полную запись в память процесса сканирования.Before starting the survey, the necessary information about the patient is entered into the database of the computing device 6 by the operator. The patient is laid on the couch, his head is laid in the latch. The necessary areas of the patient’s head are covered with gel and the surface of the scanning device is curved with the gel for its tight contact with the head. At the first stage of the examination, using the scanning unit 2, including the block 11 and the controller 12, and pressing the pedal 5, the coordinates of the patient’s head are determined. At the same time, the messages “Determining the coordinates of the left ear canal,“ Determining the coordinates of the crown, “Determining the coordinates of the bridge of the nose. It is necessary for the operator to bring probe 1 to the corresponding area of the head and press the pedal. This operation is necessary to bind the coordinates to a real object. Next, the brain scan plane and layer thickness are selected. The current scan position is marked on the head image with a dot. Any selectable scan angle is also marked on the image. Points marking the position of the scan remain on the image for the duration of this examination and provide information to the doctor about the areas of the patient’s head that have been covered. In addition, the screen displays current graphical information about the revealed brain structures. The program provides a complete record in the memory of the scanning process.

После этого врач-оператор устанавливает ультразвуковой зонд 1, закрепленный в держателе 27 блока 11 позиционирования, на голову пациента в выбранной плоскости сканирования.After that, the operator puts the ultrasound probe 1, mounted in the holder 27 of the positioning unit 11, on the patient’s head in the selected scan plane.

Для определения текущего положения ультразвукового зонда 1 сигнал с датчиков 13-18 углового перемещения поступает на реверсивные счетчики 15-24, а с них - в оперативное запоминающее устройство ОЗУ, входящее в однокристальную ЭВМ 25. В постоянное запоминающее устройство ПЗУ записана программа обработки поступающих сигналов. С ОЭВМ сигнал поступает на приемопередатчик 25, преобразующий сигнал для подключения к вычислительному устройству 6.To determine the current position of the ultrasonic probe 1, the signal from the angular displacement sensors 13-18 is supplied to the reversible counters 15-24, and from them to the RAM random access memory, which is included in a single-chip computer 25. A program for processing incoming signals is recorded in the ROM memory. With OEVM the signal is transmitted to the transceiver 25, converting the signal for connection to the computing device 6.

На дисплее в левой части экрана (фиг.4) отображается положение плоскости выбранного слоя и местоположения ультразвукового зонда 1 на схематическом изображении головы в текущий момент времени, что позволяет проконтролировать правильность положения зонда 1 при обследовании. В правой части экрана дисплея 7 (фиг.5) формируется «В - изображение среза, контур головы и «А -эхограмма. При первичном обследовании толщина слоя выбирается достаточно большей для быстрого обнаружения возможных патологий головного мозга. Если натология обнаружена, то программно уменьшают толщину слоя ультразвукового сканирования, что позволяет получить более качественное изображение структур головного мозга. Врач-оператор, перемещая ультразвуковой зонд 1 по поверхности головы в выбранной плоскости сканирования, наблюдает в правой части экрана дисплея 7 (фиг.5) направление ультразвукового луча и совмещенную с ним «А -эхограмму. При выходе ультразвукового луча из слоя сканирования изменяется цвет отображения «А эхограммы, что позволяет оперативно оценить качество визуализации структур головного мозга.The display on the left side of the screen (figure 4) shows the position of the plane of the selected layer and the location of the ultrasound probe 1 in the schematic image of the head at the current time, which allows you to verify the correct position of the probe 1 during the examination. In the right part of the screen of the display 7 (figure 5) is formed "B - image of the slice, the contour of the head and" A-echogram. At the initial examination, the layer thickness is chosen large enough to quickly detect possible pathologies of the brain. If a natology is detected, then the thickness of the ultrasound scan layer is programmatically reduced, which allows a better image of the brain structures to be obtained. The doctor-operator, moving the ultrasonic probe 1 along the surface of the head in the selected scanning plane, observes the direction of the ultrasound beam and the "A-echogram combined with it" on the right side of the display screen 7 (Fig. 5). When an ultrasound beam exits the scanning layer, the display color “A of the echogram changes, which allows you to quickly evaluate the quality of visualization of brain structures.

При получении удовлетворительного сигнала и отсутствии артефактов на «А эхограмме врач-оператор нажимает на педаль 5, тем самым дает команду через блок 4 сопряжения в вычислительное устройство 6 на запись в накопителе 10 информации изображений «А -эхограммы и пространственных координат, принимаемых с блока сканирования, т.е. с блока 11 позиционирования и контроллера 12, сигнал с которого также поступает в вычислительное устройство 6.Upon receipt of a satisfactory signal and the absence of artifacts on “A echogram, the operator operator presses the pedal 5, thereby giving a command through the interface unit 4 to the computing device 6 to record in the storage device 10 the image information“ A-echogram and spatial coordinates received from the scanning unit , i.e. from the block 11 positioning and controller 12, the signal from which also enters the computing device 6.

В процессе сканирования устройство постоянно следит за пространственными координатами и ориентацией блока 4 сканирования относительно головы пациента и заводит данные в вычислительное устройство 6. Одновременно с него поступает одномерная информация о внутренней структуре головного мозга. Компьютерная программа, использующая статистические методы и методы распознавания образов, анализирует всю информацию и заносит ее в трехмерную матрицу. Математические методы обработки позволяют устранить нежелательные шумы, распознать внутричерепные структуры, соответствующим образом склеить и получить двумерные изображения срезов головного мозга.During the scanning process, the device constantly monitors the spatial coordinates and orientation of the scanning unit 4 relative to the patient’s head and enters the data into the computing device 6. At the same time, one-dimensional information about the internal structure of the brain is received from it. A computer program that uses statistical and pattern recognition methods analyzes all the information and puts it into a three-dimensional matrix. Mathematical processing methods make it possible to eliminate unwanted noises, recognize intracranial structures, glue them accordingly and obtain two-dimensional images of sections of the brain.

Устройство позволяет проводить обработку результатов сканирования ультразвуковым зондом для распознавания внутричерепных структур и патологических образований пациента и построения двумерных изображений интересующих срезов, позволяет устранить аппаратно-зависимые искажения ультразвукового сигнала приThe device allows for the processing of scanning results with an ultrasound probe to recognize intracranial structures and pathological formations of the patient and construct two-dimensional images of sections of interest, eliminates the apparatus-dependent distortion of the ultrasonic signal when

обследовании головы пациента, а также производить подавление шумов, возникающих при прохождении ультразвукового сигнала через стенки черепа головы пациепта.examination of the patient’s head, as well as suppressing noise arising from the passage of an ultrasonic signal through the walls of the skull of the patient’s head.

Claims

1. Device for ultrasound examination of the brain, including an ultrasonic probe, an echo signal processing unit, a pairing unit, a computing device, an image fixing pedal and an information storage device, characterized in that an ultrasound beam scanning unit for introducing a probe to determine its current position is inserted, comprising the positioning unit and the controller, while the ultrasonic probe is installed in the holder of the positioning unit, and the controller is connected to a computing device designed mu to obtain scans of the brain.

2. The device according to claim 1, characterized in that the positioning unit consists of a series of pivotally connected rods, and the angular displacement sensors are installed at the joints.

3. The device according to claim 1 or 2, characterized in that the computing device is configured to display on the display the current position of the probe, finding it in the selected scanning layer, as well as current graphic information in mode A when moving the ultrasonic probe in the selected scanning plane.

4. The device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the information storage device is connected to the pedal for fixing the image through the computing device and the interface unit with the ability to record information in the information storage device only when you press the pedal.