RU2002451C1 - Ультразвуковой томограф - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к акустической томографии и может быть использовано рп  визуализации внутренних неоднородностей исследуемого объекта, неразрушающего контрол  и медицинской диагностики. Цель изобретени  - повышение чувствительности к прот женным дефектам с пространственно-ориентированной диаграммой направленности отражени . В ультразвуковом томографе изображение объектов восстанавливаетс  с учетом количества образов, с которых происходит реконструкци  изображени  в результате чего  ркости прот женных и точечных неоднородностей выравниваютс  Это достигаетс  аддитивным определением нормировочного множител , который пропорционален количеству суммируемых образцов объекта. В результате значени  нормировочного множител  дл  прот женных дефектов оказываетс  меньше, чем дл  точечных, а  ркости изображений выравниваютс  3vm

Description

Изобретение относитс  к акустическим измерени м и может быть использовано дл  визуализации внутренних неоднорсдно- стей объектов, прозрачных дл  акустических волн, в дефектоскопии и в медицинской диагностике.

Известно устройство дл  получени  акустических изображений с использованием метода синтезированной апертуры, в котором акустический преобразователь  вл ет- с  слабонаправленным (имеет малые волновые размеры) и, таким образом по вл етс  возможность приема сигналов от прот женных неоднородностей. При этом существует такое положение преобразова- тел ,.пр# котором он принимаем нормально отраженный сигнал. Дл  получени  итогового изображени  требуетс  обработать информацию , полученную с р да положений приемоизлучател , при этом используетс  следующее выражение дл  изображени  0(R):

Ш( Г)

0{R}

d(R)

Ha(R)-nt(R)-M ,вп(ф

-,- х S(r,, )

где S( rf, t) - огибающа  отраженного сигнала 8 точке области сканировани  с радиусом-ректором rf в момент времени t;

R - радиус-вектор текущей точки в исследуемой области;

Со - скорость звука в исследуемом объекте;

Я1 и па - граничные номера положений акустического преобразовател , в которых видна текуща  точка R объекта

d - глубина залегани  точки R.

Наиболее близким к изобретению  вл етс  ультразвуковой топограф, содержащий последовательно соединенные приемоиз- лучатель, блок усилени  и коммутации, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), буферное оперативно-запоминающее устройство (ОЗУ) и регистровое ОЗУ, адресное перепрограммируемое посто нное запоминающее устройство (ППЗУ), блок адресных переключателей, суммирующее устройство, умножитель, корректирующее ППЗУ, устройство отображени , контроллер и сканер, контроллер адресной шиной соединен с адресными входами адресного и корректирующего- ППЗУ, устройства отображени , буферного ОЗУ и первой группой входов блока адресных переключателей, выходы

5

Ю 15 20 ,

25

30

35

40

45 50 55

адресного ППЗУ соединены с второй группой входов блока адресных переключателей , выходы которого соединены с адресными входами регистрового ОЗУ, контроллер управл ющими лини ми соединен с входом запуска блока усилени  и коммутации , тактовым входом АЦП, входом разрушени  записи в буферное ОЗУ, входом чтени  - записи и тактовым входом регистрового ОЗУ, входом переключени  групп входов блока адресных переключателей, входами сброса суммирующего устройства и входом разрешени  записи в устройство отображени , выходы регистрового ОЗУ соединены с входами суммирующего устройства , выход суммирующего устройства соединен с. умножителем, выход которого соединен с информационным входом устройства отображени , а сканер, механически св занный с приемомзлучателем, соединен управл ющей шиной с контроллером .

Недостатком известного томографа  вл етс  низка  чувствительность к прот женным неоднородност м, так как в алгоритме восстановленного изображени  не учитываетс  возможна  пространственна  избирательность при отражении звука, по вл юща с  при наличии прот женных неоднородностей, В результате изображение прот женных неоднородностей оказываетс  подавленным по отношению к сопоставимым локальным.

Цель изобретени  - увеличение чувствительности к прот женным дефектам.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что ультразвуковой томограф, содержащий последовательно соединенные приемоизлуча- тель, блок усилени  и коммутации, АЦП, буферное и регистровое ОЗУ, адресное ППЗУ, блок адресных переключателей, суммирующее устройство, корректирующее ППЗУ, умножитель, устройство отображени , контролпер и сканер, в котором контроллер пс адресной шине соединен с адресными входами адресного и корректирующего ППЗУ, устройства отображени , 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 управл ющим лини м соединен с входом запуска блока усилени  и коммутации, тактовым входом АЦП, входом разрешени  записи и в буферное ОЗУ, входом чтени -записи и тактовым входом регистрового ОЗУ, входом переключени  групп входов блока адресных переключателей и входом разрешени  записи в устройство отображени , выходы суммирующего устройства соединены с умножителем, выходом соединенного с информационным входом устройства отображени , а сканер, механически соединенный с приемоизлуча- телем управл ющим каналом подключен к контроллеру, снабжено ППЗУ пороговых уровней и размера зоны усреднени , блоком элементом И, устройством сравнени  кодов, счетчиком-сумматором, арифметическим устройством и блоком задани  коэффициента контрастности, контроллер по адресной шине подключен к адресным входам ППЗУ пороговых уровней размера зоны усреднени , а по управл ющему входу - к входу Сброс счетчика-сумматора, выход ППЗУ пороговых уровней соединен с первой группой входов устройства сравнени  кодов, выходы которого соединены с первой группой входов блока элементов И и счетчиком-сумматором , выходы регистрового ОЗУ соединены с вторыми группами входом устройств сравнени  кодов и блока элементов И, вы

ходы которого соединены с суммирующим устройством, входы арифметического устройства соединены с выходами счетчика- сумматора, корректирующего ППЗУ, ППЗУ размера зоны усреднени  и блока задани  коэффициента контрастности, з выход арифметического устройства соединен с входом умножител .

Сущность изобретени  состоит в том, что в предлагаемом томографе восстанавливаетс  изображение объектов с учетом количества образов, с которых происходит реконструкци  изображени , в результате чего  ркость изображений от различного количества слагаемых оказываетс  одинаковой . Это достигаетс  аддитивным определением нормированного множител , который пропорционален количеству суммируемых образцов объекта. В результате значени  нормировочного множител  дл  прот женных дефектов сказываетс  меньше , чем дл  точечных, а  ркости изображений выравниваютс . Эти преобразовани  могут быть описаны следующим выражением;

0H(R)

ПГ(РГ)

где Snop - приведенное к рассто нию (дл  сферических волн) пороговое значение отраженного сигнала (Snop таково, что сигнал от дефектов, подлежащих восстановлению, выше Snop),

а - коэффициент контрастности, 0 а 1,

5i - функци  Хевисайда.

Выражение (1)  вл етс  частным случаем (2) при а 1 или Snop 0. При уменьшении а компенсируетс  подавление изображени  дефектов, отличных от локаль- ных, таким образом сущность изобретени  заключаетс  в реализации нелинейной-нормировки в соответствии с (2).

На фиг. 1 представлена функциональна  схема предлагаемого ультразвукового томографа, на фиг. 2 - схема арифметического устройства; на фиг. 3 - схема блока задани  коэффициента контрастности.

Ультразвуковой томограф содержит контроллер 1, приемоизлучатель 2, блок 3 усилени  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,

(2)

корректирующее ППЗУ 11. ППЗУ 12 размера зоны усреднени , устройство 13 сравнени  кодов, счетчик-сумматор 14, суммирующее устройство 15. арифметическое устройство 16, умножитель 17, блок 18 задани  коэффициента контрастности, устройство 19 отображени  и сканер 20. Сканер 20 механически соединен с приемоизлучателем 2, а электрически с контроллером 1, к соответствующим управл ющим выходам которого подключены входы запуска блока 3, задани  такта АЦП 4, разрешени  записи ОЗУ 5, входами чтени -записи и тактовым регистрового ОЗУ 6, входом переключени  групп входов блока 8 адресных переключателей, входом обнулени  счетчика-сумматора 14 и суммирующего устройства 15, входом разрешени  записав устройство 19 отображени . 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 усреднени , первой группой входов блока адресных переключателей и

адресным входом устройства 19 отображени , приемоизлучатель 2 соединен с блоком 3 усилени  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 б, выходы ППЗУ 10 пороговых уровней соединены с первой группой входов устройства 13 сравнени  кодов, выходы 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 сравнени  кодов и блока 9 элементов И, выходы последнего соединены с суммирующим устройством 15, выход которого соединен с входом умножител  17, входы арифметического устройства 16 соединены с выходами сметчика-сумматора 14, корректирующего ППЗУ 11, ППЗУ 12 размера зоны усреднени  и блока 18 задани  коэффициента контрастности, а1 выход - с вторым входом умножител  17, выход которого соединен с информационным входом устройства 19 отображени .

Перед началом работы необходимо заполнить ППЗУ.

Каждому из m входных адресов, определ ющих глубину залегани  текущей точки и подаваемых одновременно на п входов, став тс  в соответствие rj временны отсчетов отраженного сигнала (т.е. фактически адреса регистрового ОЗУ 7, в которых хранитс  информаци  о текущей точке). При этом в соседних строках хранитс  информаци , соответствующа  соседним позици м при- емоизлучател . Аналогично заполнено ППЗУ 10 пороговых уровней, но вместо временного отсчета (адреса) - величина порогового значени . В корректирующем ППЗУ 11 хранитс  зависимость корректирующего множител , учитывающего рассе ние и затухание звука в материале (выход) от глуби- ны (вход), в ППЗУ 12 размера зоны усреднени  - количество позиций приемо- излучател , с которых видна точка на данной глубине (знаменатель формулы (1)). Дл  всех позиций приемоизлучател , с которых на данной глубине не видна текуща  точка (восстанавливаетс  точки строки с номером п/2), в адресном ППЗУ 7 записан адрес соответствующей  чейки с нулевым значением в регистровом ОЗУ.

Томограф работает следующим образом .

Восстановление изображени  проводитс  параллельно со смещением сканера

20, весь цикл визуализации происходит в три последовательных этапа: I - излучени - приема импульса и формировани  строки информации в буферном ОЗУ 5, II - организаци  сдвига строк на одну вниз дл  регистрового ОЗУ 6 с записью в верхнюю строку содержимого буферного ОЗУ 5 последовательно по столбцам, III - обработка информации регистрового ОЗУ 5, поэлементна 

0 передача столбца изображени  в устройство 19 визуализации.

Iэтап. При движении сканера 20 с закрепленным на нем приемоизлучателем 2 через фиксированное смещение подаетс 

5 сигнал в контроллер 1. который вырабатывает импульс запуска блока усилени  и коммутации , который вырабатывает импульс излучени  и переключаетс  в режим приема-усилени  прин того отраженного сиг0 нала, далее прин тый сигнал квантуетс  АЦП 4 с тактовой частотой, подаваемой с контроллера 1 (тактова  частота и объем буферного ОЗУ 5 определ ют глубину зонДи- ровани ) и записываетс  в буферное ОЗУ 5.

5 Сигнал разрешени  записи вырабатываетс  контроллером 1 с необходимой дл  обработки в АЦП 4 задержкой синхронно с перебором адресов по адресной шине. После переборки всех адресов (т импульсов) бу0 ферное ОЗУ 5 заполнено.

IIэтап. Управл ющим сигналом контроллера 1 на выходе блока 8 адресных переключателей устанавливаютс  входные данные с адресной шины контроллера 1,

5 начинаетс  перебор адресов. Адреса по адресной шине передаютс  через блок 8 адресных переключателей на адресные входы регистрового ОЗУ б, управл ющими сигналами содержимое установленных адресов

0 каждой строки копируетс  в буфер строки и далее по тому же адресу нижней строки регистрового ОЗУ 6 последовательно дл  каждого столбца, а буферное ОЗУ 5 - верхнюю строку регистрового ОЗУ 6. В результате

5 перебора всех адресов информаци  регистрового ОЗУ б оказываетс  сдвинутой вниз на одну строку, верхн   строка заполнена содержимым буферного ОЗУ 5.

IIIэтап. Управл ющим сигналом конт- 0 роллера 1 блок 8 адресных перек/мочателей

подключает выходы адресного ППЗУ 7 к соответствующим адресным входам регистрового ОЗУ 6, контроллер 1 начинает перебор адресов, соответствующих глубинам залега- 5 ни  восстанавливаемой точки. Дл  каждого из m адресов, определ ющих глубину залегани  восстанавливаемой точки и поступающих на адресные входы адресного ППЗУ 7. последнее вырабатывает п адресов, соответствующих временным отсчетам отраженного сигнала с положений приемоизлучате- л . Выбранные адреса по всем строкам через блок 8 адресных переключателей подаютс  на адресные входы регистрового ОЗУ 6 и ППЗУ 10 пороговых уровней. Ин- формаци  по заданным адресам из регистрового ОЗУ 6 подаетс  параллельно по всем строкам в устройство 13 сравнени  кодов. Если дл  заданной текущей точки объекта отраженный от нее сигнал выше соответст- аующего порогового, устройство 13 сравнени  кодов вырабатывает на соответствующих выходах 1, по этим строкам информаци  из регистрового ОЗУ 6 через блок 9 элементов И подаетс  в суммирующее устройство 15, на выходе которого устанавливаетс  сумма значений отраженного сигнала дл  данной точки по всем  чейкам регистрового ОЗУ 6 (что соответствует сумме числител  формулы (2)), од- новременно на выходе счетчика-сумматора 14 устанавливаетс  количество этих слагаемых (соответствует сумме функций Хевисай- да формулы (2)). В результате на входах арифметического устройства 16 устанавли- ваютс. : из корректирующего ППЗУ 11 - - параметр R-ff| (дл  компенсации сферического затухани  и поглощени  звука материалом, из ППЗУ размера зоны ком

Claims (2)

1. Формула изобретени 

   УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ТОМОГРАФ, содержащий последовательно соединенные приемоизлучатель, блок усилени  и коммутации , аналого-цифровой преобразователь , буферное оперативно-запоминающее устройство и регистровое оперативно-запоминающее устройство, адресное перепрограммируемоепосто нное запоминающее устройство, блок адресных переключателей, суммирующее устройство , умножитель, корректирующее перепрограммируемое . посто нное запоминающее устройство, устройство отображени , контроллер и сканер, в котором контроллер по адресной шине соеди- нен с адресными входами адресного и корректирующего .перепрограммируемых посто нных запоминающих устройств, устройства отображени , буферного оперативно-запоминающего устройства и первой группой входов блока адресных переключателей , выходы адресного ггере- программируемого посто нного запоминающего устройства соединены с второй группой входов блока адресных переключателей , выходы которого соединены С адресными входами регистрового операпенсации 12 - параметр (гкг( R )- ni(R)), из счетчика - сумматорз 14 - количество позиций, с которых видна исследуема  точка как дефект, из блока 18 - параметр а и (1 - а} (все обозначени  даны в соответствии с формулой (2)}. В результате вычислений на выходе умножител  17 устанавливаетс  восстановленное значение текущей по глубине точки. По управл ющему сигналу контроллера 1 результат записываетс  в устройство визуализации, обнул ютс  счетчик и суммирующее устройство , устанавливаетс  следующий адрес TJO глубине на адресной шине контроллера 1. При этом необходимо отметить , что восстанавливаетс  n/2-  строка, т,е, визуализируетс  столбец изображени , соответствующий задержке в л/2 позиций пркемоизлучател .

   (56) Хзвлайс; Ф. и Тейнзер Дж.К, Ультразвукова  визуализаци  в медицине: Принципы и аппаратура// ТИИЭР. 1979, т. 67, № 4, с. 209-234,
2. 2. Ozakt Y., Sumltanl H., Tomoda Т.. Tanaka H. A new system for real-time synthetic aperture ultrasonic imaging// IEEE Trans. Ultras., Ferroe and Freg: Contr. 1988, vol. 35, № 6, p. 828-838.

   тивно-запоминающего устройства, контроТ) лер по соответствующим управл ющим лини м соединен с входом запуска блока

   35 усилени  и коммутаций, тактовым входом аналого-цифрового преобразовател , входом разрешени  записи в буферное оперативно-запоминающее устройство, входом чтени -записи и тактовым входом регист40 рового оперативно-запоминающего уст- . ройства, входом переключени  групп входов блока адресных переключателей, входом сброса суммирующего устройства и входом разрешени  записи в устройство отображени , выходы регистрового оперативно-запоминающего устройства соединены с входами суммирующего устройства, выходом соединенного с умножителем, вы„ход которого соединен с информационным

   0 входом устройства отображени , а сканер, механически св занный с приемоизлучате- лем, соединен по управл ющей шине с контроллером, отличающийс  тем, что, с

   55 целью увеличени  чувствительности к прот женным дефектам, томограф снабжен перепрограммируемыми посто нными за поминающими устройствами пороговых уровней и размера зоны усреднени , устройством сравнени  кодов, блоком элементов И, счетчиком-сумматором, арифметическим устройством и блоком задани  коэффициента контрастности, контроллер по адресной шине подключен к адресным входам перепрограммируемых посто нных запоминающих устройств пороговых уровней и размера зоны усреднени , а по управл ющему входу - к входу Сброс счетчика-сумматора, выход перепрограмвого оперативно-запоминающего устройства соединены с вторыми группами входов устройства сравнени  кодов и блока элементов И. выходы которого соединены с суммирующим устройством, входы арифметического устройства соединены с выходамисчетчика-сумматора , корректирующего перепрограммируемого посто нного запоминающего устройства,

   f « -f f I -i.-.w -v fwf- , . - .. ,. . jr r - r -- -л f « ix ir ii4 iwS7UI I Vl lVt I IdTVUi QI JTf fftJ JV ftOOt

   мируемого посто нного запоминающего1U перетфограммируемых посто нных запо- устройства пороговых уровней соединен с минающих устройств размера зоны усред- первой группой входов устройства, сравне- нени  и блока задани  коэффициента ни  кодов, выходы которого соединены с контрастности, а выход арифметического первой группой входов блока элементов И устройства соединен с входом умножите- и счетчиком-сумматором, выходы регистро-, л .

   Фиг.1} К умножителю

   ОтПЮУ11

   Фиг. 1Фиг J

   Составитель В. Дол га но в Редактор Т.Мельникова Техред М.МоргенталКорректор А.Обручар

   вого оперативно-запоминающего устройства соединены с вторыми группами входов устройства сравнени  кодов и блока элементов И. выходы которого соединены с суммирующим устройством, входы арифметического устройства соединены с выходамисчетчика-сумматора , корректирующего перепрограммируемого посто нного запоминающего устройства,

   « ix ir ii4 iwS7UI I Vl lVt I IdTVUi QI JTf fftJ JV ftOOt

   перетфограммируемых посто нных запо- минающих устройств размера зоны усред- нени  и блока задани  коэффициента контрастности, а выход арифметического устройства соединен с входом умножите- л .

   сt