RU225217U1

RU225217U1 - Ультразвуковое устройство для диагностики кровотока

Info

Publication number: RU225217U1
Application number: RU2023122637U
Authority: RU
Inventors: Денис Владимирович Леонов
Filing date: 2023-08-31
Publication date: 2024-04-15

Abstract

Полезная модель относится к области медицинского приборостроения, в частности к устройствам ультразвуковой эхолокации внутренних органов, и может быть использована в медицинской диагностике при обследовании врачом сосудов пациента. Из уровня техники известно ультразвуковое устройство (Леонов Д.В. Ультразвуковая медицинская диагностическая система на основе доплеровского мерцающего артефакта // Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Москва. 2019) для диагностики кровотока. Недостатком этого технического решения является то, что в нем не учитывается стабильность фазы вдоль луча, учёт которой позволяет повысить диагностическую эффективность, поскольку для сигналов от кровотока характерны более медленные изменения значения фаз, чем для сигналов от аномалий физической плотности. В отличие от прототипа, предлагаемая полезная модель характеризуется наличием блока расчёта градиента фазы, который учитывает стабильность фазы вдоль луча. Таким образом, благодаря этому блоку, предлагаемая полезная модель имеет более высокую диагностическую эффективность по отношению к сигналам кровотока. Использование предлагаемой полезной модели позволит обнаруживать кровоток при ультразвуковой визуализации с большей диагностической эффективностью, особенно это важно при исследовании небольших сосудов, исследовании сосудов транскраниально.

Description

Полезная модель относится к области медицинского приборостроения, в частности к устройствам ультразвуковой эхолокации внутренних органов, и может быть использована в медицинской диагностике при обследовании врачом сосудов пациента.

Из уровня техники известно ультразвуковое устройство [1] для диагностики кровотока. Устройство [1] содержит ультразвуковой датчик, аналого-цифровой преобразователь, средство передачи данных в блок обработки, блок обработки, состоящий из оперативного запоминающего устройства и процессора, и систему обмена информацией с пользователем. Недостатком данного технического решения является то, что диагностика сигналов кровотока осуществляется лишь на основе информации о мощности отражённого сигнала, а в присутствии сигналов от аномалий физической плотности этого становится недостаточно, поскольку сигналы от аномалий физической плотности тоже превышают порог по мощности, как и кровоток, и тем самым анализируемый сигнал от кровотока оказывается искаженным из-за присутствия сигналов от аномалий физической плотности, что затрудняет диагностику кровотока. При этом под аномалиями физической плотности могут пониматься, например, микрокальцинаты, кальцинаты, камни, возникающие при нефро-, уретролитиазе и др. заболеваниях, связанных с отложением солей, пузырьки, стенты, титановые скрепки и пр.

Для увеличения достоверности диагностики сигнала кровотока было предложено другое устройство, в котором используются корреляционные критерии [2]. Это устройство содержит блок расчета абсолютной величины попарной корреляции, блок расчета абсолютной величины корреляции действительно и мнимой частей сигнала, блок расчета мощности, информация с которых поступает в устройство сравнения с порогом и принятия решения. Недостатком этого технического решения является то, что в нем не учитывается стабильность фазы вдоль луча, учёт которой позволяет повысить диагностическую эффективность. Поскольку для сигналов от кровотока характерны более медленные изменения значения фаз, чем для сигналов от аномалий физической плотности.

В отличие от устройства, описанного в [2], предлагаемая полезная модель характеризуется наличием блока расчёта градиента фазы, который учитывает стабильность фазы вдоль луча. Таким образом, благодаря этому блоку, предлагаемая полезная модель имеет боле высокую диагностическую эффективность по отношению к сигналам кровотока.

Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является повышение диагностической эффективности при исследовании сигналов из области кровотока средствами ультразвуковой визуализации.

Решение этой задачи достигается тем, что предлагаемое устройство дополнительно содержит блок расчёта градиента фазы, информация с которого, а также с блока расчета абсолютной величины попарной корреляции, с блока расчета абсолютной величины корреляции действительно и мнимой частей сигнала, с блока расчета мощности поступает в устройство сравнения с порогом и принятия решения. По результатам сравнения формируется решение о том, относится ли зарегистрированный сигнал к сигналам кровотока.

Техническим результатом, обеспечиваемым приведённой совокупностью признаков, является получение более точных данных об особенностях кровотока в исследуемой области, и тем самым обеспечивается повышение диагностической эффективности в задаче обнаружения сигналов из области кровотока.

На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого технического решения. Устройство состоит из ультразвукового датчика 1, выходного усилителя мощности 2, формирователя зондирующего сигнала 3, входного усилителя мощности 4, аналого-цифрового преобразователя 5, цифрового процессора 6, блока расчёта градиента фазы 7, блока расчёта мощности 8, блока расчёта абсолютной величины попарной корреляции 9, блок расчёта абсолютной величины корреляции действительной и мнимой частей сигнала 10, устройства сравнения с порогом и принятия решения 11, устройства ввода данных 12, экрана 13, системы питания со встроенным аккумулятором 14.

Все элементы связаны между собой следующим образом. Ультразвуковой датчик 1 через выходной усилитель мощности 2 соединён с формирователем зондирующего сигнала 3 и через входной усилитель мощности 4 и аналого-цифровой преобразователь 5 соединён с цифровым процессором 6. В состав цифрового процессора 6 входят блок расчёта градиента фазы 7, блок расчёта мощности 8, блок расчёта абсолютной величины попарной корреляции 9, блок расчёта абсолютной величины корреляции действительной и мнимой частей сигнала 10. Рассчитанные данные с этих блоков поступают на вход устройства сравнения с порогом и принятия решения 11. Устройство ввода данных 12 и экрана 13 соединены с цифровым процессором 6. Для обеспечения автономным электропитанием устройство снабжено встроенным аккумулятором 14.

Работает устройство следующим образом. На ультразвуковой датчик 1 наносится гель, датчик прикладывается к телу пациента. Ультразвуковым датчиком 1 испускается высокочастотный зондирующий акустический сигнал в тело пациента в предположительное место нахождения сосуда, по которому течет кровь. Зондирующий сигнал отражается от элементов крови, принимается ультразвуковым датчиком 1.

Зондирующий сигнал представляет собой пачку импульсов, формируемых в формирователе зондирующего сигнала 3 и усиливаемых выходным усилителем мощности 2. При этом импульсы характеризуются несущей частотой ƒ₀ (обычно в диапазоне от 1 до10 МГц), а также частотой повторения PRF, определяемой максимальной глубиной зондирования. Так, при зондировании на глубине до 6 см частота повторения импульсов не должна превышать 12,8 кГц.

Ультразвуковой датчик на основе прямого и обратного пьезоэффектов преобразует электрический сигнал в ультразвуковой импульс и наоборот.

Принятый ультразвуковым датчиком эхо-сигнал поступает на входной усилитель мощности 4, который выполняет усиление сигнала на несущей частоте ƒ₀ в полосе частот, согласованной с длительностью каждого зондирующего импульса.

После усиления, выполняемого с помощью входного усилителя мощности 4, аналого-цифровой преобразователь 5 производит преобразование сигнала из аналоговой в цифровую форму с частотой дискретизации ƒ_s, как минимум вдвое превышающей ширину спектра оцифровываемого сигнала.

Дальнейшая обработка происходит в цифровом процессоре 6. В нём производится согласованная фильтрация. Далее сигнал подвергается преобразованию Гильберта, умножается на комплексную экспоненту на частоте ƒ₀. Полученный аналитический сигнал поступает через фильтр высоких частот в блоки 7-10, где рассчитываются градиент фазы, мощность, абсолютная величина попарной корреляции и корреляции действительной и мнимой частей сигнала, соответственно.

В устройстве сравнения с порогом и принятия решения 11 рассчитанные значения блоков 7-10 сравниваются с порогами, и принимается решение об обнаружении или отсутствии сигнала кровотока. В случае обнаружения на экране 13 отображается пиксель, соответствующий пространственному расположению принятого сигнала. Отличительной особенностью заявленной полезной модели является наличие блока расчёта градиента фазы, причем блок расчёта градиента фазы соединен с устройством сравнения с порогом и принятия решения, а порог выбран таким образом, чтобы на экране устройства окрашивались те области, где есть кровоток, а области его отсутствия не окрашивались.

Цифровой процессор 6 обеспечивает решение следующих основных задач: цифровую обработку сигналов и анализ результатов измерений; формирование результатов обработки измерений на экране, формирование информационных сообщений по результатам обработки и интерпретации измерений; реализация интерактивного графического интерфейса пользователя.

Цифровая обработка ультразвукового сигнала сводится к выполнению следующих операций: расчёт преобразования Гильберта, умножение на комплексную экспоненту, высокочастотная фильтрация, расчёт фазы и ее градиента, расчёт мощности и абсолютных величин коэффициентов попарной корреляции элементов ансамбля и корреляции действительной и мнимой частей сигнала, сравнение с пороговыми значениями и принятие решения.

На экране 13 выводится пиксель, координаты которого соответствуют пространственному расположению области, из которой был принят сигнал кровотока.

Возможности автономной работы позволяют проводить исследования в различных ситуациях. Электропитание может производиться как от встроенного аккумулятора, так и от внешнего адаптера, используемого также для зарядки аккумулятора.

Источники информации

1. Physical Principles of Medical Ultrasonics, 2nd ed, C.R. Hill (Editor), J.C. Bamber (Editor), G.R. ter Haar (Editor), ISBN: 978-0-471-97002-6, 2004, 528 P.

2. Леонов Д.В. Ультразвуковая медицинская диагностическая система на основе доплеровского мерцающего артефакт // Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Москва. 2019.

Claims

1. Ультразвуковое устройство для диагностики кровотока, содержащее ультразвуковой датчик, последовательно соединенный через выходной усилитель мощности с формирователем зондирующего сигнала и через входной усилитель мощности и аналого-цифровой преобразователь с цифровым процессором, соединенным с экраном и устройством ввода данных, причем цифровой процессор содержит блоки расчета мощности, абсолютных величин попарной корреляции и корреляции действительной и мнимой частей сигнала, а также устройство сравнения с порогом и принятия решения и встроенный аккумулятор, отличающееся тем, что оно содержит блок расчета градиента фазы, причем блок расчета градиента фазы соединен с устройством сравнения с порогом и принятия решения, а порог выбран таким образом, чтобы на экране устройства окрашивались те области, где есть кровоток, а области его отсутствия не окрашивались.