SU1215659A1 - Ультразвуковой допплеровский измеритель скорости кровотока - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к медицинским диагностическим приборам, ис- пользуемь1м дл  контрол  и измерени  параметров кровотока в сосудах, а также дл  ультразвукового зондировани  внутренних органов с разрешением отдельных участков по глубине .

Цель изобретени  - повьшение точности измерений путем устранени  зависимости результата от частоты излучающего генератора.

На фиг. 1 представлена функциональна  схема устройства; на фиг.2 диаграммы, по сн ющие его работу.

Ультразвуковой допплеровский измеритель скорости кровотока содержи соединенные последовательно генератор 1, стробируемый усилитель 2 мощности, излучатель 3, последовательно соединенные первьй смеситель 4, первьй фильтр 5 и второй смеситель 6, второй фильтр 7, стробируемый усилитель 8 с автоматической регулировкой усилени  (АРУ), первый вход которого соединен с излучателем 3, а выход - с первыми входами первого и второго 6 смесителей, фазвращатель 9, программный блок 10, первый выход которого подключен к стробируемому усилителю 2 мощности, второй выход - к стробируемому усилителю 8 с АРУ, а выход подключен к выходу генератора 1,второму выходу первого смесител  4 и через фазовращатель 9 к второму входу второго смесител .

В устройство введены первый паратор 11 и второй компаратор 12, последовательно соединенные детектор 13, первый фильтр 14 низкой частоты, третий компаратор 15, последовательно соединенные мультиплексор 16 и второй фипьтр 17 низко частоты, переключатель 18 диапазоно и генератор 19 кодов.

Устройство так же содержит формирователь 20, счетчик 21, первый D-триггер 22, второй D-триггер 23, третий ГЬ-триггер 24, элемент НЕ 25, источник 26 опорного напр жени , . первый, второй и третий выходы которого подключены к первому, второму и третьему входам мультиплексора 16, четвертый вход которого соединен с выходом третьего компаратора 15, п тый вход - с выходом второго триггера 23, шестой вход - с выходом первого D-триггера 22, ГЬ-вход

которого соединен с выходом второго компаратора 12, а С-вход - с выходом первого компаратора 11, входом элемента НЕ и D-входом второго триггера 23, С-вход которого соединен с выходом формировател  20 и С-вхЬ- дом счетчика 21, а R-вход - с выходом третьего триггера 24, С-вход которого соединен с выходом счетчика 21, а R-вход - с выходом элемента НЕ 25 и V-входом счетчика 21, D-ВХОД которого соединен с выходом генератора 19 кодов, выход второго фильтра 7 низкой частоты соединен

с входом детектора 13.

Устройство работает следующим образом .

Зондирующий сигнал высокой частоты fд вьфабатываетс  задающим

генератором 1, усиливаетс  в усилителе 2 мо1г(ности и излучаетс  элементом , имеющим акустический контакт с телом пациента. Отраженный от лейкоцитов крови сигнал, имеющий

допплеровское смещение по частоте, принимаетс  на элемент и усиливаетс  в усилителе 8, охваченном АРУ. Излучение зондирующего сигнала производитс  в виде периодически

(с периодом TUJ) повтор ющихс  импульсов , длительностью „,д . Преобразование непрерывного сигнала задающего генератора в импульсный производитс  путем выработки в программном блоке 4 команды стробировани  по этой команде канала излучени .

Стробирование осуществл етс  и в приемном канале по команде Кстр, Последовательность импульсов с при- емншса поступает на входы смесителей 4 и 6. На гетеродинные входы смесителей подаютс  смещенные один относительно другого на 90° напр жени  несущей частоты от задающего генератора, поэтому после преобразовани  и фильтрации полосовыми фильтрами 5 и 7 допплеровские сигналы выдел ютс  в виде квадратур x(t) и x(t) (фиг.2). Знак фазового сдвига между сигналами ) и Xj(t) при этом зависит от знака доппдеровского смещени  частоты, т.е. от направлени  кровотока в исследуемом сосуде.

Нижн   fj, и верхн   fg граничные частоты фильтров 5 и 7 выбираютс  таким образом, чтобы подавить со- ставл нщие спектра, лежащие вблизи

3 .

нулевой частоты и  вл ющиес  результатом отражени  сигнала от неподвижных тканей, а также подавить зеркальную составл ющую спектра, по вл  щуюс  при импульсном излучении

fuijM. макс.- f т fwjM «акс

. IHJA

(fHjM.Mcv/jc допплеровское смещение частоты, соответствующее верхнему пределу измер емой скорости).

В- результате на выходах фильтров 5 и 7 формируютс  уже непрерывные сигналы, уровень которых определ етс  скважностью импульсов излучени . Оценка скорости и направлени  кровотока в устройстве, производитс  частотомером , который построен с использованием элементов дискретной лоГ ики. Поэтому входные сигналы x,(t) и x(t), а также тактовый сигнал , снимаемый с выхода задающего генератора, преобразуютс  в бинарные сигналы х1, Х.2, Х(. при помощи нуль- компараторов 11 и 12 и формировател  20.

В измерителе используютс  триггеры 22-24 D-типа, двоичный счетчик 21 с предварительной установкой данных , коммутатор с кодовым управлением - мультиплексор 16 и другие вспомогательные логические элементы

Информаци  о знаке фазового сдвига в виде команды вьздел етс  на выходе первого триггера 22. На такто вьм вход С этого триггера подаетс  сигнал х1, а на информационный вход D-сигнал х2. При положительной разности фаз между х1 и х2 на выходе триггера 22 устанавливаетс  1, при отрицательной - О (фиг.2).

При измерении частоты в каждом периоде сигнала х1 (по передним фронтам ) триггером 23 вьфабатываетс  стандартный импульс заданной длительности (команда К).-Дл  этого триггер 23 взводитс  по переднему фронту импульса х1, в это же врем  запускаетс  счетчик 21, который считает тактовые импульсы х . По окончании счета на выходе счетчика 21 по вл етс  команда Кст сброса триггера 23. Однако, поскольку счетчик 21 продолжает считать в течение всей длительности импульса х1, то команда Кст в общем случав представл ет собой серию импульсов, прерываемую лишь задним, фронтом импульса х1 (фиг.2). Поэтому команда Кет подаетс  на триггер 23 через промежу15659

точный триггер 24, которьш уже не- поспедствен ю формирует команду сброса Kg. Инвертор 25 служит дл 

установки триггера 24 и счетчика 21 5 в исходное состо ние по заднему фронту импульса х1. Длительность t, стандартных импульсов К устанавливаетс  с помощью кода, подаваемого на вход D записи начальных дан- 10 .ных счетчика 21. Необходима  дл  этого двоична  комбинаци  вырабатываетс  в генераторе кодов О, который может управл тьс  по внешней команде , например, от переключател  18 15 диапазонов. Величина в данном случае определ етс  выражением

, -( NJ. (3)

где п

- число разр дов двоичного

счетчика 21 j NQ - начальный момент счета,

задаваемый генератором кодов .

Измен   значение N, можно варьировать длительность стандартных импульсов и тем самым устанавливать соответствующий каждому из диапазонов масштаб шкалы прибора. Кроме того, зависимость (3) удобно использовать при калибровке измерител .

Последовательность стандартных импульсов К,, преобразуетс  в напр жение , пропорциональное искомой

частоте fn, с помс цью мультиплексора и сглаживающего фильтра 17. В зависимости от комбинации бинарных сигналов на управл ющих входах А, В и С коммутатора он соедин ет

вход фильтра нижних частот с одной из клемм стабилизированного источника 26 напр жений согласно таблице

50

Таким образом, на входе фильтра 17 присутствует последовательность импульсов, по времени совпадающих с К, но пол рность которых определ етс  знаком фазового сдвига между

сигналами Xi(t) Hx(t), т.-е. направлением кровотока. Посто нна  составл к ца  Uftbix полученного сигнала , выдел ема  фильтром 17, пропорциональна частоте следовани  импульсов , а следовательно, и искомой скорости кровотока. При этом оценка ckopocTH в виде напр жени  Ug,,, не зависит от частоты зондирующего сигнала f . Величина U, в данном устройстве по аналогии с выражением (2) определ етс  длительностью стандартных импульсов, частотой их следовани  и амплитудой Uj,, котора  равна напр жению стабилизированного источника

и&ых и

Значение f

св зано с

о .

скоростью VP выражением (1), в свою

очередь 1, определ етс  из (2). Подставл   их значени  в (4) получаем

U6b,(2 - NO)VP

(5)

Таким образом, точность измерени  скорости кровотока предлагаемым устройством в отличие от известного 10 определ етс  лишь стабильностью напр жени  UQ и не зависит от частоты излучени  f и точности установки

длительности стандартных импульсов . Это исключает необходимость

Ъ,

15 в точной установке и стабилизации частоты задающего генератора, дает возможность оперативно варьировать частотой излучени  при обследовании пациента с целью, например, дости20-жени  максимальной чувствительности на данной глубине зондировани  сосудов .

Claims (1)

1. УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ДОППЛЕРОВСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ СКОРОСТИ КРОВОТОКА, содержащий, соединенные последовательно генератор, стробируемый усилитель мощности, излучатель, последовательно соединенные первый смеситель, первый фильтр и второй смеситель, второй фильтр, стробируемый усилитель с автоматической регулировкой усиления, первый вход которого соединен с излучателем, а выход - с первыми входами первого и второго смесителей, фазовращатель, программный блок, первый выход которого подключен к стробируемому усилителю мощности, второй выход - к стробируемому усилителю с автоматической регулировкой усиления, а вход подключен к выходу генератора, второму входу первого смесителя и через фазовращатель - к второму входу второго смесителя, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений путем устранения зависимости результата от частоты излучающего генератора, в него введены первый и второй компараторы, последовательно соединенные детектор, первый фильтр низкой частоты, третий компаратор, последовательно соединенные мультиплексор и второй фильтр низкой частоты, переключатель диапазонов и генератор кодов, а также формирователь, счетчик, первый, второй и третий D-триггеры, элемент НЕ, источник опорного напряжения, первый, второй и третий выходы которого подключены к первому, второму и третьему входам мультиплексора, четвертый вход которого соединен с вы- _ ходом третьего компаратора,, пятый © вход - с выходом второго триггера, шестой вход - с выходом первого триггера, D-вход которого соединен с выходом второго компаратора, а С-вход - с выходом первого компаратора, входом элемента НЕ и D-входом второго триггера, С-вход которого соединён с выходом формирователя и С-входом счетчика, а R-вход с выходом третьего триггера, С-вход которого соединен с выходом счетчика, а R-вход - с выходом элемента НЕ и V-входом счетчика, D-вход которого соединен с выходом генератора кодов, при этом вход формирователя подключен к выходу генератора, переключатель диапазонов - к генератору кодов, выход второго фильтра - к входам второго компаратора н детектора, а второй вход третьего компаратора - к источнику опорного напряжения.