SU1507334A1 - Устройство дл ультразвукового измерени характеристик внутричерепной гемоликвородинамики - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к медико-биологическим исследовани м головного мозга. Цель изобретени  - повышение точности измерени  при длительных и динамических исследовани х. Устройство содержит синхронизатор 1, соединенный с генератором 2 строба и генератором 5 возбуждени , приемник 6 и индикатор 4, первый 7 и второй 12 блоки выборки и хранени , регистратор 9, ультразвуковой матричный датчик 10, сумматор 11, последовательно соединенные ограничитель - формирователь 13, первый 14 и второй 19 триггеры, цифровой автомат 15, регистр 16, многоканальный ключ 17, мультиплексор 18, переключатель 20 режима, аналого-цифровой преобразователь 21 и блок 22 стробировани . Устройство обеспечивает автоматическую коррекцию направлени  зондировани  и временного интервала стробировани  эхосигнала. 6 ил.

Description

ел

о

00 00

3150

Изобретение относитс  к ультразвуковой измерительной медицинской aima ратуре дл  медико-биологических исследований головного мозга.

Цель изобретени  - повышение точности измерени  при длительных динамических исследовани х.

На фиг.1 представлена структурна  схема устройства; на фиг.2 и 3 - вре менные диаграммы работы блоков устройства; на фиг.4, 5 и 6гблок-схема алгоритма работы цифрового автомата .

Устройство содержит синхронизатор 1, соединенный с генератором 2 строба с задатчиком 3, с индикатором 4 и генератором 5 возбу сдени , приемник 6, первый блок 7 выборки и хранени , интегратор 8, регистратор 9, ультра- |звуковой датчик 10, сумматор 11, последовательно соединенные второй блок 12 выборки и хранени , ограничитель-формирователь 13, первый триггер 14, цифровой автомат 15, регистр 16, многоканальный ключ 17, мультиплексор 18, второй триггер 19, переключатель 20 режима, аналого-цифрово преобразователь 21 и блок 22 строби- ровани .

Устройство работает следующим образом .

Цикл работы устройства начинаетс  с импульса запуска, вьфабатываемого синхронизатором 1 с частотой 250 Гц. В каждом цикле устройство излучает ультразвуковые колебани , принимает эхосигнал, обрабатывает его и подготавливает блоки устройства к следующему циклу.

В ультразвуковом поле излучающего элемента ультразвуковой луч распростран етс  параллельным пучком в ближней зоне (зона дифракции Френел ) . Прот женность ближней зоны св зана с размерами излучающего элемента известными соотношени ми: дл  излучающего элемента квадратной формы

0 элемента круглой

(2)

где Ij - прот женность ближней зоны; 55

А - длина упругой волны;

а - сторона квадратного излучающего элемента;

0

Q

5

5

0

5

0

5

0

5

b - радиус излучающего элемента круглой формы.

При проведении биологических исследований геометрические размеры излучающего эпемента или группы их составных элементов выбирают такими, чтобы исследуемые структуры располагались в ближней зоне.

Устройство имеет три режима работы: Поиск, Регистраци  и Коррекци .

В режиме Поиск на выходе переключател  20 режима вырабатываетс  сигнал лог. О (фиг.2ж), который поступает на третий вход цифрового автомата 15 и на второй управл ющий вход мультиплексора 18, коммутирующий выход генератора 2 строба - на выход мультиплексора 18, а в буферный регистр 16 записываетс  двоичный код центрального зондирующего элемента. В каждом-цикле работы устройства длительность пр моугольного импульса триггера 19, поступающего на второй вход цифрового автомата 15-,

преобразуетс  им в двоичный код координаты импульса строба, который фиксируетс  во внутреннем регистре и одновременно выводитс  в регистр блока 22 стробировани .

В режиме Поиск датчик 10 устанавливают на поверхности гоЛовы в требуемом направлении ультразвукового зондировани  и путем визуального анализа амплитуды отраженного сигнала на экране индикатора 4, путем юстировки относительно поверхности головы осуществл ют поиск необходимой пульсирующей внутричерепной структуры головного мозга, наведение ультразвукового луча на нее по максимальной амплитуде отраженного от нее сигнала и фиксацию датчика 10.

Затем производитс  захват объекта локаций (участка внутричерепной структуры ) путем определени  глубины его залегани  относительно датчика 10. Это осуществл етс  задатчиком 3 так, чтобы метка строба на индикаторе 4, вырабатьгеаема  под управлением импульса строба, совмещалась с участком отраженного от исследуемой структуры сигнала. Тогда длительность пр моугольного импульса, сформированного на выходе триггера 19 и поступающего на второй вход Р2 цифрового автомата 15, несет информацию о глубине залегани  исследуемой внутриче

515

репной структуры. Режим Поиск по сн етс  временными диаграммами (интервал времени ), представленными на фиг.2, где обозначено: а - сигнал на первом входе синхронизатора 1; б - сигнал развертки индикатора 4; в - сигнал на выходе генератора 5 возбуждени , соединенного с входом ограничител -формировател  13 и с вторым аналоговым входом - выходом многоканального ключа 17; г - сигнал на выходе приемника 6; д - сигнал на выходе генератора 2 строба; е - сигнал на выходе блока 22 стробиро- вани ; ж - сигнал на выходе переключател  20 режима; з - сигнал на выходе мультиплексора 18; и - сигнал на выходе блока 7 выборки и хранени ; к - сигнал на выходе сумматора 11; л - сигнал на выходе триггера 19 ; м - сигнал i на втором выходе слнхро

низатора 1; t,, t, - ни, соответствуюпше

моменты време- окончанию приема отраженных сигналов.

После осуществлет{  поиска и-за- хвата объекта локации устройство переключателем 20 режима перевод т в режим Регистраци . На выходе переключател  20 режима вьфабатывает- с  сигнал лог. 1, поступающий на второй вход мультиплексора 18 и на третий вход РЗ цифрового автомата ,15, под управлением которого выход блока 22 стробировани  коммутируетс  на выход мультиплексора 18, а его внутренний таймер устанавливаетс  на Т мин и на п том выходе Р5 вьфабаты- ваетс  сигнал лог. 1, разрешающей регистратору 9 производить регистрацию сигнала, поступающего на первый его вход. Импульс строба, вырабаты- ваемый на выходе мультиплексора 18, поступает на второй управл ющий вход блока 7 выборки и хранени  и осуществл ет вьщеление из эхосигнала, отраженного от исследуемой структуры, ко- торьй запоминаетс  блоком 7 выборки и хранени  до момента выборки в следующем цикле (фиг.2и). Просуммированный во времени сигнал с выхода блока 7 выборки и хранени  поступает на интегратор 8, осуществл ющий сглаживание высокочастотных составл ющих в спектре сигнала, с выхода которого он поступает на первый вход регистратора 9 дл  регистрации в виде развер- нутой во времени пульсовой кривой.

0

334

5

0

5

0

5

0

5

0

5

Переход устройства из реж1тма Регистраци  в режим Коррекци  и об- - ратно осуществл етс  под управлением цифрового автомата 15 по истечении временного интервала в Т мин или если максимальна  амплитуда отраженного сигнала в текущем пульсовом цикле стала менее В А,,, где В - коэ1})фициент установки, (,6-0,8) , а - максимальна  амплитуда отраженного сигнала в первом пульсовом пикле с момента перевода устройства в режим Регистраци .

Цри выполнении одного из двух условий устройство переходит в режим Коррекци , при котором амплитуду отраженного эхосигнала тз каждом цикле с помощью аналого-цифрового преобразовател  21 ввод т на четвертый вход ЦИФРОВ1ЭГО автомата 15, где вычисл етс  выполнение услови  перевода . Режим Регистраци  по сн етс  на фиг. 2 в интервале tf-t-i.

Режим Коррекци  введен дл  удержани  выбранного направлени  ультразвукового зондировани  от механических смещений датчика 10 относительно объекта локации, возникающих в процессе проведени  исследований.

Режим Коррекци  обеспе -;иваетс  путем:

электронного сканировани  ультразвуковым лучом- прилегающего к обт.ек- ту локации объема мозговой ткани;

запоминани  сигналов, отраженных от элементарных объемов сканируемой мозговой ткани (под элементарным объемом мозговой ткани понимаетс  объем, ограниченный геометрическими размерами ультразвукового луча зон- . дирующего элемента и временным интервалом импульса строб ;

анализа амплитудных значений сигналов , отраженных от элементарных объемов мозговой ткани, с целью определени  пространственной ориентации исследуемой структуры по отнощению к рабочей поверхности двумерной пье- зоматрицы датчика 10;

коррекции направлени  ультразвукового зондировани  и временного положени  импульса строба.

При этом электронное сканирование объема мозговой ткани, содержащего пульсирующую внутричерепную структуру , с целью наведени  ультразвукового луча на нее по максимальной ампли- туда отраженного от ее стенки сигна7150

ла ввиду того, что амплитуда отраженного сигнала от одного и того же участка гтульсирующей структуры измен етс  в такт с сердечной де тельностью , производ т последовательно во времени в окрестност х характерной точки на пульсовой кривой. Та- кой характерной точкой может быть максимальна  амплитуда отраженного сигнала.

Дл  этого в режиме Регистраци  после того, как в i-м пульсовом цикле в момент времени t,. будет определена точка максимальной амплитуды Ь; со значением в ней, равным провер ютс  два услови  перехода устройства в режим Коррекци  и, если будет прин то решение о продолжении работы устройства в исходном ре- жиме,то цифровой автомат вычисл ет зна чение С-А -ещСгде ,8-0,95) и подсчитывает количество циклов М и М работы устройства с помощью двух внутренних программно-организаванньгх счетчиков.

В режиме Коррекци  устройство под управлением цифрового автомата 15 в первые М цикла работы продолжает излучать и принимать отраженные сигналы,, а затем с первого, второго и третьего выходов его в буферный регистр 16 записываетс  нулевой двоичный код, закрывающий все ключи многозлементного ключа 17, и запускаютс  внутренние счетчики Сч1 на М пассивных цикла работы устройства, во врем  которых датчик 10 ультразву ковые колебани  в полость черепа не излучает, и счетчик Сч2 - на 2М активных цикла работы устройства, в течение которых осуществл етс  электронное сканирование. Далее следуют вновь М пассивных цикла, а затем вновь 2М активных цикла работы устройства и т.д., пока оно не завер шит коррекцию направлени  ультразву- ,кового зондировани  и временного по- «ложени  импульса строба.

Объем мозговой ткани, прилегающий к исследуемому участку структуры (участок артериального сосуда) и подвергающийс  электронному сканированию , ограничен геометрическими размерами рабочей поверхности датчика 10 и глубиной, определ емой времен- ным интервалом , где t временное положение импульса строба, смещенного на восемь дискретов левее

,-

,«

. г jn - , 25

о -

50 ,

35

40

45

8

а t к - временное положение импульса строба, смещенного на восемь дискретов правее относительно момента времени tf (фиг.З). Электронное сканирование ультр&звуковым лучом объема мозговой ткай производитс  путем программно-управл емого стробирова- ни  эхосигнала и перемещени  зондирующего элемента по рабочей .поверхности пьезоматрицы датчика 10.

На фиг.З представлены временные диаграммы работы устройства в режиме Коррекци , где обозначено: а - сигнал на первом выходе синхронизатора 1; б - сигнал на выходе генератора 5 возбуждени ; в - сигнал на выходе приемника 6; г - сигнал на тестом выходе Р6 цифрового автомата 15; д - сигнал на выходе генератора 2 строба; е - сигнал на выходе блока 22 стробировани ; ж - сигнал на выходе мультиплексора 18;- з - сигнал на выходе блока 7 выборки и хранени ; И - сигнал на выходе блока 12 выборки и хранени ; к - сигнал на выходе ограничител -формировател  13; л - сигнал на выходе триггера 14; м - сигнал на втором,,выходе синхронизатора 1; 1ц соответствует переднему, а t - заднему фронту импульса на шестом выходе Р6 цифрового автомата 15; а t (. соответствует переднему фронту импульса на выходе генератора 2 строба.

Коррекци  временного положени  импульса строба и направлени  ультразвукового зондировани  осуществл етс  в два этапа.

На первом этапе производитс  электронное сканирование объема мозговой ткани с грубым быстрым анализом отраженных сигналов. Дл  этого активным сначала становитс  первый зондирующий элемент, который в начале сле- лующего цикла излучит ультразвуковые колебани , примет отраженные сигналы , а устройство проанализирует временной интервал на наличие в нем хот  бы одного отраженного сигнала от внутричерепных структур. Если отраженные сигналы от внутричерепных структур в выделенном интервале присутствуют, то триггер 14 вырабатывает на своем выходе сигнал лог, 1 (интервал на фиг.З), в противном случае на выходе триггера 14 будет выработан сигнал лог. О (интервал t4-t на фиг.З). Цифровой

915

автомат 15 произведет анализ сигнала на первом входе РД и при наличии лог. Ч осуществит запоминание номера текущего активного зондирующего элемента. В следующем цикле активным становитс  второй зондирующий элемент, образованный из первого путем его перемещени  на один шаг, равный ширине пьезоэлемента матричного датчика 10 и т.д., пока не будут опрошены все его зондирующие Элементы. В результате первого этапа во внутренней пам ти цифрового автомата 15 будут запомнены номера тех зондирующих элементов, которые при приеме отраженных сигналов во

временном интервале содержат хот  бы один сигнал, отраженный от внутричерепных структур.

На втором этапе производитс  более тщательный анализ отраженных сигналов во временном интервале ,, при включении каждого, например, из

Устройство дл  ультразвукового из мерени  характеристик внутричерепной гемоликвородинамики, содержащее синтрех зондирующих элементов. В резуль-35 хронизатор, подключенный к генератотате во внутренней пам ти -цифрового автомата 15 будут записаны три двоичных кода амплитудных значений сигналов , отраженных от трех элементарных объемов мозговой ткани, а также коор- Q динаты импульсов стробов и пор дковых номеров зондирующих элементов, определ ющие эти три элементарных объема. Далее производитс  анализ значений трех амплитуд отраженных сигналов и выбираетс  из них макси- мальное, по которому определ етс  координата импульса строба и пор дковый номер зондирующего элемента. В 1 езультате цифровой автомат 15 проводит запись кода в регистр 16, под управлением которого включаетс  необходимый зондирующий элемент и запись кода в блок 22 стробировани  дл  выработки коврдинаты строба и тем самым осуществл етс  коррекци  направлени  зондировани . Сигналом с п того выхода цифрового автомата разрешаетс  запись в регистраторе 9. На фиг.4 представлен алгоритм работы цифрового автомата 15 в режиме Поиск.

ру строб-импульса, вторым входом соединенному с задатчиком, к первому входу индикатора и к генератору возбуждени , выходом соединенному с вхо дом приемника, выход которого подключен через блок выборки и хранени  и интегратор к.входу регистратора, ультразвуковой датчик и сумматор, выходом подключенный к второму входу индикатора, отличающеес  тем, что, с целью повьш1ени  точности измерени  при длительных динамических исследовани х, в него дополнительно введены последовательно соеди- 4Q диненные дополнительный блок выборки k хранени , ограничитель-формирователь , триггер, цифровой автомат, регистр и многоканальный ключ, подключенный к ультразвуковому датчику, а вторым входом соединенный с генератором возбуждени , мультиплексор, соединенный через второй триггер с вторым входом цифрового автомата, а входом - в выходом генератора строб- импульса, переключатель режима, соединенный с вторым входом мультиплексора и третьим входом цифрового автомата , аналого-цифровой преобразователь , входом подключенный к выходу первого блока выборки и хранени , а выходом - к четвертому входу цифрового автомата, п тый вход которого подключен к выходу синхронизатора, второй вход которого соединен с вторым

45

50

При по влении на третьем входе цифрового автомата 15 сигнала лог. 1 осуществл етс  режим регистрации по алгоритму на фиг.5.

При выполнении необходимых одного из двух условий цифровой автомат 15

0

10

переходит в алгоритм режима коррекции на фиг. 6.

Цифровой автомат 15 может быть реализован на микросхеме однокрис- тальной микроэвм.

Блок 22 стробировани  выполн етс  программно-управл емым формирователем и может включать генератор им - пульсов, счетчик, дешифратор адреса, деишфратор срарнени  кодов и регистр пам ти двоичного кода.

Ультразвуковой датчик 10 выполн етс  в виде многоэлементной двухмерной йьезоматрицы. Дл  уменьшени  количества проводов буферный регистр 16 и ключ 17 необходимо размещать в едином корпусе с датчиком.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Устройство дл  ультразвукового измерени  характеристик внутричерепной гемоликвородинамики, содержащее синхронизатор , подключенный к генератоQ

   5

   ру строб-импульса, вторым входом соединенному с задатчиком, к первому входу индикатора и к генератору возбуждени , выходом соединенному с входом приемника, выход которого подключен через блок выборки и хранени  и интегратор к.входу регистратора, ультразвуковой датчик и сумматор, выходом подключенный к второму входу индикатора, отличающеес  тем, что, с целью повьш1ени  точности измерени  при длительных динамических исследовани х, в него дополнительно введены последовательно соеди- Q диненные дополнительный блок выборки k хранени , ограничитель-формирователь , триггер, цифровой автомат, регистр и многоканальный ключ, подключенный к ультразвуковому датчику, а вторым входом соединенный с генератором возбуждени , мультиплексор, соединенный через второй триггер с вторым входом цифрового автомата, а входом - в выходом генератора строб- импульса, переключатель режима, соединенный с вторым входом мультиплексора и третьим входом цифрового автомата , аналого-цифровой преобразователь , входом подключенный к выходу первого блока выборки и хранени , а выходом - к четвертому входу цифрового автомата, п тый вход которого подключен к выходу синхронизатора, второй вход которого соединен с вторым

   5

   0

   150

   входом аналого-цнфроного преобразовател , блок стробировани , первым, вторым и третьим входами подключенный соответственно к первому, второму и третьему выходам цифрового автомата , первый, второй и третий выходы которого соединены с первым, вторым и третьим входами регистра, четвертый вход блока стробировани  и п тый вход цифрового автомата соединены с первым выходом синхронизатора , четвертый выход цифрового авто12

   мата соединен с вторым входом регистратора , а п тый - с.входом второго блока выборки и хранени , второй вход которого подключен к выходу приемника и соединен с вторым входом сумматора , второй вход первого блока выборки и хранени  соединен с выходом мультиплексора, вторые входы первого и второго триггеров соединены с первым рьгходом синхронизатора, выход блока стробировани  соединен с третьим входом мультиплексора.

   Фиг. 2

   м

   0 Н С К ff К

   ФиаЗ

   4 н tK t5 is

   кАЮчеме дстоойс б

   Т

   навыхаЗахР5,Рв истанобигпь сигнал /югиаескогони/г 

   (Цнилить регистр 33 пуфе 2

   Занести вНуферныи регистр i( код ,, центрамном рующеео з/ еченто

   1

   Преобразобатй {репенноа внт Вал npaMoytoflbHOea uHmijitCf, nqcmj/пающееа на Вход , в . оичныО код и записать вав ва igmpeMtfaupeeucmpPfif I

   Содержите РЕП

   Ф«д4

   ptr6 I нет

   Да

   rff perfff/

   преоемт it peri

   Mt PEi Iff.:

   РЕП-УЛ

   Нвт

   ФалУ

   РЕП5- Рт 8

   Установка регис/проо и ФЛАГОВ- /

   mii-(3-Mm- Ent,

   РЕПЗ- О; ФЛАПг ЛАП О

   Да

   шпистит таймер j

   Занести содержимое PORTSflvei

   }  чейку ОЗУ

   РЕП6: РЕЩ

   .

   ilnpedefujmi) элсн нпорнь ооъем « f, ompaxcHt buic eKSi откаторого имеет наксина/а ную амплшщау, иосущестот коррекцию УЗ по напраб- лению и глубине

   абшоде Рбустнобал W логического иилц

   Занести крд зонд1/рут.з мента овуФерньш рееистр И номер которого указано РЁГ11

   Шпустит на 50ОМ

   ь тайнер

   MKS

   Втработатнаоыхоое 1 6инпильсс ,. . координатами (tn w

   3анести Н1/ле5ойкод S 5уферныйрегистр 2ff

   Ла

   ет

   нестабразр ар( П3ну/ б, порйОкоЬ..,...,, нф которого yKdsaf/о ГН

   Да

   Нет

   Занести орозр Зрет единицу,

   он РЕиЗединщу, nopt.

   терморогоушано РЕР11

   РЕ.

   (1: 0;ФМГ4 Т

   Нет

   РЕП2-- 0;ФМГ.0

   Нет

   Да

   РВП --1;фМГ5- П J