УЛЬТРАЗВУКОВОЙ СКАНИРУЮЩИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ Российский патент 1995 года по МПК A61B8/00 

Изобретение относится к медицинской технике и предназначено для исследования внутренних органов человека, в том числе и сердечных структур.

В настоящее время для исследования работы сердца и других внутренних органов человека широко используются диагностические устройства ультразвуковой импульсной эхоскопии, действие которых основано на сканировании исследуемого органа узким ультразвуковым лучом и на непосредственном преобразовании ультразвуковых эхосигналов в электрические для дальнейшего отображения на видеоконтрольных устройствах. Диагностические устройства двумерной визуализации анатомических сечений внутренних органов человека представляют собой весьма сложные системы, первичными преобразователями которых являются многоканальные электроакустические устройства, обеспечивающие преобразование электрических импульсов в ультразвуковые, их излучение в тело человека, прием отраженных импульсов и их преобразование в электрические и передачу для дальнейшей обработки и визуализации.

В настоящее время находят применение сканирующие устройства как с электронным управлением ультразвуковым лучом, так и механические сканирующие устройства. Механическое сканирование обеспечивается за счет возвратно-поступательного качания пьезопреобразователей, их вращения, а также за счет подвижных отражателей, изменяющих направление ультразвукового луча.

Наиболее оптимальным является сканирование при помощи вращения пьезопреобразователей. Такое конструктивное решение обеспечивает наименьшие энергетические затраты, равномерную скорость сканирования, устойчивое движение жидкости, через которую обеспечивается акустический контакт между пьезопреобразователем и телом человека.

Для обеспечения нормального функционирования сканирующее устройство должно содержать привод для вращения ультразвуковой головки (ротора) с расположенными в ней пьезопреобразователями, узел передачи зондирующих сигналов на пьезопреобразователи и приема отраженных сигналов, датчик углового положения ультразвуковой головки, обеспечивающий совмещение изображений от каждого из пьезопреобразователей, а также коммутатор, обеспечивающий поочередное подключение пьезопреобразователей в процессе сканирования с целью исключения взаимовлияния пьезопреобразователей и воздействия помех.

Известно сканирующее устройство (см. патент ФРГ N 2851004), содержащее вращающийся ротор с пьезопреобразователями и приводом, датчик углового положения ротора, выполненный в виде диска с кодирующими метками и расположенными против них с обеих сторон диска светоизлучателем и фотоприемником, передающий трансформатор, выполненный в виде коаксиально расположенных подвижной (вращающейся) и неподвижной обмоток, а также коммутатор, выполненный в виде диска с расположенными на нем дросселями насыщения, вращающимися между полюсами постоянного магнита.

Существенным недостатком указанного устройства являются значительные габариты рабочей части, обусловленные тем, что ротор с приводом, диск датчика углового положения, диск коммутатора и вторичная обмотка передающего трансформатора расположены на одном валу. Это ограничивает диагностические возможности устройства, например сканирование сердечных структур через межреберные промежутки практически невозможно.

Наиболее близким по технической сущности и диагностическому результату является сканирующее устройство, содержащее герметичный корпус, в котором установлены барабан (ротор) с пьезопреобразователями, светодиодами, резисторами и диодами, фотодиод, магнитный коммутатор, включающий диск с дросселями насыщения и магнит с полюсными наконечниками, переходный трансформатор, состоящий из первичной и вторичной обмоток. При этом ротор, диск магнитного коммутатора и вторичная обмотка передающего трансформатора расположены на валу, установленном в подшипниках, и приводящимся во вращение от электрического двигателя через гибкий вал.

Преимущество такого устройства по сравнению с известным заключается в том, что элементы датчика углового положения размещены в роторе и корпусе, что позволяет уменьшить габариты рабочей части устройства за счет того, что на рабочем валу отсутствует диск датчика угла положения ротора с установленными с обеих его сторон свето и фотодиодами. Однако наличие на одном валу рядом с ротором диска магнитного коммутатора с дросселями насыщения и вторичной обмотки передающего трансформатора не позволяет уменьшить габариты рабочей части до оптимальных значений.

Кроме того, недостатком известных технических решений является то, что все пьезопреобразователи одновременно подключены ко вторичной обмотке трансформатора через дроссели насыщения, имеющие конечные значения электрического сопротивления в состояниях "включено-выключено", что не обеспечивает полного отключения и включения пьезопреобразователей в процессе функционирования.

Целью изобретения является расширение диагностических возможностей за счет уменьшения габаритов рабочей части корпуса, контактирующей с телом человека.

Поставленная цель достигается тем, что в известное ультразвуковое сканирующее устройство, содержащее ротор с пьезопреобразователями, трансмиссию с электродвигателем и оптоэлектронный датчик угла поворота ротора, размещенные в корпусе, введен коммутирующий трансформатор, состоящий из подвижных, размещенных в роторе, полукольцевых сердечников с вторичными обмотками, подключенными каждая к соответствующему пьезопреобразователю, и неподвижного полукольца с первичной обмоткой и прикрепленными к его торцам промежуточными магнитопроводами в виде дуг окружности длиной 2π /n (где n - число пьезопреобразователей в роторе), размещенными в корпусе устройства.

В предлагаемом устройстве функции передающего трансформатора и магнитного коммутатора совмещены в одном узле - коммутирующем трансформаторе, элементы которого размещены в роторе и корпусе устройства, что позволяет сократить длину вала и тем самым уменьшить размеры рабочей части корпуса, контактирующей с телом человека.

На фиг. 1 изображен сканирующий преобразователь; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - электрическая схема устройства.

Преобразователь состоит из корпуса 1, закрытого через уплотнительную прокладку 2 кожухами 3, 4 образующим герметичную рабочую зону, в которой расположен электродвигатель и другие элементы устройства. В корпусе на валу 5, вращающемся в подшипниках 6, закреплен ротор 7 с размещенными в нем пьезопреобразователями 8 и подвижными полукольцевыми сердечниками 9 коммутирующего трансформатора. Сердечники выполнены в виде половины кольцевого сердечника из высокочастотного феррита и размещены в роторе таким образом, что их торцы совмещены с его боковой поверхностью. На сердечниках размещены вторичные обмотки, каждая из которых подсоединена к соответствующему пьезопреобразователю В1-В3. На плате 10 расположен неподвижный полукольцевой сердечник 11 с первичной обмоткой, опирающийся торцами на промежуточные магнитопроводы 12, 13. Промежуточные магнитопроводы выполнены в виде дуг окружности шириной не менее радиального размера сечения подвижных сердечников и расположены таким образом, что их средние линии совпадают с окружностями вращения центров сечений подвижных сердечников при вращении ротора.

Торцы неподвижного сердечника опираются на плоскости промежуточных магнитопроводов без зазора. Зазор между торцами подвижных сердечников и плоскостями промежуточных магнитопроводов выбирается минимальным так, чтобы не ограничивалось свободное вращение ротора. Вращение на ротор передается от электрического двигателя 14, закрепленного на корпусе с помощью хомута 15, через трансмиссию, состоящую из двух цилиндрических шестерен 16, 17 и червячной передачи.

Вал 18 червячной передачи вращается в подшипниках 19, закрепленных в обойме 20, крепящейся к корпусу, а червячное колесо 21 закреплено на одном валу с ротором.

Возбуждающие импульсы генератора (на чертежах не показан) подаются на первичную обмотку и с нее - на вторичную обмотку только того подвижного сердечника, магнитный поток которого через промежуточные магнитопроводы замыкается с неподвижным сердечником. В это время сигналы на другие вторичные обмотки не поступают, так как магнитный поток в их сердечниках отсутствует благодаря большим воздушным зазорам. Таким образом, при вращении ротора в каждый момент времени к возбуждающему генератору и усилителю отраженных импульсов (на чертеже не показан) подключен только один пьезопреобразователь.

Такое конструктивное исполнение имеет высокий коэффициент передачи и обеспечивает устойчивую работу сканирующего преобразователя.

При этом габариты рабочей зоны минимальны, определяются практически только размерами ротора с пьезопреобразователями и не ограничивают диагностические возможности сканирующего устройства. Одновременно повышается помехозащищенность за счет полной коммутации пьезопреобразователей в процессе функционирования. Это обусловлено тем, что в каждый момент времени включен только один пьезопреобразователь, подключенный к обмотке подвижного сердечника, магнитный поток которого замкнут через промежуточные магнитопроводы и неподвижный сердечник.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предлагаемый сканирующий преобразователь отличается тем, что в нем используется трансформатор с сердечниками в виде полуколец, неподвижного и подвижных, магнитный поток которых в процессе функционирования поочередно замыкается с неподвижным через промежуточные магнитопроводы в виде дуг, длина которых определяется количеством подвижных сердечников. Такое конструктивное решение позволяет осуществить одновременно передачу и прием сигналов, а также коммутацию пьезопреобразователей.

Таким образом, предлагаемое сканирующее устройство соответствует критерию "Новизна".

Использование: для ультразвукового сканирования сердца и других органов человека. Сущность изобретения: трансформатор состоит из расположенных в роторе подвижных полукольцевых сердечников, обмотки которых подсоединены к соответствующим пьезопреобразователям, и неподвижного полукольцевого сердечника с расположенными на его торцах промежуточными магнитопроводами в виде дуг окружности. Возбуждающие сигналы от генератора поступают на первичную обмотку, расположенную на неподвижном сердечнике, и с нее на вторичную обмотку только того подвижного сердечника, магнитный поток которого замкнут через промежуточные магнитопроводы. Другие пьезопреобразователи в это время оказываются выключенными, так как магнитный поток в их сердечниках из-за больших воздушных зазоров отсутствует, исключение коммутатора позволяет уменьшить габариты рабочей части сканирующего устройства и тем самым расширить диагностические возможности преобразователя. 3 ил.

УЛЬТРАЗВУКОВОЙ СКАНИРУЮЩИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий ротор с пьезопреобразователями, трансмиссию с электроприводом и оптоэлектронный датчик угла поворота ротора, размещенные в корпусе, отличающийся тем, что, с целью расширения диагностических возможностей преобразователя за счет уменьшения размеров рабочей части корпуса, в преобразователь введен коммутирующий трансформатор, состоящий из полукольцевых сердечников, установленных на роторе, с вторичными обмотками, подключенными каждая к соответствующему пьезопреобразователю, и полукольцевого сердечника с первичной обмоткой, установленной на корпусе, причем на торцах сердечника расположены промежуточные магнитопроводы в виде дуг окружности длиной 2πn , где n - число пьезопреобразователей.