ДОПЛЕРОВСКИЙ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ЛОКАТОР Российский патент 1996 года по МПК A61B8/13 A61B8/14 A61B10/00 

Изобретение относится к медицинской технике, в частности, к устройствам для ультразвуковой эхолокации внутренних органов, и предназначено для использования в системах медицинского контроля при выявлении изменений плода в дородовый период.

Известны устройства, содержащие приемопередающие преобразователи ультразвука, генератор, усилители, приемник громкоговорители. Данные устройства позволяют обнаруживать перемещение живых тканей организма и контролировать изменения в их развитии.

Наиболее близким по технической сущности является "Миниатюрный детектор пульса типа МДТ-10 "Исследовательско-производственное предприятие "Сонопан" Польской Академии Наук 15-950 Белосток, ул. Нововаршавская, 32.

Ультразвуковой детектор пульса типа МДТ-10 это диагностический аппарат, применяемый в акушерстве.

Устройство состоит:
1 передатчик, 2 ультразвуковая головка с приемочно-передаточным преобразователем, 3 передаточный преобразователь, 4 приемочный преобразователь, 5 усилитель большой частоты, 6 детектор, 7 усилитель низкой частоты, 8 усилитель мощности, 9 громкоговоритель (фиг.1).

В аппарате МДТ-10 электрическая система генерирует сплошную синусоидальную волну, которая преобразовывается в механические колебания передающим пьезоэлектрическим преобразователем, находящимся в головке. Возникающие ультразвуковые волны передаются вглубь тела пациентки к исследуемым тканям. Прерывность подвижных тканей, а также их наружные поверхности вызывают отражение ультразвуковых волн. Отраженная волна с измененной частотой по отношению к частоте передаваемой волны возвращается обратно к приемочной части головки, вызывая механические колебания приемного преобразователя, и изменяются в электрический сигнал. Принятые колебания после соответствующей обработки подаются на громкоговоритель или фонендоскоповые наушники. Частота и амплитуда воспроизводимых громкоговорителем колебаний дают информацию о пульсе плода, локализации плаценты или переливании.

Однако данное устройство имеет малую информативность показаний, пониженную энергоемкость источника питания и, как следствие, ограниченное время активной работы, а также повышения достоверности результатов обследования, а именно, обнаружение работы сердца плода, начиная с 10 недели беременности, контролировать пульс плода, на всех этапах беременности.

Целью изобретения является повышение достоверности результатов обследования и повышение точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство дополнительно введены амплитудный ограничитель, частотный детектор, выпрямитель, интегратор, компаратор, схема формирования микротактов, первый генератор импульсов, схема реверсивного счета, второй генератор импульсов, первый блок счетчиков, второй блок счетчиков, схема совпадения, светодиодный индикатор, умножитель частоты, источника питания со стабилизатором, причем амплитудный ограничитель соединен последовательно с частотным детектором, выпрямителем, интегратором, компаратором, схемой формирования микротактов, выход последней соединен со входом первого генератора импульсов, выход первого генератора импульсов соединен через схему реверсивного счета, схему совпадения со вторым блоком счетчиков, а выход второго генератора импульсов соединен с входом схемы совпадения через второй блок счетчиков и с входом первого блока счетчиков, выход последнего соединен с входом блока светодиодных индикаторов.

Введение фазочастотного детектора устраняет зависимость входного детектируемого сигнала от изменений амплитуды входного сигнала и при этом повышает помехоустойчивость. Введение стабилизатора напряжения с нагрузкой в коллекторной цепи, позволяет устранить влияние нестабильности напряжения питающей батареи на работоспособность устройства. Коллекторное включение нагрузки позволит уменьшить падение напряжения на переходе коллектор-эмиттер, и, следовательно, повысить КПД стабилизатора. Цифровой канал индикации пульса с диапазоном измерения от 1 до 200 сокращений в минуту позволяет измерить за один период сокращения тканей организма. Интегральное пополнение большинства узлов позволит упростить сборку и наладку устройства. Изобретение поясняется чертежом, где на фиг.2 структурная схема устройства, на фиг.3,4,5,6 представлен пример конкретной реализации.

Устройство состоит из (фиг.2):
1 высокочастотного усилителя, 2 генератора высокой частоты, 3 - пьезоэлектрического преобразователя, 4 резонансного усилителя, 5 - амплитудного ограничителя, 6 частотного детектора, 7 выпрямителя, 8 - интегратора, 9 компаратора, 10 усилителя мощности, 11 громкоговорителя, 12 схемы формирования микротактов, 13 первого генератора импульсов, 14 - схемы реверсивного счета, 15 второго генератора импульсов, 16 первого блока счетчиков, 17 второго блока счетчиков, 18 схемы совпадения 19 блока светодиодных индикаторов, 20 источник питания со стабилизатором, 21 - умножителя частоты.

II выход высокочастотного генератора.

Синусоидальное напряжение f 2,5 мГц, Ua 0,8 B
I выход высокочастотного усилителя.

Синусоидальное напряжение f 2,5 МГц, Ua 1 B
IV вход резонансного усилителя, на вход которого поступает отраженный высокочастотный сигнал f 2,5 МГц, Ua 5 мкВ.

V вход амплитудного ограничителя. Поступает усиленный отраженный сигнал f 2,5 МГц, Ua 0,5 мкВ.

VI вход частотного детектора. Поступает ограниченный по амплитуде сигнал f 2,5 МГц, Ua 0,1 мВ.

XXI, VII вход умножителя частоты и выпрямителя. Поступает демодулированный сигнал f 60.600 Гц, Ua 0,25 B.

X вход усилителя мощности. Поступает удвоенный по частоте звуковой сигнал f 60.600 Гц.

VIII вход интегратора. Поступает выпрямленный звуковой сигнал.

IX вход компаратора. Поступает огибающая выпрямленного сигнала.

XII вход схемы формирования микротактов. Поступают прямоугольные импульсы.

XIII вход первого и второго генератора. Поступают разделенные по времени синхроимпульсы.

XIV вход схемы реверсивного счета. Получают импульсы с первого генератора для заполнения реверсивного счетчика.

XVI вход блока счетчиков. Поступают импульсы со второго генератора для заполнения счетчиков.

XVIII вход схемы совпадения. Поступают сигналы со счетчиков и сравниваются, результаты совпадения поступают на дешифраторы.

XIX вход светодиодных индикаторов. Поступают дешифрованные в позиционный код сигналы.

Работает устройство следующим образом.

Генератор высокой частоты 2 вырабатывает переменное напряжение частотой около 2,5 МГц. Это напряжение усиливается высокочастотным усилителем 1 до величины амплитудного напряжения 1,5 вольта. С выхода высокочастотного усилителя 1 усиленный сигнал поступает на пьезоэлектрический преобразователь 3, который преобразовывает электрические колебания в механические. При отражении акустических волн от подвижных структур на пьезоэлектрический преобразователь 3 попадает сигнал промодулированный по частоте. Этот сигнал преобразовывается из механического в электрический и усиливается резонансным усилителем 4, далее усиленный высокочастотный частотно-модулированный сигнал поступает на амплитудный ограничитель 5, где происходит ограничение сигнала по амплитуде для уменьшения влияния амплитудных колебаний на работу устройства. Ограниченный сигнал поступает на частотный детектор 6, который преобразовывает промодулированный по частоте высокочастотный сигнал в низкочастотный, который поступает на умножитель частоты 21, где происходит удвоение частоты для возможности контроля инфранизких частот. Удвоенный по частоте сигнал поступает на вход усилителя мощности 10 и излучается через громкоговоритель. С выхода частотного детектора 6 переменный низкочастотный сигнал выпрямителя выпрямителем 7 и на интеграторе 8 преобразовывается в однополярный аналоговый сигнал, который, проходя через компаратор 9, преобразовывается в однополярные импульсы. Однополярные импульсы с компаратора 9 запускают схему формирования микротактов 12, каждый первый импульс включает схему формирования микротактов 12. Микротакты предназначены для синхронизации работы первого генератора 13 и второго генератора 15. По приходу первого импульса от схемы формирования микротактов 12 запускается первый генератор 13, который начинает своими импульсами уменьшать показания схемы реверсивного счета по формуле 200 N
где:
200 максимальное контролируемое число сокращений сердечной мышцы,
N число импульсов первого генератора.

По приходу второго импульса от схемы формирования микротактов 12 первый генератор 13 прекращает свою работу и включается второй генератор 15. Импульсы этого генератора заполняет первый блок счетчиков 16 и одновременно поступают на дешифрование во второй блок счетчиков 17. Показания схемы реверсивного счета 14 и первого блока счетчиков 16 сравниваются на схеме совпадения 18 и при равенстве их показаний вырабатывают сигнал для остановки работы второго блока счетчиков 17 с одновременным высвечиванием информации второго блока счетчиков 17 на блоке светодиодных индикаторов 19.

Вместе с этим формирователь микротактов вырабатывает импульс на сброс всех счетчиков и приводит устройство в исходное состояние. Далее цикл повторяется. Для уменьшения влияния колебаний напряжения питания применен источник питания со стабилизатором напряжения 20.

Высокочастотный генератор на транзисторах V1, V2 (фиг.3) вырабатывает синусоидальное напряжение частотой ≈ 2,5 мГц и амплитудой ≈ 0,8 B. Через эмиттерный повторитель, который усиливает сигнал по току, в.ч. напряжение подается на резонансный усилитель (транзистор V4 фиг.3). Здесь происходит усиление по мощности и через трансформатор L2, L3 (фиг.3) подается на пьезоэлектрический преобразователь. Величина напряжения на входе пьезоэлектрического преобразователя ≈ 1 B. Здесь же часть энергии уходит на управление элементом АРУ (транзистор V7 фиг.3). При увеличении выходного напряжения на пьезоэлектрическом преобразователе, увеличивается потенциал на базе транзистора V7 (фиг.3), который открывается и шунтируется резистор R7 (фиг.3), что приводит к уменьшению выходного сигнала до величины ≈ 1 B.

Отраженный от подвижных тканей сигнал поступает на вход трансформатора L1, L2 (фиг. 4). Далее усиливается резонансными усилителями выполненных на транзисторах V1, V2 (фиг.4). Величина напряжения высокочастотного сигнала на коллекторе транзистора V2 (фиг.4) около 2,5 В. Далее происходит ограничение амплитуды до 0,6.0,8 В на амплитудном ограничителе, выполненном на диоде V4, V5 (фиг.4). На транзисторе V3 (фиг.4) выполнен частотный детектор, на выходе которого выделяется низкочастотный сигнал, частотой от 30 до 250 Гц. Амплитуда до 0,1 V. На микросхеме А1 выполнен умножитель напряжения, чтобы можно было контролировать на слух низкочастотные составляющие. Удвоенная частота 60.500 Гц поступает на вход усилителя мощности (фиг.5). И далее на громкоговоритель Гр (фиг.5). С выхода умножителя частоты низкочастотное напряжение величиной 0,15 V поступает также и на выпрямитель с интегратором (фиг.6). Здесь напряжение преобразуется в однополярный аналоговый сигнал, а на компараторе А1 (фиг. 6) в однополярные импульсы. Однополярные импульсы амплитудой 6 В поступают на вход МС.D2.1 и триггера D.3.1 (здесь и далее фиг.7) МС.D2.1 управляет работой второго генератора импульсов, выполненного на элементах D. 1.3, D. 1.4 ИЛИ-НЕ, частота которого составляет 100 кГц. В паузе между импульсами, поступающими на вход D.3.1 и D.2.1, импульсы от второго генератора импульсов через D.2.1 поступают на двоично-десятичный счетчик D4, который первым импульсом обнуляет двоично-десятичный счетчик D8, вторым импульсом на выходах МС.D5 и D6 выставляется информация входов. Третий импульс дает разрешение на вычитание из показаний счетчиков D5 и D6 количества импульсов выработанных первым генератором импульсов, до тех пор, пока не появится сигнал от компаратора. Этот сигнал опрокидывает триггер D.3.1, который одним выходом через МС.9.2 останавливает процесс вычитания на МС D5 и D6, а вторым выходом через МС.9.1 подключает второй генератор импульсов к первому блоку счетчиков, МС D7 и далее в виде двоичного кода поступает на схему совпадений, МС D10 D11, где происходит сравнение с показаниями схемы реверсивного счета МСD5. D6 одновременно импульсы от второго генератора импульсов поступает на второй блок счетчиков МС.D12.D14. Когда на выходе схемы совпадения МС.D11 вырабатывается сигнал равенства, он останавливает работу второго блока счетчиков, а также обнуляет двоично-десятичный счетчик D4, который в свою очередь сбрасывает счетчик D8. На этом цикл заканчивается. Информация высвечивается на блоке светодиодных индикаторов. Сигнал с выхода схемы совпадения является сигналом исходного положения всей системы. С приходом нового импульса от компаратора вся система повторяет вышеописанный процесс с последующим высвечиванием информации.

При разработке цифровой части устройства использовались цифровые микросхемы серии К176, К561.

Источниками информации являются.

"Элементы радиоэлектронных устройств"
Справочник. М "Радио и связь", 1988 г. В.И.Горшков.

"Справочник по интегральным микросхемам" под ред. Б.В.Торабрина, М. Энергия, 1980 г. ЫЫЫ2 ЫЫЫ4 ЫЫЫ6

Использование: для ультразвуковой эхолокации внутренних органов. Сущность изобретения: в доплеровский ультразвуковой локатор, содержащий высокочастотные генератор и усилитель, низкочастотный и резонансный усилители, приемник и громкоговоритель, дополнительно введены амплитудный ограничитель, частотный детектор, выпрямитель, интегратор, компаратор, схемы формирования микротактов, первый генератор импульсов, первый блок счетчиков, второй блок счетчиков, схема совпадения, светодиодный индикатор, умножитель частоты, источник питания со стабилизатором, причем амплитудный ограничитель, соединен последовательно с частотным детектором, выпрямителем, интегратором, компаратором, схемой формирования микротактов, выход последней соединен со входом первого генератора импульсов, выход первого генератора импульсов соединен через схему реверсивного счета схему совпадения со вторым блоком счетчиков, а выход второго генератора импульсов соединен с входом схемы совпадения через второй блок счетчиков и с входом первого блока счетчиков, выход первого блока счетчиков соединен с входом блока светодиодных индикаторов. 7 ил.

Доплеровский ультразвуковой локатор, содержащий высокочастотные генератор и усилитель, низкочастотный и резонансный усилители, приемник и громкоговоритель, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверности результатов обследования и повышения точности измерений, дополнительно введены амплитудный ограничитель, частотный детектор, выпрямитель, интегратор, компаратор, схема формирования микротактов, первый генератор импульсов, схема реверсивного счета, второй генератор импульсов, первый блок счетчиков, второй блок счетчиков, схема совпадения, светодиодный индикатор, умножитель частоты, источник питания со стабилизатором, причем амплитудный ограничитель соединен последовательно с частотным детектором, выпрямителем, интегратором, компаратором, схемой формирования микротактов, выход последней соединен с входом первого генератора импульсов, выход первого генератора импульсов соединен через схему реверсивного счета и схему совпадения с вторым блоком счетчиков, а выход второго генератора импульсов соединен с входом схемы совпадения через второй блок счетчиков и входом первого блока счетчиков, выход первого блока счетчиков соединен с входом блока светодиодных индикаторов.