УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ЧАСТОТНО-СКАНИРУЮЩИЙ ЭХООСТЕОМЕТР Российский патент 1997 года по МПК A61B8/08 

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано в травматологии, ортопедии и других областях медицины, связанных с диагностикой состояния костной ткани.

Известен ультразвуковой диагностический прибор УА-725 "Остеометр", который применяется для контроля костного регенерата. Действие прибора основано на симметричном сравнении задержки продольной волны ультразвука в поврежденной и здоровой костях.

Недостатком этого прибора является регистрация только динамики акустических параметров ультразвука без уточнения изменений свойств костной ткани.

Наиболее близким к изобретению является остеометр ЭОМ-01-Ц, содержащий генератор импульсов ГИ1, передающую ультразвуковую диагностическую головку УДГ2, приемную ультразвуковую диагностическую головку УДГ3, синхронизатор С4, усилитель сигнала УС5, устройство индикации УИ6.

Известный эхоостеометр работает следующим образом. Синхронизатор С4 запускает генератор ГИ1 ультразвуковых импульсов, которые возбуждают пьезокристалл передающей диагностической головки УДГ2. Эхосигналы ультразвуковых импульсов поступают на приемную диагностическую головку УДГ3, усиливаются в усилителе УС5, обрабатываются и индицируются в устройстве индикации УИ6. При этом измеряется только время распространения ультразвуковых импульсов по исследуемому участку кости между передающей и приемной диагностическими головками.

Недостатком известного устройства являются ограниченные диагностические возможности эхоостеометра.

Задачей изобретения является расширение диагностических возможностей определения состояния и свойств костной ткани.

Задача достигается тем, что в известное устройство (эхоостеометр), содержащее передающую ультразвуковую диагностическую головку, приемную ультразвуковую диагностическую головку, усилитель, вход которого соединен с приемной ультразвуковой диагностической головкой, генератор импульсов, введены аналого-цифровой преобразователь, вход которого подключен к выходу усилителя, управляющее вычислительное устройство, группа входов которого соединена с группой информационных выходов аналого-цифрового преобразователя, первый выход управляющего вычислительного устройства соединен с входом генератора импульсов, счетчик импульсов установки, вход которого является вторым выходом управляющего вычислительного устройства, постоянное запоминающее устройство, группа входов которого подключена к группе разрядных выходов счетчика импульсов установки, счетчик с параллельной загрузкой кода, первые разрядные входы которого соединены с группой выходов постоянного запоминающего устройства, а второй (счетный) вход является выходом генератора импульсов, формирователь импульсов загрузки, первый вход которого подключен к выходу генератора импульсов, второй вход к выходу счетчика с параллельной загрузкой кода, а выход к третьему входу счетчика разрешения параллельной загрузки кода, делитель частоты следования импульсов на два, вход которого соединен с выходом счетчика с параллельной загрузкой кода, второй усилитель, вход которого подключен к выходу делителя частоты следования импульсов на два, а выход к передающей ультразвуковой диагностичекой головке.

Авторам не известны технические решения, содержащие признаки, эквивалентные отличительным признакам заявленного решения, в которых указанные признаки обуславливают достижение поставленной задачи, а именно такие, в которых бы введение аналого-цифрового преобразователя, управляющего вычислительного устройства, счетчика импульсов установки, постоянного запоминающего устройства, счетчика с параллельной загрузкой кода, формирователя импульсов загрузки, делителя частоты на два, второго усилителя приводило бы к расширению диагностических возможностей определения состояния и свойств костной ткани.

На чертеже изображено заявляемое устройство.

Ультразвуковой частотно-сканирующий эхоостеометр содержит приемную диагностическую головку 1, усилитель 2, аналого-цифровой преобразователь 3, управляющее вычислительное устройство 4, счетчик импульсов установки 5, постоянное запоминающее устройство 6, генератор импульсов 7, формирователь импульсов загрузки 8, счетчик с параллельной загрузкой кода 9, делитель частоты следования импульсов на два 10, усилитель 11, передающую диагностическую головку 12.

При этом выход приемной диагностической головки 1 соединен с входом усилителя 2, выход усилителя 2 является входом аналого-цифрового преобразователя 3, группа информационных выходов которого подключена к группе входов управляющего вычислительного устройства 4, первый выход которого соединен с входом генератора импульсов 7, второй выход с входом счетчика импульсов установки 5, группа разрядных выходов которого является группой входов постоянного запоминающего устройства 6, группа выходов которого подключена к разрядным входам счетчика с параллельной загрузкой кода 9, второй счетный вход которого и первый вход формирователя импульсов загрузки 8, соединены с выходом генератора импульсов 7, третий вход счетчика 9 является выходом формирователя импульсов загрузки 8, второй вход которого и вход делителя частоты следования импульсов 10, подключены к выходу счетчика с параллельной загрузкой кода 9, а выход делителя частоты следования импульсов 10 через усилитель 11, подключен к передающей диагностической головке 12.

Частотно-сканирующий эхоостеометр работает следующим образом.

Управляющее вычислительное устройство 4 запускает генератор импульсов опорной частоты 7. С генератора 7 импульсы опорной частоты поступают на счетчик с параллельной загрузкой кода 9 и формирователь импульсов загрузки 8. Управляющее вычислительное устройство 4 выдает импульс, который устанавливает в счетчике импульсов 5 первое число (единицу), при этом на выходе постоянного запоминающего устройства 6 появляется код первой частоты. Зависимость выходного кода ПЗУ 6 от входного имеет вид: y a/x, где а постоянный коэффициент, зависящий от частотных характеристик приемной и передающей диагностических головок,х входной код ПЗУ 6, y выходной код ПЗУ 6.

В счетчике параллельной загрузки кода 9 ведется счет на уменьшение импульсов опорной частоты генератора 7 до появления импульса на выходе окончания счета на уменьшение счетчика 9. Импульс окончания счета в формирователе 8 преобразуется в импульс параллельной загрузки кода частоты с выхода ПЗУ 6 и поступает в счетчик 9. Далее счетчик с параллельной загрузкой кода 9 ведет счет на уменьшение импульсов опорной частоты с установленного в счетчике 9 кода ПЗУ 6 до появления импульса окончания счета. Импульсы окончания счета на выходе счетчика 9 образуют последовательность импульсов с периодом в два раза меньшим выходного ультразвукового сигнала.

Импульсы со счетчика 9 через делитель частоты следования на два 10 поступают в виде меандра (скважность равна двум) на усилитель 11, где усиливаются до необходимой величины, и с выхода усилителя 11 поступают на передающую диагностическую головку 12 в течение времени обработки сигнала, определенного УВУ 4.

Ультразвуковые колебания, пройдя через исследуемый участок костной ткани пациента в виде эхосигналов поступают на приемную диагностическую головку 1, усилитель 2 и аналого-цифровой преобразователь 3.

В качестве приемной и передающей диагностических головок используются пьезоакселерометрические датчики для медицинской техники (типа ПАМТ).

Усиленный эхосигнал преобразуется в аналого-цифровом преобразователе в двоичный цифровой код, который передается в управляющее вычислительное устройство 4 и запоминается.

Управляющее вычислительное устройство по программе выдает следующий управляющий импульс, который увеличивает на единицу число в счетчике импульсов установки 5 и на выходе постоянного запоминающего устройства 6 появляется код, соответствующий следующей (большей) частоте следования импульсов формирователя 8 на выходе счетчика 9.

Увеличение частоты следования импульсов от одного значения до другого зависит от частотной характеристики приемной и передающей диагностических головок и может составлять величину 0,5-1 кГц.

Процесс сканирования продолжается по программе, заданной в управляющем вычислительном устройстве 4, в низкочастотном, среднечастотном и высокочастотном диапазонах.

Низкочастотный диапазон имеет полосу частот от 0 до 10 кГц, среднечастотный от 10 до 40 кГц, высокочастотный от 40 до 130 кГц.

При сканировании ультразвукового сигнала по каждому диапазону частот управляющее вычислительное устройство 4 анализирует величину сигнала, прошедшего через костную ткань, и выбирает максимальное значение в каждом диапазоне частот.

При соответствующей программе управляющего вычислительного устройства возможна обработка и отображение (документирование) прохождения сигнала в виде, например, эхограмм. В качестве управляющего вычислительного устройства могут быть использованы микропроцессорные устройства или персональные электронно-вычислительные машины.

Заявляемое устройство имеет примеры клинического применения в Нижегородском научно-исследовательском институте травматологии и ортопедии.

Пример 1. Больной Л. ист.бол. N 126769. Поступил по поводу оскольчатого перелома обеих костей предплечья слева в средней трети. При ультразвуковом сканировании отмечено практически почти полное отсутствие звукового сигнала: амплитуда его 5,2% на лучевой и 3,7% на локтевой кости по сравнению с симметричными участками на здоровой стороне. На рентгенограмме оскольчатый перелом со смещением отломков на полный диаметр кзади и кнутри и под углом кнаружи. Через 2 недели по завершении репозиции звуковой сигнал составил 26 и 22,9% соответственно. На рентгенограмме контакт плотный, локтевая кость смещена почти на полный диаметр кзади, консолидация слабая. Через 3 месяца после травмы увеличение амплитуды звукового сигнала до 48,5 и 87,9% соответственно на лучевой и локтевой костях. На рентгенограмме отмечено нарастание консолидации, однако она выражена недостаточно. На осмотре через 7 месяцев после травмы консолидация выражена хорошо, неполная ось удовлетворительная. При ультразвуковом обследовании амплитуда звукового сигнала составила 86,3 и 96,3% на лучевой и локтевой костях.

Пример 2. Больная Б. ист. бол. N 124185, через 2 месяца после корригирующей остеотомии лучевой кости предплечья на рентгенограмме консолидация отсутствует. Проведенная остеометрия показала отсутствие звукового сигнала. Через 2 месяца после наложения аппарата внешней фиксации на рентгенограмме отмечено появление костной мозоли и хорошее срастание костей предплечья. При ультразвуковом обследовании звуковой сигнал составил 68,4% по сравнению со здоровой костью. Через 3 месяца данный показатель достиг 90,5% а на рентгенограмме отмечено, что отломки лучевой кости срослись в правильном осевом соотношении.

Заявляемое устройство вместе с исследуемым пациентом представляет собой резонансную систему. Резонансы возникают на низких, средних и высоких частотах. Амплитуда ультразвуковых колебаний при резонансе возрастает приблизительно в 100 раз, что увеличивает чувствительность предлагаемого устройства во столько же раз по сравнению с прототипом, в котором использован импульсный ультразвуковой метод.

Увеличение чувствительности является преимуществом заявляемого устройства по сравнению с прототипом и позволяет расширить диагностические возможности определения состояния и свойств костной ткани. Заявляемое устройство имеет следующие новые диагностические возможности:
количественной оценки объема и плотности образующейся костной мозоли в процентном отношении к здоровой кости при консолидации костной ткани,
определения степени деминерализации костной ткани при гиподинамии,
определения места перелома при травмах,
дифференцирования переломов ложных суставов,
динамического контроля компрессии и дистракции костных отломков при образовании костной мозоли,
определения наличия деструктивных процессов при сращивании кости (например, в местах установки аппарата Илизарова) и др.

Использование: в медицинской технике, а именно, в травматологии и ортопедии для диагностики состояния костной ткани. Сущность: ультразвуковой частотно-сканирующий эхоостеометр содержит передающую и приемную ультразвуковые диагностические головки, усилитель, генератор импульсов, АЦП, вход которого подключен к выходу усилителя, управляющее вычислительное устройство, группа входов которого соединена с группой информационных выходов АЦП, первый выход управляющего вычислительного устройства соединен со входом генератора импульсов, счетчик импульсов установки, вход которого является вторым выходом управляющего вычислительного устройства, постоянное запоминающее устройство, группа входов которого подключена к группе разрядных выходов счетчика импульсов установки, счетчик с параллельной загрузкой кода, первые параллельные разрядные входы которого соединены с группой выходов постоянного запоминающего устройства, а второй вход является выходом генератора импульсов, формирователь импульсов загрузки, первый вход которого подключен к выходу генератора импульсов, второй вход - к выходу счетчика с параллельной загрузкой кода, а выход - к третьему входу счетчика с параллельной загрузкой кода, делитель частот следования импульсов на два, вход которого соединен с выходом счетчика с параллельной загрузкой кода, второй усилитель, вход которого подключен к выходу делителя частоты следования импульсов на два, и выход - к передающей ультразвуковой диагностической головке. Технический результат: расширение диапазона снимаемой информации. 1 ил.

Ультразвуковой частотно-сканирующий эхоостеометр, содержащий передающую ультразвуковую диагностическую головку, приемную ультразвуковую диагностическую головку усилителя, генератор импульсов, отличающийся тем, что в него введены аналого-цифровой преобразователь, вход которого подключен к выходу усилителя, управляющее вычислительное устройство, группа входов которого соединена с группой информационных выходов аналого-цифрового преобразователя, первый выход управляющего вычислительного устройства соединен с входом генератора импульсов, счетчик импульсов установки, вход которого является вторым выходом управляющего вычислительного устройства, постоянное запоминающее устройство, группа входов которого подключена к группе разрядных выходов счетчика импульсов установки, счетчик с параллельной загрузкой кода, первые параллельные разрядные входы которого соединены с группой выходов постоянного запоминающего устройства, а второй вход является выходом генератора импульсов, формирователь импульсов загрузки, первый вход которого подключен к выходу генератора импульсов, второй вход к выходу счетчика с параллельной загрузкой кода, а выход к третьему входу счетчика с параллельной загрузкой кода, делитель частоты следования импульсов на два, вход которого соединен с выходом счетчика с параллельной загрузкой кода, второй усилитель, вход которого подключен к выходу делителя частоты следования импульсов на два, а выход к передающей ультразвуковой диагностической головке.