СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ АКУСТИЧЕСКИХ ИЗЛУЧЕНИЙ ДЛЯ РАЗВИТИЯ НАВЫКОВ РАСПОЗНАВАНИЯ ОПЕРАТОРОМ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ КОЛЕБАНИЙ ОТ ОБЪЕКТА ИССЛЕДОВАНИЯ Российский патент 1997 года по МПК G01H9/00 A61B5/04 

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано для тренировки и обучения специалистов в области диагностирования с помощью методов, использующих ультразвук, с возможностью одновременного его спектрального анализа, например, при диагностике живых организмов, генерирующих ультразвук, несущий важную информацию о функциональном состоянии на клеточном и тканевом уровнях.

Известен способ ультразвуковой эзс-локации, описанный в кн. А.Р.Ливенсона Электромедицинская аппаратура. М. Медицина, 1981, с. 277 305, основанный на излучении ультразвукового сигнала в исследуемый объект и на регистрации ответного сигнала специальными средствами. Данный способ не позволяет дистанционно диагностировать объект, поскольку электроакустический преобразователь и приемник устанавливаются непосредственно на теле живого организма, для снижения потерь интенсивности ультразвуковых колебаний за счет отражения от границ сред с различным акустическим сопротивлением. Также этот способ не обеспечивает регистрации спектра акустических колебаний, так как он рассчитан на работу с фиксированными частотами. Кроме того, при этом регистрируются не собственные излучения организма, а отраженный ультразвук.

Известен способ индикации распределения акустической энергии, раскрытый в патенте GB N 1194544, кл. G 01 H 9/00, 1967, в котором ультразвуковое излучение объекта подают на акустооптический преобразователь, имеющий жидкокристаллическую прослойку, на котором получают визуальное изображение, фиксирующее наличие излучения, при этом преобразователь освещен источником света и имеет оптическую систему для наблюдения. Данный способ рассмотрен как прототип. Однако известное решение не позволяет анализировать конкретные величины частоты излучения, а также использовать его для развития навыков определения конкретных величин частот оператором.

Задачей предлагаемого технического решения является расширение возможности ультразвуковой диагностики обучаемым оператором за счет развития навыков анализа спектра частот, генерируемых живым организмом и содержащим информацию о функциональном состоянии органов на клеточном и тканевом уровнях.

Предлагаемый способ определения акустических излучений для развития навыков распознавания оператором ультразвуковых колебаний от объекта исследования состоит в том, что колебания подают на акустооптический преобразователь и получают на его поверхности визуальное изображение с возможностью его наблюдения оптической системой, при этом ультразвуковое излучение фиксируют в диапазоне от 16 до 5000 кГц при интенсивности от 10^-5 до 10^-1 Вт/см² в воздушной среде, а в качестве акустооптического преобразователя используют регулируемый сферический резонатор.

Пример реализации способа.

Потенциальные возможности способа могут быть иллюстрированы исследованием изменений спектров акустических колебаний кожи после нанесения химических ожогов на поверхность спины белых крыс. Производили ожог 3-4 степени концентрированной серной кислотой под эфирным наркозом до образования некроза участками размером 10 мм x 20 мм. Затем исследовали спектры акустических колебаний над поврежденными участками в процессе заживления и над неповрежденными в опытной и контрольной группах животных по 20 особей в каждой соответственно.

В исходном состоянии регистрировали характеристический пик с частотой (280±40)кГц. После некроза ткани кожи происходит исчезновение характеристических линий из спектра колебаний. Через четыре недели на месте поврежденной ткани образуется грубый соединительный рубец, границы которого определяли визуально. В спектре акустических колебаний регистрировали появление характеристического пика при частоте (340±40) кГц. Одновременно отмечено уменьшение общей интенсивности фона в низкочастотной области спектра. В контрольной группе изменений в положении пика не произошло. Следует отметить различие в динамике изменений спектра при образовании рубцовых изменений, что обусловлено состоянием индивидуальных особей и может служить характеристикой восстановительных способностей их организмов.

На фиг.1 изображено устройство для реализации предлагаемого способа; на фиг.2 исполнительная часть резонатора в отсутствии резонанса (а) и при наличии резонанса (б).

Устройство для реализации способа содержит металлический сильфон 1 (фиг. 1), запаянный с одной стороны наглухо, а с другой стороны, имеющий на торце отверстие, через которое его полость посредством гибкой соединительной трубки 2 пневматически связана с полостью микрокапилляра акустооптического преобразователя сферического регулируемого резонатора 3, установленного в зоне наблюдения оператором за поведением поверхности сферы резонатора 3. Устройство содержит микрометрический винт 4 со шкалой, изменяющий объем сильфона 1 путем смещения одной из его стенок, привод 5 посредством муфты 6 (например, резинового шланга), связанный с винтом 4 и непрерывно изменяющий объем сильфона 1 и резонатора 3, что позволяет регистрировать весь спектр частот, например, за 30 с.

Точную же настройку на выбранный пик частоты осуществляют винтом 4 при отключении муфты 6 или без этого, при отключенном питании двигателя привода 5. Все элементы устройства установлены на основании 7.

Оптическая система наблюдения за поверхностью резонатора 3 состоит из источника 8 света, микроскопа с увеличением 100^x 400^x с объективом 9 и корпусом 10, на котором крепится резонатор 3.

Резонатор 3 выполнен тонкостенным из двухслойной липидной мембраны. Толщина стенки резонатора 5 10, диаметр 1 80 мкм. При изменении давления внутри резонатора 3 сильфоном 1, он изменяет свой объем, а также и форму. Изменяя объем резонатора 3 перемещением винта 4, через оптическую систему следят за характером движения поверхности его сферы. При некотором значении объема резонатора 3 на поверхности сферы наблюдают образование контраста, более интенсивное перемещение элементов мембраны. Наибольшие изменения наблюдают при совпадении длины волны излучения объекта 11 исследования с соответствующими размерами резонатора 3.

Для калибровки резонатора 3 при исследовании спектра ультразвука используют экспериментальную градуировочную характеристику, построенную с помощью источников ультразвука с известными частотами излучения, например, эхоэнцефалографа "эхо-12" с рабочими частотами 0,88 и 1,76 МГц.

Оценку чувствительности устройства производят с помощью установки "Ультразвук Т5" с рабочей частотой 880 кГц и регулируемой мощностью, подводимой на излучатель с учетом перехода ультразвука через границу раздела сред с различным акустическим сопротивлением. Получено значение 10^-5 Вт/см². Устройство регистрирует ультразвук с частотами 16 5000 кГц. Границы регулируемых частот определяются удобством наблюдения за поверхностью резонатора 3 через оптическую систему микроскопа.

На фиг.2 изображен вид на резонатор 3, образованный натяжением пленки в отверстии микрокапилляра 12 при уменьшении объема сильфона 1 и состоящий из центра 13 и темной каймы 14 шара 15 ("пузыря"), раздуваемого воздухом сильфона 1, при уменьшении его объема при вращении винта 4 вручную или приводом 5.

Перед началом работы на конец микрокапилляра 12 наносят раствор, например, мыльный из расчета 1 часть детского мыла на 10 частей воды, удаляют избыток раствора и устанавливают винт 4 на "ноль". Затем, вращая винт 4, наблюдают за изменениями изображения на пленке на конце микрокапилляра 12 через оптическую систему устройства. Наблюдение можно производить в светлом и темном полях. Вид на шар 15 резонатора 3 в светлом поле при отсутствии резонанса приведен на фиг.2а, при резонансе на фиг.2б. Наблюдатель фиксирует соотношение освещенности в центре 13 и вне его, ширину темной каймы 14 по краю шара 15. При отсутствии резонанса освещенность в центре 15 совпадает с освещенностью вне его, причем кайма 14 не выражена (фиг.2а). При резонансе же освещенность в центре 13 снижается и появляется темная кайма 14 шириной до 4 мкм. Центр 13 выглядит темным пятном на светлом фоне (фиг.2б).

Предварительно просматривают весь спектр частот, отмечая значения положения винта 4, при которых возникает резонанс, после чего более точно определяют значения частот при различных взаимных расположениях объекта 11 относительно резонатора 3, на расстоянии, например, 3 5 см.

По полученным значениям размеров и состояний поверхности шара 13 строят спектр колебаний с использованием экспериментальной градуировки, который отражает функциональное состояние тканей объекта 11, расположенных перед резонатором 3. По положению пиков в спектре и их интенсивности судят о функциональном состоянии тканей и клеток живых организмов, что позволяет их диагностировать, а также развивать навыки оператора в диагностике. Для исследований размещения органа настраивают резонатор 3 на частоту, характерную для выбранного органа или ткани, и взаимоперемещают устройство и объект исследования. По исчезновению пика судят о границах исследуемого участка с точностью по поверхности до 1 см и по глубине до 10 см.

Использование: в медицинской технике, для тренировки и обучения специалистов в области диагностирования с помощью методов, использующих ультразвук. Сущность: способ определения акустических излучений для развития навыков распознавания оператором ультразвуковых колебаний от объекта исследования заключается в подаче ультразвуковых колебаний на акусто-оптический преобразователь и получении на его поверхности визуального изображения с возможностью наблюдения его оптической системой, при этом ультразвуковое излучение фиксируют в диапазоне от 16 до 5000 кГц при интенсивности от 10^-5 до 10^-1 Вт/см² в воздушной среде, а в качестве акустооптического преобразователя используют регулируемый сферический резонатор. Технический результат: повышение точности диагностирования. 2 ил.

Способ определения акустических излучений для развития навыков распознавания оператором ультразвуковых колебаний от объекта исследования путем их подачи на акустооптический преобразователь и получении на его поверхности визуального изображения с возможностью наблюдения его оптической системой, отличающийся тем, что ультразвуковое излучение фиксируют в диапазоне 16 5000 кГц при интенсивности 10^- 5 10^- 1 Вт/см² в воздушной среде, а в качестве акустооптического преобразователя используют регулируемый сферический резонатор.