УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ГОЛОВНОГО МОЗГА Российский патент 2003 года по МПК A61B8/14 

Изобретение относится к области медицинской техники, в частности к ультразвуковой томографической аппаратуре, и может быть использовано для исследования и ранней диагностики заболеваний головного мозга.

Из уровня техники известно устройство для измерения внутричерепного давления (эхоэнцефалоскоп), содержащий ультразвуковые зонды, блок обработки эхобиосигналов, устройство сопряжения и универсальное вычислительное устройство, снабженное клавиатурой, дисплеем и печатающим устройством (патент US 4984567, кл. А 61 В 8/00, 1991). В указанном устройстве осуществляется передача данных об эхосигналах в универсальное вычислительное устройство в реальном масштабе времени через устройство сопряжения, причем эхограммы отображаются программным способом на экране дисплея, что позволяет автоматизировать процесс измерения параметров эхосигналов.

Однако точность измерения параметров эхосигналов указанным устройством во многих случаях недостаточна, т.к. в состав устройства сопряжения не входит буферное запоминающее устройство для накопления и последующего усреднения результатов измерения.

Наиболее близким по технической сущности является эхоэнцефалоскоп (патент RU 2031626 С1, 27.03.1995, кл. А 61 В 8/08), содержащий ультразвуковые зонды, блок обработки эхобиосигналов, устройство сопряжения и универсальное вычислительное устройство, снабженное клавиатурой, дисплеем и печатающим устройством, педалью, соединенной с устройством сопряжения и блоком накопления информации. В данном устройстве повышена точность измерения расстояния между основными структурами головного мозга за счет накопления информации в буферном оперативном запоминающем устройстве с последующим ее усреднением, а также в повышении удобства пользования прибором за счет введения в его состав педали для "стоп-кадра" изображения на экране дисплея.

Однако устройство позволяет реализовать измерение структур головного мозга только в режиме А, т.е. в режиме эхограммы.

Известными способами изучения структур головного мозга является использование компьютерного ЯМР томографа или компьютерного рентгеновского томографа.

Однако они имеют следующие недостатки: наличие вредного воздействия сильного магнитного поля или вредного радиоактивного облучения на пациентов, в том числе детей, и, как следствие, ограничение на частоту обследования.

Эхографическая визуализация анатомических структур головного мозга у взрослых затруднена из-за существенного затухания и рефракции ультразвуковых волн в костях черепа, что не позволяет использовать известные устройства акустической томографии, используемые при визуализации мягких тканей организма.

Изобретение направлено на получение двумерных акустических изображений по слоям ультразвукового томографа, обеспечивающего высокую разрешающую способность восстановления и визуализацию структур головного мозга с низким уровнем шумов и помех, ухудшающих изображение, а также направлено на разработку эффективных алгоритмов построения изображения, основанных на статистических методах и методах распознавания образов для обработки массивов информации, получаемых при сканировании головы пациента ультразвуковым зондом.

Техническим результатом изобретения является возможность получения двумерных акустических изображений структур головного мозга "по слоям", а также низкий уровень шумов и помех.

Для достижения технического результата в устройство для ультразвукового исследования головного мозга, содержащее ультразвуковой зонд с блоком обработки эхосигналов, блок сопряжения, вычислительное устройство и педаль для фиксации изображения, введены блок сканирования, включающий блока позиционирования, выполненный в виде неподвижного основания и пяти штанг, в местах сочленения которых установлены датчики углового перемещения, а в держателе - ультразвуковой зонд и контроллер, включающий реверсивные счетчики, однокристальную ЭВМ и приемопередатчик, подключенный к вычислительному устройству, с возможностью записи на нем изображений А-эхограммы и пространственных координат, принимаемых с блока сканирования при нажатии на педаль фиксации изображения, связанную с блоком сопряжения.

Изобретение поясняется чертежами, на которых на фиг. 1 изображена блок-схема заявленного устройства; на фиг. 2 изображена структурная кинематическая схема блока позиционирования; на фиг.3 изображена блок-схема контроллера блока сканирования; на фиг.4 представлено схематическoе изображение головы пациента с отображенной на ней плоскостью и слоем сканирования, а также положения ультразвукового зонда; на фиг.5 отображено "В" - изображение среза, контур головы пациента и "А" - эхограмма.

Устройство содержит ультразвуковой зонд 1, блок 2 сканирования ультразвуковым лучом зонда для определения его текущего положения, содержащий блок 11 позиционирования и контроллер 12, блок 3 обработки эхосигналов, блок 4 сопряжения, педаль 5 для фиксации изображения, вычислительное устройство 6, дисплей 7, клавиатуру 8, печатающее устройство 9, накопитель 10 информации. Блок 11 позиционирования содержит шесть датчиков 13-18 углового перемещения. Контроллер 12 содержит реверсивные счетчики 19-24, однокристальную ЭВМ (ОЭВМ) и приемопередатчик 26, преобразующий сигнал с ОЭВМ в стандартный сигнал для подключения к вычислительному устройству.

Блок 11 позиционирования (фиг.2) выполнен таким образом, что позволяет врачу-оператору беспрепятственно установить ультразвуковой зонд 1 в любое место заранее выбранной плоскости обследования головного мозга. Он состоит из неподвижного основания и пяти штанг, в местах сочленения которых установлены датчики 13-18 углового перемещения. В держателе 27 установлен и закреплен зонд 1. Датчики 13-18 углового перемещения представляют собой оптоэлектронные импульсные устройства, регистрирующие угловое перемещение в местах сочленений штанг устройства позиционирования.

Работа заявленного устройства осуществляется следующим образом.

Вычислительное устройство 6 (фиг. 1) программно формирует сигналы управления, которые через блок 4 сопряжения поступают на блок 3 обработки эхосигналов, который формирует импульсы, возбуждающие ультразвуковой зонд 1, который излучает импульсы в голову пациента. Ультразвуковые сигналы, отраженные от исследуемых структур головного мозга, принимаются ультразвуковым зондом 1 и поступают в блок 3 обработки эхосигналов. Блок 3 осуществляет усиление, детектирование и преобразование в цифровую форму поступающих эхосигналов, которые передаются в блок 4 сопряжения. Блок 3 работает под управлением сигналов, поступающих от блока 4 сопряжения. Блок 4 сопряжения связывает блок 3 обработки эхосигналов и педаль 5 с вычислительным устройством 6. Информация об амплитудах эхосигналов, поступающая от блока 3, и информация о нажатии педали 5 через блок 4 сопряжения вводятся в вычислительное устройство 6. Вычислительное устройство 6 выполняет программное усреднение амплитуд полученных сигналов по числу зондировании, а также формирует изображение на экране дисплея 7, осуществляет вывод на печатающее устройство 9 и сохранение в накопителе 10 информации изображений эхосигналов.

Управление работой устройства, ввод данных о пациенте и условиях обследования осуществляет врач-оператор с помощью клавиатуры 8.

Перед началом съемки в базу данных вычислительного устройства 6 врачом-оператором вносятся необходимые данные о пациенте. Пациента укладывают на кушетку, его голову укладывают в фиксатор. Необходимые участки головы пациента покрываются гелем и гелем покрывается поверхность сканирующего устройства для ее плотного контакта с головой. На первом этапе обследования с помощью блока сканирования 2, включающего блок 11 и контроллер 12, и нажатия педали 5 определяются координаты головы пациента. При этом на дисплее в диалоговом режиме выводятся сообщения "Определение координат левого слухового прохода", "Определение координат макушки", "Определение координат переносицы". Врачу-оператору необходимо подвести зонд 1 в соответствующую область головы и нажать педаль. Эта операция необходима для привязки координат к реальному объекту. Далее выбираются плоскость сканирования головного мозга и толщина слоя. Текущее положение сканирования отмечается на изображении головы точкой. Любой выбираемый угол наклона сканирования также отмечается на изображении. Точки, отмечающие положение сканирования, остаются на изображении на время данного обследования и дают информацию врачу о пройденных участках головы пациента. Кроме того, на экране отображается текущая графическая информация о выявленных структурах головного мозга. Программа обеспечивает полную запись в память процесса сканирования.

После этого врач-оператор устанавливает ультразвуковой зонд 1, закрепленный в держателе 27 блока 11 позиционирования, на голову пациента в выбранной плоскости сканирования.

Для определения текущего положения ультразвукового зонда 1 сигнал с датчиков 13-18 углового перемещения поступает на реверсивные счетчики 15-24, а с них - в оперативное запоминающее устройство ОЗУ, входящее в однокристальную ЭВМ 25. В постоянное запоминающее устройство ПЗУ записана программа обработки поступающих сигналов. С ОЭВМ сигнал поступает на приемопередатчик 25, преобразующий сигнал для подключения к вычислительному устройству 6.

На дисплее в левой части экрана (фиг.4) отображается положение плоскости выбранного слоя и местоположения ультразвукового зонда 1 на схематическом изображении головы в текущий момент времени, что позволяет проконтролировать правильность положения зонда 1 при обследовании. В правой части экрана дисплея 7 (фиг. 5) формируется "В" - изображение среза, контур головы и "А"-эхограмма. При первичном обследовании толщина слоя выбирается достаточно большей для быстрого обнаружения возможных патологий головного мозга. Если патология обнаружена, то программно уменьшают толщину слоя ультразвукового сканирования, что позволяет получить более качественное изображение структур головного мозга. Врач-оператор, перемещая ультразвуковой зонд 1 по поверхности головы в выбранной плоскости сканирования, наблюдает в правой части экрана дисплея 7 (фиг.5) направление ультразвукового луча и совмещенную с ним "А"-эхограмму. При выходе ультразвукового луча из слоя сканирования изменяется цвет отображения "А"-эхограммы, что позволяет оперативно оценить качество визуализации структур головного мозга.

При получении удовлетворительного сигнала и отсутствии артефактов на "А"-эхограмме врач-оператор нажимает на педаль 5, тем самым дает команду через блок 4 сопряжения в вычислительное устройство 6 на запись в накопителе 10 информации изображений "А"-эхограммы и пространственных координат, принимаемых с блока сканирования, т.е. с блока 11 позиционирования и контроллера 12, сигнал с которого также поступает в вычислительное устройство 6.

В процессе сканирования устройство постоянно следит за пространственными координатами и ориентацией блока 4 сканирования относительно головы пациента и заводит данные в вычислительное устройство 6. Одновременно с него поступает одномерная информация о внутренней структуре головного мозга. Компьютерная программа, использующая статистические методы и методы распознавания образов, анализирует всю информацию и заносит ее в трехмерную матрицу. Математические методы обработки позволяют устранить нежелательные шумы, распознать внутричерепные структуры, соответствующим образом склеить и получить двумерные изображения срезов головного мозга.

Устройство позволяет проводить обработку результатов сканирования ультразвуковым зондом для распознавания внутричерепных структур и патологических образований пациента и построения двумерных изображений интересующих срезов, позволяет устранить аппаратно-зависимые искажения ультразвукового сигнала при обследовании головы пациента, а также производить подавление шумов, возникающих при прохождении ультразвукового сигнала через стенки черепа головы пациента.

Изобретение относится к медицинской технике, в частности к ультразвуковой томографической аппаратуре, и позволяет получать двумерные акустические изображения структур головного мозга "по слоям" при низком уровне шумов и помех. Устройство содержит ультразвуковой зонд, блок обработки эхосигналов, блок сопряжения, вычислительное устройство с дисплеем и клавиатурой, педаль для фиксации изображения и накопитель информации. Блок сканирования ультразвуковым лучом зонда для определения его текущего положения содержит блок позиционирования с шестью датчиками углового перемещения и контроллер. УЗ-зонд установлен в держателе блока позиционирования, а контроллер подключен к вычислительному устройству. Последнее выполнено с возможностью отображения на дисплее текущего положения УЗ-зонда, нахождения его в выбранном слое сканирования, а также текущей графической информации в режиме А-эхограммы при перемещении УЗ-зонда в выбранной плоскости сканирования. Изобретение позволяет снизить уровень шумов и помех и получить "двумерные" акустические изображения структур головного мозга. 5 ил.

Устройство для ультразвукового исследования головного мозга, содержащее ультразвуковой зонд с блоком обработки эхосигналов, блок сопряжения, вычислительное устройство и педаль для фиксации изображения, отличающееся тем, что в него введены блок сканирования, включающий блок позиционирования, выполненный в виде неподвижного основания и пяти штанг, в местах сочленения которых установлены датчики углового перемещения, а в держателе - ультразвуковой зонд, и контроллер, включающий реверсивные счетчики, однокристальную ЭВМ и приемопередатчик, подключенный к вычислительному устройству с возможностью записи на нем изображений А-эхограммы и пространственных координат, принимаемых с блока сканирования при нажатии на педаль фиксации изображения, связанную с блоком сопряжения.