Имитатор ультразвуковых томограмм внутренних органов Советский патент 1985 года по МПК A61B8/14 

пенчатого блока задержки соединены му выходу генератора второго строба,а с выходом второго каскада блока управ- вход первого каскада подключен к второления,вход которого подключен квторо- му выходу генератора третьего строба.

1153886

ИМИТАТОР УЛЬТРАЗВУКОВЫХ ТОМОГРАММ ВНУТРЕНаИХ ОРГАНОВ, содержащий строчный и кадровый синхронизаторы, генера тор первого строба, трехступенчатый блок задержки, первый и второй формирователи сигналов, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности воспроизведения амйлитуднык показателей томограъ, в него дополнительно введены генератор косинусоиды, генератор функций , генератор случайной последовательности импульсов, генератор шума, три схемы И, генераторы второго и третьего стробов, семиступенчатый блок задержки, коммутатор и блок управления, выход первого канала -которого соединен с левыми входами пятой и шестой ступеней семиступекчатого блока задержки, вторые входы которых подключены к первым входам его первой, третьей, четвертой и седьмой ступеней, а также к выходу генератора функций , выход генератора косинусоиды соединен с вторьми входами первой и седьмой ступеней семиступенчатого блока задержки, третьи входы которых подключены к выходу третьего канала блока управления, вход которого соеда«нен через первый формирователь сигналов с входом первой ступени трехступенчатого блока задержки и через последовательно соединенные кадровый синхронизатор, строчный синхронизатор и второй формирователь сигналов с четвертым входом первой ступени семиступенчатого блока задержки , выходы первой и седьмой ступеней которого подключены к первому и второму входам коммутатора, выходы (Л шестой и пятой ступеней - к первому с: и второму входам первой схемы И, выходы четвертой и третьей ступеней к первому и второму входам второй схемы И, а выход второй ступени через генератор случайной последовательности импульсов к генератору :л шума и к nepBCftjy входу третьей схеDP ЭО Х мы И, второй вход которой соединен через генератор первого строба с выходсм первой ступени трехступен3d чатого блока задержки, выход дторой ступени которого подключен через генератор второго строба к .третьему входу второй схемы И, а вьвсод третьей ступени - через генератор третьего строба к третьему входу нервоЙ схемы И, выход которой соединен с третьим входом коммутатора, четверrts и пятый входы крторого подключены к выходам второй и третьей схем И, при зтом вторые входы четвертой и третьей ступеней семисту

1

Изобретение относится к медицинской технике, в частности к искусственным имитаторам ультразвуковых томограмм внутренних органов человека (печени, селезенки, почек), и может быть использовано для метрологического обеспечения ультразвуковых диагностических эхографов в процессе их настройки и тарировки

Известен имитатор ультразвуковых томограмм внутренних органов, содержащий строчный синхронизатор с трехступенчатым блоком задержки lj.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является имитатор, содержащий кадровый истрочный синхронизаторы с генератором первого строба, трехступенчатым блоком задержки и первым и вторым формирователями 2.

Недостаткам известных имитаторов является низкая точность измерений.

Целью изобретения является повышение точности воспроизведения амплитудных показателей томограмм.

Поставленная цель достигается тем, что в имитатор ультразвуковых томограмм внутренних органов, содержащий кадровый и строчный синхронизаторы, генератор первого строба, трехступенчатый блок задержки, первый и второй формирователи сигналов дояолнительно введены генератор косивусоиды, генератор функций sin / генератор случайной последовательности импульсов, генератор шума, три схемы И, генераторы второго и третьего стробов, семиступенчатьй блок задержки, -коммутатор и блок управления, выход первого каяала которого соединен с первыми входами пятой и шестой ступеней семиступенчатого блока задержки, вторые входы которых подключены к первьм входам его первой, третьей, четвертойи седьмой ступеней, а также к выходу генератора функции sin Л/Х, выход генератора косинусоды соединен с вторыми входами перво и седьмой ступеней семиступенчатого блока задержки, третьи входы которы подключены к выходу третьего канала блока управления, вход которого соединен через первьй формирователь сигналов с входом первой ступени трехступенчатого блока задержки и через последовательно соединенные кадровый синхронизатор, строчный синхронизатор и второй формировател сигналов.- с четвертым входом перво ступени семиступенчатого блока задержки, выходы первой и седьмой ступеней которого подключены к первому и второму вхо.пам коммутатора, выходы шестой и пятой ступеней - к первом и второму входам первой схемы И, выходы четвертой и третьей ступеней к первому и второму входам второй схемы И, а выход второй ступени через генератор случайной последовательности импульсов к генератору шума и к первому входу третьей схемы И, второй вход которой соединен через генератор первого строба с выходом первой ступени трехступенчатого блока задержки, выход второй ступени которого подключен через генератор второго строба к третьему входу второй схемы И, а выход третьей ступени - через генератор третьего строба к третьему входу первой схемыИ, выход которой соединен с третьим входом коммутатора, четвертый и пятый входы которого подключены к выходам второй и третьей схем И, при этом вторые входы четвертой и третьей ступеней семиступенчатого блока задержки соединены с выходом второго каскада

блока управления, вход которого подключен к второму выходу генератора второго строба, а вход первого каскада подключен к второму выходу генератора третьего строба, На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема имитатора; на фиг. 2 - эпюры напряжений, поясняющие формирование одного кадра ан лога ультразвуковой томограммы печени и характер изменения времени Т задержки схемами управления времене задержки; на фиг. 3 - эпюры напряжений, показывающие формирование аналога томограммы при имитации изм нений угла локации органа в предела нескольких кадров изображения (временной масштаб по сравнению с фиг. составляет 1:12); на фиг. 4 - эпюры поясняющие формирование одной строки изображения (временной масштаб по сравнению с фиг. 2 составляет 45:1) на фиг. 5 - вид сформированного с помощью имитатора аналога томограммы печени на экране индикатора, подключенного к имитатору типового двухкоординачного ультразвукового эхолокатора в режиме секторного обзора. Имитатор ультразвуковых томограмм внутренних органов содержит кадровый 1 и строчный 2 синхронизаторы, генератор 3 первого строба, трехступенчатый блок 4 задержки, два формирователя 3 и 6 сигналов, генератор 7 косинусоиды, генератор 8 функций ,sin х/Х , генератор 9 случайной последовательности импульсов, генератор 10 шума, третью схему И И, генераторы второго 12 и третьего 13 стробов, вторую и первую схемы И 14 и 15, семиступенчатый блок 16 задерж ки и блок 17 управлейня, коммутатор 18 выходных сигналов (фиг. 1). Имитатор работает следующим образом. В режиме имитации томограммы печени кадровьй синхронизатор 1 (фиг. l) формирует синхросигналы А (фиг. 2) с периодом начала и .окончания кадра изображения (фиг. 5) аналога ТТ двухкоординатного пространственного сечения печени. Синхросигналы сдвигаются во времени первой второй и третьей ступенями трехступенчатого блока 4 задержки соответственно, на интервалы t/j, j. ,t , определяющие пределы разрешенной дальности (глубины залегания). Задержанные синхроимпульсу запускают генераторы 3, 12, 13 первого, второго и -третьесо стробов Г, Л, К. -- /иигтельностями соответственно цн , , i p. Продолжительность tдц crpoOitpyioщего импульса генератора 3 первого строба определяет зону формирования сигналов диффузного эха от акустических неоднородностей печеночнобилиарных структур, продолжительность t импульсов генератора 12 второго строба - зону формирования сигналов, отраженных от стенок желч- ; ного пузыря, а продолжительность t р, импульсов генератора 13 третьего строба - от стенок внутриорганного сосуда - воротной вены. Одновременно с формированием синхросигналов А кадровым синхронизатором 1 вырабатывается сигнал Б длительностью tn,Величина , определяет требуемое число строк изображения М. Строчные импульсы в с периодом следования tj. строк изображения вьфабатываются строчным синхронизатором 2, в результате формируется последовательность строчных импульсов одного кадра. Кадровый импульс В управляет работой блока 17 управления с прямым и инвертирующими выходами, изменяющегося продолжительность интервалов Т задержки первой и седьмой ступени блока 16 задержки. Интервал задержки первой ступени изменяется за время t кадра в пределах от максимального 1,, до минимального Ц мин значений и обратно (фиг. 2 Е, сплошная линия), имитируя изменение на томограмме положения передней стенки органа 1IТ, а седьмой ступени - в обратной зависимости (фиг. 2 Е, штрих-пунктир), имитируя изменения положения задней стенки органа IV. Сигнал Д с выхода генератора 12; второго строба запускает второй канал блока 17 управления, который в течение формирования строба изменяет интервал Ij задержки (аналог отражений от передней стенки желчного пузыря VI) в соответствии с зависимостью для третьей ступени семист пенчатого блока 16 задержки отТхилкс flOLgMnH и обратно (сплошная линия, а для четвертой ступени - отТ муидо ммни обратно (аналог задней стенки желчного пузыря, штрихпунктир). Аналогичным путем приведенный в рабочее состояние стробирующим импульсом Е первый канал блока 17 управления изменяет интервал ь в соответ ствии с зависимостью для пятой ступени блока 16 задержки - от и обратно (аналог передней стенки воротной вены VII), а для шестой ступени - в обратной зависимости (аналог задней стенки) . В процессе смены кадров изображения томограммы имитируется изменение угла локации органа: сигналы К с выхода генератора 7- косинусоидальных импульсов длительностью и сигна лы Л с выхода генератора 8 функций sin xlx с периодом изменяют амплитудные соотношения аналогов передней и задней стенок органа в соответствии с режимом работы коммутатора входньгх делителей блока 16 (не показан). В режиме формирования зеркальног типа отражения при изменении пока / . зателей сигнала вида sin XlX ими тируются диагностические йарианты нормы томограмм, характерные для здорового человека. При задании диффузного типа отражения имитатор обеспечивает получение аналогов томограмм, отмечающихся при тяжелых клинических заболеваниях органа, сопровождающихся уплотнением паренхимы печени, развитием воспалительных и дегенеративных процессов, поя лением множественных .объемных новообразований (метастазы, абсцессы, гематомы и др.). Смешанный тип отражения имитирует акустические свой ства органа при стадиях заболеваний сопровождающихся появлением ограниченного числа очагов структурных изменений тканей. Синхронно, с модуляцией по амплит де аналогов отражений от передней и задней стенок органа сигналы Л с выхода генератора 8 управляют уро нями сиг.налов, соответствующих изоб ражениям желчного пузыря и воротной вены VI и V И. При формировании строки первого кадра (фиг. 4) первый строчный импульс в поступает на четыре последовательно соединенные первую, - вторую, третью и четвертую ступени задержки блока Т6 и сдвигаются во времени на интервалы: первой ступенью на t (аналог запаздывания отражения М от передней стенки органа), второй ступенью г- на t ( Т -t- t-i - сдвиг во времени отра16« женин Н от печеночно-билиарных структур), третьей ступенью - на ,j -г l, - запаздывание отражения О от передней стенки желчного пузыря), четвертой ступенью / /v + 1 ь + Т-ц - запаздыU П вание отражения Р от передней стенки воротной вены). Аналог сигнала М от передней стенки органа 1 после модуляции поступает на коммутатор 18 выходных сигналов и отображается на экране индикатора (фиг. 5), начиная с первой строки изображения, в течение всего кадра в виде передней стенки органа ш. С выхода второй ступени задержки блока 16 сигнал запускает генератор 9 случайной последовательности импульсов, претерпевающей дополнител1Ьную модуляцию по уровню шумом с выхода генератора 10, и поступает на схему И 11. На второй вход схемы 11 подается сигнал Г разрешенной дальности с выхода генератора 3 первого строба. В результате за время формирования сигнала Г, начиная со строки с номером и, и по строку П , случайные последовательности Н импульсов, имитирующие отражения от печеночно-би.лиарных структур, будут проходить через схему 11 и отображаться в виде группы отметок V (номера строк И ц и h 2 определяются моментами начала и окончания формирования строба Г). . Импульс с выхода третьей ступени задержки блока 16 поступает на схему И 14 непосредственно и с помощью четвертой ступени блока 16 - с задержкой на интервал 1 § (аналог двойного отражения от передней и задней стенок желчного пузыря). Далее двойное эхо 1 с выхода схемы 14 во время формирования сигнала Д разрешенной дальности, поступающего с выхода генератора 12 втЬрого строба через коммутатор 18 отображается на экране (фиг. 5) в виде структуры VI со строки Hj по строку и ц изображения томограммы. Аналогично импульсом с выхода пятой ступени задержки блока 16 с помощью шестой ступени задержки и схемы И t5 за время строба Е формируется аналог изображения воротиЫ веиы VII со строки и5 пои . Сигнал с выхода шестой ступени задержки блока 16 поступает на седьмую ступень задержки, сдвигается во врем ни на t, и поступает на экран индикатора, на котором отображаетс в виде контура IV (аналога задней стенки органа) в течение вре мени формирования кадра. При условии, если стробы Г, Д, перекрываются во времени (что хара терно для томограмм печени, регист руемых из зоны 7 межреберного пром кутка справа у грудины) и из эпигасгральной области в наклонном сечении), суммарный сигнал стооки п таком совпадении во времени имеет вид С. Если указанное условие не С. Если выполняется (что отмечается для томограмм, регистрируемых из зоны 8 межреберья по среднеключичной линии составляющие сигнала С, Н, О П формируются в разные моменты времени. Параметры второго и третьего каналов .блока управления временем задержки выбраны таким образом, что при формировании строк с номерами М}-Иб выполняется условие tj U О что соответствует крайним точкам изображений VI и VH. Для строк с номерами ,5(Нц-Из) и И5+0,5 () расстояния между изображениями передней и задней стенок стру тур Vl и максимальные. По сформированному таким образом тест-сигналу, имитирующему реальную томограмму печени и подаваемому на вход приемного тракта типового ультразвукового эхографа, в процесс метрологического обеспечения прибор осуществляется настройка всех имеющихся регулировок чувствительности тракта с целью получения наиболее отчетливой картины границ органа и внутриорганных структур. В процес се настройки добиваются максимального совпадения получаемого на экране эхографа изображения тест-сигнала и яркости его отдельных участков с исходным тест-сигналом, задаваемым с помощью имитатора. При настройке выходы кадрового и строчного синхронизаторов 1 и 2 подключаются к соответствующим входам синхронизации блока развертки локатора. Предлагаемое построение и работа имитатора обеспечивают получение наиболее сложного по структуре изображения томограммы печени. Поскольку томограммы сепезенки и почек имеют более простую структуру, и ряд их эхографических признаков совпадает с таковыми для печени, переход к получению томограмм селезенки и почек осуществляется выключением определенных функциональных элементов. Аналогично формированию томограммы печени на экране отобра1жаются аналоги передней и задней стенок органа Ш и Ч группа диффузных эхо размещается ближе к центру изображения, имитируя структуры центральной зоны органа. Линейные размеры изображений выбираются, исходя из реальных размеров органа. Таким образом, предлагаемый имитатор обеспечивает повьшение точности воспроизведения амплитудных показателей томограмм, что обеспечивает: повышение диагностических возможностей методов и аппаратуры для эхографии за счет учета в процессе настройки эхографов различных вариантов томограмм, характерных для нормы и патологии, улучшение диагностических возможностей эхографов в определении стадий развития заболеваний внутренних органов, так как появляется возможность предварительной настройки регулировок прибора на вариант томограммы, соответствующий определенному заболеванию, устойчивое выделение томограмм органов и внутриорганных структур у операторов, подвергающихся воздействию факторов внешней ереды (в авиационной, космической, подводной и др. областях медицины; путем предварительной настройки эхографа с учетом вероятных смещений позиции органов при воздействии, позволяет существенно сократить время обработки томограмм, что необходимо для более оперативного принятия решения о состоянии операторов или диагнозе заболевания, за счет создания более надежных алгоритмов и программ автоматизированной обработки информации посредством использования стандартизированных по амплитудным характеристикам тест-сигналов томограмм внутренних органов.

Е

t

t

Ш11111Ш1111111111И1||||||||||||11111П111||

-I

Фиъ. 1

an

tfnrxe

-iX/1

т -лти- с -/ -1

tK

И

jv.f

, . V

Фиг.З

.4