Доплеровский ультразвуковой локатор Советский патент 1985 года по МПК A61B8/00 A61B5/02 G01S15/00 

мощности подключен к выходу первого усилителя.

3. Локатор по п. 1, отличающийся тем, что, калибратор содержит последовательно соединенные низкочастотный генератор, низкочастотный фазовращатель, сдвоенный переключатель, второй вход которого соединен с вторым выходом низкочастотного фазовращателя, а первый и второй выходы являются первым и вторым выходами калибратора.

1. ДОПЛЕРОВСКИЙ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ЛОКАТОР, содержащий генератор высокой частоты, подключенные к его выходу резонансный колебательньй контур и последовательно соединенные балластный резистор, первый детектор, первый усилитель, последовательно соединенные высокочастотньй фазовращатель, второй детектор, второй усилитель, а также электромеханический преобразователь, включенный .между входом первого детектора и общей шиной, и фазоинвертирующий элемент, индуктивно связанный с резонансным контуром и подключенньй к первому и второму входам высокочастотного фазовращателя, о т ли ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повьшения чувствительности локатора при одновременной регистрации скорости и направления движения, в него введены компенсирующая обмотка, включенная между входом первого детектора и третьим входом высокочастотного фазовращателя, последовательно совдиненюле с выходом первого усилителя первый триггер Шмитта, первый ждутдий мультивибратор, первый элемент И, pS-триггер, второй элемент И, первый ключ, общая нагрузка, интегратор, последовательно соединенные с выходом второго усилителя второй триггер Шмитта, третий элемент И, выкод которого соединен с вторым входом RSтриггера, последовательно соединенные второй ждущий мультивибратор, четвертый элемент И, второй ключ, вьрсод которого соединен с вторым входом общей нагрузки, а также стрелочный индикатор, источник питания, калибратор, звуковой индикатор и инвертор, причем вход последнего соединен с выходом второго триггера Шьдатта, а й . выход - с вторым входом первого эле(Л мента И, второй вход второго элемента И подключён к выходу второго ждущего мультивибратора, вход которого соединен с первым входом первого и вторым входом третьего элемента И, второй выход RS -триггера соединен с вторым входом четвертого элемента И, первый и второй выхода иса точника питания подключены к вторым 9) входам первого и второго ключей, ч1 стрелочный индикатор соединен с вы ходом общей нагрузки, звуковой индикатор - с выходом первого усилителя, а первш и второй выходы калибратора - с входами первого и второго усилителей. 2. Локатор по п. 1, отличающм и с я тем, что, с целью ускорения поиска кровеносных сосудов и обеспечения слухового контроля в процессе измерений, звуковой янщпкатор содержит последовательно соединенные усилитель мощности и громкоговоритель, причем вход усилителя

1

Изобретение относится к медицинской технике, в частности к измерителям скорости с вьщелением направления движения.

Известно устройство для исследова ния сердечно-сосудистой системы, содержащее генератор высокой частоты подключенный к его выходу резонансный колебательный контур и через балластный резистор электромеханический преобразователь, а также индуктивно связанную с резонансным контуром компенсирующую обомотку, включенную между электромеханическим преобразователем и последовательно соединенными детектором и усилителем lj.

Однако данное устройство с одним электромеханическим преобразователем работающим одновременно в режиме излучения и приема непрерывных ультразвуковых колебаний, регистрирует только скорость и не позволяет вьщелять направление движения.

Наиболее близким по технической сущности к данному является доплеровский ультразвуковой локатор, содержащий генератор высокой частоты, подключенные к его выходу резонансный колебательный контур и последовательно соединенные балластный резистор, первый детектор, первый усилитель, последовательно соединенные высокочастотный фазовращатель, второ детектор, второй усилитель, а также злектромеханический преобразователь, включенный между входом первого детектора и общей шиной, и фазоинвертирующий элемент, индуктивно связанный с резонансным контуром и подключенный к первому и второму входам высокочастотного фазовращателя C2J.

Данное устройство позволяет одновременно регистрировать скорость и

направление движения, но имеет низкую чувствительность по управляющему каналу, а следовательно, и локатора в целом, так как отсутствует развязка гетеродинных напряжений первого и второго детектора.

Цель изобретения - повышение чувствительности локатора при одновременной регистрации скорости и направления движения, ускорение поиска кровеносных сосудов и -обеспечение слухового контроля в процессе измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в доплеровский ультразвуковой локатор, содержащщ генератор высокой частоты, подключенные к его выходу резонансньш колебательньй контур и последовательно соединенные балластный резистор, первьй детектор, первьй усилитель, последовательно соединенные высокочастотньй фазовращатель, второй детектор, второй усилитель, а также электромеханический преобразователь, включенный между входом первого детектора и общей шиной, и фазоинвертирующий элемент, индуктивно связанный с резонансным контуром и подключенный к первому и второму входам высокочастотного фазовращателя, введены компенсирующая обмотка, индуктивно связанная с резотт нансным колебательным контуром и включенная между входом первого детектора и третьим входом высокочастотного фазовращателя, последовательно соединенные с выходом первого усилителя первьй триггер Шмитта, первый ждущш мультивибратор, первый элемент И, RS-триггер, второй элемент И, nepBLoi ключ, общая нагрузка, интегратор, последовательно соединенные с выходом второго усилителя второй триггер lIlMiTTa, третий элемент И,выход которого соединен с втбрым

ходом PS-триггера, последовательно соединенные второй ждущий мультивибратор, четвертш элемент И, вто ой ключ, выход которого соединен с вторым входом общей нагрузки, а так- 5 е стрелочный индикатор, источник питания, калибратор, звуковой индикатор и инвертор, причем вход поседнего соединен с выходом второго триггера Шмитта, а выход - с вторым Ю входом первого элемента И, второй вход второго элемента И подклйчен к выходу второго ждущего мультивибратора, вход которого соединен с первым входом первого и вторым вхо- t5 ом третьего элемента И, второй выход RS -триггера соединен с вторьм входом четвертого элемента И, первый и второй выходы источника питания одключены к вторым входам перво- 20 го и второго ключей, стрелочный индикатор соединен с выходом общей агрузки, звуковой индикатор - с ыходом первого усилителя, а первый и второй выходы калибратора - с 25 входами первого и второго усилителей. Звуковой индикатор содержит последовательно соединенные усилитель мощности и громкоговоритель, причем вход усилителя мощности подключен зо к выходу первого усилителя.

Калибратор содержит последовательно соединенные низкочастотный генератор, низкочастотный фазовращатель, сдвоенный переключатель, второй . вход которого соединен с вторым выходом низкочастотного фазовращателя, а первый и второй выходы являются первым и вторым выходами калибратора.

На чертеже изображена функцио- 40 Нальная схема локатора.

Доплеровский ультразвуковой локатор содержит генератор 1 высокой частоты, подключенные к его выходу резонансный колебательный контур 2 4S и последовательно соединенные балластный резистор 3, первый детектор. 4, первый усилитель 5, последова.тельно соединенные высокочастотный . фазовращатель 6, второй детектор 7, 50 второй усилитель 8, электромеханический преобразователь 9, включенный между входом первого детектора 4 и общей шиной, и фазоинвертирукхщй элемент 10, индуктивно связанный с 55 резонансным контуром 2 и подключенный к первому и второму входам высокочастотного фазовращателя 6, компенсирующую обмотку 11, индуктивно связанную с резонансным колебательным контуром 2 и включенную между входом первого детектора 4 и вторым выходом высокочастотного фазовращателя 6. Последовательно соединенные с выходом первого усилителя 5 первьп триггер Шмитта 12, первый ждущий мультивибратор 13, первый элемент 14 И, RS-триггер 15, второй элемент 16 И, первьш ключ 17, общая нагрузка 18, интегратор 19. Последовательно соединенные с выходом второго усилителя 8 второй триггер Шмитта 20, третий элемент 21 И, выход которого соединен с вторым входом RS-триггера 15. Последовательно соединенные второй ЖДУ1ЦИЙ мультивибратор 22, четвертый элемент 23 И, второй ключ 24, выход которого соединен с вторым входом общей нагрузки, а также стрелочный индикатор 25, источник 26 питания, калибратор 27, звуковой индикатор 28 и инвертор 29, причем вход последнего соединен с выходом второго триггера Шмитта 20, а выход - с вторым входом первого элемента 14 И. Второй вход второго элемента 16 И подключен к выходу второго звдущего мультивибратора 22, вход которого соединен с первым входом первого и вторым входом третьего элемента 21 И. Второй выход RS-триггера 15 соединен с вторим входом четвертого элемента 23 Н. Первый и второй выходы источника питания 26 подключены к вторым входам соответственно первого ключа 17 и второго ключа 24, стрелочный индикатор 25 соединен с выходом об-, щей нагрузки 18, звуковой индикатор 28 с выходом первого усилителя 5, Первый и второй выходы калибратора 27 подключены соответственно к входам первого усилителя 5 и второго усилителя В. Звуковой индикатор 28 v содержит последовательно соединенные усилитель мощности 30 и громкоговоритель 31, причем вход усилителя мощности подключен к выходу первого усилителя. Калибратор 27 содержит последовательно соединенные низкочастотный генератор 32, низкочастотный фазовращатель 33, сдвоенный пе реключатель 34, второй вход которого соединен с вторым выходом низкочастотного фазовращателя- 33, а первый и второй выходы являются первым и вторым выходah0i калибратора 27.

Доплеровский ультразвуковой локатор работает следующим образом.

С выходного резонансного контура 2 генератора 1 через балластный резистор 3 высокочастотное напряжение поступает на вход первого детектора 4 и электромеханический преобразователь 9. Это напряжение является гетеродинным для первого детектора 4 и возбуждающим для электромеханического преобразователя 9. Излученная волна направляется на объект (поток жидкости, кровь), отражается от него и воспринимается электромеха1шчески преобразователем 9, На выходе первого детектора 4 выделяется сигнал с доплеровской частотой, равной разности частот гетеродинного и отраженного сигналов. Этот сигнал является опорным. С выходного резонансного контура 2 через фазоинвертирукяций элемент 10 напряжение подается на высокЬчастотный фазовращатель 6 с низким выходным сопротивлением. Выходное напряжение фазовращателя 6, являкнцееся гетеродинным для второго. детектора 7, сдвинуто по фазе на 90 по сравнению с гетеродинным напряжением первого детектора 4. На вход второго детектора 7 через компенсирующую обмотку 11 подаются сигналы с электромеханического преобразователя 9. Гетеродинное напряжение первого детектора 4 компенсируется на входе второго детектора 7 за счет компенси-рукяцей обмотки 11,а отраженньв сигнал проходит без ослабления, так как имеет фазу, отличанхцуюся от фазы гетеродинного нап- .ряжения первого детектора 4. На выходе второго детектора 7 вьщеляется Доплеровский сигнал - управляющий, сдвинутый по фазе на сравнению с опорным сигналом и равный ему по амплитуде..

С выхода усилителя 5 Доплеровский сигнал подается на вход первого триггера 12 Шмитта, который преобразует Доплеровский сигнал в импульсы прямоугольной формы. Аналогично работает второй триггер 20 Шмитта. Импульсы опорного сигнала опережают импульсы улравлякщего при движении объекта локации к электромеханическому преобразователю 9. Передним фронтом импульсы с первого триггера 12 Шмитта запускают первый ждущий мультивибратор 13, длительность импульсов которого выбирается минимальной, достаточной для того, чтобы управлять работой RS-триггера 15 и запускать второй ждущий мультивибратор 22. На выходе первого элемента 14 И появляются импульсы отрицательной полярности, которые устанавливают RS-триггер 15 в положение, когда на первом его выходе появляется потенциал, а на втором О. RS-триггер 15 управляет работой второго и четвертого элементов 16, 23 И.

Частота следования импульсов второго ждущего мультивибратора 22 равна частоте доплеровского сигнала, а длительность импульсов определяет величину выходного напряжения локатора. Эти импульсы проходят через второй элемент 16 И и поступают на вход первого ключа 17, которьй питается от первого (положительного) выхода источника питания 26. На выходе общей нагрузки 18 появляются импульсы положительной полярности частотой, равной частоте доплеровс|Кого сигнала, и длительностью, равной длительности импульсов второго ждущего мультивибратора 22. Эти им; пульсы подаются на стрелочный инди.катор ,25 с нулем посередине и отклоняют его стрелку в положительном направлении. Импульсы с общей нагрузки 18 поступают также на интегратор 19, с выхода которого снимается положительное напряжение, пропорциональное частоте доплеровского сигнала, а следовательно, скорости движения лоцируемого объекта. Аналог гична работа локатора при движении объекта от электромеханического преобразователя 9. В этом случае импульсы с второго ..ждущего мультивибратора 22 проходят через четвертый элемент 23 И на вход ключа 24, который питается от второго (отрицательного) выхода источника питания 26. На выходе общей нагрузки 18 появляются отрицательные импульсы а на выходе интегратора 19 - отрицательное напряжение. Малая длительность импульсов первого ждущего мультивибратора 13 позволяет уменьшить требования к каскадам, выделяющим Доплеровский сигнал, и к работе триггеров 12, 20.Шмитта, так как обеспечивает вьщеление направления движения уже при сдвиге фаз, превышающем длительность импульса первого ждущего мультивибратора 13, между опорным и управляющим доплеровскйми сигналами. Применение первого ждущего мультивибратора 13 дает возможность иметь длительность импульсо второго ждущего мультивибратора 22 больше полупериода доплеровского сигнала. Это позволяет увеличить выходное напряжение локатора при заданном напряжении источника питания. Применение одного второго ждущего мультивибратора 22, длительность импульсов которого определяет выходное напряжение, позволяет повысить точность измерения скорости одного направления потока жидкости по отношению к другому при различных дестабилизирукхдих факторах. Длительность его импульсов выбирается меньше длительности периода максимальной доплеровской частоты за вычетом длительности импульсов первого ждущего мультивибратора 13, т.е. определяется максимальной доплеровской частотой и максимальной скоростью кровотока.

Калибровка записи скорости кровотока на регистрирующем устройстве осуществляется следуюпщм образом.

Низкочастотный генератор 32 вырабатывает сигнал с частотой, равной частоте доплеровского сигнала, пропорщюнальной скорости кровотока. Этот сигнал подается на низкочастотный фазовращатель 33, с выходов которого снимаются сигналы, сдвинутые по фазе друг относительно друга на 90 . Эти сигналы подаются через сдвоенный переключатель 30 на вькоды усилителей 5 и 8. На выходе интегратора 19 в зависимости от положения сдвоенного переключателя 34 появляется постоянное напряжение положительной или отрицательной полярности, амплитуда которого соответствует определенной скорости кровотока.

Данное устройство позволит более чем на порядок повысить чувствительность доплеровского ультразвукового локатора по сравнению с прототипом,, что дает возможность с использованием одного электромеханического преобразователя одновременно регистрировать скорость и направление не только лоцируемого органа в биообъекте (сердечной мышцы), но и кровотока как непосредственно с поверхности кровеносных сосудов, так и чрескожно

19

IS