Ультразвуковой томограф Советский патент 1986 года по МПК A61B10/00 

1 Изобретение относится к медицинской технике и предназначено для проведения ультразвуковых диагностических обследований. Целью изобретения являете получение представления двумерного распределения значений коэффициента затухания ультразвука путем многочастотного обследования. На фиг. 1 приведена структурная схема ультразвукового томографа; на фиг. 2 - блок-схема ультразвукового томографа; на фиг. 3 - блок-схема генератора синхросигналов (ГСС) на фиг. 4 - блок-схема телевизионной развертки (БТР) на фиг. 5 - временная диаграмма .работы блока ГСС. Ультразвуковой томограф содержит сканирующий датчик 1 с пьезоэлементами, блок 2 генераторов возбуждения приемник 3, блок 4 временной регулировки усиления (ВРУ), генератор 5 синхросигналов (ГСС), аналоговый ком мутатор 6, цифровой коммутатор 7, аналого-цифровой преобразователь 8 (АЦП), первое 9, второе 10 и третье 11 запоминающие устройства (ЗУ), микропроцессор 12, интерфейс 13 пос ледовательного обмена, дисплей 14, цифро-аналоговый преобразователь 15 (ЦАП), телевизионный монитор 16, блок 17 телевизионной развертки (БТ ГСС 5 содержит первый генератор 18 тактовой частоты, первьй 19 и второй 20 элементы И, элемент НЕ 21 первый 22 и второй 23 триггеры, вто рой ге.нератор 24 тактовой частоты, делитель 25, третий 26 и четвертый 27 элементы И, первый &, второй 29 третий 30 и четвертый 31 счетчики, первый 32.и второй 33 адресные формирователи, первый 34 и второй 35 элементы задержки. БТР 17 содержит формирователь 36 телевизионного синхросигнала (ФТС), пятьш элемент И 37, блок 38 передат чиков (БП), третий элемент 39 задер ки, эмиттерный повторитель 40. Ультразвуковой томограф работает следующим образом. При включении питания микропроце сор 12 формирует сигнал Сброс, ко торьй передается в блок ГСС 5, где вьтолняет установку в нулевое состояние первого и второго триггеров 22 и 23 и первого, второго, третьег и четвертого счетчиков 28-31. Лля запуска устройства на дисплее 14 29 1 формируется код Начало работы, который через интерфейс 13 передается в микропроцессор 12. Последний при получении данного кода вырабатывает сигнал Начало записи, который через интерфейс 13 поступает на ГСС 5 и удерживается в единичном состоянии в течение всего процесса записи информации (фиг. 5о). Первьй генератор ,18 тактовой частоты ГСС 5 формирует последовательность тактовых импульсов с частотой 1-3 кГц для синхронизации работы пьезоэлементов датчика 1, которая пропускается первым элементом И 19 при выставлении сигнала Начало записи. Данная последовательность Сфиг. 56) стробирует работу первих каналов блока 2 генераторов возбуждения, блока 4 временной регулировки усиления, аналогового коммутатора 6 и устанавливает в единичное.состояние первьй триггер 22 (фиг. 5р). Цо положительному пер.паду импульсов в последовательности первый канал блока 2 генераторов возбуждения возбуждает первый элемент датчика 1, работающий на ультразвуковой частоте f,. При этом ультразвуковая волн.а распространяется в исследуемую среду и отраженные от неоднородностей сигналы поступают на пьезоэлемент, где преобразуются в электрические. Принятые электрические сигналы, соответствующие частоте излучения f ,, усиливаются в первом канале приемника 3 в соответствии с законом усиления, задаваемым первым каналом блока 4 ВРУ, и с выхода приемника 3 подаются на первый вход аналогового коммутатора 6, который коммутируется на вход АЦП 8, при единичном логическом уровне сигналов тактовой последовательности (фиг. 55), посту-пающей на аналоговый коммутатор 6 с выхода первого элемента И 19 ГСС 5 (фиг. 3). Второй генератор 24 тактовой частоты ГСС 5 формирует вторую тактовую последовательность 1-5 МГц (фиг. 5г), на основе которой формируются управляющие сигналы для записи информации в первое 9 или второе 1 ЗУ и управляющие сигналы для чтения информации из третьего ЗУ 11 и вывода ее на телевизионный монитор 16. Второй элемент И 20 блока ГСС 5 при поступ лении на его вход сигнала Начало

3

записи от интерфейса 13 пропускает вторую тактовую последонательность на вход делителя 25, с выхода которого формируются синхросигналы для АЦП 8 (фиг. 5д). На выходе АЦП 8 фор мируется последовательность цифровых кодов, соответствующая амплитудным значениям принятых эхо-сигналов, которая поступает на вход цифрового коммутатора 7. Нулевой логический уровень тактового сигнала первого генератора 18 тактовой частоты, поступающего на управляющий вход цифрового коммутатора 7 с выхода элемента НЕ 21 ГСС 5 (фиг. 5В), коммутирует входной сигнал на инфо змационные входы первого ЗУ 9.

При этом синхросигналы, поступающие с выхода делителг. 25, пропускаются третьим элементом К 26 ГСС 5, так как на его второй вход в данный момент подан единичный логический сигнал с выхода первого триггера 22 (фиг, 5). С выхода третьего элемента И 26 синхросигналы подаются на |1ход первого адресного формирователя 32, на выходах которого формируются адресные сигналы для первого ЗУ 9 (фиг. 5и), на управляющий вход первого ЗУ 9 для синхронизации адресов (фиг. 5|) и на вход первого элемента 34 задержки, после прохождения которого формируются синхросигналы, поступающие на управляющий вход (фиг.5и для записи данных в первое ЗУ 9. По окончании записи элементов, соответствующих одной строке двумерного изображения, формируемого на частоте fV, с выхода первого счетчика 28 формируется сигнал, сбрасывающий первый триггер 22 в нулевое состояние.

Последовательность тактовых импулсов с выхода первого элемента И 19, синхронизирующая работу блоков устройства на частоте f., инвертируется элементом НЕ 21 ГСС 5 и служит для синхронизации работы блоков устройства по положительному логическому уровню сигналов при работе на частоте излучения fg (фиг. 56). При этом в датчике 1 возбуждается вторая пьезопластина, в блоке 2 генераторов возбуждения, в приемнике 3, в блоке 4 ВРУ, в аналоговом коммутаторе 6 аналогично первым каналам работают вторые каналы, выходы цифрового коммутатора 7 подключаются к информационным входам второго ЗУ 10 И в

294

ГСС 5, второй триггер 23, четвертый элемент И 27, третий 30 и четвертый 31 счетчики, второй элемент 35 задержки выполняют функции, аналогичные функциям первого триггера 22, третьего элемента И 26, первого 28 и нторого 29 счетчиков, первого эпемс нта 34 задержки.

. В результате, после сформирования аналогичной последовательности управляюших и информационных сигналов для

второго ЗУ 10 (фиг. 5к,л,к ) в )-:ем будет записана одна строка информации соответствующая частоте излучзния f . В данной строке будет содержаться информация об абсолютных значениях.амплитуд принятьк эхо-слгналов при сканировании нccлeдye oгo объекта в аксиальном направлении.

При заполнении первого 9 и второго ЗУ 10 га-строками информаци С(3 счетчика 31 ГСС 5 формируется сигнал на вход интерфейса 13 об oKoii4a НИИ продесса записи исходной необработанной информации. М 1кропроцессор 12 .через интерфейс 3 считывает код Окончание записи (шаг-3 o6iiiero алгоритма), что свидетельствует о сформировании в первом 9 и втором 10 ЗУ двумерных массивов инфop aщ и по абсолютным значениям амплитуд принятых эхо-сигналов, соответствующих одному и тому же сечению исследуемого объекта, но полученных на разных ультразвуковых частотах f , и f .

В соответствии с общим алгоритмом работы микропроцессор 12 начинает последовательно, по строкам, считывать информацию поочередно с первого 9 и второго 10 ЗУ и осуществлять для каждой пары строк расчет . НИИ коэ1;)фициента затухания ультразвука Чд на основе расчетного алгоритма.

Расчетный алгоритм состоит из следующей последовательности шагов.

Вычисление отношения значений ,амплитуд сигналов, отраженных от передней и стенок исследуемого слоя при возбуждении датчика на частоте f :

. 1

Выполнение аналогичной oiiepatntH для сигналов, полученных при частоте fj: (,-Tf Вычисление расстояния между перед ней и задней границами споя:. где 1 - толщина слоя, с - скорость ультразвука в иccлe yeмoй среде, t время между приходом первого и второго отраженных сигналов. Вычисление коэффициента затухания на частоте f.: rj - ls(Nt,/Nt°) Ы, i.( . 1) Вычисление коэ|})фициента затухания на частоте f : 10 -lg(Nf,/Nf,) 1 1(1 - ) Нахождение приведенного значения коэф(1шциента затухания: , °(fi + cf., )fa о 1 - Кодировка элементов массива, при надлежап1их анализируемому слою, зна . чениями Ыд. По значениям , полученным с использованием относительных значений амплитуд принятых эхо-сигналов строится одномерный массив информации, который пересылается по соотве ствующему номеру строки в третье ЗУ 11. Считывание пары строк, расчет значений oi и пересылка вновь сфор мированной строки повторяется в ите рационном режиме тп раз (для га строк в результате в третьем ЗУ 11 формируется двумерное распределение коли чественных значений oi , соответствующее выбранному сечению исследуемого объекта. После окончания этого процесса микропроцессор 12 через интерфейс 1 сигнал на БТР 17 о начале чтения информации из третьего ЗУ 11 .и воспроизведения ее на экране теле визионного MOHHTojpa 16. Сигнал от интерфейса 13 поступает на один из входов Пятого элемента И 37 БТР 17 фиг. 4) и стробирует прохождение ервой тактовой последовательност т ФТС 36 на первый управляющий ход БП 38, на второй вход которого одается вторая тактовая последоваельность непосредственно с второго правляющего выхода блока ФТС 36. В результате на выходе БП 38 формирутся сигналы для чтения информации ЗУ 11, при этом управляющие сигналы синхронизации адресов, подаваемые на третье ЗУ 11, соответствуют второй тактовой последовательности, формируемой ФТС 36, а управляющие сигналы синхронизации данных подаются с определенной задержкой по отнощению к этой тактовой последовательности с выхода третьего элемента 39 задержки. Цифровые коды, считываемые с третьего ЗУ 11, поступают на вход ЦАП 15, где преобразуются в аналоговьм видео-сигнал, подаваемый на один из входов эмиттерного повторителя 40, на второй вход которого подается третья последовательность тактовых импульсов, формируемая ФТС 36. На эмиттерном повторителе 40 вьшолняется смещивание сигналов, в результате которого на его выходе формируется стандартный телевизионный сигнал, подаваемый на вход телевизионного монитора 16. Таким образом, ФТС 36 обеспечивает общую синхронизацию процессов чтения информации с третьего ЗУ 11 и воспроизведения ее на экране телевизионного монитора 16. В результате на экране монитора 16 Воспроизводится информация о двумерном распределении количественных значений коэффициента затухания ультразвука в выбранном сечении исследуемого объекта, не зависящая от начальных условий проведения обследования, которая позволяет оценить не только геометрию и топологию исследуемого объекта, но и получить объективное представление о поглощающих свойствах каждого участка сечения на основе сопоставительного анализа с табличными данными по акустическим параметрам мягких тканей и органов тела человека.

фиг. г

/W

Г

У

J7

УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ТОМОГРАФ, содержащий сканирующий многочастотный датчик, генератор синхросигналов, приемник и блок телевизионной развертки, отличающийся тем, что, с целью получения представления двумерного распределения значений коэффициента затухания ультразвука путем многочастотного обследования, он снабжен аналоговым и цифровым коммутаторами, тремя запоминающими устройствами (ЗУ), микропроцейсором, интерфейсом последова-тельного обмена, дисплеем, аналогоцифровым (А1Ш) и цифроаналоговьш (ЦАП) преобразователями, при этом входы аналогового коммутатора соединены с вь1ходами приемника и генератора синхросигналов, а выход - с информационным входом АЦП, управляющий вход которого соединен -с выходом генератора синхросигналов, информационные выходы АЦП соединены с входами илфрового коммутатора, управляющий вход которого соединен с выходом генератора синхросигналов, а информационные выходы - с информационными входами первого и второго ЗУ, адресные и управляющие входы которых соединены с выходами генерас S тора синхросигналов, а информационные выходы - с входами микропроцессора, управляющий выход которого соединен с генератором синхросигналов, а информационные выходы - с интерфейсом последовательного обмена и с информационными входами третьего ЗУ, информационные выходы кото o рого соединены с входами ЦАП, выход О) которого соединен с блоком телевизионной развертки, при этом информа& .ционные входы интерфейса последовательного обмела соединены с выхода- . iNd ( ми дисплея, а управляющие выходы с блоком телевизионной развертки и генератором синхросигналов, выход которого соединен с управляющим входом интерфейса последовательного обмена.