Устройство для ультразвукового исследования глаза Советский патент 1987 года по МПК A61B8/10 

ный стол 12, тест-объект 10. Зонд 1 снабжен вьшукло-вогнутой контактно линзой и плосковыпуклой линзой, что способствует акустическому согласованию зонда 1 с глазом, позволяет проводить измерения за пределами мертвой зоны пьезоэлемента и обеспечивает нормальные условия для зрения через оптически прозрачные среды зонда 1. Зонд плавно подводят с по- kbnjbro стола 12 к исследуемому глазу (до прикосновения контактной линзы к роговице глаза. При измерении пациент смотрит через оптически прозрачный зонд 1 на светящуюся на тест- объекте 10 цифру. Ультразвуковой импульс распространяется в глазу пря1

Изобретение, относится к медицинской технике, а именно к устройствам для ультразвукового исследования глаза, и может найти применейие в медицинской практике в офтальмологии при ультразвуковом измерении размеров глаза и его структур.

Цель и:зобретения - сокращение вре-- мени исследования.

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства} на фиг.2 - электрическая схема таймера; на фиг. 3 - конструкция ультразвукового зонда на фиг. 4 - эпюры электрических напряжений.

Устройство дпя ультразвукового исследования глаза содержит ультразвуковой зонд 1 с водной задержкой, пе- редаюЕр1Й 2 и приемный 3 блоки, соединенные с ультразвуковым зондом 1, первый 4, второй 5 и третий 6 измерители с цифровой индикацией, блок 7 автоматического управления, вход которого соединен с приемным блоком 3, первый выход блока 7 автоматического управления соединен с передающим блоком 2 и с первыми входами первого 4, второго 5 и третьего 6 измерителей, второй и третий выходы соединены соответственно с вторыми и третьими входами первого 4, второго 5 и третьего 6 измерителей, четвертый, пятый и шестой выходы сйединены с четвертыми входами первого 4, второго 5

молинейно с постоянной CKOpfHITWO, отражаясь от структурных неоднород- ностей: роговицы, передней и задней границ хрусталика и сетчатки. Отраженные импульсы преобразуются измерительной схемой устройства. Осуществляется измерение соответственно трех размеров в глазу. Блок 7 автоматического управления осуществляет распределение эхосигналов, пришедших от передней и задней границ хрусталика и сетчатки по измерителям 4, 5 и 6. Введение новых элементов и образование новых связей между элементами устройства позволяет сократить время исследования 4 ил.

и третьего 6 измерителей, регистратор 8 первый, второй, третий и четвертый входы которого соединены соответственно с датчиком 9 перемещения и выходом каждого измеритепя 4-6.

Тест-объект 10 и датчик 9 перемещения и их привод 11 смонтированы с ультразвуковым зондом 1 на двухкоор- динатном столе 12, причем тест-объект 10 установлен по одной оси с ультразвуковым зондом 1 с возможностью перемещения вдоль этой оси.

Блок 7 автоматического управления предназначен для автоматического распределения принятых эхосигналов, пришедших от передней и задней поверхностей хрусталика и от сетчатки глаза по соответствующим измерителям 4-6 в результате запуска передающего блока 2.

Блок 7 автоматического управления выполнен в виде связанных последовательно генератора 13 импульсов, де- лителя 14, блока 15 временной задержки, первого RS-триггера 16, первого компаратора 17 со стробированием и таймера 18, второго 19, третьего 20 и четвертого 21 RS-триггеров и второ- го 22, третьего 23 и четвертого 24 .компараторов со стробированием, при- чем выходы первого 17, второго 22, третьего 23 и четвертого 24 компараторов со стробированием подключены к R-входам соответстренно первого

-i

16, второго 19, третьего 20 и четвертого 21 триггеров, выход генератора 13 импульсов дополнительно соединен с первым входом таймера 18.

Входом блока 7, подключенным к приемному блоку 3, являются объединенные первые входы компараторов 17 и 22-24 со. стробированием. Первы выходом делителя 14 блок автоматического управления 7 подключен такж к передающему блоку 2.

Генератор 13 импульсов с кварцевой стабилизацией частоты 39 мГц выполнен по известной схеме. Частота генератора 13 импульсов выбрана исходя из требуемой точности измерения размеров 0,02 мм, поскольку генератор 13 импульсов вьфабатывает опорную частоту (частоту квантования) для всех трех измерителей 4-6. За один период следования импульсов генератора 13 и fflyльcoв ультразвуковая волна должна распространяться на 0,02 мм исходя из требуемой точности измерения. При известной средней скорости распространения ульт- звуковых волн в глазу, равной - 1560 м/с, учитывая, что при зхорежи ме ультразвуковая волна проходит двойное расстояние, получают, что период Т следования импульсов генератора 13 равен:

А

т 2 2,564.10 с,

а частота f - - 39 мГц.

Делитель 14 на 13000 предназначе йпя деления импульсов частотой 39 мГц до частоты 3 кГц и выполнен по известной схеме на счетчиках.

Блок 15 временной задержки предназначен для задержки на 10 мкс прохождения импульсов от делителя 14- на первого триггера 16 и выполнен на одновибраторе с логически элементом на входе.

Двухвходовые аналоговые компараторы 17 и 22-24- со стробированием предназначены для формирования импульсов по переднему фронту эхосиг- налов и могут быть выполнены по любой известной схеме двухвходового аналогового компаратора со стробированием, предназначенного для работы с импульсными сигналами.

Вторые входы (стробирования) компараторов 17 и 22-24 подключены к выходам RS-триггеров 16 и 19-21 ерШ

В

25

84519 .4

ответственно. Уровень срабатывания компараторов 17 и 22-24 выбирается установкой опорного напряжения и„, на третьем входе каждого -из компара- 5 торов таким, что они срабатывают от сигнала, равного половине максимальной выходной амплитуды приемного блока 3.

Таймер 18 предназначен для выработки импульсов через определенные интервалы времени с момента подачи на него запускающего иготульса от первого компаратора 17 и вьтолнен по известной схеме, например (фиг. 2) в виде связанных соответствующим образом по схеме пятого триггера 25, первого элемента 2И-НЕ 26, трех счетчиков 27-29 и второго 30, третьего 31 и четвертого 32 элементов 2И-НЕ.

0 Входом S пятого RS-триггера 25 таймер 18 соединен с первым компаратором 17, входом первого элемента 2И-НЕ 26 - с генератором 13 импуль- сов, а выходами cf второго 30, третьего 31 и четвертого 32 элементов 2И-НЕ таймер 18 подюхючен соответственно к S-входам второго 19, третьего 20 и четвертого 21 триггеров.

Ультразвуковой зонд 1 предназначен для излучения ультразвуковых импульсов и приема отраженных сигналов в паузах ме жду мoмeнтa ш измерения. Ультразвуковой зонд- 1 (фиг. 3) состоит из корпуса 33, в который

35 вклеен кольцевой пьезоэлемент 34 с нанесенньм на него согласующим, и защитным слоями 35 и слоем дe fflфepa 36. К корпусу 33 приклеена коническая насадка 37 с установленной на ее

40 торце контактной линзой 38. В корпусе 33 со стороны демпфирующего слоя

36приклеена плосковыпуклая линза 39 плоской поверхностью в направлении конической насадки 37. Прелом -5 ляющая сила линзы 39 рассчитывается .исходя из расстояния между контактной линзой 38 и линзой 39. Насадка ,

37заполняется дегазированной водой.

Контактная линза 38 способствует хорошему акустическому согласованию ультразвукового зонда 1 с глазом и является также фокусирующим элементом для ультразвукового луча.

Предлагаемая конструкция ультразвукового зонда 1 позволяет проводить измерения за пределами мертвой зоны кольцевого пьезоэлемента 34, а также обеспечивает нормальные усло30

0

5

ВИЯ для зрения через рачные среды зонда. Передающи блок 2

оптически прозпредназначен

для импульсного возбуждения кольцевого пьезоэлемента 34 ультразвукового зонда 1. Передающий блок может быть вьшолиен по известной схеме, например как в ультразвуковом приборе.

Приемный блок 3 предназначен для усиления и детектирования принятых зондом 1 сигналов-и может быть выполнен по известной схеме, например как в ультразвуковом приборе.

Первьш 4, второй 5 и третий 6 измерители с 1ЩФРОВОЙ индикацией предназначены для измерения временного интервала между двумя сигналами, отраженными от структур глаза, преобразования его в расстояние и представления результатов в цифровой форме. Первый 4, второй 5 и третий 6 измерители вьшолнены идентично по известной схеме.

Измерители 4-6 с цифровой индикацией калибруются таким образом, что ими фиксируется не собственная величина измеренного временного интервала, а пропорциональное ему расстояние между двумя внутриглазными структурами.

Измерители 4-6 с цифровой индикацией имеют двенадцатиразрядные циф- роаналоговые преобразователи, выходы которых подключены к соответствующим входам регистратора 8. Назначение регистратора 8 - регистрировать на бумаге изменение измеряемых размеров в процессе аккомодации глаза при перемещении тест-объекта 10 и текущее положение тест-объекта 10, сигнал о положении которого снимается с датчика 9 перемещения, поскольку оператор не в состоянии отследить три одновременно меняющихся показани трех измерителей 4-6 с цифровой индикацией. В качестве регистратора 8 использован самопишущий быстродейст- вующий прибор.

Двухкоординатный стол 12 служит для плавного подведения к глазу и отведения от глаза установленных на нем ультразвукового зонда 1, тест- объекта 10, датчика 9 перемещения и привода 11 линейного механическаго перемещения. В устройстве использован Двухкоординатный стол от щелевой лампы.

Тест-объект К) с.нужнг л, 4 чк(.:л- ции, на нем в процессе исследования взора па1щента и установлен на двух- координатном столе 12 на одной оси с ультразвуковым зондом 1 на определенном от него расстоянии, равном 15-20 см, таким образом, что он может плавно перемещаться по этой оси с помощью привода 11 линейного механи- ческого перемещения, В качестве тест- объекта использован семисегментный цифровой индикатор.

Привод 11 линейного механического- перемещения служит дпя плавного перемещения тест-объекта, 10 вдоль

оси ультразвукового зонда 1 на интерзале расстояний от него 15-20 см. В качестве привода линейного механического перемещения может быть использован любой известный привод, в частности привод с вращающимся от электродвигателя ходовым винтом.

Датчик 9 перемещения служит для электрического сигнала, пропорционального перемещению тест- объекта, на первый вход регистратора 8. В качестве датчика перемещения может быть использован любой известный датчик, например в виде реохорда. Устройство работает следующим образом.

Перед началом исследования голову пациента фиксируют. Это может быть сделано с помощью фиксирующего уст- ройства для щелевой лампы. Голова пациента фиксируется в рамке, плотно прилегая к налобнику. Двухкоординатный стол 12 с зондом 1 и тест-объек-. том 10 отводится в крайнее левое, дальнее от глаза положение. На тест- объекте 10 высвечивают цифру.

При работе устройства в режиме измерения трех размеров глаза ультразвуковой зонд 1 плавно подводится оператором с помощью двухкоординат- ного стола 12 к исследуемому глазу до прикосновения контактной линзы 38, установленной на торце ультразвукового зонда 1, к роговице глаза. При этом обеспечивается акустический контакт ультразвукового зонда 1 с исследуемым глазом. При измерении глаза пациент смотрит через оптически прозрачный зонд 1 на светящуюся на тест- объекте 10 цифру. За счет установки тест-объекта 10 вдоль оси ультразвукового зонда 1 обеспечивается точное совмещение оптической оси глаза с осью ультразвукового зонда 1 и, соот

ветственно, с осью ультразвукового луча, а также нормирование:величины аккомодации глаза за счет установки тест-объекта 10 на определенном фиксируемом расстоянии от ультразвукового зонда 1, что является необходимым условием точного измерения.

При включении устройства запускается генератор 13 импульсов блока 7 автоматического управления, который вьфабатывает импульсы частотой 39 мГц (фиг. 4,5 ), поступающие на делитель 14, таймер 18 и первый 4, второй 5 и третий 6 измерители. Делитель 14 делит импульсы частотой 39 мГц до.частоты 3 кГц (фиг.4Б,t,). Импульсы с выхода делителя 14 запускают передающий блок 2, блок 15 временной задержки и обнуляют измерител 4-6. Передающий блок 2 выдает мощный электрический импульс, возбуждающий ультразвуковые и злектрические колебания в кольцевом пьезоэлементе 34 ультразвукового зонда 1.

Ультразвуковой импульс распространяется в Конической насадке 37. .. При акустическом контакте ультразвукового зонда 1 с исследуемым глазом импульс ультразвуковых колебаний

распространяется в глазу прямолиней- 30 его срабатывания от других, пришедших

но с практически постоянной скоростью 1360 м/с, отражаясь от расположенных на его пути структурных неод- нородностей, т.е. (роговицы, передней и задней границ хрусталика и сетчатки).

Отраженные ультразвуковые импульсы достигают ультразвукового зонда 1, преобразуются им в импульсы электрических колебаний и поступают на вход приемного блока 3. В последнем происходит усиление и детектирование принятых эхосигналов. С выхода приемного блока 3 эхосигналы (фиг. 4 ) подаются на первые входы первого 17, второго 22, третьего 23 и четвертого 24 компараторов.

Одновременно с передающим блоком 2 запускается блок 15 временной задержки, который задерживает на 10 МКС прохождение импульса от делителя 14 к RS-триггеру 16 (фиг.42,С2) Первьй RS-триггер 16 включается чере 10 МКС и вьщает сигнал на вход стро- бирования первого компаратора 17 (фиг. 43, tj).

Таким образом, первьй компаратор 17 включается через 10 мкс после возбуждения ультразвукового импульса

передающим блоком 2.Эта задержка на 10 МКС исключает ложные срабатывания первого компаратора 17 от мощного электрического импульса передающего блока 2. Первый компаратор 17 срабатывает на первый эхосигнал роговицы глаза (фиг. 4f, t), а второй 22, третий 23 и четвертый 24 компараторы, в этот моментх времени выключены. Импульс с выхода первого компаратора 17 (фиг. 4е, t) пос0

тупает на первый 4, второй 5 и третий 6 измерители с цифровой индикацией. После прихода на вторые входы 5 измерителей 4-6 импульса с выхода первого компаратора 17 они включаются и начинают считать импульсы частотой 39 мГц, поступакяцие с выхода генератора 13.

Этот же импульс с выхода первого компаратора 17 поступает на R-вход первого триггера 16 и на S-вход пятого триггер а 25 таймера 18. При этом первый триггер 16 переключается в нулевое состояние и отключит

|Первый компаратор 17 (фиг. 49. t). Отключение первого компаратора 17

после прихода первого эхосигнала от роговицы глаза позволяет избежать

5

позже, эхосигналов и исключает, таким образом, вьфаботку им ложных импульсов для всех трех измерителей 4-6.

По импульсу от первого компаратора 17 включается пятый RS-триггер 25 таймера 18, который включает первый элемент 2И-НЕ 26. Через включенный первый элемент 2И-НЕ 26 импульсы

частотой 39 мГц, поступающие с выхода генератора 13 импульсов, подаются на последовательно включенные первьй 27, второй 28 и третий 29 счетчики. Через 100 импульсов частотой 39 мГц (t 2,56 мкс) срабатывает второй элемент 2И-НЕ 30 и выда ет импульс на S-вход второго RS-триг- гера 19 (фиг. 4ж, t)j который вклюается и подает сигнал на вход стробирования .второго компаратора 22

(фиг. 4j, t). С этого момента, т.е. ерез 2,56 мкс после прихода эхо- игнала от роговицы глаза, подключается второй компаратор 22, который

срабатывает на эхосигнал, пришедший глубины свьш1е .2 мм, т.е. на сигнал от передней поверхности хрусталика. Второй компаратор 22 срабатывает от эхосигнала (фиг. 4а, t;) от передней поверхности хрусталика и при этом выдает импульс (фиг. 4и, t,,) на первый измеритель 4 и на F-вход второго триггера 19, Второй триггер 19 выключается (фиг. 4i, t) и отключае второй компаратор 22, это исключает срабатывание компаратора 22 от други эхосигналов.

После прихода импульсов от второго компаратора 22 (фиг. 4и, t) пер- вый измеритель 4 выключается. За время между импульсом от первого компаратора 17 и от второго компаратора 22 на первый измеритель 4 поступает определенное количество импульсов частотой 39 мГц от генератора 13, пропорциональное временному интервал между импульсами от первого 17 и второго 22 компараторов.

В соответствии с указанной вьпие калибровкой первый измеритель 4 с цифровой индикацией вьщает результат измерения расстояния между роговицей и передней поверхностью хрусталика, пропорционального временному интервалу эхосигналами от этих структур,

Одновременно с этим первый 27, второй 28 и третий 29 счетчики таймера 18 продолжают считать импульсы, поступающие от генератора 13 импуль- ,сов. Через 280 импульсов частотой 39 МГц (t 7,14 мкс) срабатывает третий элемент 2И-НЕ 31 и выдает импульс на S-вход третьего RS-тригге

ра 20 (фиг. 4k, tg), который включается и подает сигнал на вход строби- рования третьего компаратора 23 (фиг. 4я, tg). С этого момента, т.е. через 7,14 мкс после прихода эхосигнала от роговицы глаза, подключается третий компаратор 23, который срабатывает на эхосигнал, при- шедпшй с глубины свьппе 5,5 мм, т.е. на эхосигнал от задней поверхности хрусталика (фиг. 4а, t), и при этом вьщает импульс (фиг. 4м, t,) на второй измеритель 5 и на К-вход третьего триггера 20. Третий триггер 20 выключается (фиг-. 4л, t) и отключает третий компаратор 23, это исключает срабатывание последнего от других эхосигналов.

По импульсу от третьего компаратора 23 (фиг. 4м, t) второй измеритель 5 выключается. За время между импульсом от первого компаратора 17 и от третьего компаратора 23 на

5

0

5

0

5

второй измеритель 5 поступает определенное количество импульсов частотой 39 мГц от генератора 13, пропорциональное временному интервалу между импульсами от первого 17 и третьего 23 компараторов.

В соответствии с указанной выше калибровкой второй измеритель 5 с цифровой индикацией выдает результат измерения расстояния между роговицей и задней поверхностью хрусталика, пропорционального временному интервалу между эхосигналами от этих структур.

Одновременно с этим первый 27, второй 28 и третий 29 счетчики таймера 1В продолжают считать импульсы генератора 13 импульсов. Через 900 импульсов частотой 39 мГц (t 23,07 мкс) срабатывает четвертый элемент 2И-НЕ 32 и вьздает импульс на R-вход пятого RS-триггера 25, на Нд-входы первого 27, второго 28 и третьего 29 счетчиков и на S-вход четвертого RS-триггера 21 (фиг. 4Н, tg).

При этом пятый RS-триггер 25 выключается и первый 27, второй 28 и третий 29 счетчики обнуляются. Таймер 18 останавливается. Четвертый RS-трИггер 21 включается (фиг.4a,t) и подключает четвертый компаратор 24 через 23,07 мкс после прихода эхоимпульса от роговицы глаза. Четвертый компаратор 24 включается и срабатьшает на эхосигналы, пришедшие с глубины свьше 18 мм, т.е. на эхосигналы от сетчатки глаза (фиг.4а, tg), и при этом выдает импульс

40

Ч)

(фиг. 4И, t) на третий измеритель 6 и на R-вход четвертого триггера 21 Четвертьш триггер 21 (фиг. 4q,

выключается и отключает четвертый компаратор 24. По импульсу от

45 четвертого компаратора 24 (фиг.4п, tg) третий измеритель. 6 с цифровой индикацией выключается. За время между импульсами от первого 17 и четвертого 24 компараторов на него пос50 тупает определенное количество импульсов частотой 39 мГц, пропорциональное временному интервалу между импульсами от этих компараторов.

55

В сответствии с указанной вьше калибровкой третий измеритель 6 с цифрово1й; индикацией вьщает результат измерения расстояния между роговицей и сетчаткой глаза, пропорциона.пьиого временному интервалу между эхосигналами от этих структур.

Временные задержки таймера 18 t 2,56 МКС, t 7. 14 МКС и t 23,07 МКС выбраны исходя из сред- них размеров глаза и их отклонений от среднего значения с учетом средней скорости ультразвука в глазу 1560 м/с таким образом, что второй 22, третий- 23 и четвертый 24 компа- раторы подключаются только непосредственно перед приходом эхосигналов от соответствующих структур глаза. Правильность выбора указанных временных задержек полностью подтвержда ется при клинической апробации прибора.

Таким образом, по одному излучаемому ультразвуковому импульсу осуществляется измерение трех-размеров в глазу. С приходом следующего импульса с делителя 14 весь цикл работ повторяется.

При работе устройства в режиме регистрации изменения в процессе ак- комодации размеров глаза подключают три входа (второй, третий и четвертый) регистратора 8 к выходам каждого измерителя 4-6, а первый вход - к датчику 9 перемещения. С помощью привода 11 линейного механического перемещения перемещают тест-объект 10 вдоль оси зонда из крайнего левого положения в крайнее правое и обратно.

Результат измерения трех измерителей 4-6 с цифровой индикацией преобразуется цифроаналоговыми преобразователями установленными на выходах трех измерителей 4-6, в аналого- вый сигнал и записывается регистратором 8 на бумагу. Синхронно с результатами трех измерителей 4-6 и датчика 9 перемещения записьшается текущее положение тест-объекта 10.

После окончания исследования ультразвуковой зонд 1 и тест-объект 10 плавно отводят от глаза пациента с помощью двухкоординатного стола 12. При отсутствии акустического контакта ультразвукового зонда 1 с глазом ультразвуковой импульс в глаз не проходит и на пьезопластину ультразвукового зонда 1 приходит только один эхосигнал от торца кони- ческой насадки, от которого срабатывает riepuFiji) компаратор 17, запускающий таймер 18. Второй 22, третий 23 и четвертый 24 компараторы подключаются после прихода эхосигна ла и поэтому не срабатывают. На измерители не поступает импульс с выходов этих компараторов, и они показывают нули.

Применение предлагаемого устройства для ультразвукового исследования глаза позволит сократить время исследования,

Форм ула изобретени

Устройство для ультразвукового исследования глаза, содержащее ультразвуковой зонд с водной задержкой, передающий и приемный блоки, измеритель с цифровой индикацией, отличающееся тем, что, с целью сокращения времени исследования, оно снабжено дополнительно вторым и третьим измерителями, блоком автоматического управления и регистратором, причем ультразвуковой зонд снабжен выпукло-вогнутой контактной линзой и плосковьшуклой линзой, блок автоматического управления выполнен в виде связанных последовательно генератора импульсов, делителя частоты, блока временной задержки, первого RS-триггера, первого компаратора со стробированием.и таймера, второго - четвертого RS-триггеров и второго - четвертого компараторов со стробированием, причем выходы первого - четвертого компараторов со стробированием подключены к R-BXO- дам первого - четвертого триггеров, первый - третий выходы таймера подключены к S-входам второго - четвертого триггеров, а их выходы подключены к входам стробирования второго - четвертого компараторов, при этом выход генератора импульсов соединен с входом таймера, выходы блока автоматического управления соединены с входами передающего блока, первого - третьего измерителей и регистратора, соединенного с выходами измери- ;телей и датчика перемещения, соединенного с тест-объектом и приводом его линейного механического перемещения .

«MM

тг

X

J

т

30

к ttneptimeflf 13

r« BMMq9r

К mpHieefy

Изобретение относится к ультразвуковому исследованию глаза в офтальмологии при измерении размеров глаза и его структур и позволяет сократить время исследования. Устройство содержит ультразвуковой зонд 1, передающий 2 и приемный 3 блоки, измерители 4, 5 и 6, блок 7 автоматического управления, регистратор 8, датчик 9 перемещения, двухкоординатСО с: ю 00 4 О1 Фиг. 1

35

39 36 34 35

Фиг.Э

Глаз

JUIU

V

т

г-

-1

I I I I М

tzt3ti,tet7

Фиг.

Редактор В.Петраш

Составитель М.Пластинин

Техред М.Ходанич Корректор А.Тяско

7591/3

Тираж 594 Подписное ВНШШИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

4