Способ получения эхограмм внутренних органов человека и устройства для его осуществления Советский патент 1989 года по МПК A61B8/00 

Изобретение относится к ультразвуковой медицинской технике для диагностических исследований в эхокар- диографии, эхоэнцелографии и др.

Цель изобретения - улучшение диагностики состояния биотканей путем повышения точности измерения отражающей способности их границ, обеспечения идентичности эхограмм путем адаптивного управления коэффициентом усиления.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства1, на фиг. 2 - временная диаграмма работы блоков устройства.

Способ реализуется следующим образом.

Для ультразвуковой эхолокации генерируют зондирующие электрические импульсы, преобразуют их в ультразвуковое импульсное излучение, направляют УЗ-излучение в сторону исследуемого органа, принимают отраженное

10

ния 4-го импульса (т.е. на время действия 3-го импульса)J предварительно усиленный третий импульс дополнительно дважды усиливают с коэффициентом усиления, линейно-управляемым напряжением П, Лг, выделяют максимум этого дополнительного усиленного 3-го импульса Uk3M , функционально преобразуют его в напряжение П3 Uf

ft - k3M Л

u

, перемножают запомненное

ранее напряжение П, вновь по- 15 лученное напряжение П, запоминают напряжение П П5 до появления 5-го импульса с целью управления коэффициентами дополнительного усиления 4-го импульса, и так далее. 20 Любой последующий n-й предварительно усиленный импульс два еды дополнительно усиливают, каждый раз с коэффициентом усиления, линейно-управляемым напряжением П,- .-Пп.,

УЗ-излучение, преобразуют его в элек- 25 полученным во время действия преды- трические импульсы, разделяют полу- дущего (п-1)-го импульса, выделяют ченную совокупность электрических импульсов на отдельные временные интервалы (зоны), выбирая отдельную зону для каждого импульса, все отра- 30 в напряжение П„

максимум Икпк этого усиленного сигнала, функционально преобразуют его

U,

пере(1 ) UOM

женные импульсы, независимо от зоны, предварительно усиливают с коэффициентом усиления, обеспечивающим максимальный выходной сигнал UOM в слу(1 ) UOM

множают напряжения П( П2.«При и Пл-й запоминают напряжение П,-Пг

хПг...Ли,- И„ до появления (п+2)-го

чае полного отражения ультразвука от 35 я с ю управления усиленИ- граннцы раздела структур, без затуха- Јм (п+1)го импульса) отображают ви- ния, выделяют максимум напряжения UMM первого, после зондирующего, предварительно усиленного импульса, функционально преобразуют его в на40

пряжение П

U,

-, где Uy созуально и регистрируют графически усиленные импульсы в виде эхограмм.

С помощью этих операций обеспечивается получение компенсированных импульсов (откликов), в которых устранено влияние предшествующих структур , так что напряжение каждого им- ответствует напряжению, обеспечивай- пульса определяется только коэффи- щему единичное дополнительное усиле- циентом отражения от своей границы.

Компенсированные импульсы отображаются визуально и регистрируются графически в вице эхограмм.

ние,запоминают напряжение Пу до появления 3-го импульса (т.е. на время действия 2-го импульса), дополнительно дважды усиливают второй импульс с коэффициентом усиления, линейно-управляемым напряжением П, выбирают максимум иК5м дополнительно дважды усиленного второго импульса, функционально преобразуют его в наU/пряжение Пг

50

перемножают

Устройство для реализации способа получения эхограммы внутренних органов человека содержит последовательно соединенные генератор 1 импульсов, формирователь 2, ультразвуковой (УЗ) 55 преобразователь 3, предусилитель 4, первый усилитель 5, блок 6 отображения и регистратор 7, последователь но соединенные второй усилитель 8, ограничитель 9, пиковый детектор 10,

JOM

напряжения П, и Нг, запоминают напряжение произведения П,- П2 до появле

ния 4-го импульса (т.е. на время действия 3-го импульса)J предварительно усиленный третий импульс дополнительно дважды усиливают с коэффициентом усиления, линейно-управляемым напряжением П, Лг, выделяют максимум этого дополнительного усиленного 3-го импульса Uk3M , функционально преобразуют его в напряжение П3 Uf

ft - k3M Л

u

, перемножают запомненное

ранее напряжение П, вновь по- лученное напряжение П, запоминают напряжение П П5 до появления 5-го импульса с целью управления коэффициентами дополнительного усиления 4-го импульса, и так далее. Любой последующий n-й предварительно усиленный импульс два еды дополнительно усиливают, каждый раз с коэффициентом усиления, линейно-упполученным во время действия преды- дущего (п-1)-го импульса, выделяют в напряжение П„

максимум Икпк этого усиленного сигнала, функционально преобразуют его

U,

пере(1 ) UOM

Устройство для реализации способа получения эхограммы внутренних органов человека содержит последовательно соединенные генератор 1 импульсов, формирователь 2, ультразвуковой (УЗ) преобразователь 3, предусилитель 4, первый усилитель 5, блок 6 отображения и регистратор 7, последователь но соединенные второй усилитель 8, ограничитель 9, пиковый детектор 10,

функциональный преобразователь 11, умножитель 12, первый электронный ключ 13, второй электронный ключ 14 и первый элемент ИЛИ 15, третий электронный ключ 16, четвертый электронный ключ 17, первый конденсатор 18, второй конденсатор 19, последовательно соединенные первый блок 20 задержки, блок 21 сравнения, второй блок 22 задержки и второй элемент ИЛИ 23, последовательно соединенные инвертор 24, пятой электронный ключ 25 и третий элемент ИЛИ 26, триггер 27, четвертый элемент ИЛИ 28, шестой электронный ключ 29.

Устройство для осуществления предлагаемого способа работает следующим образом.

Генератор 1 импульсов вырабатывает 20 формирователем 2 вырабатывается зон- последовательность импульсов (фиг.2а), дирующий импульс (фиг.2б),возбуждаю482669

чи

13 и 16 пене сряжает 1-н и 2-й конденсаторы 18 и 19 до потенциалов, соответствующих единичному усилению. С 1-го конденсатора 18 этот единичный потенциал через откр.ытый 2-й .электронный ключ 14 и 1-й элемент ИЛИ 15 поступает на управляющие входы 1-го и 2-го усилителей 5 и 8, обес10 печивая на каждом из них коэффициент усиления, равный 1, и, соответственно, их общий коэффициент усиления, равный 1. R этом положении схема ожидает прихода первого отраженно15 го импульса. Задний фронт импульса генератора 1 используется для синхронизации разверток блока 6 отображения и визуального контроля и графического регистратора 7, а также по нему

Цель- улучшение диагностики состояния биоткани путем повышения точности измерения отражающей способности их границ. Способ получения ультразвуковых эхограмм внутренних органов обеспечивается управлением усилением каждого N -го импульса таким образом, чтобы коэффициент усиления составил произведение некоторого начального коэффициента усиления на ряд сомножителей, каждый из которых равен обратной величине от квадрата разности между единицей и частным от деления, полученного подобным же образом максимума скомпенсированного выходного сигнала с каждой из предыдущих N- 1 зон на максимальный выходной сигнал. Устройство состоит из генератора 1 и формирователя 2 импульсов, УЗ преобразователя 3, предусилителя 4, первого и второго усилителей 5 и 8, блока 6 отображения и регистратора 7. Функциональный преобразователь 11, умножитель 12 и другие блоки управления, обработки, селекции отраженных импульсов обеспечивают адаптивное управление усилением и графическую регистрацию структуры исследуемой биоткани. 2 п.ф-лы, 2 ил.

которые определяют начало циклов зондирования. На фиг.2 изображен один цикл. Каждый такой импульс приводит устройство в исходное состояние. Под действием этого импульса триггер 27 устанавливается в состояние, когда на его 1-м выходе 1, а на 2-м выходе - О.

Одновременно импульс с выхода генератора 1 импульсов, пройдя последовательно инвертор 24 и 2-й элемент ИЛИ 23, разряжает до нуля пиковый детектор 10, который образует на свое выходе потенциал Пкои 0. В результате этого функциональный преобраз о- ватель 11, осуществляющий преобразование в соответствии с формулой U6j)/)(.

- .- U

1 Уйем

вырабатывает на своем выU,

ходе напряжение 11 , соответствующее единичному коэффициенту передачи первого и второго усилителей 5 и 8 и поступающее на 1-й вход аналогового умножителя 12. Импульс генератора 1, пройдя через инвертор 24, закрывает 5-й электронный ключ 25 и одновременно открывает 6-й электронный ключ 29, через который единичное управляющее напряжение U, с выхода функционального преобразователя 11, пройдя также 3-й элемент ИЛИ 26, поступает на 2-й вход умножителя 12. В результате перемножения единичных напряжений на его выходе образуется потенциал, также соответствующий единичному усилению, который через открытые 1-й и 3-й электронные клю

щий УЗ-преобразователь 3S который посылает ультразвуковой нмпульс в направлении внутренних органов испытуемого. Отраженные от границ между структурами внутренних органов ультразвуковые имлупьсы принимаются З З- преобразователем 3 и преобразуются им в электрический сигнал U№ , который усиливается предусигштелем 4, имеющим коэффициент усиления, обеспечивающий для первого отраженного импульса при коэффициенте отражения ультразвука от границы 1 максимальный выходной сигнал U04 , принятый в приборе при условии отсутствия затухания ультразвука и коэффициентах передачи усилителей 5 и 8, равных 1. Реальный сигнал от первого

отраженного импульса на выходе пред- усилителя 4 и 2-го усилителя 8 составляет некоторую долю от максимального (соответственно первые импульсы на фиг.2в,г). Сигнал с выхода 2-го усилителя 8 поступает на вход ограничителя 9, на выходе которого действуют подрезанные по среднему уровню сигналы (фиг.2д, сплошная линия). Эти сигналы непосредственно поступают на

вход блока 21 сравнения, а так/ке пройдя через 1-й блок 20 задержки, на второй ее вход (пункт.ир на фиг.2д). Блок 21 сравнения вырабатывает положительные импульсы в случае, если

незадержанный сигнал больше задержанного (фиг.2е) и нулевые - в против-, ном случае. Сигнал с выхода ограничителя 9 поступает также на информационный вход пикового детектора 10,

51482669

сигнал UMM с выхода которого (фиг.2к) поступает на функциональный преобразователь 11. При этом через некоторое время после достижения максимума каждого импульса пиковый де(1

го ны

тектор 10 обнуляется действием нулевых полупериодов импульсов фиг.2л), получаемых сложением на 2-м элементе ИЛИ 23 импульсов (фиг.2е) с импульсами, задержанными 2-м блоком 22 задержки. Во время единичных состояний импульсов (фиг.2л) происходит заряд пикового детектора 10. П заднему фронту импульсов (фиг.2л) срабатывает триггер 27, на первом выходе которого действуют импульсы (фиг.2ж), а на втором - инверсные им импульсы (фиг.2и). Преобразован- U,

ный до уровня

1

и.м

IW

функциональ-

ным преобразователем 11 первый отраженный импульс (фиг.2м) поступает на первый вход аналогового умножителя 12, на второй вход которого подается потенциал U, с 1-го конденсатора 18 через открытый 2-й электронный ключ 14, 1-й элемент ИЛИ 15, открытый 5-й электронный ключ 25 и 3-й элемент ИЛИ 26. В результате умножения на единичный .потенциал во время действия первого импульса на выходе умножителя 12 (фиг.2н) появляется импульс, повторяющий форму первого импульса на фиг.2м. Этот импульс через открытый совместным действием импульсов (фиг.2л,ж) 3-й электронный ключ 16 подзаряжает 2-й конденсатор 19 до потенциала, сооти/

ветствующему значению

1

коU

РМ

торый сохраняется до начала 3-го импульса (фиг.2п).

По заднему фронту первого импульса с выхода 2-го элемента ИЛИ 23

(фиг.2л) срабатывает счетный триггер 27, в результате чего на его первом выходе появляется О, а на втором - 1. Открывается 4-й электронный ключ 17 и закрывается 2-й электронный ключ 14. С 2-го конденсатора 19 через открытый 4-й электронный ключ 17, 1-й элемент ИЛИ 15 потенциал с 2-го конденсатора 19 поступает на управляющие входы 1-го и 2-го усилителей 5 и 8, в результате чего они совместно обеспечивают усиление, равное

В таком положении схема

(1 ожидает прихода второго отраженного импульса. Пришедший 2-й отраженный импульс усиливается с общим коэфусиления

К

х

и

(1 -.У, )2

V Von

проходит ограничитель 9, 1-й блок 20 задержки и заставляет сработать блок 21 сравнения, в результате чего обнуление пикового детектора 10 прекращается и на его выходе появляется 2-й импульс (фиг.2к), который преобразуется функциональным преобразователем 11 до потенциала, соответст

U

1 UOM

который поступает

на 1-й вход умножителя 12. На его 2-й вход с 2-го конденсатора 19 через 4-й электронный ключ 17, 1-й элемент ИЛИ 15, 5-й электронный ключ 25 и 3-й эяемент ИЛИ 26 постуи,

пает потенциал

-VMM

Эти потен UOM

циалы перемножаются и через открытый совместным действием импульсов (фиг.2л, и) 1-й электронный ключ 13 подзаряжают 1-й конденсатор 18 до

потенциала. соответствующего

У, и/

1 Ч ч 1 и™

- U«tM

и„«

который сохраняется да начала 4-го отраженного им- пульса (фиг.2р). По достижении мак- . симума 2-го импульса блок 21 сравнения возвращается в исходное состояние, и через время, определяемое 2-м блоком 22 задержки, обнуляется

пиковый детектор 10 (фиг.2л,м).

По

заднему фронту 2-го импульса от 2-го элемента ИЛИ 23 (фиг.2л,ж,и) вновь срабатывает триггер 27, открывая 2-й электронный ключ 14 и закрывая 4-й электронный ключ 17. В результате ка управляющие входы 1-го и 2-го усилителей 5 и 8 поступает потенциал, обеспечивающий их общий коэффициент

1 усиления, равный -

(1 U

К(М

UOM )2

В таком положении схема

(1 -

ожидает прихода 3-го отраженного импульса. Действие схемы для 3-го отраженного импульса подобно ее действию для 1-го отраженного импульса,

-за исключением коэффициента усиления 1 который составляет Kvc-

(1 U,

иои

-)г

Усиленный таким образом

третий импульс подзаряжает 2-й конденсатор 19 до потенциала

U

U,

и,

-) (1 )

(1 --ТРЧ

иом

По

«ЧUOM

заднему фронту 3-го импульса от 2-го элемента ИЛИ 23 (фиг.2л) вновь сра- батыва.ет триггер 27 и подготавливает схему к ожиданию 4-го отраженного импульса, для которого будет установлен коэффициент усиления, равный 1 11

К

УО

(1 - г 11

UDM

(1 - .и. U у

JOMUPMUOM

Действие схемы для 4-го отраженного импульса подобно ее действию для 2-го импульса, за исключением коэффициента усиления.

Действие схемы для .всех нечетных импульсов подобно ее действию для 1-го импульса, а для всех четных - действию для 2-го импульса. Отличие заключается лишь в потенциалах, которые хранят или до которых подзаряжаются конденсаторы 18 и 19, определяющие действующий или подготавливаемый для следующего импульса коэффициент усиления. Для некоторого n-го импульса на управляющих входах усилителей 5 и 8 действует потенциал обеспечивающий коэффициент усиления, равный

1

1

(1 U,

.) о -.

-ikia-42

т, I

UOM

и,

(Л - СП-Иг

II иом

-)2

а во время существования n-го импульса подготавливается для (п-Н)-го импульса потенциал, обеспечивающий его коэффициент усиления, равный

1

1

(1

и

.)2(1 .

(1

Uc

):

С приходом следующего импульса от генератора 1 схема вновь приводится к исходному состоянию и начинается новый цикл.

Скомпенсированные сигналы каждого цикла с выхода ограничителя 9 поступают на информационные входы блока 6 отображения и графического регистратора 7 (сплошная линия на фиг.2д), где отображаются в виде эхограмм.

20 Формула изобретения

5

0

5

0

5

0

где Z.

-Л

1

(1 UOM ):

n 1,2...(j-1) - номера отраженных сигналов

UK™ максимум n-го отраженного сигнала.

5 0 5 о Q

5

дом подключенный к второму входу пикового детектора и к вторым входам первого и третьего электронных ключей, а вторым входом подключен к выходу блока сравнения, последовательно соединенные инвертор, пятый электронный ключ и третий элемент ИЛИ, выходом подключенный к второму входу умножителя, триггер, подключенный через четвертый элемент ИЛИ к второму входу первого электронного ключа, а входом - к выходу генератора импульсов, а другим входом - к выходу второго элемента ИЛИ, третьим входом подключенного к выходу инвертора, Входом подключенного к выходу генератора импульсов, шестой электронный ключ,, выходом подключенный к второму входу третьего элемента ИЛИ, а входом - ,к выходу функционального преобразователя, вторым входом - к выходу генератора импульсов, вторые входы блока отображения и регистратора подключены к выходу ограничителя, второй выход триггера подключен к вторым входам второго и третьего электронных ключей, а первый выход - также к второму входу четвертого электронного ключа,третий вход первого электронного ключа подключен к выходу четвертого элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу генератора импульсов, третий вход третьего электронного ключа подключен к выходу умножителя, вход первого блока задержки подключен к выходу ограничителя, второй вход пятого электронного ключа подключен к выходу первого элемента ИЛИ.

д) J«A-jOla«JL-/L.

к....

/f)

7L7L

fe.2