Устройство для ультразвукового измерения размеров глаза Советский патент 1989 года по МПК A61B8/10 

00 4 ГО

Изобретение относится к ультразвуковой медицинской диагностической аппаратуре в частности к эхоофтальмографии.

Цель изобретения - повышение точности измерения.

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

Устройство содержит ультразвуковой зонд 1, соединенные с ним передатчик 2 и приемник 3, блок 4 стробирования, блок 5 измерения, синхронизатор 6, таймер 7, регистратор 8, блок 9 памяти, блок 10 селекции, блок 11 задания и расчета, блок 12 адаптивного управления, блок 10 селекции содержит первый, второй и третий компараторы 13, 14 и 15, первь й, второй и третий триггеры .46, 17 и 18, сумматор 19 и делитель 20, блок 9 памяти содержит аналого-цифровой преобразователь 21, второй блок 22 памяти, блок 23 сравнения и счетчик 24, блок 11 задания и расчета содержит третий блок 25 памяти, блок 26 вычислений, пульт 27 набора информации и знакогенератор 28.

Устройство работает следующим образом.

При включении устройства синхронизатор 6 вырабатывает импульсы частотой 20 МГц для блока 5 измерения, 10 МГц для блока 9 памяти, 5 МГц и 25 кГц для блока 12 адаптивного управления и 5 МГц для блока 11 задания и расчета, 2,5 кГц для передатчика 2, 25 Гц для блока 5 измерения и блока 10 селекции, а также 2 МГц для таймера 7, снимаемых с соответствующих разрядов счетчиков делителя синхронизатора 6. Импульсы частотой 2,5 кГц со второго выхода синхронизатора 6 обнуляют счетчики 24 блока 12 адаптивного управления и запус-. кают передатчик 2. Передатчик 2 выдает мощный электрический импульс, возбуждающий ультразвуковые колебания в ультразвуковом зонде 1. Ультразвуковой импульс распространяется в водной насадке зонда 1.

При акустическом контакте ультразвукового зонда 1 с исследуемым глазом импульс ультразвуковых колебаний распространяется в глазу прямолинейно со своей постоянной скоростью для каждой структуры глаза, отражаясь от расположенных на его пути структурных неоднородностей, 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 приемника 3, в котором происходит усиление и детектирование принятых эхосигналов. С выхода приемника 3 эхосигналы поступают в блок 4 стробирования, в блок 9 памяти и в блок 10 селекции. Одновременно при включении прибора запускается блок 26 вычислений из состава блока 11 задания и расчета, вы

0

5

0

5

0

5

0

5

полненный на базе микро-ЭВМ, со второго выхода которого по шине программируется три канала таймера 7 на три определенные величины задержки ,5 мкс, ,5 мкс, мкс, которые при тактовой частоте для таймера 7 - 2 мГц соответствуют 5-и, 13-и и 52-м импульсам. Указанные значения импульсов хранятся в программной памяти блока 26 вычислений и выбраны, исходя из среднестатистических размеров глаза и средней скорости распространения ультразвука в глазу. Таймер 7 .запускается по импульсу от первого эхосигнала от роговицы глаза, подаваемому на его второй вход с блока 4 стробирования, и отрабатывает запрограммированные в нем три задержки, формируя на своем выходе стробирующие сигналы. Блок 4 стробирования осуществляет выделение эхосигналов от передней, задней поверхности хрусталика и от сетчатки и формирование по передним фронтам этих эхо- сигналов импульсов, поступающих в блок 12 адаптивного управления и в блок 5 измерения.

Блок 4 стробирования обеспечивает минимальную задержку формируемых импульсов относительно передних фронтов эхосигналов за счет низкого уровня срабатывания его компараторов.

В б.локе 5 измерения осуществляется измерение временных интервалов между эхо- сигналом от роговицы глаза и эхосигналами от последующих структур глаза. Обнуление блока 5 измерения происходит по сигналу от синхронизатора 6, поступающему на второй вход блока 5 измерения с частотой 25 Гц. Поскольку частота следования импульсов для возбуждения передатчиков составляет 2,5 кГц, т. е. в сто раз больше частоты обнуления блока 5 измерения, то блок 5 измерения накапливает результаты измерения временных интервалов за сто зондирующих импульсов.

Одновременно с возбуждением передатчика 2 обнуляются внутренние счетчики блока 12 адаптивного управления импульсов от синхронизатора 6 (фиг. 2 etl). Эти счетчики считают импульсы частотой 5 мГц (фиг. 2 ), поступающие на третий вход блока 12 адаптивного управления, коммутируя при этом младшие восемь разрядов адресов его блока постоянной памяти. С помощью цифро-аналогового преобразователя блока 12 адаптивного управления этот код преобразуется в аналоговый сигнал и с его выхода аналоговый сигнал поступает на управляющий вход приемника 3 (фиг. 2 зИ). В это время ультразвуковой сигнал распространяется по водной задержке зонда 1, в которой затухание ультразвука очень мало, поэтому коэффициент усиления приемника 3 в этот момент невысок и практически не меняется. После прохождения зондирующим импульсом роговицы, эхосигнал от последней (фиг. 2 at2) выделяется в блоке 4 стро- бирования и по нему формируется импульс на первом разряде четырехразрядного выхода (фиг. 2 6/2). Этот сигнал поступает на первый вход блока адаптивного управления 12 на старшие разряды его блока постоянной памяти. При этом формируется изменяющийся код, а после цифро-аналогового преобразования формируются (фиг. 2 3/2) меняющееся напряжение, соответствующее записанному в постоянной памяти закону затухания ультразвука в передней камере глаза. Напряжение на выходе блока 12 адаптивного управления регулирует коэффициент усиления приемника 3, компенсируя уменьшение амплитуды, связанное с затуханием эхосигнала в передней камере независимо от размера последней, т. е. от расстояния между роговицей и хрусталиком.

Следующим эхосигналом, выделяемым в блоке 4 стробирования, является эхосигнал от передней поверхности хрусталика (фиг. 2 atS), По переднему фронту этого эхосигнала формируется импульс на втором разряде четырехразрядного выхода (фиг. 2 ЫЗ). Этот сигнал также поступает на первый вход блока 12 адаптивного управления на старшие разряды постоянной памяти. По адресу, соответствующему этому коду, записан закон регулирования коэффициента усиления приемника 3 для эхосигналов от задней поверхности хрусталика. В результате продолжающегося переключения младщих восьми адресов постоянной внутренней памяти, по формируемому коду после цифро-аналогового преобразования появляется аналоговое управляющее напряжение (фиг. 2 з13). Это напряжение на выходе блока 12 адаптивного управления регулирует коэффициент усиления приемника 3, компенсируя уменьшение амплитуды эхосигналов, связанное с затуханием ультразвука в хрусталике независимо от размера последнего.

После приема эхосигнала от задней поверхности хрусталика (фиг. 2 at4) в блоке 4 стробирования формируется в третем разряде импульс по переднему фронту этого эхо- сигнала (фиг. 2 et4). Этот импульс поступает на первый вход блока 12 адаптивного управления на старшие разряды его постоянной памяти, где записан закон регулирования коэффициента усиления приемника 3 для эхосигналов от сетчатки глаза. Меняющееся на выходе напряжение (фиг. 2 3t4) обеспечивает компенсацию уменьшения амплитуды от затухания в стекловидном теле.

Аналогично, после выделения в блоке 4 стробирования эхосигнала от сетчатки глаза (фиг. 2 atS) и переключения по формированному по его переднему фронту импульсу (фиг. 2 dt5) на выходе блока 12 адаптивного управления формируется напряжение (фиг. 2 3/5), соответствующее постоянному низкому значению коэффициента усиления. Низкое

значение коэффициента усиления приемника 3 сохраняется до приема эхосигналов от роговицы по следующему зондирующему импульсу. При этом весь процесс регулирования коэффициента усиления приемника 3 повторяется.

Сигнал с выхода приемника 3 поступает на объединенные аналоговые входы компараторов 13, 14, 15 блока 10 селекции. При этом формируемые на трехразрядном выходе

таймера 7 стробирующие сигналы поступают на второй вход блока 10 селекции на входы стробирования компараторов.

При совпадении по времени стробирую- щего сигнала на компараторе 13 с моментом

прихода эхосигнала от передней поверхности хрусталика и при достижении амплитудой последнего, уровня Von, равного максимальной амплитуде эхосигналов, включится триггер 16. Сигнал с выхода триггера 16 поступит на первый вход сумматора 19.

0 При совпадении по времени стробирую- щего сигнала на компараторе 14.с моментом прихода эхосигнала от задней поверхности хрусталика и при достижении амплитудой последнего уровня Von, сработает компара5 тор 14 и включится триггер 17. Сигнал с выхода триггера 17 поступит на второй вход сумматора 19.

При совпадении по времени стробирую- щего сигнала на компараторе 15 с моментом прихода эхосигнала от сетчатки глаза и при

0 достижении амплитудой последнего уровня V on сработает компаратор 15 и включится триггер 18. Сигнал с выхода триггера 18 поступит на третий вход сумматора 19.

При наличии на всех трех входах сумматора 19 сигнала он сработает и сформи5 рует импульс управления для счетчиков делителя 20. При возбуждении следующего зондирующего сигнала синхросигнал частотой 2,5 кГц, поступающий на / -БХОДЫ триггеров 16, 17, 18, сбросит их. При приеме эхо- сигналов работа компараторов 13, 14, 15 и триггеров 16, 17, 18 и сумматора 19 повторится. Через сто зондирующих импульсов при условии получения по каждому из них всех трех эхосигналов максимальной амплитуды на выходе делителя 20 сформируется

5 сигнал, поступающий в блок 11 задания и расчета для записи результата измерения и в блок 9 памяти для записи эхограммы. При следующем 101 зондирующем сигнале делитель 20 обнулится по сигналу с четвертого выхода синхронизаторов 6 и весь

0 цикл работы блока 10 селекции повторится. Если, хотя бы при одном из ста зондирующих сигналов амплитуды принимаемых эхосигналов (или хотя бы амплитуда одного из трех эхосигналов) не достигнут уровня V,,,, срабатывания компараторов 34, 15, 13, то сигнал на выходе сумматора 19 не сформируется, что приведет к отсутствию сигнала на выходе делителя 20, т. е. на выходе блока 10 селекции.

0

5

Условием фиксации результата измерения является достижение амплитудами всех эхосигналов максимальной амплитуды по одному зондирующему импульсу, что выполняется только при совмещении оси ультразвукового луча с оптической осью глаза. Сигнал с выхода блока 10 селекции поступает на первый вход блока 11 задания и расчета, а именно на вход записи третьего блока 25 памяти и на вход ТО микро-ЭВМ блока 26 вычисления. По этому сигналу в третьем блоке 25 памяти запоминается результат измерения временных интервалов, поступающий от блока 5 измерения на третий вход блока 11, задания и расчета, а микро-ЭВМ переводится в режим обработки результатов измерения. При этом микро-ЭВМ блока 26 вычислений в соответствии с заложенной программой последовательно подключает каналы измерения с выхода третьего блока 25 памяти и записывает результаты измерения временных интервалов в свою оперативную память и производит расчет размеров структур глаза по формуле:

п,-У, 400

где X, - размер г -й структуры, мм;

п, - двоичное число, считанное из третьего блока 25 памяти, соответствующее/-му временному интервалу, мкс; i - значение скорости ультразвука для /-и структуры, хранимое в памяти микро-ЭВМ блока 26 вычисления, м/с.

Полученные значения выводятся в знакогенератор 28, где эти результаты запоминаются во внутренней памяти и выводится в регистратор и на монитор. Синхронизация знакогенератора 28 осуществляется по сигналам от блока 9 памяти. Тактовая частота 10 МГц, выбранная из условия запоминания и передачи эхосигналов без искажений с щес- того выхода синхронизатора 6, поступает на тактовый вход аналого-цифрового преобразователя 21 и на счетный вход счетчика 24. Принятые эхосигналы с выхода приемника 3 поступают на аналоговый вход аналого- цифрового преобразователя 21, где происходит преобразование амплитуды эхосигналов в шестиразрядный двоичный код по каждому тактовому сигналу. Шестиразрядный двоичный код запоминается во втором блоке 22 памяти. Адреса коммутируются счетчиком 24 Одновременно счетчики 24 делят тактовую частоту 10 МГц до частоты телевизионных строк 15, 625 кГц и кадров - 50 Гц. Частота строк поступает на вход / срочная, а частота кадров на входы / кадровая и имПульс запуска знакогенератора 28.

С младших шести разрядов счетчиков 24 код номера строки поступает на шестиразрядный вход блока 23 сравнения, на другой его шестиразрядный вход поступает сигнал

с выхода второго блока 22 памяти. При совпадении кода номера строки с кодом амплитуды эхосигнала формируется импульс, поступающий на вход регистратора 8 и теле- визионного монитора. В результате сравнения всех кодов строк и кодов амплитуд эхо- сигналов на экране телевизионного монитора регистратора 8 формируется эхограмма в виде гистограммы.

По сигналу с выхода блока 10 селекции, поступающему на второй вход блока 9 на вход записи второго блока 22 памяти, прекращается запись новой информации, т. е. информация «замораживается, что позволяет оператору увидеть те эхосигналы, по которым произведено измерение размеров структур глаза.

В случае несовпадения положения стро- бирующих сигналов с эхосигналами на экране монитора регистратора 8, например, при

сильном отклонении размеров глаз от среднестатистических, оператор с помощью пульта 27 набора информации перемещает стро- бирующие сигналы до совмещения их с эхо- сигналами путем нажатия кнопок «строб «ПК - для передней камеры, «ХР - хрусталик, «ГЛ - для оси глаза, «влево, «вправо. При этом происходит запись от микро-ЭВМ блока 26 вычисленный в таймер 7 нового значения кода числа импульсов, определяющего иную величину временной

задержки стробирующих сигналов. Контролируя по регистратору 8 (экрану телевизионного монитора) положение стробирующих сигналов, оператор может перемещать стро- бирующие сигналы в диапазоне от 0,5 мкс до 40 мкс, что соответствует диапазону автоматического измерения от 0,6 мм до-35 мм, при скорости распространения ультразвука 1560 м/с.

В случае необходимости (например, при различных патологических изменениях в глазу), оператор может с помощью клавиатуры изменить расчетные значения скоростей ультразвука.

Для этого нажимают кнопки «ЗАП, «ПК («ХР, «ГЛ) и набирают четырехзначное значение скорости ультразвука,

например, «1 «5 «6 «5.

Формула изобретения

1. Устройство для ультразвукового измерения размеров глаза, содержащее ультразвуковой зонд, соединенные с ним передатчик и приемник, выход которого через блок стробирования соединен с блоком измерения, синхронизатор, подключенный через блок стробирования к таймеру, и регистратор, отличающееся тем, что, с целью повыщения точности измерения, дополнительно введены параллельно подключенные к выходу блок памяти и блок селекции, выходы которых через блок задания и расчета со

единены с регистратором, второй вход которого соединен с вторым выходом блока памяти, блок адаптивного управления, подключенный к второму входу приемника, а входами - соответственно к второму и третьему выходам синхронизатора и первому выходу блока стробирования, второй вход блока памяти подключен к первому выходу блока селекции , второй и третий выходы которого соединены соответственно с выходом таймера и четвертым выходом синхронизатора, второй вход таймера соединен с вторым выходом блока задания и расчета, третий вход которого соединен с выходом блока измерения, а четвертый - с третьим выходом синхронизатора, второй выход которого соединен с входом передатчика и четвертым входом блока селекции, второй и третий входы блока измерения подключены соответственно к пятому и шестому выходам синхронизатора, шестой выход которого соединен с третьим входом блока памяти, а седьмой - с третьим входом таймера, третий вход блока стробирования подключен к выходу таймера. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок селекции выполнен в виде трех павходы сброса триггеров - четвертыми входами блока селекции, третий вход которого - вход сброса делителя, а первый вход является аналоговыми входами компара- с торов.

3.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок памяти содержит последовательно включенные аналого-цифровой преобразователь, второй блок памяти и блок сравнения, выход которого является вторым выходом

блока памяти, и счетчик, входом подключенный к третьему входу блока памяти и второму входу аналого-цифрового преобразователя, первый вход которого является первым входом блока памяти, второй и третий вы15 ходы счетчика соединены соответственно с вторыми входами блока памяти и блока сравнения, а первый выход счетчика является первым выходом блока памяти.

4.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок задания и расчета включает третий

20 блок памяти, соединенный с блоком вычислений, пульт набора информации и знакогенератор, подключенные к обшей шине блока вычисления, первый и второй входы третьего блока памяти являются соответственно

41 и UjlUt ССч/1СГ 1Л 1 DUi 11 и ,j...v..--оаллельных ветвей последовательно соеди- 25 третьим и первым входами блока задания

..л,, гчоАчю-т о о r i iiisa пгммя fl R.I ЯРТРЯ RTOnhl М

ненных компаратора и триггера, которые через последовательно соединенные сумматор и делитель подключены к первому выходу блока селекции, входы стробирования компараторов являются вторым входом.

и расчета, а общая шина является вторым его выходом, второй и третий входы знакогенератора являются вторым и четвертым входами блока задания и расчета, а выход - первым выходом блока задания и расчета.

входы сброса триггеров - четвертыми входами блока селекции, третий вход которого - вход сброса делителя, а первый вход является аналоговыми входами компара- торов.

3.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок памяти содержит последовательно включенные аналого-цифровой преобразователь, второй блок памяти и блок сравнения, выход которого является вторым выходом

блока памяти, и счетчик, входом подключенный к третьему входу блока памяти и второму входу аналого-цифрового преобразователя, первый вход которого является первым входом блока памяти, второй и третий выходы счетчика соединены соответственно с вторыми входами блока памяти и блока сравнения, а первый выход счетчика является первым выходом блока памяти.

4.Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок задания и расчета включает третий

блок памяти, соединенный с блоком вычислений, пульт набора информации и знакогенератор, подключенные к обшей шине блока вычисления, первый и второй входы третьего блока памяти являются соответственно

-третьим и первым входами блока задания

,, гчоАчю-т о о r i iiisa пгммя fl R.I ЯРТРЯ RTOnhl М

и расчета, а общая шина является вторым его выходом, второй и третий входы знакогенератора являются вторым и четвертым входами блока задания и расчета, а выход - первым выходом блока задания и расчета.

Изобретение относится к ультразвуковой медицинской диагностической аппаратуре в области офтальмографии. Цель изобретения - повышение точности измерения. Устройство содержит ультразвуковой зонд 1, соединенные с ним передатчик 2 и приемник 3, блок 4 стробирования, блок 5 измерения, синхронизатор 6, таймер 7, регистратор 8, блок 9 памяти, блок 10 селекции, включающий компараторы 13-15, соединенные с триггерами 16-18, подключенными к сумматору 19, блок 11 задания и расчета, включающий блок 25 памяти, блок 26 вычислений на микро-ЭВМ, пульт 27 набора информации и знакогенератор 28, и блок 12 адаптивного управления. Устройство обеспечивает автоматический отсчет и вычисление результатов измерения в момент совпадения оси ультразвукового луча с оптической осью глаза, высокую повторяемость результатов измерений. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.