Ультразвуковой измеритель параметров биологических тканей Советский патент 1989 года по МПК A61B8/14 G01S7/62 

3,1512

Изобретение относится к медицине, и медицинской технике и может быть использовано в ультразвуковых устройствах для исследования внутренних

органов человека.

Цель изобретения - повьшение точности и разрешающей способности путем исключения влияния частотной зависимости коэффициента отражения с ростом дальности.

На чертеже изображена структурная схема измерителя..

Измеритель содержит полосовые фильтры 1-3, логарифмические усили- тели 4-6, амплитудные детекторы 7-9, блоки 10 и 11 вычитания, линию 12 задержки, регулируемые усилители J 3- J5, сумматоры J6 и J7, масштабные усилители 18 и 19, интегратор 20, масштабные усилители 21-23.

Устройство обработки сигналов ультразвукового медицинского локатор работает следующим образом.

Входной сигнал S(Z), гдеЕ - даль- ность, поступает одновременно на три канала. Первый канал образован последовательно соединенными регулируемым усилителем 13, полосовым фильтром 1, логарифмическим усилителем 4 и амп- литудным детектором 7, Второй и тре- , тий каналы идентичны первому по структуре и содержат последовательно соединенные блоки 14, 2, 5, 8 и 15, 3, 6, 9 соответственно, Характеристи- ки каналов идентичны и отличаются частотой настройки фильтров 1-3, причем центральные частоты фильтров f

f

: находятся в соотношении

fj

Fr

|3;

fl

На выходе каждого из каналов формируется напряжение, равное lnU(Z, f- ) где ,2,3, а U(Z, ) - ампли- туда принятого сигнала на частоте f ,4, соответствующего дальности Z, Если принять коэффициент передачи масштабного усилителя 18 равным 1/2, то на выходе блока 11 вычитания форми- руется сигнал, равный

1/2 lnU(Z,f,)+lnU(Z,f) - -21nU(Z,fj)- InUCZ+ Z, f,) +lnU(Z+uZ, f j )-21nU(Z+uZ, f 2) J ,

где UZ - время задержки сигнала в

линии 12 задержки. Можно показать, что эта величина пропорциональна параметру затухания

5 0

5 0 5

0

5 Q

5

|9(Z) исследуемого объекта, усредненному на интервале (Z Z+&Z),oДля его нормировки используется масштабный усилитель 19, на выходе которого и формируется параметр затухания /5(Z),

На выходе сумматора 17 формируется сигнал S(Z), пропорциональный коэффициенту отражения исследуемых тканей и равный сумме всех трех составляющих спектра входного сигнала с учетом коэффициентов передачи регулируемых усилителей 13-15.

Для обеспечения высокой разрешающей способности ультразвукового локатора необходимо скомпенсировать завал высокочастотных составляющих в спектре сигнала, вызванный частот- нозависимым характером затухания ультразвука в тканях человека. Достигнуть этого можно следующий образрм. , оценивая затухание ультразвука, в каждой точке дальности., устанавливать-- в каждой точке коэффициент усиления, равный суммарному ослаблению сигнала по всей дальности на данной частоте. Представляя затухание ультразвука в логарифмическом масштабе, можно операцию накопления коэффициента усиления свести к его интегрированию.

Адаптивный спектральный корректор, обеспечивающий компенсацию ослабления отраженного сигнала, обусловленного эффектами частотно-зависимого поглощения ультразвука в биологических тканях, содержит интегратор 20, масштабные усилители 21-23, коэффициенты усиления которых равны 2f; , и регулируемые усилители 13-15, коэффи- циент усиления, которых пропорционален выходному сигналу усилителей 21-23.соответственно В результате при обработке сигналов, отраженных от более удаленных структур, происходит автоматическое выравнивание спектра выходного сигнала S(Z) за счет подъема коэффициента усиления в высокочастотной области спектра, компенсирующее частотную зависимость коэффициента отражения,

I

Таким образом, измеритель обеспечивает измерение величины /5(Z) - параметра коэффициента затухания ультразвука в тканях по всей дальности и формирование величины §(Z) - параметра коэффициента отражения исследуемых структур.

15

Ф ормула изобретения

Ультразвуковой измеритель параметров биологических тканей, содержащий три канала, каждый иэ которых включает последовательно соединенные полосовой фильтр, логарифмический усилитель и амплитудный детектор, последовательно соединенную линию задержки и первый блок вычитания, первый вход которого подключен к входу линии задержки, второй блок вычитания и три масштабных усилителя, отли ающийся тем, что, с целью повьшения точности и разрешающей способности путем исключения влияния частотной зависимости коэффициента отражения с ростом дальности, в него введены три регулируемых усилителя, сигнальные входы которых объединены и являются входом устройства, а выходы соединены с входами полосовых фильтров каналов соответственно, два сумматора, четвертый и пятый масштабные усилители и интег9°

ратор, при этом входы первого сумматора подключены к вьгходам амплитудных детекторов первого и третьего ка- йалов, а его выход соединен с входом четвертого масштабного усилителя и одним из входов второго сумматора, второй вход которого подключен к выходу амплитудного детектора второго

канала и второму входу второго блока вычитания, первый вход которого соединен с выходом четвертого масштабного усилителя, а выход - с первым входом первого блока вычитания, выход

которого через пятый масштабный усилитель соединен с входом интегратора, выход которого подключен одновременно к входам первого, второго и третьего масштабных усилителей, выходы

которых соединены с входами управления первого, второго и третьего регулируемых усилителей соответственно, выход второго сумматора является выходом коэффициента отражения, а вы-

ход пятого масштабного усилителя - выходом параметра затухания.

Ультразвуковой измеритель параметров биологических тканей позволяет повысить точность и разрешающую способность измерения параметров биологических тканей путем исключения влияния частотной зависимости коэффициента отражения ультразвуковой волны с увеличением дальности. Последовательно соединенные регулируемые усилители 13, 14, и 15, полосовые фильтры 1,2 и 3, логарифмические усилители 4,5 и 6 и амплитудные детекторы 7,8 и 9 соответственно образуют три канала, настроенные под верхнюю, среднюю и низшую частоты спектра входного сигнала. После суммирования в сумматорах 16 и 18 на первом выходе образуется сигнал, пропорциональный коэффициенту отражения исследуемых тканей. После обработки выходных сигналов каналов в сумматоре 16, масштабном усилителе 17 с коэффициентом передачи, равным 0,5, блоке 10 вычитания, линии 12 задержки, блоке 11 вычитания и масштабном усилителе 19 на втором выходе образуется сигнал, пропорциональный параметру затухания исследуемых тканей. Интегратор 20 и масштабные усилители 21, 22 и 23 совместно с регулируемыми усилителями 13, 14 и 15 образуют канал обратной связи, автоматически компенсирующий спад уровня отраженного сигнала в области верхних частот, связанный с частотной зависимостью коэффициента отражения и затухания исследуемых тканей. 1 ил.

Составитель А.Фальцман Редактор М.Бланар Техред Л. Сердюкова Корректор Э.Лончакова

Заказ 6017/4

Тираж 643

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное