Устройство для моделирования эхокардиографических сигналов Советский патент 1990 года по МПК G09B23/28 

ческим окном 3. Устройство снабжено двумя отражателями ультразвуковых колебаний, имитирующими переднюю стенку сердца и заднюю стенку соответст-, венно и выполненными в виде эластичных мембран в форме дисков 4 и 5 из материала, проводящего ультразвук, например синтетического каучука, причем толщина мембран 4 .и 5 уменьшает; отсек периферии к центру. На эластичных мембранах 4 и 5 жестко закреплены отражательные элементы 6, расположенные в шахматно-радиальном порядке На двух прилегающих четвертях поверхнос- ти каждого диска.

Отражательные элементы 6 выполне- ны из материала , непрозрачного для -ультразвука УЗ, например порапласта. Такое расположение отражательных эле- ментов 6 позволяет при локации через акустическое окно 3, не закрывая друг друга, представить четыре основных участка локации: без эхосигналов, с эхосигналом от стенки серд- ца, с эхосигнялом от передней и задней стенок; с эхосигналом от передне стенки сердца.

Датчик эхокардиографа размещаетс напротив секторов акустического окна 3 соответственно выбранным участком локации.

С помощью электропровода и кулачкового механизма задается разнонаправленное сжатие-растяжение рабочих сильфонов 7 с частотой смены направлений от 20 до 180 в минуту. Такая частота соответствует частоте сердечных сокращений в клинике сердечно- сосудистой патологии, например от полной внутрижелудочковой блокады до пароксизмальной тахикардии.

Характер движения, заключающегося в разнонап равленном растяжении-сжа- тии, рабочих йильфонов 7 и 8 задается кулачковым механизмом.

Устройство снабжено двумя рабочими сильфонами 7 и 8, кулачковым механизмом качающейся системы с вилкообразным толкателем 9 и его роликом 10 с возможностью управления разнонаправленным растяжением-сжатием рабочих сильфонов 7 и 8. Кулачковый механизм содержит кулачок 11 с пазом.

Корпус 1 разделен эластичными мем бранами 4 и 5 на три камеры. Крайние камеры 12 выполнены в виде сосудов, сообщающихся между собой и с

;.

Q 5

jo 25

,Q

35

д

я

в

50

55

рабочим сильфоном 7. Средняя камера 13, имитирующая внутреннюю полость сердца, выполнена в виде сосуда, сообщающегося с другим рабочим йильфо- ном 8, а также заполнена жидкостью 2, проводящей ультразвук 3, которая во всех камерах выполняет роль рабочего тела.

Устройство снабжено электроприводом, состоящим из шагового электродвигателя 14, зубчатого колеса 15, червяка 16. В комплект устройства входит электронная схема управления, которая содержит узел 17 перестраиваемого генератора, формирователь 18 четы- рехфазной импульсной последовательности, двоичный счетчик интервалов аритмий 19, двоичный счетчик 20, циклов аритмий, триггер управления 21, узел 22 индикации, кнопку 23 Останов , переключатель 24 установки интервалов, переключатель 25 установки циклов, переключатель 26 режимов работы, клапанируемый четырехфазный усилитель мощности 27, узел 28 формирования сигналов положения кулачкового механизма. Устройство работает в двух режимах: без моделирования аритмий сердца (РИТМ) и при моделироваН1-ш аритмий АРИТМ), Для ,ествления режима РИТМ переключатель 10 устанавливается в.соответствующем положении.

При этом однофазная выходная им-, пульсная последовательность, вырабатываемая -узлом 17, выполненного, например, по схеме приведенной на фиг. 4а, поступает через нормально замкнутые контакты кнопки 23 Останов на вход формирователя 18, а также через замкнутые в этом режиме контакты .переключателя 26 на установочный вход триггера 21 управления, переводя его в единичное состояние.

Формирователь 18,выполненный, например, по схеме, приведенной на фиг. 4а, формирует на своих выводах А, Б, В, Г четырехфазную импульсную последовательность со сдвигом на О, 90, 180 и 270° соответственно.

Особенностью схемы предлагаемого формирователя 18 является уменьшение частоты выходных сигналов в четыре раза по сравнению со входом. Постоянно присутствующий в рассматриваемом режиме работы высокий уровень сигнала (соответствуюпсий логической единице) , на инвертирующем выходе триггера 21

поступает на клапанирующий вход че- тырез4фазного усилителя мощности 27 выполненного, например, по схеме, пведенной на фиг. 46, и обеспечивает при этом поступление усиленной по мности непрерывной четырехфазной последовательности импульсов на обмотк Шагового электродвигателя 14.

Управление частотой следования этих управляющих импульсов (а, следовательно, и скоростью вращения ротора шагового двигателя и, в конечном счете - частотой моделируемых сердечных сокращений) осуществляется в узле 17 при помощи переменного резистора 17.1.

При необходимости многократного повторения моделируемого устройства эхосигнала в каком-либо положении эластичных мембран с закрепленными на них oтpaжaJoп ими ультразвук элементами фиксация осуг1ествляется нажатием кнопки 23 Останов.

При этом движение ролика 10 вилкообразного толкателя 9 по пазу кулачка 11 заставляет рабочий сильфон сжиматься, а рабочий сильфон 8 растягиваться. С одной стороны каждой и эластичных мембран 4 и 5 с отражателями 6 жидкое рабочее тело 2 в камере корпуса сообщающейся со сжимающимися в рассматриваемьпт момент времени рабочим сильфоном создает повышенное давление. С другой стороны указа ных мембран жидкое рабочее тело в камере корпуса сообщающейся с растягиваемым в то же самое время другим сильфоном создает пониженное давле- ние.

Разность давлений, создаваемая жидким рабочим телом в камерах, разделенных мембранами, обеспечивает деЛорма- цию вытягивания эластичных мембран 4 и 5 в сторону с пониженного давления. При этом изменяется расстояние между отражателями 6, укрепленными на мембранах 4 и 5, и датчиком эхокардиог- рафа (не показан), установленным к акустическому окну 3. При использовании одинаковых рабочих &ильфонов и обеспечения их одинакового разнонаправленного растяжения - сжатия толкателем 8 кулачкового механизма, происходит пропорциональное изменение объемов камер корпуса; При этом количество рабочего жидкого тела, поступающего из одного сильфона в камеру с повышающимся давлением, равно ко

10

20

25

,, Q

30

45

50

5

личеству жидкого рабочего тела, переходящего из камеры с понижающимся давлением в другой сильфон, что обеспечивает возможность зафиксировать положение эластичной мембраны (стенки сердца) в любом требуемом положении, например, в положении сердце сжато или сердце наполнено наполовину и т.п., путем Ликсирования рабочих сильфонов в соответствующем положении.

Для осуществления режима моделирования аритмий переключатель 26 уста- 5 навливается в положение АРИТМ, при котором в положении переключателя 26 АРИТК поступление на установочный вход триггера 5 импульсов переводящих его в единичное состояние осуществляется через двоичный счетчик 19 интервалов аритмий. Емкость счетчика 19 такова, что появление выходных логических сигналов на его выходах п, 2п, 4п, 8п осутпествляется посредством поворота ротора шагового электродвигателя 14, червячного колеса 15, червяка 10, кулачка 11 соответственно на 1/8, 1/4, 1/2 и 1 полный оборот. Выбор моделируемого интервала аритмии осу1чествляется путем расжатия соответствующей клаяити переключателя 24. Перевод триггера 21 в единичное состояние по установочному входу выходным логическим сигналом переполнения- счетчика интервалов 19 вызывает с одной стороны снятие клапанировки с усилителя мощности 27, а с другой - обнуление счетчика 19 по сбросовому входу.

адание циклоп аритмий осуществляется при помощи счетчика 20 циклов аритмий и узла 28 формирования сигнала положения кулачка, выполненного, например, по схеме приведенной на фиг. 46, и содержащего фотодиодный датчик на элементах Н13.1, У13.1, усилитель-формирователь на элементах Л13.1; У13.2; У13.3; 13.5, а также одновибратор на элементах Д13.2-Л13 4 У13.4; 13.6; С13.1.

Фотодатчик 29 регистоирует совершение кулачком 9 полного оборота в результате отражения светового потока, создаваемого миниатюрной лампой накаливания отражаюпгим участком кулачка. При этом изменение потенциала на выходе усилителя-формирователя преобразуется -одновибратором в импульс завершения цикла, который поступает на счетный вход счетника 20 циклов.

Емкость счетчика 20 циклов обеспечивает моделирование аритмий через 1, 2, А, В нормальных циклов.

Выбор.моделируемого гхикла с заданием аритмий осуществляется нажатием соответствующей клавиши переключателя 25. Перевод триггера управления 21 в нулевое состояние.по сбросовому входу логическим сигналом переполнения счетчика 20 циклов вызывает с одной стороны клапакирование усилителя мощности 27, и, следовательно, прекра- щение вращения кулачка, а, с другой стороны, - снятие обнуляющего сигнала на. соответствующем входе счетчика интервалов 19,

Это состояние индуцируется свече- нием контрольного светодиода Г6,1 узла индикации 22

Счетчик интервалов 20 начинает заполняться поступаюпщми на его счетный вход импульсами и при его заполнении вызoвeт переключение триггера управления 21, что, в свою очередь, приведет к включению шагового электродвигателя. 14, обнулению счетчика 19, погасанию светодиода Уб,1 и последу- ющему повторению всего процесса моделирования аритмии так как это, например, изображено на временных диаграммах фиг. 5,

Работа механической части устрой- ства осуществляется таким же образом как и при режиме РИТМ.

Использование предлагаемого устройства по сравнению с известным позволяет расширить функциональные возможности устройства, повысить степень имитации эхокардиографичес- ких сигналов, обеспечивает моделиро- -.вание аритмий сердечных сокращении и создает возможность использования предпагаемого устройства для обучения меди1щнского персонала, калибровки и для стендовых испытаний эхокард ографов,

Форм у лай 3 обретения

1. Устройство для моделирования эхокардиографических сигналов., содержащее корпус, заполненный проводящей ультразвук жидкостью и имеющий акустическое окно, отражатель ультразву- - ковых колебаний и электропривод, электрически соединенный со схемой

управления, -отличающееся тем, что , с целью повышения достоверности, в него введены соосный с первым второй отражатель ультразвуковых колебаний, два рабочих сильфона и кулачковый механизм, связанный с электроприводом и качающимся вилкообразным толкателем, закрепленным на кулачковом механизме с возможностью управления разнонаправленным растяжением- сжатием рабочих сильфрнов, оба отражателя вьтолнены в виде эластичных мембран дисковой формы из проводящего ультразвук материала с отражающими элементами, жестко закрепленными на половине каждой мембраны-диска в шахматно-радиальном порядке друг относительно друга и отражающих элементов на другой мембране, при этом внутреннее пространство корпуса разделено мембранами на три камеры, крайние из которых сообщены между собой и с одним из рабочих сильфо- нов, средняя камера связана с другим сильфоном,, а мембраны смещены на четверть окружности.

2, Устройство по п. 1, о т л и- ч а ю 1ц е е с. я тем, что, с целью расггирения функциональных возможностей путем моделирования аритмий, схема управления включает узел перестраиваемого генератора,- формирователь четырехфазной импульсной последовательности, двоичный счетчик интевалов аритмий, двоичный счетчик циклов аритмий,, триггер управления, узел индикации, кнопку Останов, переключатель установки интервалов, переключатель установки циклов, переключатель режимов работы, клапани- руемьп ; четырехфазный усилитель мощности, шаговый электродвигатель,узе формирования сигнала положения кулачкового механизма, причем выход узла перестраиваемого генератора соединен с помощью кнопки Останов со счетными входами двоичного счетчика интервалов аритмий, формирователем четырехфазной импульсной последователь-, ности и контактом первой группы входов первого направления переключателя режимов работы, выходы формирователя четырехфазной импульсной последовательности соединен согласованно по фазе с входами клапанируемого четьфехфазного усилителя мощности, неинвертируюп1ий вьгх.од триггера управления соединен с клапанируемым вхдом четьфехфазного усилителя мощности, выходы которого соединены согласованно по Лазе с четырехфазным шаговым электродвигателем, инвертирую ющий выход триггера управления соединен с входом узла индикаи и обнуляющим сбросовым входом счетчика интервалов аритмий, выход узла формирования сигнала положения кулачкового механизма соединен со счетным входом счетчика циклов аритмий, выходы ко- Topoto через переключатель установки

циклов соединены с контактом второй группы входов второго направления переключателя режимов работы, выходы двоичного счетчика интервалов аритмий соединены через переключатель установки интервалов с контактом второй группы входов первого направления переключателя режима работы, выходы первого и второго ..направлений кото рого соеданены соответственно с установочным и сбросовым входами триггера управления.

Изобретение относится к медицине, в частности к учебным медицинским моделям, и может быть использовано для обучения медицинского персонала технике выполнения эхокардиографических исследований, а также для калибровки эхокардиографов, и позволяет расширить функциональные возможности путем моделирования аритмий и повысить достоверность. Корпус 1 заполнен проводящей ультразвук жидкостью, выполнен в виде полого цилиндра с акустическим окном 3 и снабжен двумя рабочими сильфонами 7 и 8, кулачковым механизмом 11 с вилкообразным толкателем 9 с возможностью управления разнонаправленным растяжением - сжатием сильфонов 7 и 8. Оба отражателя выполнены в виде эластичных мембран 4 и 5 из проводящего ультразвук материала. На половинах мембран 4 и 5 жестко закреплены отражающие элементы 6, расположенные в шахматно-радиальном порядке друг относительно друга и отражающих элементов 6 на другой мембране. Корпус 1 разделен мембранами 4 и 5 на три камеры 12, крайние из которых сообщены между собой и сильфоном 7. Средняя камера, имитирующая внутреннюю полость сердца, соединена с другим сильфоном 8. Электронная схема управления позволяет осуществить работу схемы в различных режимах. 1 з.п.ф-лы, 5 ил.

тшт.

/

Фиг. 2

% %%%;% %%%1

Фиг.З

25SB

20

/

1

2

f

ш,

-о

Р

2Х: