Ультразвуковой доплеровский измеритель скорости кровотока Советский патент 1992 года по МПК A61B8/06 G01P5/00 

ё

Изобретение относится к медицинской технике, в частности к аппаратуре измерения скорости потока крови в сосудах. Устройство содержит генератор 1 опорной частоты, генератор 2 зондирующих импульсов, формирователь 3 длительности импульсов, модулятор 4, усилитель 5 и 9, ультразвуковой датчик 6, стробирующую схему 7, фильтр 8 доплеровских частот, смеситель 10, полосовой фильтр 11, генератор 12 стро- бирующих импульсов, анализатор 13 спектра. Полосовой фильтр 11 выполнен в виде двух параллельно соединенных полосовых фильтров, один из которых с полосой пропускания ОТ fc - fd „акс ДО fc - fd мин а ДРУГОЙ С ПОЛОСОЙ Пропускания ОТ fc + fd макс Д° fc +fd мин где fc - опорная частота, a fd - доплеровская частота. 2 ил.

vj CJ N СЬ Ю VI

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к аппаратуре измерения скорости потока крови в сосудах,

Известно применение ультразвуковых колебаний для измерения скорости потока крови в сосудах. В этом случае используется эффект Доплера, в соответствии с которым сигнал, отраженный от движущегося предмета, имеет несущую частоту, отличающуюся от частоты зондирующего сигнала на величину fd:

fd - cosftfc,

О

V - скорость движения предмета;

О- угол между направлением излучения зондирующего импульса и направлением движения предмета;

fc скорость распространения зондирующего импульса (для ультразвука с 1530 м/с).

Так как излучается сигнал с частотой fc, то принимаемтся сигнал с частотой fc + fd. В приемнике выделяется разностная частота, пропорциональная скорости движения предмета Для выделения доплеровской частоты используется типовая схема допле- ровского приемника

Кроме частот fd, определяемых потоком крови, в принимаемом сигнале присутствуют составляющие, обусловленные движением стенок сосуда и движением окружающих тканей. Эти составляющие вносят погрешность в измерение скорости крови и делают затруднительной диагностику.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является ультразвуковой доплеровский измеритель потока крови, содержащий генератор опорной частоты, генератор зондирующих импульсов, формирователь длительности импульсов, модулятор, первый усилитель, ультразвуковой датчик, второй усилитель, смеситель, фильтр нижних частот, селектор, генератор селектирующих импульсов, генератор стробирующих импульсов, стробиру- ющую схему, схему запуска, триггерную схему, временной преобразователь напряжения, переменный фазовращатель, полосовой фильтр и анализатор спектра

Генератор опорной частоты вырабатывает сигнал с частотой fc Эта частота является несущей для радиосигнала, используемого для зондирования. Генератор зондирующих импульсов из синусоидального сигнала с частотой fc вырабатывает импульсный сигнал с периодом Т. Эти импульсы поступают на формирователь длительности импульсов, который формирует требуемую длительность импульса зондирования, В модуляторе производится импульсная модуляция сигнала с частотой fc, первый усилитель усиливает полученный радиоимпульсный сигнал и подает его на передающую часть

ультразвукового датчика, Отраженный от тканей стенок сосудов, окружающих ткани и от крови (эритроцитов), сигнал поступает на приемную часть ультразвукового датчика 6 и через второй усилитель на смеситель. Вы0 хоаной сигнал смесителя фильтруется с помощью фильтра нижних частот и далее через селектор поступает на полосовой фильтр. Выходной сигнал генератора зондирующих импульсов запускает генератор

5 стробирующих импульсов, который вырабатывает стробирующий импульс. Этим импульсом стробируется стробирующая схема, пропускающая во время действия строба выходной сигнал второго усилителя

0 на схему запуска. Схема запуска срабатывает от мощного сигнала от стенки сосуда и выдает импульс на триггерную схему. Так как на входы триггерной схемы поступают зондирующий импульс и импульс от стенки

5 сосуда, то она формирует импульс, длительность которого пропорциональна временному интервалу между этими импульсами. Временной преобразователь напряжения преобразует этот интервал в управляющий

0 сигнал переменного фазовращателя, в котором фаза сигнала с частотой fc изменяется в соответствии с управляющим сигналом. Таким образом, производится фазировка опорного сигнала для смесителя, что позво5 ляет сместить частоту сигнала, отраженного от стенки сосуда в область низких частот (при идеальной фазировке до нулевоймасто- ты) и подавить ее с помощью последующего фильтра нижних частот. Генератором селек0 тирующих импульсов вырабатывается импульс, временное положение которого соответствует положению сигнала отраженного от потока крови.

Однако для правильной работы измери5 теля необходимо сформировать временной интервал между зондирующим сигналом и сигналом от стенки сосуда для управления схемой запуска. Выделение сигнала, отраженного от стенки сосуда на фоне отраже0 ний от окружающей ткани, представляет значительную трудность и практически реализовать эту операцию очень сложно. Сигнал, отраженный от потока крови, и сигналы от стенок сосуда и окружающей ткани во

5 времени часто наложены друг на друга. При этом паразитный сигнал (отражения от стенок и окружающей ткани) по мощности значительно превосходит полезный сигнал (отражения от потока крови). Это приводит к тому, что входной усилитсяь,смеситель и

входные каскады фильтра нижних частот входят в режим ограничения, при котором происходит подавление полезного сигнала паразитным. Эффект подавления делает практически невозможным выделение полезного сигнала и его последующую обработку.

Целью изобретения является повышение достоверности измерения скорости потока крови.

Поставленная цель достигается тем, что в ультразвуковой доплеровский измеритель скорости потока крови, содержащий генератор опорной частоты, генератор зондирующих импульсов, формирователь длительности импульсов, модулятор, первый усилитель,-ультразвуковой датчик, стро- бирующую схему, второй усилитель, смеситель, полосовой фильтр и генератор стробирующих импульсов, в котором выход генератора опорной частоты соединен с входами модулятора, генератора зондирующих импульсов и смесителя, выход генератора зондирующих импульсов соединен с входами формирователя длительности импульсов и генератора стробирующих импульсов, выход генератора стробирующих импульсов соединен с входами стробирую- щей схемы, выход формирователя длительности импульсов соединен с вторым входом модулятора, выход которого соединен с входом первого усилителя, выход первого усилителя соединен с передающей частью ультразвукового датчика, выход второго усилителя соединен со смесителем, выход которого соединен с входом полосового фильтра, введен фильтр доплеровских частот. При этом выход приемной части ультразвукового датчика соединен с входом стробирующей схемы, выход которой соединен с входом фильтрз доплеровских частот, выход фильтра доплеровских частот соединен с входом второго усилителя.

На фиг. 1 приведена частотная характеристика вводного фильтра доплеровских частот; а на фиг. 2 - блок-схема предлагаемого устройства.

Блок-схема содержит генератор 1 опорной частоты, генератор 2 зондирующих импульсов, формирователь 3 длительности импульсов, модулятор 4, первый усилитель 5, ультразвуковой датчик 6, стробирующую схему 7, фильтр 8 доплеровских частот, второй усилитель 9, смеситель 10, полосовой фильтр 11, генератор 12 стробирующих импульсов и анализатор 13 спектра.

Выход генератора 1 соединен с входами модулятора 4, генератора 2 зондирующих импульсов, смесителя 10. Выход генератора

2 зондирующих импульсов соединен с входами формирователя 3 длительности импульсов и генератора 12 стробирующих импульсов , Выход формирователя 3 дли- тельности импульсов соединен с вторым входом модулятора 4, выход которого соединен с входом первого усилителя 5. Выход усилителя 5 соединен с входом передающей части датчика 6. Выход приемной части датчика 6 соединен с входом стробирующей схемы 7, второй вход которой соединен с выходом генератора стробирующих импульсов 12. Выход стробирующей схемы 7 соединен с аходом фильтра 8 доплеровских

частот, выход которого соединен с входом усилителя 9. Выход усилителя 9 соединен с входом смесителя 10. На второй вход смесителя 10 подается выходной сигнал генератора 1. Выход смесителя 10 соединен с входом

полосового фильтра 11, который соединен с анализатором спектра 13.

Принцип действия устройства заключается в том, что сигнал с выхода датчика предварительно фильтруется для выделения из спектра отраженного сигнала спектральных составляющих, обусловленных только потоком крови. Спектральные составляющие сигнала, обусловленные отражениями от стенок и окружающей ткани,

имеют доплеровские частоты существенно меньше, чем спектральные составляющие сигнала, отраженного от потока крови. Это обстоятельство позволяет применить фильтр 8 доплеровских частот с частотной

характеристикой 1 для подавления мешающих (паразитных) сигналов. Учитывая, что доплеровская частота может быть как положительной, так и отрицательной, в зависимости от направления потока крови,

частотная характеристика фильтра должна быть симметрична относительно fc. Величина fd мин определяется доплеровской частотой, обусловленной движением стенок и окружающей ткани. Величина fd макс определяется доплеровской частотой сигнала, отраженного от потока крови с максимальной скоростью.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Генератор 1 вырабатывает сигнал с частотой fc, которая является несущей для радиосигнала, используемого для зондирования. Генератор зондирующих импульсов 2 из сигнала с частотой fc вырабатывает импульсный сигнал с периодом Т. Эти импульсы поступают на формирователь длительности импульсов 3, который формирует требуемую длительность импульса зондирования. В модуляторе 4 производится

амплитудная модуляция поступающего с опорного генератора 1 сигнала.

Выходной усилитель 5 усиливает полученный радиоимпульсный сигнал для подачи его на передающую часть датчика 6. Отраженный сигнал поступает на приемную часть датчика б и далее через стробирую- щую схему 7 на фильтр 8 доплеровских частот. Усиленный с помощью входного усилителя 9 входной сигнал поступает на смеситель 10. Опорным сигналом смесителя 10 является сигнал с частотой генератора 1. На выходе смесителя 10 получается сигнал с частотой, равной частоте Доплера fd. Этот сигнал фильтруется с помощью полосового фильтра 11 и подается далее на анализатор спектра 13 для оценки fd и соответственно скорости анализируемого потока крови.

Таким образом, в предлагаемом измерителе решается задача подавления паразитных отраженных сигналов, что позволяет повысить точность измерения скорости потока крови и облегчить работу пользователя при поиске исследуемого сосуда.

Формула изобретения

Ультразвуковой доплеровский измеритель скорости кровотока, содержащий последовательно соединенные генератор

вд

опорной частоты, генератор зондирующих импульсов, формирователь длительности импульсов, вход которого также подключен к входу генератора стробирующих импульсов, модулятор, второй вход которого подключен к выходу генератора опорной частоты, и первый усилитель, подключенный к передающей части ультразвукового датчика, а также стробирующая схема, первый вход которой соединен с выходом генератора стробирующих импульсов, а также последовательно соединенные второй усилитель, смеситель, полосовой фильтр и анализатор спектра, отличающийся тем.

что, с целью повышения достоверности измерения, в него введен фильтр доплеровских частот, вход которого через стробирующую схему соединен с приемной частью ультразвукового датчика, а выход- с

входом второго усилителя, причем доплеровский фильтр выполнен в виде двух сое- диненных параллельно полосовых фильтров, один из которых - с полосой пропускания ОТ fc -fd макс ДО fc - fd мин «

другой - с полосой пропускания от fc + fd мин До fc + +fd макс где fc - опорная частота, a fd - доплеровская частота.

/i+/nWi /cijjt

max

Л

Фиг.1