Ультразвуковой датчик для биологических исследований Советский патент 1982 года по МПК G01N29/00 A61B10/00 

t

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в медицине и биологии для определения свойств биологических объектов, таких как плотность, скорость и коэффициент поглощения ультразвука.

По основному авт. св. № 793568 известен ультразвуковой датчик для биологических исследований, содержащий под углом направленный приемно-излучающий преобразователь и угломер, приемно-излучающий преобразователь прикреплен к основанию угломера, выполненному в виде призмы, а к подвижной части угломера при помощи микрометрического устройства перемещения прикреплен рефлектор, являющийся одновременно захватом исследуемого вещестна 1.

Недостатком этого датчика является невозможность измерения плотности мягких тканей, что значительно сужает его функциональные возможности.

Цель изобретения - расщирение функциональных возможностей за счет измерения плотности биологических объектов.

Поставленная цель достигает(я тем, что датчик снабжен дополнительным приемно излучающим пьезопреобразователем, идентичным по акустическим свойствам и размерам основному, установленным на меньшей из параллельных граней призмы неподвижной части угломера таким образом, что точка ввода его колебаний совпадает с точ5 кой ввода колебаний основного пьезопреобразователя.

На чертеже представлена схема ультразвукового датчика в случае измерения продольными волнами.

,jj Датчик содержит приемно-передающий пьезопреобразователь 1, закрепленный на неподвижной части угломера, выполненной в виде трапецеидальной призмы 2 с острым углом at .

К подвижной части 3 угломера при помощи микрометрического устройства 4 перемещения прикреплен рефлектор 5, образующий с неподвижной частью 2 угол и являющийся одновременно захватом исследуемого вещества 6. В исследуемом веществе распространяются продольные вол20 ны 7 и поперечные волны 8. К меньшей из параллельных граней трапецеидальной призмы неподвижной части 2 угломера прикреплен второй идентичный приемно-излучающий пьезопреобразователь 9, излучающий продольные волны 10.

Датчт работает следующим образом.

Высокочастотный импульс напряжения генератора возбужает пьезопреобразователь 1, который излучает акустический импульс в призму 2, имеющую акустический контакт с исследуемым биологическим веществом 6. При наклонном падении продольных ультразвуковых волн на .исследуемое вещество б они преломляются и трансформируются в продольные волны 7 и поперечные волны 8. В случае измерения коэффициента поглощения ультразвука в биологических веществах толщину d слоя исследуемого вещества 6 измеряют при помощи микрометрического устройства 4. При измерении скорости коэффициента поглощения продольных волн угол поворота рефлектора 5 устанавливают равным L, при котором продольные волны 7 отражаются перпендикулярно от рефлектора 5. Отразивщиеся волны возвращаются обратно и принимаются преобразователем 1. В этом случае на выходе пьезопреобразователя 1 получается напряжение Ui. Затем рефлектор 5 перемещают на величину d при неизменном угле fti между рефлектором 5 и неподвижной частью 2 угломера, и выходное напряжение становится равным Uj. Коэффициент поглощения продольных волн L в исследуемом веществе 6 определяют по формуле: tr,.

V Vt.

-Fd

Аналогичным образом определяется коэффициент поглощения поперечных волну. В этом случае угол устанавливается равным , при котором поперечные волны 8 отражаются перпендикулярно от рефлектора 5.

Скорость продольных CL и поперечных С. ультразвуковых волн в биологическом веществе 6 согласно закону Снелиюса рассчитывается по формуле:

с sin L,T

t.T SindL X

где с - скорость продольных волн в материа ле призмы 2.

При измерении плотности дополнительно возбуждается пьезопреобразователь 9, который излучает перпендикулярно границе

раздела исследуемого вещества 6 и трапецеидальной призмы 2 импульс продольных волн 10. Отраженные в обратном направлении волны 10 принимаются пьезопреобразователем 9.

При этом измеряется отнощение напряжений, получаемых на пьезопреобразователе 9 в двух случаях: при наличии ткани 6 и, когда ткань 6 отсутствует. Это отнощение равно коэффициенту v отражения от границы раздела. По измеренным величинам Pi. и V плотность J, исследуемой ткани 6 определяется согласно формуле:

. (i-fViJsinaL -ч

(I-V) Sin/Bi.

где J - плотность материала призмы 2.

Таким образом предлагаемый датчик

для биологических исследований позволяет

провести одновременные измерения нескольких физических параметров (плотности, скорости и поглощения ультразвука) в мягких тканях организма in vivo, являющихся важными показателями при диагнозировании ряда заболеваний, например, раковых, а его конструкция обеспечивает проведение измерений в разнообразных мягких биологических тканях.

Формула изобретения

Ультразвуковой датчик для биологических исследований по авт. св. № 793568, отличающийся тем, что, с целью расщирения функциональных возможностей за счет измерения плотности биологических объектов, он снабжен дополнительным приемноизлучающим пьезопреобразователем, идентичным по акустическим свойствам и размерам основному, установленным на меньшей из параллельных граней призмы неподвижной части угломера таким образом, что

0 точка ввода его колебаний совпадает с точкой ввода колебаний основного пьезопреобразователя.

Источники информации, 45 принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР по заявке № 2689240/25-10, кл. G 01 N 29/04. 1978 (прототип).