Ультразвуковой кардиограф Советский патент 1982 года по МПК A61B10/00 A61B5/02 

(5t) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ КАРДИОГРАФ

Изобретение относится к медицине, а именно к устройствам для исследования состояния сердечной деятельности с применением ультразвуковой энергии. Устройство предназначено для использования в системах медицинского конт°роля за состоянием сердечно-сосудистой системы и в диагностике ее заболеваний. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для ультразвуковой кардиографии, используемое при исследовании функционального состояния сердца, вклю чающее приемо-передающий преобразователь ультразвука, генератор, детектор усилитель высокой частоты, усилитель низкой частоты, интегратор, регистратор и канал электрокардиограммы, состоящий из электродов, усилителя биопотенциалов, формирователя и коммутатора 1 Т Однако оно позволяет определять характеристики движения сердца только по радиальной составляющей скорости .его движения (т.е. по скорости сближения Vj. с объектом) , т. к. допплеровское-смещение частоты в этом устройстве F равно где |V/модуль вектора скорости; - угол между направлением движения и нормалью к поверхности волнового фронта; длина волны ультразвука. Указанное устройство не обеспечивает измерения пространственных характеристик движения структур сердца. Цель изобретения - повышение точности и надежности измерений, а также расширение информативных возможностей ультразвуковой локации сердца путем измерения пространственных характеристик движения структур сердца. Цель достигается тем, что в известное устройство, содержащее высокочастотный генератор, соединённый с приемо-передающим преобразователем, который подключен к Первому каналу, включающему последовательно соединенные первый усилитель высокой частоты, пер.вый детектор и первый усилитель низкой частоты, а также интегратор, регистратор и канал электрокардиограммы, включающий электроды, подключенные к последовательно соединенным усилителю биопотенциалов, формирователю и коммутатору, дополнительно введены три. развязывающих элемента, входы которых соединены с вторым выходом высокочастот-1о ного генератора, второй и третий кана лы, каждый из, которых включает первый и второй приемные преобразователи, под ключенные соответственно к последовательно соединенным второму и третьему усилителям высокой частоты, второму и третьему детекторам, второму и трет ему усилителям низкой частоты, первому и второму частотомерам, первому и второму элементам вычитания и первому и второму элементам возведения в квадрат, последовательно соединенные сумматор, блок вычисления квадрат ного корня и дифференциатор, в первый канал введены последовательно соединенные третий частотомер, делитель напряжения и третий элемент возведения в квадрат, при этом выходы развязывающих элементов соединены с вторыми входами первого, второго и третьего усилителей высокой частоты, первь й вход третьего частотомера соединен с выходом первого усилителя низкой частоты , выход коммутатора подключен к вторым входам первого, второго и третьего частотомеров и первому входу интегратора, второй вход которого соединен с. входом дифференциатора и первым входом регистратора; второй и третий входы которого подключены к выходам интегратора и дифференциатора со ответственно, а входы сумматора соединены с выходами первого, второго и третьего элементов возведения в квадрат. Экспериментально установлено, что достаточный уровень отраженной от кардиоэлементов акустической энергии при нимается не только в радиальном направлении (т. е. не только приемо-передающим преобразователем), но и по двум другим взаимно перпендикулярным пространственным осям (двумя дополнительными приемными преобразователями) Соотношения эффекта Допплера для канала, содержащего приемо-передающий преобразователь, и для двух других каналов, включающих только прием,ные преобразователи, будут.иметь раз97884 ный вид. Для 1-го из них допплеровское смещение частоты R в. соответствии с отмеченным соотношением равно: 2V(/Д,гдe V, проекция вектора скорости движения кардиоструктуры на направление излучения энергии; Xдлина волны ультразвука в среде. Если V2 и V- - проекции вектора скорости движения кардиоструктуры, соответственно, на направления приема второго и третьего канала, то частотные смещения спектров отраженных сигналов по каждому из каналов будут составлять ; F,2VyA, ( F (y,V,)/AJ Отсюда: ) ( T. Абсолютная величина вектора скорости движения кардиоструктур /У/ выразится по значениям ортогональных составляющих вектора, как: /v/ yv/w v|На чертеже изображена электрическая структурная схема ультразвукового кардиографа. Устройство содержит высокочастотный генератор 1, соединенный с приемо-передающим преобразователем 2, который подключен к первому каналу, вклю,чающему последовательно соединенные первый усилитель 3 высокой частоты, первый детектор if и. первый усилитель 5 низкой частоты, а также интегратор 6, регистратор 7 и канал электрокардиограммы, включающий электроды 8, подключенные к последовательно соединенным усилителю 9 биопотенциалов, формирователю 10 и коммутатору 11, а также три развязывающих элемента 12, . 13, 1, входы которых соединены с вторым выходом высокочастотного генератора 1, второй и третий каналы, каждый из которых включает первый 15 и второй 16 приемные преобразователи, подключенные соответственно к последовательно соединенным второму 17 и третьему 18 усилителям высокой частоты, второму 19, и третьему 20 детекторам, второму 21 и третьему 22 усилителям низкой частоты, первому 23 и второму 2k частотомерам, первому 25 и второму 26 элементам вычитания, пер вому 27 и второму 28 элементам возве дения в квадрат, последовательно сое диненные сумматор 29, блок 30 вычисления квадратного корня и дифференци атор 31) в первый канал введены посл довательно соединенные третий частотомер 32, делитель 33 напряжения и третий элемент 3 возведения в квадрат , при этом выходы развязывающих элементов 12, 13, 1 соединены с вторыми входами усилителей 3, 17, 18 высокой частоты, первый вход частотомера 32 соединен с выходом усилителя 5 низкой частоты, выход коммутатора 11 подключен к вторым входам частотомеров 23, 2k, 32 и первому входу интегратора 6, второй вход которого соединен с входом дифференциатора 31 и пер вым входом регистратора 7, второй и третий входы которого подключены к выходам интегратора 6 и дифференциатора 31 соответственно, а входы сумматора 29 соединены с выходами элемен тов 27, 28, З возведения в квадрат, Устройство работает следующим образом. Высокочастотным генератором 1 вырабатываптся электромагнитные колебания; с помощью приемо-передающего преобразователя 2, .установленного в .зоне проекции левого желудочка сердца обследуемого они преобразуются в ультразвуковые волны, которыми осущес твляется локация кардиоструктур. Приемным элементом преобразователя 2, а также приемными преобразователями 15. и 16, установленными в зоне проекции сердца по 3-м взаимно ортогональным осям (в областях проекции верхушки сердца в межреберьи справа у грудины и в яремной вырезке) осуществляется селекция сигналов, отраженных от кардиоэлементов в направлении указанных осей. В приемных трактах каждого из 3-х соответствующих каналов, состоящих из усилителей высокой частоты 3, 17, 18, детекторов 4, 19, 20, усилителей низкой частоты 5, 21, 22, сигналы усиливаются и детектируются, а затем с помощью частотомеров 23, 2k, 32 осуществляется процедура измерения допплеровских сдвигов частоты сигналов по этим каналам. Величины сдвигов пропорциональны проекциям V., V , V вектора скорости/ 7/. Значение напряжения с выхода частотомера 32 1-го канала уменьшается делителем 33 в отношении 1:2, после чего сигнап, соответствующий V , поступает на 1-ый элемент 3k возведения в квадрат, а также на один из входов схем 25 и 2б вычитания 2-го и Зтго каналов, на другие входы которых подаются сигналы, пропорциональные М и Vj соответственно. Уровни сигналов с вы)Ьдов элементов вычитания 25 и 26 преобразуются в элементах 27 и 28 возведения в квадрат. С помощью сумматора 29 осуществля ется сложение сигналов с выходов элементов 27, 28 и 3 возведения в квадрат. В блоке 30 вычисления квадратного корня определяется модуль вектора скорости, а на выходах дифференциатора 31 и интегратора,6 вырабатывают- ся напряжения, пропорциональные соответственно ускорению движения и перемещению кардиоструктурь. Выходные сигналы с. элементов 30, 31 и 6 фиксируются регистратором 7С помощью развязывающих элементов 12, 13 и 1 осуществляется развязка высокочастотных блоков. Канал электрокардиограммы, состоящий из электродов 8, накладываемых на тело обследуемого, усилителя биопотенциалов 9 формирователя 10 и коммутатора 11, соединенного с частотомерами 23, 2k, 32 и интегратором 6, обеспечивает управление работой устройства в ритме сердечных сокращений. В результате обеспечивается измерение .показателей движения сердцапо каждому сердечному циклу. Использование данного кардиографа позволяет определять пространственные характеристики движения кардиоструктур, что обеспечивает расширение информативных возможностей ультразвуковой локализации сердца за счет вычисления векторных характеристик скорости, ускорения и перемещения его элементов; повышение точности измерения истинных значений показателей биомеханики сердечной деятельности посредством учета ортогональных составляющих скоростных параметров движения кардиоструктур; повышение надежности, регистрации параметров кардиодинамики при функциональных пробах с воздействиями на организм посредством существенного увеличения эффективной площади приемной аппаратуры антенной (датчиковой) системы; выявление нап-. 79 равления и степени смещения позиции сердца при изменениях гемодинамики. Формула изобретения Ультразвуковой кардиограф, содержащий высокочастотный генератор, .соединенный с приемо-передаюЩим преобразователем, который подключен к первому каналу, включающему последовательно соединенные первый усилитель высокой частоты, первый детектор и первый усилитель низкой частоты, а также интегратор, регистратор и канал электрокардиограммы, включающий электроды, подключенные к последовательно соединенным усилителю биопртенциалов, формирователю и коммутатору, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и надежности измерений, а также расширения информативных возможностей ультразвуковой локации сердца путем измерения пространственных характеристик движения структур сердца, в него введены три развязывающих элемента, входы которых соединены свторым выходом высокочастотного генератора, второй и третий каналы, каждый из которых включает первый и второй приемные преобразователи, подключенные соответственно к последовательно соединенным второму и третьему усилителям высокой частоты, второму и 2 третьему детекторам, второму и третьему усилителям низкой частоты, первому и втором частотомерам, первому и второму элементам вычитания и первому и второму элементам возведения в квадрат, последовательно соединенные сумматор, блок вычисления квадратного корня ,и дифференциатор, в первый канал введены последовательно соединенные третий частотомер, делитель напряжения и третий элемент возведения в квадрат, при этом выходы разрязывающих элементов соединены с вторыми входами первого, второго и третьего усилителей высокой частоты, первый вход третьего частотомера соединен с выходом первого усилителя низкой частоты, выход коммутатора подключен к вторым входам первого, второго и третьего частотомеров и первому входу интегратора, второй вход которого соединен с входом дифференциатора и первым входом регистратора, второй и третий входы которого подключены к выходам интегратора и дифференциатора соответственно, а входы сумматора соединены с выходами первого, второго и третьего элементов возведения в квадрат. . Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 306833, кл. А 61 В 5/02, 1971.