Ультразвуковой томограф

 

УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ТОМОГРАФ, содержащий сканирующий многочастотный датчик, генератор синхросигналов , приемник и блок телевизионной развертки, отличающийся тем, что, с целью получения представления двумерного распределения значений коэффициента затухания ультразвука путем многочастотного обследования , он снабжен аналоговым и цифровым коммутаторами, тремя запоминающими устройствами (ЗУ), микропроцейсором , интерфейсом последова-тельного обмена, дисплеем, аналогоцифровым (А1Ш) и цифроаналоговьш (ЦАП) преобразователями, при этом входы аналогового коммутатора соединены с вь1ходами приемника и генератора синхросигналов, а выход - с информационным входом АЦП, управляющий вход которого соединен -с выходом генератора синхросигналов, информационные выходы АЦП соединены с входами илфрового коммутатора, управляющий вход которого соединен с выходом генератора синхросигналов, а информационные выходы - с информационными входами первого и второго ЗУ, адресные и управляющие входы которых соединены с выходами генерас S тора синхросигналов, а информационные выходы - с входами микропроцессора , управляющий выход которого соединен с генератором синхросигналов , а информационные выходы - с интерфейсом последовательного обмена и с информационными входами третьего ЗУ, информационные выходы кото o рого соединены с входами ЦАП, выход О) которого соединен с блоком телевизионной развертки, при этом информа& .ционные входы интерфейса последовательного обмела соединены с выхода- . iNd ( ми дисплея, а управляющие выходы с блоком телевизионной развертки и генератором синхросигналов, выход которого соединен с управляющим входом интерфейса последовательного обмена.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

А1

ÄÄSUÄÄ 1261629 (д1) 4 А 61 В 10/ОО

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H ABTOPCHGMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3741386/28-14 (22) 21.05 ° 84 (46) 07. 10.86. Бюл. Р 37 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт медицинского приборостроения (72) А.И.Труханов, А.A.×åâíåHêo, В.С.Широков, Ф.Г.Покровский и П.Г.Махотин (53) 615.471(088.8) (56) Патент США М- 4 174635, кл. А 61 В 10!00, 1979.

Ide М. Masuzawa М.; Multiple

freguency tomograws simultaneous"

display ultrasonic diagnostic equipment and spectracolor ultrasonography. — Ultrasound in Med. 1977, V3B, р. 1769-1762. (54)(57) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ТОМОГРАФ, содержащий сканирующий многочастотный датчик, генератор синхросигналов, приемник и блок телевизионной развертки, отличающийся тем, что, с целью получения представления двумерного распределения значений коэффициента затухания ультразвука путем многочастотного обсле- дования, он снабжен аналоговым и цйфровым коммутаторами, тремя sanoминающими устройствами (ЗУ), микропроцессором, интерфейсом последова тельного обмена, дисплеем, аналогоцифровым (АЦП) и цифроаналоговым (ЦАП) преобразователями, при этом входы аналогового коммутатора соединены с выходами приемника и генератора синхросигналов, а выход — с информационным входом АЦП, управляющий вход которого соединен с выходом генератора синхросигналов, информационные выходы АЦП соединены с входами цифрового коммутатора, управляющий вход которого соединен с выходом генератора синхросигналов, а информационные выходы — с информационными входами первого и второго

ЗУ, адресные и управляющие входы которых соединены с выходами генератора синхросигналов, а информационные выходы — с входами микропроцессора, управляющий выход которого соединен с генератором синхросигналов, а информационные выходы — с интерфейсом последовательного обмена и с информационными входами третьего ЗУ, информационные выходы которого соединены с входами ЦАП, выход которого соединен с блоком телевизионной развертки, при этом информационные входы интерфейса последовательного обмена соединены с выходами дисплея, а управляющие выходы— с блоком телевизионной развертки и генератором синхросигналов, выход которого соединен с управляющим входом интерфейса последовательного обмена.

1?61

55

Изобретение относится к медицинской технике и предназначено для проведения ультразвуковых диагностических обследований.

Целью изобретения является получение представления двумерного распределения значений коэффициента затухания ультразвука путем многочастотного обследования.

На фиг ° 1 приведена структурная 10 схема ультразвукового томографа; на фиг. 2 — блок-схема ультразвукового томографа, на фиг. 3 — блок-схема генератора синхросигналов (ГСС), на фиг. 4 — блок †схе телевизионной 15 развертки (БТР); на фиг. 5 — временная диаграмма работы блока ГСС.

Ультразвуковой томограф содержит сканирующий датчик 1 с пьезоэлементами, блок 2 генераторов возбуждения, 20 приемник 3, блок 4 временной регулировки усиления (ВРУ), генератор 5 синхросигналов (ГСС), аналоговый коммутатор 6, цифровой коммутатор 7, аналого-цифровой преобразователь 8 25 (АЦП), первое 9, второе 10 и третье

11 запоминающие устройства (ЗУ), микропроцессор 12, интерфейс 13 последовательного обмена, дисплей 14, цифро-аналоговый преобразователь 15 (ЦАП), телевизионный монитор 16, блок 17 телевизионной развертки (БТР).

ГСС 5 содержит первый генератор

18 тактовой частоты, первый 19 и второй 20 элементы И, элемент НЕ 21, первый 22 и второй 23 триггеры, второй генератор 24 тактовой частоты, делитель 25, третий 26 и четвертый

27 элементы И, первый 2Ф, второй 29, третий 30 и четвертый 31 счетчики, 40 первый 32.и второй 33 адресные формирователи, первый 34 и второй 35 элементы задержки.

БТР 17 содержит формирователь 36 телевизионного синхросигнала (ФТС), 45 пятый элемент И 37, блок 38 передатчиков (БП), третий элемент 39 задержки, эмиттерный повторитель 40.

Ультразвуковой томограф работает следующим образом.

При включении питания микропроцессор 12 формирует сигнал "Сброс", который передается в блок ГСС 5, где выполняет установку в нулевое состояние первого и второго триггеров

22 и 23 и первого, второго, третьего и четвертого счетчиков 28-31. Для запуска устройства на дисплее 14

629 2 формируется код "Начало работы", который через интерфейс 13 передается в микропроцессор 12. Последний при получении данного кода вырабатывает сигнал "Начало записи", который через интерфейс 13 поступает на ГСС 5 и удерживается в единичном состоянии в течение всего процесса записи информации (фиг. 5a), Первый генератор,18 тактовой частоты ГСС 5 формирует последовательность тактовых импульсов с частотой

1-3 кГц для синхронизации работы пьезоэлементов датчика 1, которая пропускается первым элементом И 19 при выставлении сигнала Начало записи . Данная последовательность (фиг. 5б) стробирует работу первых каналов блока 2 генераторов возбуждения, блока 4 временной регулировки усиления, аналогового коммутатора 6 и устанавлИвает в единичное. состояние первый триггер 22 (фиг. 5o). По положительному пер паду импульсов в последовательности первый канал блока 2 генераторов возбуждения возбуждает первый элемент датчика 1, работающий на ультразвуковой частоте f,.

При этом ультразвуковая волна распространяется в исследуемую среду и отраженные от неоднородностей сигналы поступают на пьезоэлемент, где преобразуются в электрические. ГГринятые электрические сигналы, соответствующие частоте излучения f,, усиливаются в первом канале приемника 3 в соответствии с законом усиления, задаваемым первым каналом блока 4 ВРУ, и с выхода приемника 3 подаются на первый вход аналогового с коммутатора 6, который коммутируется на вход АЦП 8, при единичном логическом уровне сигналов тактовой последовательности (фиг. 55) поступающей на аналоговый коммутатор 6 с выхода первого элемента И 19 ГСС 5 (фиг. 3).

Второй генератор 24 тактовой частоты ГСС 5 формирует вторую тактовую последовательность 1-5 МГц (фиг. 5г), на основе которой формируются управляющие сигналы для записи информации в первое 9 или второе 10 ЗУ и управляющие сигналы для чтения информации из третьего ЗУ 11 и вывода ее " на телевизионный монитор 16. Второй элемент И 20 блока ГСС 5 при поступ ленин íà его вход сигнала "Начало

1261629

ГСС 5, Второй триггep 23 ° четвертый элемент И 27, третий 30 и четвертый

31 счетчики, второй элемент 35 задержки выполняют функции, аналогичнhlе функциям первого триггера 22, третьего элемента И 2б, первого 28 и второго 29 счетчиков, первого элемента

34 задержки. . В результате, после сформирования аналогичной последовательности управляющих и информационных сигналов для второго ЗУ lO (фиг. 5к,n, ; ) в :.ем будет записана одна строка информации, соответствующая частоте излуч ния f, . Б данной строке будет содер 2 жаться информация об абсолют|в.!х значениях. амплитуд принятых эха-сигналов при сканировании исследуемого объекта в аксиальпом направлении.

При заполнении первого 9 и второго ЗУ lO ш-строками информации со счетчика 31 ГСС 5 формируется сигнал на вход интерфейса 13 оо скончании процесса записи исходной необработанной информации. Микропроцессор

12 через интерфейс 13 считывает код . "Окончание записи" (шаг 3 общего алгоритма). что свидетельствует о сформировании в первом 9 и гтором 10

ЗУ двумерных массивов информации по абсолютным значениям амплитуд принятых эхо-сигналов, соответствующих одному и тому же сечению исследуемого объекта, но полученных на разных ультразвуковых частотах f u

1 2

Б соответствии с общим алгоритмом работы микропроцессор l2 начинает последовательно, по строкам, считывать информацию поочередно с первого 9 и второго lO Зу и осуществлять для каждой пары строк расчет значе-. ний коэффициента затухания ультразвука с(, на основе расчетного алго-. ритма, записи" от интерфейса 13 пропускает

I вторую тактовую последовательность на вход делителя 25, с выхода которого формируются синхросигналы для

АЦП 8 (фиг. 58). На выходе АЦП 8 фор- 5 мируется последовательность цифровых кодов, соответствующая амплитудным значениям принятых эхо-сигналов, которая поступает на вход цифрового коммутатора 7. Нулевой логический уровень тактового сигнала первого генератора 18 тактовой частоты, поступающего на управляющий вход цифрового коммутатора 7 с выхода элемента

НР 21 ГСС 5 (фиг. 58), коммутирует входной сигнал на информационные входы первого ЗУ 9.

При этом синхросигналы, поступающие с выхода делител.". 25, пропускаются третьим элемен-.ом И 26 ГСС 5, так как на его второй вхоц в данный момент подан единичный логический сигнал с выхода первого триггера 22 (фиг. 5у). С выхода третьего элемента И 26 синхросигналы подаются на рход первого адресного формирователя

32, на выходах которого формируются адресные сигналы для первого ЗУ 9 (фиг. 5и), на управляющий вход первого ЗУ 9 для синхронизации адресов 3D (фиг. 5у) и на вход первого элемента

34 задержки, после прохождения которого формируются синхросигналы, поступающие на управляющий вход (фиг.5н), для записи данных в первое ЗУ 9. По З5 окончании записи элементов, соответствующих одной строке двумерного изображения, формируемого на частоте

f, с выхода первого счетчика 28 формируется сигнал, сбрасывающий первый 4О триггер 22 в нулевое состояние.

Последовательность тактовых импульсов с выхода первого элемента И 19, синхронизирующая работу блоков устройства на частоте f ., инвертируется < элементом НЕ 21 ГСС 5 и служит для синхронизации работы блоков устройства по положительному логическому уровню сигналов при работе на частоте излучения Е (фиг. 56). При этом 50 в датчике 1 возбуждается вторая пьезопластина, в блоке 2 генераторов возбуждения, в приемнике 3, в блоке

4 БРУ, в аналоговом коммутаторе 6 аналогично первым каналам работают 55 вторые каналы, выходы цифрового коммутатора 7 под лючаются к информационным входам второго ЗУ 10 и в

Расчетный алгоритм состоит из следующей последовательности шагов.

Вычисление отношения значений амплитуд сигналов, отраженных от передней и за,".„ней стенок исследуемого слоя при возбуждении датчика на частоте f

„й

Выполнение аналогичной операции для сигналов, полученных при частоте f>.

1261629 (И

1 21

2 с t

2 (. + а а ) а

Вычисление расстояния между перед- ней и задней границами слоя:. где 1 — толщина слоя, с — скорость ультразвука в исследуемой среде, время между приходом первого и вто. рого отраженных сигналов.

Вычисление коэффициента затухания на частоте

Вычисление коэффициента затухания на частоте f а;

Пахождение приведенного значения коэффициента затухания:

Кодировка элементов массива, принадлежащих анализируемому слою„ значениями Ы,.

По значениям с(, -, полученным с . использованием относительных значений амплитуд принятых эхо-сигналов, строится одномерный массив информа" ции, который пересылается по соответ ствующему номеру строки в третье

ЗУ 11.

Считывайие пары строк, расчет значений oL, и пересылка вновь сформированной строки повторяется в итерационном режиме тп раз (для m строк), в результате в третьем ЗУ 11 формируется двумерное распределение количественных значений Ы, соответствующее выбранному сечению исследуемого объекта.

После окончания этого процесса микропроцессор 12 через интерфейс t3 выдает сигнал на БТР t7 о начале чтения информации иэ третьего ЗУ 11 .и воспроизведения ее на экране телевизионного монитора 16. Сигнал от интерфейса 13 поступает на один из входов пятого элемента И 37 БТР 17!

О

35 (фиг. 4) и стробирует прохождение первой тактовой последовательност) от ФТС 36 на первый управляющий вход БП 38, на второй вход которого подается вторая тактовая последовательность непосредственно с второго управляющего выхода блока ФТС 36.

В результате на выходе БП 38 формируются сигналы для чтения информации

ЗУ 11, при этом управляющие сигналы синхронизации адресов, подаваемые на третье ЗУ 11, соответствуют второй тактовой последовательности, формируемой ФТС 36, а управляющие сигналы синхронизации данных подаются с определенной задержкой по отношению к этой тактовой последовательности с выхода третьего элемента 39 задержки, Цифровые коды, считываемые с третьего ЗУ 11, поступают на вход

ЦАП 15, где преобразуются в аналоговый видео-сигнал, подаваемый на один из входов эмиттерного повторителя

40, на второй вход которого подается третья последовательность тактовых импульсов, формируемая ФТС 36. На эмиттерном повторителе 40 выполняется смешивание сигналов, в результате которого на его выходе формируется стандартный телевизионный сигнал, подаваемый на вход телевизионного монитора 16.

Таким образом, ФТС 36 обеспечивает общую синхронизацию процессов чтения информации с третьего ЗУ 11 и воспроизведения ее на экране телевизионного монитора 16.

В результате на экране монитора

t6 воспроизводится информация о двумерном распределении количественных значений коэффициента затухания ультразвука в выбранном сечении исследуемого объекта, не зависящая от начальных условий проведения обследования, которая позволяет оценить не только геометрию и топологию исследуемого объекта, но и получить объективное представление о поглощающих свойствах каждого участка сечения на основе сопоставительного анализа с табличными данными по акустическим параметрам мягких тканей и органов тела человека.

1261629

1 261629

Составитель M.Ïëàñòèíèí

Техред Л.Олейник Корректор М.Шароши

Редактор А.Шандор

Тираж 660 Подписное

BHHHIIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 5285/3

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектiiля,