Устройство для моделирования эхокардиографических сигналов

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1599882 (gi)g G 09 В 23/28

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21). 4476940/30-14 (22) 08.06,88 (46) 15,10.90. Бюл, Р 38 (71) Харьковский научно-исследовательский институт терапии и Рсесоюзный научно-исследовательский институт химии и технологии лекарственных средств (72) Н,И. Яблучанский, А, R. Камьппан, О.Я, Бабак, Р.Г, Горб, Л,C. Злобинская и R.È. Кирилюк (53) 615.475 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р - 340408, кл. А 6 1 В 5/02, 1970. (54) УСТРОЙСТВО ЛЛЯ ИО/ТЕЛИРОВАНИЯ

ЭХОКАР)ТИОГРАЖР1БСКИХ СИГНАЛОВ (57) Изобретение относится к медицине, в частности к учебным медицинским моделям и может бь1ть использовано для обучения медицинского персонала технике выполнения эхокардиограюических исследований, а также для калибровки эхокардиографов, и позволяет расширить функциональные возможности путем моделирования аритмий и

Изобретение относится к медицине, в частности к учебным медицинским моделям, и может быть использовано для обучения медицинского персонала технике выполнения эхокардиограАических исследований, а также для калибровки эхокардиограф, Цель изобретения — расширение функциональных возможностей устройства путем моделирования аритмий и повышение достоверности.

2 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, Pа половинах мембран 4 и 5 жестко закреплены отражающие элементы 6, расположенные в шахматно-радиальном порядке друг относительно друга и отражающих элементов б на другой мембране. Корпус 1 разде- Ж лен мембранами 4 и 5 на три камеры

1?, крайние из которых сообщены между собой и сильйоном 7. Средняя каме- С ра, имитирующая внутреннюю полость сердца, соединена с другим сильфоном 8. Электронная схема управления позволяет осуществить работу схемы

>ай в различных режимах. 1 з.п.A-лы, Оч

5 ил, Ж

На фиг., t изображена механическая часть; на фиг. ?. — механизм электропривода с электродвигателем, редукторными шестернями и кулачковым механизмом; на фиг. 3 — корпус устройства; на фиг. 4 — схема управления; на фиг. 5 — то же.

Устройство содержит корпус 1, заполненный проводящей ультразвук жидкостью 2, например глицерином, Корпус

1 выполнен в виде цилиндра с акусти1599882 ческим окном 3, Устройство снабжено двумя отражателями ультразвуковых колебаний, имитирующими переднюю стенку сердца и заднюю стенку соответст-, венно и выполненными в виде эластич5 ных 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- 15 ти каждого диска.

Отражательные элементы 6 выполнены из материала, непрозрачного для ,ультразвука УЗ, например порапласта.

Такое расположение отражательных элементов 6 позволяет при локации через акустическое окно 3, не закрывая друг друга, представить четыре основных участка локации: без зхосигналов, с эхосигналом от задней стенки сердца, с эхосигналом от передней и задней стенок; с эхосигналом от передней стенки сердца. датчик эхокардиографа размещается напротив секторов акустического окна

Ф

3 соответственно выбранным участком локации.

С помощью электропровода и кулачкового механизма задается разнонаправленное сжатие-растяжение рабочих

35 сильфонов ? с частотой смены направлений от 20 до 180 в минуту. Такая частота соответствует частоте сердечных сокращений в клинике сердечнососудистой патологии, например от полной внутрижелудочковой блокады до пароксизмальной тахикардии.

Характер движения, заключающегося в разнонаправленном растяжении-сжа45 тии, рабочих сильфонов 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

50 с возможностью управления разнонаправленным растяжением-сжатием рабочих сильфонов 7 и 8. Кулачковый механизм содержит кулачок 11 с пазом.

Корпус 1 разделен эластичнымимем55 браками 4 и 5 на три камеры. Крайние камеры 12 выполнены в виде сосудов, сообщающихся между собой и с рабочим силь@оном 7. Средняя камера 13, имитирующая внутреннюю полость сердца, выполнена в виде сосуда-, сообщающегося с другим рабочим Ьильфоном 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 четырехфазной 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 ?7, узел 28 формирования сигналов положения кулачкового механизма. Устройство работает в двух ре»жмах: без моделирования аритмий сердца (РИТМ") и при моделировании аритмий "APHTM"). Для осуществления режима PHTM" 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 (соответствующий логической единице) на инвертирующем выходе триггера 21

1599882

10 поступает на клапанирующий вход четырехфазного усилителя мощности 27, выполненного, например, по схеме, приведенной на фиг. 4б, и обеспечивает при этом поступление усиленной по мощ5 ности непрерывной четырехАазной последовательности импульсов на обмотки 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 15 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 отражающими ультразвук элементами фиксация осуществляется нажатием кнопки 23 "Останов".

При этом движение ролика 10 вилкообразного толкателя 9 по пазу кулачка 11 заставляет рабочий снльАон 7 сжиматься, а рабочий сильфон Я растягиваться, Г одной стороны каждой из эластичных мембран 4 и 5 с отражате- 30 лями 6 жидкое рабочее тело 2 в камере корпуса сообщающейся со сжимающимися в рассматриваемый момент времени рабочим сильАоном создает повьшгенное давление. С другой стороны указан- ных мембран жидкое рабочее тело в камере корпуса сообщающейся с растягиваемым в то же самое время другим сильАоном создает пониженное давление. 40

Разность давлений, создаваемая жидким рабочим телом в камерах, разделенных мембранами, обеспечивает деАормацию вытягивания эластичных мембран 4 и 5 в сторону с пониженного давления. 45

При этом изменяется расстояние между отражателями 6, укрепленными на мембранах 4 и 5, и датчиком эхокардиограАа (не показан), установленным к акустическому окну 3. При использовании одинаковых рабочих сильфонов 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 сильАона в камеру с повьппающимся давлением, равно количеству 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 Аиксирования рабочих сильфонов в соответствующем положении.

Для осуществления режима моделирования аритмий переключатель 26 устанавливается в положение "АРГуМ", при котором в положении переключателя 26

"APHTY" 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 и, 2п, 4п, 8п осуществляется посредством поворота ротора шагового электродвигателя 14, червячного колеса 15, червяка 10, кулачка 11 соответственно на

1/Я, 1/4, 1/2 и 1 полный оборот.

Выбор моделируемого интервала аритмии осуществляется путем расжатия соответствующей клавиши переключателя 24. Перевод григгера ?1 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.

Задание циклов аритмий осуществляется при помощи счетчика 20 циклов аритмий и узла ?Я Аормирования сигнала положения кулачка, выполненного, например, по схеме приведенной на

Аиг. 4б, и содержащего фотодиодный датчик на элементах Н13.1, У13,1, усилитель-формирователь на элементах

Р13. 1; У13.2; У13.3; 13.5, а также одновибратор на .элементах 513.?-1г13,4;

У13 4; 13.6; 013.1.

Фотодатчик 29 регистоирует совершение кулачком 9 полного оборота в результате отражения светового потока, создаваемого миниатюрной лампой накаливания отражагч ум участком кулачка, При этом изменение потенциала на выходе усилителя-Аормирователя преобразуется одновибратором в импульс за1599882 вершения цикла, который поступает на счетный вход счетяика 20 циклов.

Емкость счетчика 20 циклов обеспечивает моделирование аритмий через

1, 2, 4, 8 "нормальных" циклов, Выбор. моделируемого цикла с заданием аритмий осуществляется нажатием соответствующей клавиши переключателя 25. Перевод триггера управления 2 1 10 в нулевое состояние по сбросовому входу логическим сигналом переполнения счетчика 20 циклов вызывает с одной стороны клапанирование усилителя мощности 27, и, следовательно, прекращение вращения кулачка, а, с другой стороны, — снятие обнуляющего сигнала, на, соответствующем входе счетчика интервалов 19.

Это состояние индуцируется свечением контрольного .светодиода Т6,1 узла индикации 22.

Счетчик интервалов 20 начинает заполняться поступающими на его счетный вход импульсами и при его заполнении 25 вызовет переключение триггера управления 21, что, в свою очередь, приведет к включению шагового электродвигателя .14; обнулению счетчика 19, погасанию светодиода Уб. 1 и последу- 30 ющему повторению всего процесса моделирования аритмии так как это, например, изображено ня временных диаграммах фиг. 5.

Работа механической части устройства осуществляется таким же образом, кяк и при режиме "РИТМ".

Использование предлагаемого устройства по сравнению с известным позволяет расширить функциональные возможности устройства, повысить степень имитации эхокардиографических сигналов, обеспечивает моделирование аритмий сердечных сокращений и создает возможность использования 45 предлагаемого устройства для обучения медицинского персонала, калибровки и для стендовых испытаний эхокардиографов.

Формула изобретения

1. Устройство для моделирования эхокардиографических сигналов,, содержащее корпус, заполненный проводящей ультразвук жидкостью и имеющий акустическое окно, отражатель ультразвуковых колебаний и электроцривод, электрически соединенный со схемой управления, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения достоверности, в него введены соосный с первым второй отражатель ультразвуковых колебаний, два рабочих снльфона и кулачковый механизм, связанный с электроприводом и качающимся вилкообразным толкателем, закрепленным на кулачковом механизме с возможностью управления разнонаправленным растяжениемсжатием рабочих сильфонов, оба отражателя выполнены 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 ня другой мембране, при этом внутреннее пространство корпуса разделено мембранами ня три камеры, крайние из которых сообщены между собой и с одним из рабочих сильфонов, средняя камера связана с другим сильфоном, а мембраны смещены на четверть окружности.

2. Устройство по и, 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с-целью расширения функциональных возможностей путем моделирования аритмий, схема управления включает узел перестряиваемого генератора; формирователь четырехфязной импульсной последовательности, двоичный счетчик интервалов аритмий, двоичный счетчик циклов аритмий, триггер управления, узел индикации, кнопку "Останов", переключатель установки интервалоЬ, переключатель установки циклов, переключатель режимов работы, клапянируемый четырехфазный усилитель мощности, шаговый электродвигатель, узел формирования сигнала положения кулячкового мехянизмя, причем выход узла перестряивяемого 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 четырехфязной импульсной последовательности соединен согласованно по фазе с входами клапянируемого четырехфазного усилителя мощности, неинвертирующий выход триггера управления соединен с клапанируемым вхо9 1599882 1О дом четырехфаэного усилителя мощности, выходы которого соединены согласованно по Лазе с четырехФазным шаговым электродвигателем, инвертиру-. ющий выход триггера управления соединен с входом узла индикации и обнуляющим сбросовым входом счетчика интервалов аритмий, выход узла формирования сигнала положения кулачкового механизма соединен со счетным входом счетчика циклов аритмий, выходы которого 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 которого соединены соответственно с установочным и сбросовым входами тригге ра управления.

A-А

1599882

1599882

Составитель Э, Шумилова

Редактор И. Сегляник Техред М.Дидык Корректор М. Шароши

Закан 3145 Тираж 393 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР .113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

It lt

Производственно-иэдательский комбинат Патент, r Ужгород, ул. Гагарина, 101