Устройство многолучевого приема ультразвуковых сигналов

Изобретение относится к области медицинской техники. Устройство многолучевого приема ультразвуковых сигналов содержит формирователь зондирующего луча, датчик, формирователи приемных линий, умножители, линии задержки, сумматоры. После формирования на i-м зондировании четырех приемных лучей Ri,j j=1, 2, 3, 4 с помощью формирователей лучей 3, 4, 5, 6 приемные лучи Ri,1 и Ri,2 умножаются с помощью умножителей 7 и 8 соответственно на значения весовых коэффициентов W2 и W1 и поступают соответственно на сумматор 13 и сумматор 14. На вторые входы сумматора 13 и сумматора 14 подаются умноженные соответственно на коэффициенты W2 и W1 данные приемных лучей Ri-1,3 и Ri-1,4, сформированные на предыдущем i-1-м зондировании. В в результате на выходах сумматора 13 и сумматора 14 формируются первые две линии изображений L3i-4 и L3i-3. Затем данные третьего приемного луча Ri,3 и четвертого приемного луча Ri,4 с выходов умножителя 9 и умножителя 10 поступают соответственно на линию задержки 11 и линию задержки 12, осуществляющие задержку сигнала на такт зондирования, и будут использованы при формировании линий изображений по результатам i+1-го зондирования, а линии задержки 11, 12 представляют собой стандартную оперативную память типа FIFO. Третья линия изображений образуется путем сложения с помощью сумматора 15 второго луча и третьего приемных лучей Ri,2, Ri,3, поступающих соответственно с выхода формирователя приемных линий 4 и с выхода формирователя приемных линий 5. Применение данного изобретения обеспечит высокую частоту кадров при формировании изображения движущихся структур сердца с компенсацией геометрических искажений. 4 ил.

 

Изобретение относится к области медицинского приборостроения, в частности к устройствам для ультразвуковой эхолокации внутренних органов, и может быть использовано в системах медицинской диагностики.

Из существующего уровня техники известно ультразвуковое диаграммо-формирующее устройство (ДФУ) для многолучевого приема ультразвуковых сигналов, выполняющего одновременное формирование L лучей, в состав которого входят N приемных каналов сигналов, на которые поступают эхо-сигналы с N элементов датчика, каждый приемный канал сигналов электрически соединен через индивидуальный аналого-цифровой преобразователь (АЦП) с первичной оперативной памятью типа FIFO (First Input First Output), выход которого соединен с фильтром-интерполятором, выход которого соединен с L модулями оперативной памяти типа FIFO, где L - количество одновременно формируемых приемных лучей, выход каждого модуля оперативной памяти типа FIFO подключен к первому входу сумматора каналов, на второй вход которого поступает сигнал с соседнего канала (см., напр., United States Patent 6,695,783, опубл. 24.02.2004). Устройство многолучевого приема обеспечивает необходимую частоту кадров ультразвукового изображения для больших глубин зондирования за счет одновременного формирования нескольких приемных лучей после каждого излучения. Повышение частоты кадров ультразвукового изображения особенно актуально при исследовании движущихся тканей структур сердца на большой глубине локации.

Недостатком данного технического решения является наличие артефактов в формируемом ультразвуковом изображении из-за геометрических искажений, возникающих вследствие несовпадения зондирующего луча с приемными лучами.

Пространственное смещение относительно друг друга зондирующего луча, формируемого при излучении ультразвука в ткани, и приемных лучей приводит к изгибу и перекосу профиля суммарных лучей на излучение-прием (Tore Gruner Bjastad High frame rate ultrasound using parallel beamforming, Thesis for degree of Philosophy Doctor, Trondheim, 2009). При этом изгиб луча проявляется в том, что суммарный луч на излучение-прием не является прямой линией, а повторяет частично форму зондирующего луча. Перекос луча проявляется в несимметричности профиля луча и разном уровне боковых лепестков, находящихся на одинаковом расстоянии от главного лепестка диаграммы напраленности излучения-прием.

Кроме ухудшения качества полутонового изображения, геометрические искажения, имеющие место при многолучевом приеме, приводят к смещению оценки доплеровской скорости кровотка (см., напр., United States Patent 8,475,380, опубл. 02.07.2013).

Также из уровня техники известен метод синтезированных зондирующих лучей (Synthetic Transmit Beams - STB) (см. Tor. Hergum, Tore. Bjastad, Kjell. Kristoffersen, "Parallerl Beamfroming Using Synthetic Transmit Beams", IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control, vol. 54, no. 2, pp. 271-279, 2007), который позволяет существенно уменьшить уровень артефактов, возникающих при многолучевом приеме, а также известно устройство, которое может реализовать этот метод (см., напр., United States Patent 8,137,172, опубл. 20.03.2012), содержащее формирователи приемных лучей, умножители линии задержки и сумматор.

Устройство, реализующее метод синтезированных зондирующих лучей, выполняет многолучевой прием с перекрытием лучей от последовательных зондирований таким образом, что половина лучей нового зондирования имеют такие же направления, как и лучи предыдущего зондирования. Для уменьшения уровня артефактов в процессе многолучевого приема производится взвешенное когерентное суммирование RF (Radio Frequency) сигналов приемных линий одного направления от последовательных зондирований. На фиг. 1 представлен алгоритм работы метода STB в случае одновременного приема 4-х линий с использованием следующих обозначений:

Ti - излучающий луч i-го зондирования, i=1, 2, …, N, N - число зондирований, используемых для формирования одного кадра изображения;

Ri,j - j-й приемный луч i-го зондирования, j=1, 2, 3, 4;

Lk - линия формируемого изображения, k=1, 2, …, 2N-2.

Перед суммированием приемных лучей соседних зондирований производится взвешивание приемных лучей каждого зондирования с использованием значений: 0.25, 0.75, 0.75, 0.25.

Компенсация возникающих при многолучевом приеме геометричеких искажений методом синтезированных зондирующих лучей проиллюстрирована на фиг. 2. Как видно из фиг. 2, наибольшие геометрические искажения имеют место в области фокуса на излучение, и устранение этих искажений сводится к суммированию приемных линий с из соседних зондирований одного пространственного направления, умноженных на весовые коэффициенты [W1, W2].

Хотя и после каждого зондирования одновременно формируется четыре приемные линии, но из-за перекрытия приемных лучей соседних зондирований формируются только две линии изображения. Соответственно, по сравнению со стандартным однолучевым приемом частота кадров изображения повышается не в четыре раза, а только в два раза.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является увеличение частоты кадров формируемого изображения с компенсацией геометрических искажений в режиме многолучевого приема.

Данная задача решается за счет того, что после формирования на i-м зондировании четырех приемных лучей Ri,j, j=1, 2, 3, 4 с помощью формирователей лучей 3, 4, 5, 6 приемные лучи Ri,1 и Ri,2 умножаются с помощью умножителей 7 и 8 соответственно на значения весовых коэффициентов W2 и W1, и поступают соответственно на сумматор 13 и сумматор 14. На вторые входы сумматора 13 и сумматора 14 подаются умноженные соответственно на коэффициенты W2 и W1 данные приемных лучей Ri-1,3 и Ri-1,4, сформированные на предыдущем i-1-м зондировании. В результате на выходах сумматора 13 и сумматора 14 формируются первые две линии изображений L3i-4 и L3i-3.

Данные третьего приемного луча Ri,3 и четвертого приемного луча Ri,4 с выходов умножителя 9 и умножителя 10 поступают соответственно на линию задержки 11 и линию задержки 12, осуществляющие задержку сигнала на такт зондирования, и будут использованы при формировании линий изображений по результатам i+1-го зондирования. Линии задержки 11, 12 представляют собой стандартную оперативную память типа FIFO.

Третья линия изображений образуется путем сложения с помощью сумматора 15 второго луча и третьего приемных лучей Ri,2, Ri,3, поступающих соответственно с выхода формирователя приемных линий 4 и с выхода формирователя приемных линий 5.

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является обеспечение высокой частоты кадров при формировании изображения движущихся структур сердца с компенсацией геометрических искажений.

Сущность заявленного устройства поясняется чертежами, не охватывающими и, тем более, не ограничивающими объем притязаний по данному решению, а лишь являющимися иллюстрирующими материалами частного случая выполнения устройства. На чертежах изображено:

на фиг. 1 - блок-схема алгоритма STB;

на фиг 2 - компенсация геометрических искажений методом STB;

на фиг. 3 - блок-схема устройства;

на фиг. 4 - блок-схема модифицированного алгоритма STB;

Устройство включает формирователь 1 зондирующего луча, датчик 2, формирователи приемных линий 3-6, умножители 7-10, линии задержки 11, 12, сумматоры 13-15.

Работает устройство следующим образом. Формирователь 1 зондирующего луча формирует задержанные между собой сигналы возбуждения пьезоэлементов датчика 2 в соответствии с установленным фокусом на излучение. Ультразвуковые эхо-сигналы, отраженные от неоднородностей тканей, преобразуются элементами датчика 2 в электрические сигналы и поступают на формирователи приемных линий 3-6. Формирователи приемных линий 3-6 обеспечивают прием ультразвуковых сигналов на основе динамической перестройки системы задержек сигнала для получения максимального латерального разрешения по всей глубине зондирования. Формирование приемных линий с разными пространственными направлениями реализуется за счет использования различных наборов задержек сигнала в формирователях приемных линий 3-6. При этом формирователи приемных линий 3-6 могут строиться по любой из известных схем (см. напр. патент на полезную модель 142201 от 20.05.2014 г.).

Устройство реализует модифицированный метод STB позволяющий обеспечить более высокую частоту кадров ультразвукового изображения, чем стандартный метод STB, описанный выше (см. фиг. 1). На фиг. 4 представлен алгоритм работы модифицированного метода STB при одновременном приеме 4-х линий. Именно режим одновременного приема 4-х линий наиболее широко используется в ультразвуковых эхокардиографах высокого класса (см. напр. Tore Gruner Bjastad High frame rate ultrasound using parallel beamforming, Thesis for degree of Philosophy Doctor, Trondheim, 2009). В отличие от стандартного метода STB модифицированный метод STB обеспечивает в режиме приема 4-х линий одновременное формирование не двух, а трех линий изображений.

В соответствии с алгоритмом, представленным на фиг. 4, после каждого i-го зондирования (i=1, 2, …) одновременно формируются три линии изображения L3i-4, L3i-3, L3i-2 из четырех приемных лучей Ri,j, j=1, 2, 3, 4, с использованием формул:

L3i-4=W2⋅Ri-1,3+W1⋅Ri,1)

L3i-3=W1⋅Ri-1,4+W2⋅Ri,2)

L3i-2=0.5⋅(Ri,2+Ri,3)

После формирования на i-м зондировании четырех приемных лучей Ri,j, j=1, 2, 3, 4 с помощью формирователей лучей 3, 4, 5, 6 приемные лучи Ri,1 и Ri,2 умножаются с помощью умножителей 7 и 8 соответственно на значения весовых коэффициентов W2 и W1 и поступают соответственно на сумматор 13 и сумматор 14. На вторые входы сумматора 13 и сумматора 14 подаются умноженные соответственно на коэффициенты W2 и W1 данные приемных лучей Ri-1,3 и Ri-1,4, сформированные на предыдущем i-1-м зондировании. В результате на выходах сумматора 13 и сумматора 14 формируются первые две линии изображений L3i-4 и L3i-3.

Данные третьего приемного луча Ri,3 и четвертого приемного луча Ri,4 с выходов умножителя 9 и умножителя 10 поступают соответственно на линию задержки 11 и линию задержки 12, осуществляющие задержку сигнала на такт зондирования, и будут использованы при формировании линий изображений по результатам i+1-го зондирования. Линии задержки 11, 12 представляют собой стандартную оперативную память типа FIFO.

Третья линия изображений образуется путем сложения с помощью сумматора 15 второго луча и третьего приемных лучей Ri,2, Ri,3, поступающих соответственно с выхода формирователя приемных линий 4 и с выхода формирователя приемных линий 5.

Применение в системах медицинской диагностики устройства многолучевого приема ультразвуковых сигналов позволит создавать ультразвуковые аппараты для визуализации состояния внутренних органов человека, выполняющие диагностические исследования с получением изображений, обладающих высоким диагностическим качеством за счет достигаемого в настоящем техническом решении результата, заключающегося в повышении частоты кадров формируемого изображения при сохранении низкого уровня геометрических искажений.

Устройство многолучевого приема ультразвуковых сигналов, содержащее формирователь зондирующего луча, датчик, формирователи приемных линий, умножители, линии задержки, сумматоры, отличающееся тем, что после формирования на i-м зондировании четырех приемных лучей Ri,j j=1, 2, 3, 4 с помощью формирователей лучей 3, 4, 5, 6 приемные лучи Ri,1 и Ri,2 умножаются с помощью умножителей 7 и 8 соответственно на значения весовых коэффициентов W2 и W1 и поступают соответственно на сумматор 13 и сумматор 14, на вторые входы сумматора 13 и сумматора 14 подаются умноженные соответственно на коэффициенты W2 и W1 данные приемных лучей Ri-1,3 и Ri-1,4, сформированные на предыдущем i-1-м зондировании, в результате на выходах сумматора 13 и сумматора 14 формируются первые две линии изображений L3i-4 и L3i-3, затем данные третьего приемного луча Ri,3 и четвертого приемного луча Ri,4 с выходов умножителя 9 и умножителя 10 поступают соответственно на линию задержки 11 и линию задержки 12, осуществляющие задержку сигнала на такт зондирования, и будут использованы при формировании линий изображений по результатам i+1-го зондирования, а линии задержки 11, 12 представляют собой стандартную оперативную память типа FIFO, и третья линия изображений образуется путем сложения с помощью сумматора 15 второго луча и третьего приемных лучей Ri,2, Ri,3, поступающих соответственно с выхода формирователя приемных линий 4 и с выхода формирователя приемных линий 5.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к медицине, а именно к дерматологии и клинической иммунологии. У больных определяют клинико-анамнестические и лабораторно-инструментальные критерии диагностики псориатического артрита и присваивают им баллы.

Изобретение относится к медицине и может быть использовано для оценки эффективности лечения детей с болезнью Гоше. Проводят ультразвуковую фиброэластометрию печени и селезенки на аппарате FibroScan, по крайней мере, дважды - до и во время лечения ферментозаместительной терапией.

Изобретение относится к медицине, а именно к акушерству, ультразвуковой диагностике, и может быть использовано при отборе беременных женщин для проведения инвазивной диагностики хромосомных аномалий плода в первом триместре беременности.

Изобретение относится к медицине, а именно к ортопедии и травматологии, и может быть использовано для ранней диагностики асептического некроза головки бедра при транзиторном синовите тазобедренного сустава у детей.

Изобретение относится к медицине, а именно к акушерству. У беременных накануне родов уточняют срок гестации.

Изобретение относится к медицине, а именно к акушерству и может быть использовано для прогнозирования состояния плода на фоне родостимуляции. Определяют расположения плаценты в полости матки с помощью ультразвукового исследования.

Группа изобретений относится к медицине. Зондовое устройство для ультразвуковой диагностической визуализации содержит: блок выполнения соединения, который выполняет процедуру соединения зондового устройства с устройством ультразвуковой визуализации посредством Персональной системы основных служб (PBSS), которая соответствует стандарту WiGig Альянса гигабитной беспроводной связи (WGA); блок формирования кадров, который формирует кадр данных с форматом, подходящим для PBSS, используя эхо-сигнал, принятый посредством преобразователя; блок беспроводной связи, который передает кадр данных на устройство ультразвуковой визуализации, используя сигнальный канал в частотном диапазоне 60 ГГц посредством PBSS.
Изобретение относится к медицине, а именно к косметологии. Выполняют локализацию дефекта с помощью ультразвукового исследования.
Изобретение относится к медицине, в частности анестезиологии и реаниматологии, и может быть использовано для обеспечения внутрисосудистого доступа при оказании пациенту экстренной медицинской помощи.

Изобретение относится к медицине, а именно к диагностике сердечно-сосудистых заболеваний. Во время стандартного ультразвукового исследования сердца и аорты измеряется максимальный диаметр аорты на уровне синусов Вальсальвы и максимальный диаметр тубулярного сегмента восходящего отдела аорты. Затем производят сравнение результатов полученных измерений. Если выявляют, что диаметр тубулярного сегмента восходящего отдела аорты больше диметра аорты на уровне синусов Вальсальвы или равен ему, однако не достигает значений, соответствующих диагнозу «аневризма аорты», выносится заключение о «нарушении конфигурации восходящего отдела аорты». Способ позволяет выполнить раннюю диагностику патологии восходящего отдела аорты с помощью ультразвука. 1 ил.
Изобретение относится к медицине, а именно к хирургии, и может быть использовано для диагностики инфекций области хирургического вмешательства после экстренных операций по поводу острых хирургических заболеваний. Проводят лазерную доплеровскую флуометрию (ЛДФ). Определяют показатель микроциркуляции крови. Измерение проводят на расстоянии не более 1 см от края раны, через каждые 3 см справа и слева по длине раны. Измерение проводят в течение 3 минут в каждой точке на 1, 3, 5-е сутки послеоперационного периода. При показателе перфузии крови выше 11,9 пер.ед диагностируют наличие инфекции области хирургического вмешательства. Способ позволяет на ранней доклинической стадии провести диагностику инфекций области хирургического вмешательства, своевременно скорректировать лечение раневой инфекции, уменьшить сроки пребывания пациента в стационаре за счет проведения ЛДФ и выявления расстройства микроциркуляции в области послеоперационной раны. 3 пр.
Изобретение относится к медицине, а именно к детской кардиологии, педиатрии. Выполняют двухмерное эхокардиографическое исследование миокарда и параллельную регистрацию электрокардиограммы. Выделяют зоны исследования на изображениях левого желудочка в диастолу на уровне его основания и средней трети по короткой оси сердца, полученных из парастернальной позиции. Каждую зону исследования разделяют на нижний, задний, боковой, передний, переднесептальный и септальный сегменты. В каждом из выделенных сегментов основания и средней трети левого желудочка определяют толщину миокарда в области краев и середины и вычисляют усредненный показатель толщины миокарда. При значении вычисленного показателя более 17 мм хотя бы в одном из сегментов основания или средней трети левого желудочка диагностируют систолическую миокардиальную дисфункцию. Способ позволяет обеспечить раннюю, достоверную и точную диагностику указанной патологии; выполнить профилактику осложнений, обусловленных применением МРТ, требующей облучения пациента, использования рентгеноконтрастного препарата, обладающего побочными действиями; расширить диагностические возможности, за счет увеличения контингента обследуемых, имеющих электрокардиостимулятор и/или кардиовертер дефибриллятора. 2 пр.
Изобретение относится к медицине, а именно к педиатрии и кардиологии. Определяют количество экстрасистол (ЭС) с помощью суточного холтеровского мониторирования, величину общего периферического сопротивления сосудов (ОПСС), наличие дополнительных хорд желудочков сердца на ЭхоКГ (ДХЖ). На основании полученных данных рассчитывают Y (фракцию выброса) по оригинальной формуле. При значении Y>62% прогнозируют отсутствие снижения сократительной функции миокарда, а при Y<62% прогнозируют снижение сократительной функции миокарда. Способ позволяет осуществить с высокой степенью надежности прогнозирование изменений сократимости миокарда у детей с ЭС. 1 пр.
Изобретение относится к медицине, а именно к ультразвуковой диагностике, и может быть использовано для диагностики дисплазии соединительной ткани. Проводят ультразвуковое обследование пациента. При выявлении сочетания не менее одной внутрисердечной хорды и перегиба шейки желчного пузыря у пациента выявляется дисплазия соединительной ткани. Способ позволяет достоверно выявить пациентов с дисплазией соединительной ткани за счет определения морфо-функциональных изменений сердечно-сосудистой и пищеварительной систем при проведении ультразвукового исследования. 3 пр.

Изобретение относится к области медицины, а именно к внутренним болезням, и может быть использовано в гастроэнтерологии, терапии, хирургии и лучевой диагностике для диагностики варикозного расширения вен пищевода (ВРВП) у пациентов с внепеченочной обструкцией воротной вены. При отсутствии заболеваний печени, сопровождающихся повышением ее плотности, проводят эластографию селезенки. В положении пациента лежа на животе с максимально заведенной за голову левой рукой находят наиболее удаленную от левой почки область селезенки - между левой задней подмышечной и левой лопаточной линиями в 8-11 межреберьях. Маркируют ее. В маркированной зоне устанавливают трансдуцер. Измеряют плотность селезенки. При получении значения выше 34,4 кПа - точки разделения - устанавливают диагноз ВРВП. Способ обеспечивает раннюю, неинвазивную, точную диагностику ВРВП у пациентов с внепеченочной обструкцией воротной вены. 4 ил., 3 табл., 2 пр.
Наверх