Способ компенсации искажений изображений головного мозга и кровотока в его сосудах при транскраниальных ультразвуковых исследованиях

Изобретение относится к ультразвуковой медицинской диагностике и может быть использовано для ультразвукового исследования и оценки состояния головного мозга и его сосудов. Способ компенсации искажений изображений головного мозга и кровотока в его сосудах при транскраниальных ультразвуковых исследованиях включает формирование и преобразование электрических импульсов в зондирующие ультразвуковые сигналы, сканирование ими структур головного мозга посредством приемо-передающего многоэлементного датчика, установленного в одном из окон акустической прозрачности на голове пациента, прием, преобразование отраженных эхо-сигналов и формирование на их основании изображения, при этом на противоположной стороне головы пациента соосно многоэлементному датчику посредством держателя размещают в окне акустической прозрачности, расположенном с противоположной стороны черепа, юстировочный датчик и предварительно проводят юстировку на прием, включающую формирование зондирующих импульсов, излучение их в виде ультразвукового сигнала котировочным датчиком, измерение задержек или сдвигов по фазе принятых сигналов в отдельных элементах многоэлементного датчика и запоминание измеренных сигналов, и/или проводят юстировку на передачу, включающую формирование зондирующих импульсов, поочередное излучение их отдельными элементами многоэлементного датчика, прием зондирующих импульсов от каждого элемента многоэлементного датчика юстировочным датчиком, измерение и запоминание взаимных различий по задержке или сдвигу по фазе принятых юстировочным датчиком сигналов. При этом при юстировке вычисляют искажения фазы или задержки сигналов, вносимые костью черепа, измеренные при юстировке на прием фазы или задержки в каждом элементе многоэлементного датчика или измеренные при юстировке на передачу фазы или задержки сигналов, принятых котировочным датчиком при последовательном излучении зондирующих импульсов каждым элементом многоэлементного датчика, сравнивают с измеренным значением для одного из элементов, выбранным в качестве опорного, после чего измеренные сдвиги по фазе или задержке сигналов относительно опорного элемента сравнивают со значениями этих величин, которые были получены в отсутствие костной ткани, вычисляют различия на основе построения амплитудного и фазового профиля костной ткани черепа в области апертуры сканирующего датчика и вносят их в формирователь ультразвукового луча при передаче и приеме сигналов. Использование изобретения позволяет повысить разрешающую способность и качество получаемого изображения, чтобы обеспечить повышенный уровень достоверности и объективности оценки состояния головного мозга. 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к ультразвуковой медицинской диагностике и может быть использовано в неврологии, нейрохирургии, невропатологии, медицине катастроф, военно-полевой хирургии и неотложной медицине для ультразвукового исследования и оценки состояния головного мозга и его сосудов.

Известны способы и устройства для получения ультразвуковых изображений головного мозга (RU, патенты 2108063, опубл. 10.04.1998; 2125401 опубл. 27.01.1999; 2203622, опубл. 10.08.2002). Общим характерным недостатком известных способов и устройств получения ультразвуковых изображений головного мозга является низкое качество этих изображений, что обусловлено искажениями передающих и принимаемых эхо-сигналов в процессе прохождения через черепную костную ткань.

В известных ультразвуковых диагностических системах при транскраниальных исследованиях головного мозга с использованием многоэлементного приемо-передающего датчика указанный датчик фиксируют на голове пациента на одном из участков, где костная ткань наиболее тонка, чаще всего это височная область, хотя возможна затылочная или другие области. Ультразвуковые сигналы, излучаемые элементами датчика, в процессе прохождения через костную ткань черепа претерпевают помимо существенного затухания, также фазовые сдвиги, или сдвиги по задержке, которые для каждого из элементов датчика различны, что приводит к нарушению фокусировки передающего луча. Эхо-сигналы, получаемые в процессе отражения от структур головного мозга, проходя через ту же костную ткань черепа, получают аналогичные дополнительные искажения, которые вызывают нарушение фокусировки приемной диаграммы, так что в результате ухудшаются продольная, поперечная и толщинная разрешающая способность, что приводит к существенному снижению качества акустического изображения головного мозга и оценки кровотока в его сосудах.

Известен способ и устройство для получения ультразвуковых изображений структур головного мозга (RU, патент 2232547, опубл. 20.07.2004) Данный способ предусматривает использование одного или двух ультразвуковых датчиков и осуществление предварительной калибровки. Для этого каждым элементом датчика в ближней зоне предлагают измерять параметры костной ткани черепа, которые учитывают при формировании диаграммы направленности излучения для облучения заданной области головного мозга и получения его ультразвукового изображения.

Принципиальным недостатком данного способа является невозможность точно измерить параметры кости (локальную толщину кости, локальное затухание и задержку сигналов) вследствие широкой диаграммы направленности каждого элемента датчика, значительная сложность реализации способа, обилие различных последовательно осуществляемых операций, которые не устраняют указанный принципиальный недостаток и, следовательно, не обеспечивают получение высокого качества ультразвукового изображения головного мозга.

Известен способ получения ультразвуковых изображений головного мозга, который реализуется с использованием процедуры юстировки, осуществляемой с помощью дополнительного (юстировочного) датчика с точечной апертурой (RU, патент 2254810, опубл. 27.06.2005). Способ включает формирование и преобразование электрических импульсов в зондирующие ультразвуковые сигналы, сканирование структур головного мозга посредством приемо-передающего многоэлементного датчика, установленного на голове пациента, прием и преобразование в электрические отраженных эхо-сигналов, и формирование по ним изображения, причем на противоположной стороне головы пациента относительно установленного многоэлементного датчика соосно ему размещают дополнительный датчик в виде юстировочного пьезоэлектрического преобразователя с апертурой, близкой к точечной, и предварительно проводят юстировку на прием, включающую формирование зондирующих импульсов, излучение их в виде импульсного ультразвукового сигнала пьезоэлектрическим преобразователем, измерение задержек и сдвигов по фазе принятых сигналов на отдельных элементах приемо-передающего многоэлементного датчика и запоминание их, и юстировку на передачу, включающую формирование зондирующих импульсов, поочередное излучение их отдельными элементами сканирующего приемо-передающего многоэлементного датчика, для каждого из которых были установлены соответствующая задержка и сдвиг по фазе сигнала, замеренные при юстировке на прием, измерение, запоминание взаимных различий по задержке и сдвигу по фазе сигналов, принятых дополнительным котировочным датчиком, и введение их в виде поправок при сканировании структур головного мозга.

В целом указанный способ более эффективен, чем рассмотренные выше способы, однако ему присущи следующие недостатки.

1. Из описания способа неясно, как оцениваются искажения фаз сигналов (или их задержек в случае, если фазовый сдвиг превышает величину 2π) при проведении процедуры юстировки, т.е. с какими значениями сравниваются измеряемые фазы или задержки для определения различий и вычисления необходимых поправок для их компенсации.

2. При малом размере юстировочного датчика волновой фронт его излучения в области апертуры многоэлементного датчика в отсутствие кости черепа аппроксимируется в виде сферической поверхности. Вследствие наличия кости черепа после прохождения через нее сигналов волновой фронт искажается (фиг. 1), что нарушает фокусировку луча, и для оценки искажений фазы (задержки) сигналов требуется точно знать радиус сферы волнового фронта. Из формулы изобретения неясно как оценивается указанный радиус, без знания которого невозможно оценить искажения по задержке сигналов, приходящих в каждый элемент сканирующего многоэлементного датчика.

Результаты, приведенные на фиг. 1, получены заявителем экспериментально при исследованиях in vivo, проведенных на добровольцах; при этом уровень излучаемых ультразвуковых сигналов не превышал допустимых значений, установленных стандартом безопасности ультразвуковых диагностических исследований.

3. Не указано, измеряются ли при юстировке и компенсируются ли при формировании луча на передачу и приеме эхо-сигналов искажения амплитуд сигналов, вносимые костью черепа. Процедура юстировки, описанная в указанном изобретении, обеспечивает фазовую фокусировку в направлении на юстировочный датчик. Однако для полноценной компенсации искажений следует измерять не только вносимые костью черепа искажения фазы (или задержки) сигналов в отдельных элементах датчика, но и различный уровень ослабления амплитуды в этих элементах. Проведенные эксперименты показали, что ослабление амплитуды сигналов, на краях "окна прозрачности" в височной области черепа при апертуре датчика 24 мм приводят к сужению эффективной амплитудной апертурной функции в 3-4 раза (фиг. 1), что влечет за собой увеличение ширины луча соответственно в 3-4 раза и, следовательно, такое же ухудшение поперечной разрешающей способности. Для сохранения требуемой разрешающей способности надо вводить корректировки коэффициентов передачи отдельных каналов, компенсирующие различный характер затухания.

4. Необходимо иметь в виду, что искажения амплитуд и фаз (или задержек), вносимые костью черепа, имеют место в разных направлениях в плоскости апертуры многоэлементного датчика. Поэтому, для эффективного использования метода, в качестве многоэлементного датчика вместо датчика с одномерной решеткой элементов следует применять матричный датчик с двумерной решеткой элементов на апертуре. В матричных датчиках площадь каждого элемента меньше, чем в одномерных, вследствие чего следует повышать требования к уровню сигналов, используемых при юстировке для того, чтобы обеспечить отношение сигнал/шум, необходимое для корректного определения сдвигов по фазе (задержке) и измерения амплитуд, сигналов

5. Апертура юстировочного датчика, близкая к точечной, не обеспечит выполнение юстировочной процедуры из-за недостаточного уровня мощности излучаемых и принимаемых сигналов, и необходимо размер апертуры по возможности увеличить. Неравномерность профиля костной ткани, - основная причиной искажений сигналов, характеризуется величиной пространственного радиуса корреляции акустических неоднородностей костной ткани, который обычно не больше 3 мм. Поэтому в качестве дополнительного юстировочного датчика следует использовать пьезоэлектрический преобразователь с размером апертуры, близким к указанному размеру и, кроме того, увеличить длительность излучаемого сигнала по сравнению с излучаемым в режиме B (режиме получения серошкальных двумерных изображений) с тем, чтобы обеспечить необходимые энергетические требования.

6. В качестве юстировочного датчика возможно использование отдельного элемента или группы рядом расположенных элементов дополнительного датчика, аналогичного основному многоэлементному датчику, предназначенному для сканирования и получения изображений. Применение многоэлементного датчика в качестве дополнительного имеет то преимущество, что появляется возможность переключения его в режим сканирующего. При этом без перемещения датчиков можно обеспечить обзор головного мозга с противоположной стороны черепа с использованием режима юстировки, в котором в качестве дополнительного используется основной сканирующий датчик. Это ускорит и повысит эффективность исследования.

7. Следует уточнить требование о том, как обеспечивается точная фиксация юстировочного датчика в окнах акустической прозрачности на голове пациента: в височных областях, области глаз и затылочной области при исследовании. В процессе исследования головного мозга имеет место проблема, связанная с необходимостью точно фиксировать сканирующий и дополнительный котировочный датчики на голове пациента. Проведенные эксперименты показали, что для успешной процедуры юстировки необходимо фиксировать датчики относительно черепа пациента таким образом, чтобы датчики не изменяли положение вследствие смещения кожного слоя головы при непроизвольных движениях пациента или исследователя. Помимо этого, важно размещать датчики в той части окна акустической прозрачности, в которой имеет место наименьшее затухание. Для этого целесообразно держатель многоэлементного и юстировочного датчиков, обеспечивающий их соосность, следует закрепить совместно с устройством фиксации головы, например, в области подбородка и лба, в сидячем или лежачем положении пациента. Крепление должно обеспечить перемещение держателя для многоэлементного сканирующего и юстировочного датчиков по всем координатам с возможностью установки датчиков на голове пациента в выбранном для исследования положении, при котором по результатам контроля уровня принимаемых при юстировке сигналов обеспечивается их максимальное значение.

8. В процессе сканирования, когда луч необходимо отклонять под определенным углом относительно первоначального положения и перемещать фокус на различные глубины, требуется вводить дополнительные поправки к тем поправкам к амплитудам и сдвигам по фазе (задержке), которые были измерены при юстировке в направлении на котировочный датчик. Эти дополнительные поправки для других направлений излучения и приема вычисляются на основе построения амплитудного и фазового профиля костной ткани черепа в области апертуры сканирующего датчика. Указанный профиль строится с использованием интерполяции по дискретным значениям амплитуд и фазовых сдвигов, измеренных при юстировке в каждом элементе сканирующего датчика.

9. Для свободного манипулирования многоэлементным датчиком так же, как при традиционном транскраниальном исследовании, можно зафиксировать котировочный датчик в одном из окон акустической прозрачности, поместить многоэлементный датчик в окне прозрачности с противоположной стороны головы пациента и измерять угловое положение апертуры датчика в процессе изменения его ориентации с помощью отдельной системы трехмерного позиционирования, аналогичной известным системам позиционирования, используемым для получения трехмерных ультразвуковых изображений при ручном методе получения трехмерных изображений. Измеряемые угловые координаты при этом используются для определения и внесения дополнительных поправок в алгоритм вычисления сдвигов по фазе (задержке) при формировании луча на передачу и прием.

Данное техническое решение принято в качестве ближайшего аналога.

Техническая задача, решаемая посредством разработанного способа, состоит в повышении качества и улучшении информативности получаемых ультразвуковых изображений головного мозга с получением достоверной и объективной оценки состояния головного мозга, что позволяет ускорить и повысить эффективность диагностики.

Технический результат настоящего изобретения состоит в том, что в результате надлежащего выбора параметров датчиков и конструкции устройств перемещения и фиксации датчиков относительно черепа пациента после юстировки на прием и передачу с использованием предлагаемых в изобретении мер обеспечивается получение ультразвукового изображения головного мозга с использованием сканирования через "окна прозрачности" костной ткани черепа и при этом появляется возможность:

- существенно повысить разрешающую способность и качество получаемого изображения;

- обеспечить повышенный уровень достоверности и объективности оценки состояния головного мозга, повысить качество диагностики и обеспечить выбор оптимальной методики лечения пациента,

- ускорить процедуру обследования и обеспечить удобство ее проведения.

Для достижения указанного технического результата предложено использовать разработанный способ компенсации искажений изображений головного мозга и кровотока в его сосудах при транскраниальных ультразвуковых исследованиях. Согласно разработанному способу проводят формирование и преобразование электрических импульсов в зондирующие ультразвуковые сигналы, сканирование структур головного мозга посредством приемо-передающего многоэлементного датчика, устанавливаемого в окнах акустической прозрачности на голове пациента, прием и преобразование отраженных эхо-сигналов в электрические, формирование по ним изображения, причем на противоположной стороне головы пациента относительно многоэлементного датчика соосно ему с использованием держателя размещают дополнительный котировочный датчик также в окне акустической прозрачности, но с противоположной стороны черепа и предварительно проводят юстировку на прием, включающую формирование зондирующих импульсов, излучение их в виде ультразвукового сигнала котировочным датчиком, измерение задержек или сдвигов по фазе принятых сигналов в отдельных элементах многоэлементного датчика и их запоминание.

При юстировке вычисляют искажения фазы (или задержки) сигналов, вносимые костью черепа, для чего измеренные при юстировке фазы (или задержки) в каждом элементе многоэлементного датчика сравнивают со значением в одном из элементов, выбранным в качестве опорного, например, центральным элементом датчика, после чего измеренные сдвиги по фазе (или задержке) сигналов относительно опорного элемента сравнивают со значениями этих величин, которые должны были быть получены в отсутствие костной ткани, и полученные различия используют для внесения поправок в устройство формирования луча ультразвукового прибора с целью компенсации искажений, вносимых костью черепа.

В качестве альтернативы или дополнительно, можно осуществлять юстировку на передачу, включающую формирование зондирующих импульсов, поочередное излучение их отдельными элементами многоэлементного датчика, прием зондирующих импульсов от каждого элемента многоэлементного датчика, котировочным датчиком, измерение и запоминание взаимных различий по задержке или сдвигу по фазе принятых котировочным датчиком сигналов.

Согласно изобретению для вычисления фаз или задержек, которые должны были быть получены в отсутствие костной ткани, в режиме юстировки на прием определяют задержки сигналов, излучаемых котировочным датчиком в области апертуры многоэлементного датчика, для чего измеряют геометрическое расстояние от апертуры юстировочного датчика до опорного (предпочтительно, центрального) элемента многоэлементного датчика и делят на среднее значение скорости звука в мягких тканях 1540 м/с или измеряют время прихода сигнала, излученного котировочным датчиком, в опорный элемент, после чего вычисляют задержки сигнала для других элементов многоэлементного датчика, зная геометрию расположения элементов относительно опорного элемента и полагая форму волнового фронта излучения юстировочного датчика сферической.

Аналогичным образом поступают при юстировке на передачу с той разницей, что для получения значений задержек сигналов в отсутствие кости черепа измеряют время прихода сигнала, излученного опорным элементом и принятым котировочным датчиком.

Согласно изобретению при юстировке измеряют в каждом элементе многоэлементного датчика значения амплитуд и сравнивают с амплитудой в опорном элементе; далее, в предположении, что в отсутствие костной ткани амплитуды должны быть практически равными во всех элементах, вычисляют их отличия, которые используются для внесения компенсационных поправок при формировании луча на передачу и прием эхо-сигналов.

Для повышения эффективности метода в соответствии с изобретением предложено в качестве сканирующего многоэлементного датчика применять матричный датчик с двумерной решеткой пьезоэлектрических преобразователей.

В качестве дополнительного юстировочного датчика согласно изобретению используют одноэлементный пьезоэлектрический преобразователь с размером апертуры элемента несколько меньшим, чем пространственный радиус корреляции акустических неоднородностей костной ткани черепа, а длительность излучаемого им сигнала увеличивают по сравнению с сигналом, излучаемым в режиме B (режиме получения серошкальных двумерных изображений) с тем, чтобы обеспечить достаточно большое отношение сигнал/шум, необходимое для корректных измерений в режиме юстировки.

Вместо одноэлементного юстировочного датчика в соответствии с изобретением используют отдельный элемент или группу рядом расположенных элементов дополнительного датчика, аналогичного основному многоэлементному датчику, с общим размером апертуры группы элементов несколько меньшим, чем пространственный радиус корреляции акустических неоднородностей костной ткани черепа.

Согласно изобретению держатель, обеспечивающий взаимное соосное расположение сканирующего многоэлементного датчика и юстировочного датчика и их перемещение с целью получения контакта с головой пациента, закрепляют совместно с устройством фиксации головы пациента, например, в области подбородка и лба, в сидячем или лежачем положении так, что крепление обеспечивает перемещение держателя для многоэлементного сканирующего и юстировочного датчиков по всем координатам с возможностью установки датчиков на голове пациента в выбранном для исследования положении, при котором по результатам контроля уровня принимаемых при юстировке сигналов обеспечивается их максимальное значение.

В процессе сканирования сформированный луч многоэлементного датчика меняет направление излучения и приема и глубину фокусировки, пересекая костную ткань черепа под углами, отличными от направления на котировочный датчик, поэтому согласно изобретению, для выполнения сканирования вычисляют и вносят в формирователь ультразвукового луча при передаче и приеме сигналов дополнительные поправки на основе амплитудного и фазового профиля костной ткани черепа в области апертуры сканирующего многоэлементного датчика, при этом профиль строят с использованием интерполяции по дискретным значениям амплитуд и сдвигов по фазе (задержке), вычисленных в результате юстировки в каждом элементе сканирующего датчика.

Для свободного манипулирования многоэлементным датчиком так же, как при традиционном транскраниальном исследовании, в соответствии с изобретением предложено фиксировать котировочный датчик в одном из окон акустической прозрачности, помещая многоэлементный датчик в окне прозрачности с противоположной стороны головы пациента, а угловое положение апертуры многоэлементного датчика измерять в процессе изменения его ориентации с использованием отдельной системы трехмерного позиционирования, аналогичной известным системам позиционирования, используемым для получения трехмерных ультразвуковых изображений при ручном методе получения трехмерных изображений. Измеряемые угловые координаты при этом используются для внесения дополнительных поправок в алгоритм вычисления сдвигов по фазе (задержке) при формировании луча на передачу и прием.

Сущность настоящего изобретения поясняется примером реализации патентуемого способа получения ультразвуковых изображений и чертежами, на которых представлены:

фиг. 1 - результаты экспериментального исследования искажений амплитуд (вверху) и фаз (внизу) сигналов на апертуре многоэлементного датчика вследствие влияния костной ткани черепа в височной области пациента (пунктиром изображены кривые, соответствующие фокусировке на котировочный датчик в отсутствие костной ткани, пунктирная кривая амплитуды дана с учетом аподизации - способа, применяемого для подавления боковых лепестков ультразвукового луча);

фиг. 2 - блок-схема варианта устройства для реализации разработанного способа;

фиг. 3 - вариант исполнения держателя датчиков, конструктивно объединенного с устройством фиксации головы сидящего пациента, обеспечивающего перемещение датчиков при соблюдении их соосности;

фиг. 4 - вариант фиксации юстировочного датчика при лежачем положении пациента и свободном манипулировании многоэлементным датчиком при использовании системы углового позиционирования многоэлементным датчиком в височной области.

Разработанный способ получения ультразвуковых изображений головного мозга осуществляют с использованием устройства, которое содержит (фиг. 2) многоэлементный сканирующий датчик 1 и котировочный датчик 2, смонтированные на держателе 3, который фиксирует на голове пациента соосное положение обоих датчиков 1 и 2. Держатель соединен с устройством, которое обеспечивает возможность перемещения по всем координатам с фиксацией на голове пациента в нужном для исследования положении.

В качестве многоэлементного сканирующего датчика 1 может быть использован фазированный секторный датчик, применяемый для транскраниальных исследований в серийно выпускаемых ультразвуковых диагностических приборах. В качестве юстировочного датчика 2 может быть применен одноэлементный пьезоэлектрический датчик или многоэлементный датчик, аналогичный сканирующему датчику 1.

Многоэлементный сканирующий датчик 1 соединен многожильным кабелем с формирователем луча 4, который многоканальным выходом подключен к многоканальному входу приемопередатчика электрических сигналов 5, который соединен с котировочным датчиком 2, а своим многоканальным выходом подключен к многоканальному входу формирователя луча 4, выход которого соединен с входом контроллера 6. Многоканальные выходы контроллера 6 подключены соответственно к многоканальному входу формирователя луча 4, многоканальному входу приемопередатчика электрических сигналов 5 и многоканальному входу блока обработки, преобразования и запоминания сигналов 7, многоканальный вход которого подключен к многоканальному выходу приемопередатчика электрических сигналов 5. Выход блока обработки, преобразования и запоминания сигналов 7 подключен к входу дисплея 8.

Формирователь луча 4 предназначен для установки необходимых задержек передающих сигналов, поступающих в многоэлементный датчик 1 от приемопередатчика 5 и задержек сигналов, принимаемых датчиком 1, с целью фокусировки луча на передачу и прием, а также для осуществления поворота ультразвукового луча в процессе сканирования. Формирователь луча 4 включает в себя предусилители сигналов, принимаемых многоэлементным датчиком 1, построен по цифровой схеме и подобен формирователям луча, используемым в серийных ультразвуковых приборах с фазовым сканированием. Отличие от известных формирователей луча в предлагаемом устройстве состоит в том, что в каналах, соответствующих отдельным элементам приемо-передающего датчика 1, вводятся корректировки усиления и дополнительные задержки, компенсирующие влияние кости черепа и определяемые в формирователе луча 4 в процессе юстировки путем излучения или приема сигналов котировочным датчиком 2. Для этого на выходе предусилителей, имеющихся в каждом из каналов формирователя луча 4, соответствующих элементам многоэлементного сканирующего датчика 1, имеются схемы обнаружения импульсов, излученных дополнительным датчиком 2, а также измерители амплитуд и временного положения переднего фронта каждого из обнаруженных импульсов относительно переднего фронта импульса, излученного котировочным датчиком 2. В качестве измерителей амплитуды используются аналогово-цифровые преобразователи (АЦП). В качестве измерителей временного положения могут использоваться счетчики числа синхроимпульсов от кварцевого генератора импульсов, находящихся на интервале между началами излученного котировочным датчиком 2 сигнала и сигналов, принятых элементами датчика 1. Кварцевый генератор импульсов входит в состав контроллера 6 и импульсы от него поступают с многоканального выхода контроллера 6 на многоканальный вход формирователя луча 4.

Приемопередатчик электрических сигналов 5 формирует электрические импульсные сигналы на передачу, поступающие с его многоканального выхода на многоканальный вход формирователя луча 4, а также принимает на многоканальный вход и усиливает сигналы, поступающие с многоканального выхода формирователя луча 4 в режиме приема эхо-сигналов.

В качестве приемопередатчика 5 может использоваться аналогичный блок из числа известных серийных ультразвуковых приборов высокого или высшего класса российских компаний «Спектромед», «Биосс» или зарубежных компаний GE medical systems, Samsung Medison и пр. Отличие состоит в том, что для реализации патентуемого способа в режиме юстировки на прием сигнал на передачу подается на котировочный датчик 2, а в случае режима юстировки на передачу сигналы подаются через формирователь луча 4 поочередно на отдельные элементы многоэлементного датчика 1. После юстировки в режиме сканирования передатчик формирует сигналы для излучения, которые поступают на сканирующий многоэлементный датчик 1. При этом амплитуды сигналов устанавливаются в соответствии с требованием аподизации и учетом компенсирующих поправок, вычисленных в результате юстировки, а задержки сигналов устанавливаются в соответствии с направлением луча, выбранной глубиной фокуса и с учетом компенсирующей поправки, полученной в результате юстировки.

Контроллер 6 обеспечивает синхронизацию и управление работой всех блоков устройства. В качестве контроллера 6 может применяться блок на базе процессоров и программ, аналогичный блокам в серийно выпускаемых ультразвуковых сканерах. При этом программа функционирования контроллера 6 обеспечивает дополнительно режим юстировки.

Блок обработки, преобразования и запоминания сигналов 7 предназначен для обработки сигналов, принятых приемопередатчиком 5, с целью вычисления глубины акустических неоднородностей и уровня соответствующих эхо-сигналов при каждом положении луча в процессе сканирования, преобразования координат и амплитуд принятых сигналов из системы координат, соответствующей способу сканирования, в систему координат, в которой строится изображение на дисплее 8, и, наконец, для запоминания кадров изображения с целью обеспечить их считывание с темпом, соответствующим частоте кадров дисплея. В качестве блока обработки преобразования и запоминания сигналов 7 может быть использован аналогичный блок, входящий в состав одного из серийно выпускаемых ультразвуковых приборов, указанных выше.

Дисплей 8 осуществляет визуализацию изображения, сформированного блоком обработки, преобразования и запоминания сигналов 7. Применим любой стандартный телевизионный или компьютерный дисплей.

Разработанный способ получения ультразвукового изображения головного мозга реализуют следующим образом.

Голову пациента фиксируют с помощью специальных упоров (например, для лба и подбородка, закрепленных на жестком штативе, как показано на фиг. 3). Держатель 3 с многоэлементным сканирующим датчиком 1 и дополнительным датчиком 2, расположенными соосно друг с другом, перемещают и устанавливают на голове пациента в нужном положении, например, в височных областях головы пациента. Фиксируют датчики 1 и 2 с помощью устройства перемещения и фиксации относительно штатива. Осуществляют юстировку устройства, которую проводят одним из двух способов. В первом из них осуществляют юстировку на прием, во втором - юстировку на передачу. Раздельное проведение юстировок устройства на прием и передачу позволяет уменьшить ошибки юстировки, возникающие вследствие переотражений сигналов в костной ткани, а также учесть неравномерность коэффициентов передачи по амплитуде и задержке между каналами на передачу и каналами на прием в формирователе луча 4.

При юстировке на прием приемопередатчик 5 по командам контроллера формирует электрический зондирующий импульс, поступающий на дополнительный датчик 2, который излучает акустический сигнал. Акустический сигнал, пройдя через кости черепа и головной мозг пациента, принимается отдельными элементами многоэлементного датчика 1. С выхода датчика 1 принятые сигналы поступают на предусилители формирователя луча 4. На выходе предусилителей формирователя луча 4, каждый из которых соответствует одному из элементов многоэлементного датчика 1, с помощью схем обнаружения принятых импульсов, а также измерителей амплитуды и временного положения начала этих импульсов относительно начала зондирующего импульса, измеряют значения амплитуды и фазовые сдвиги (задержки) импульсов в каждом из каналов. Задержка в канале, соответствующем центральному элементу многоэлементного сканирующего датчика, определяет расстояние между дополнительным датчиком 2 и апертурой многоэлементного датчика. В отсутствие влияния костной ткани задержки в каналах соответствуют сферическому фазовому фронту распространения сигнала, излученного котировочным датчиком 2. Отличие реального измеренных задержек (фазовых сдвигов) от указанной закономерности обусловлено влиянием костной ткани в месте контакта с многоэлементным сканирующим датчиком 1. Для каждого элемента сканирующего датчика измеренные задержки, а также амплитуды запоминают.

При юстировке на передачу в приемопередатчике 5 формируют периодическую последовательность зондирующих импульсов, которые через формирователь луча 4 поступают по очереди на отдельные элементы многоэлементного сканирующего датчика 1. Для каждого элемента датчика 1 устанавливают задержку, соответствующую измеренной в режиме юстировки на прием. Зондирующие импульсы преобразуются в многоэлементном датчике 1 в акустические импульсы, которые, пройдя через кости черепа и головной мозг пациента, поступают в пьезоэлектрический преобразователь юстировочного датчика 2 также в виде последовательности импульсов. Эти импульсы поступают в приемную часть приемопередатчика 5, где усиливаются, и далее поступают на схему обнаружения и измерения задержек. В том случае, если измерения в процессе юстировки на прием были проведены корректно и отсутствуют отличия по коэффициенту передачи и задержке между одноименными каналами на прием и передачу в формирователе луча 4 и приемопередатчике 5, сигналы, принятые пьезоэлектрическим преобразователем дополнительного датчика 2 от каждого из элементов многоэлементного сканирующего датчика 1, практически будут иметь одну и ту же величину запаздывания относительно момента излучения соответствующим элементом многоэлементного датчика.

На этом режим юстировки заканчивают, и ультразвуковая система переходит на обычный режим работы сканирования для получения двухмерных изображений с тем отличием, что измеренные и запомненные данные о различии задержек и амплитуд, полученные при юстировке, вводят как поправочные, при сканировании, а также при изменении фокусировки на передачу и прием, обычно используемом в современных ультразвуковых диагностических приборах. При формировании приемного луча вводят поправки, измеренные в режиме юстировки на прием. При формировании передающего луча вводят те же поправки, но к ним добавляют дополнительные уточняющие поправки, измеренные в режиме юстировки на передачу.

В том случае, когда при том же положении многоэлементного датчика 1 требуется изменить положение плоскости сканирования, датчик 1 может быть повернут в нужное угловое положение при неизменном положении держателя 3. При этом процедуру юстировки необходимо повторить. Точно также при любом изменении положения держателя 3 вместе с многоэлементным датчиком 1, необходимо повторять процедуру юстировки и только потом переходить в обычный режим получения изображения. Наличие матричного двумерного сканирующего датчика позволяет избежать повторения процедуры, если осуществляется трехмерное сканирование (режим 3D).

Были проведены предварительные исследования возможностей реализации настоящего изобретения, которые подтвердили эффективность разработанного технического решения. Моделирование и эксперимент показали, что после осуществления предварительной юстировки устройства на прием и передачу обеспечивается фокусировка зондирующего ультразвукового импульса и принимаемого эхо-сигнала, отраженного от акустических неоднородностей головного мозга, практически исключающая влияние кости черепа, что позволяет существенно повысить разрешающую способность и качество получаемого ультразвукового изображения головного мозга и соответственно повысить информативность и качество диагностики, обеспечить большую достоверность и объективность оценки состояния тканей головного мозга пациента и динамики кровотока сосудов мозга.

1. Способ компенсации искажений изображений головного мозга и кровотока в его сосудах при транскраниальных ультразвуковых исследованиях, включающий формирование и преобразование электрических импульсов в зондирующие ультразвуковые сигналы, сканирование ими структур головного мозга посредством приемо-передающего многоэлементного датчика, установленного в одном из окон акустической прозрачности на голове пациента, прием, преобразование отраженных эхо-сигналов и формирование на их основании изображения, при этом на противоположной стороне головы пациента соосно многоэлементному датчику посредством держателя размещают в окне акустической прозрачности, расположенном с противоположной стороны черепа, юстировочный датчик и предварительно проводят юстировку на прием, включающую формирование зондирующих импульсов, излучение их в виде ультразвукового сигнала юстировочным датчиком, измерение задержек или сдвигов по фазе принятых сигналов в отдельных элементах многоэлементного датчика и запоминание измеренных сигналов, и/или проводят юстировку на передачу, включающую формирование зондирующих импульсов, поочередное излучение их отдельными элементами многоэлементного датчика, прием зондирующих импульсов от каждого элемента многоэлементного датчика юстировочным датчиком, измерение и запоминание взаимных различий по задержке или сдвигу по фазе принятых юстировочным датчиком сигналов, отличающийся тем, что при юстировке вычисляют искажения фазы или задержки сигналов, вносимые костью черепа, при этом измеренные при юстировке на прием фазы или задержки в каждом элементе многоэлементного датчика или измеренные при юстировке на передачу фазы или задержки сигналов, принятых юстировочным датчиком при последовательном излучении зондирующих импульсов каждым элементом многоэлементного датчика, сравнивают с измеренным значением для одного из элементов, выбранным в качестве опорного, после чего измеренные сдвиги по фазе или задержке сигналов относительно опорного элемента сравнивают со значениями этих величин, которые были получены в отсутствие костной ткани, вычисляют различия на основе построения амплитудного и фазового профиля костной ткани черепа в области апертуры сканирующего датчика и вносят их в формирователь ультразвукового луча при передаче и приеме сигналов.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для вычисления фаз или задержек полученных в отсутствие костной ткани определяют задержки сигналов, излучаемых юстировочным датчиком в области апертуры многоэлементного датчика, при этом измеряют геометрическое расстояние от апертуры юстировочного датчика до опорного элемента многоэлементного датчика и делят на среднее значение скорости звука в мягких тканях 1540 м/с или измеряют время прихода сигнала, излученного юстировочным датчиком в опорный элемент, после чего вычисляют задержки сигнала для других элементов многоэлементного датчика с учетом геометрии расположения элементов относительно опорного элемента и полагая форму волнового фронта излучения юстировочного датчика сферической.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при юстировке измеряют в каждом элементе многоэлементного датчика амплитуды принятых сигналов и сравнивают с амплитудой сигнала, принятого в опорном элементе, с учетом, что в отсутствие костной ткани амплитуды сигналов должны быть равными во всех элементах, вычисляют их отличия для внесения компенсационных поправок при формировании луча на передачу и прием эхо-сигналов.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве сканирующего многоэлементного датчика используют матричный датчик с двумерной решеткой пьезоэлектрических преобразователей.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве юстировочного датчика используют одноэлементный пьезоэлектрический преобразователь с размером апертуры элемента, меньшим, чем пространственный радиус корреляции акустических неоднородностей костной ткани черепа, а длительность излучаемого им сигнала увеличивают по сравнению с сигналом, излучаемым в режиме В.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве юстировочного датчика используют отдельный элемент или группу рядом расположенных элементов дополнительного датчика, аналогичного основному многоэлементному датчику, с общим размером апертуры группы элементов, меньшим, чем пространственный радиус корреляции акустических неоднородностей костной ткани черепа.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что держатель, обеспечивающий взаимное соосное расположение сканирующего многоэлементного датчика и юстировочного датчика и их перемещение закрепляют совместно с устройством фиксации головы пациента в области подбородка и лба в сидячем или лежачем положении так, что крепление обеспечивает перемещение держателя для многоэлементного сканирующего и юстировочного датчиков по всем координатам с возможностью установки датчиков на голове пациента в выбранном для исследования положении.

8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для выполнения сканирования вычисляют и вносят в формирователь ультразвукового луча при передаче и приеме сигналов дополнительные поправки на основе амплитудного и фазового профиля костной ткани черепа в области апертуры сканирующего многоэлементного датчика, при этом профиль строят с использованием интерполяции по дискретным значениям амплитуд и фазовых сдвигов, вычисленных в результате юстировки в каждом элементе сканирующего датчика.

9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что фиксируют юстировочный датчик в одном из окон акустической прозрачности, помещают многоэлементный датчик в окне прозрачности с противоположной стороны головы пациента, а угловое положение апертуры многоэлементного датчика измеряют в процессе изменения его ориентации с помощью системы трехмерного позиционирования, измеряемые угловые координаты при этом используют для внесения дополнительных поправок в алгоритм вычисления сдвигов по фазе или задержке при формировании луча на передачу и прием.