Сканирующая микрофонная решётка для ультразвуковой томографии

Реферат

(57) Полезная модель предназначена для визуализации объектов в однородной среде с помощью ультразвуковых волн с разрешением порядка длины волны. Технической результат - упрощение устройства восстановления трёхмерных ультразвуковых изображений неоднородностей объектов, распределенных в звукопроводящей среде с использованием одиночного излучателя, достигается за счет обеспечения равномерного уровня сигнала на области сканирования. Сканирующая микрофонная решётка для ультразвуковой томографии содержит ультразвуковой излучатель, решётку микрофонов и микроконтроллер. Ультразвуковой излучатель размещен в центре решётки, а сама линейная решётка микрофонов размещена на механическом сканирующем устройстве, имеющем возможность перемещать совместно излучатель и микрофоны с фиксированным шагом поперек линии микрофонов. Выходы микрофонов соединены с входами микроконтроллера, который с помощью аналого-цифрового преобразователя передает сигнал на устройство обработки и визуализации изображения.

G01N29/06

Сканирующая микрофонная решётка для ультразвуковой томографии

Предложенная полезная модель предназначена для визуализации объектов в однородной среде с помощью ультразвуковых волн с разрешением порядка длины волны.

Известно устройство «Низкопрофильный ультразвуковой контрольный сканер» (Патент на изобретение РФ 2514153 , МПК G01N29/07 (14.01.2010)). Устройство состоит из линейной решётки излучателей и единственного приёмника. Сканирование пространства осуществляется путём перемещения устройства по исследуемому объекту и за счёт активной фазированной решётки излучателей. Недостатком известного устройства является отсутствие возможности параллельной оцифровки измеряемых сигналов, поскольку применяется единственный приёмник. Другим недостатком является необходимость физической фокусировки сигналов в исследуемом объёме с помощью решётки излучателей.

Известно «Устройство ультразвуковой интроскопии» (Патент на изобретение РФ 2359265, МПК G01N29/22). Устройство содержит последовательно соединенные генератор тактовых импульсов и генератор линейно-частотно-модулированных колебаний, ультразвуковую линзу, помещенную вместе с исследуемым плоским объектом и ультразвуковым приемным устройством в иммерсионную среду, причем фокус ультразвуковой линзы размещен в плоскости неоднородностей плоского объекта, связанного механически с двухкоординатном сканирующим устройством. Фокусировка излучения позволяет получить разрешение в плоскости сканирования, а использование широкополосного сигнала с линейной частотной модуляцией разрешение по глубине. Недостатком известного устройства является фокусировка излучения физическим способом путём применения линзы и подачи определённых сигналов на матрицу излучателей, при этом возможна только трансмиссионная схема зондирования.

Наиболее близким является известное устройство позволяющее визуализировать неоднородности в воздухе «Ультразвуковой томограф» (Патент на полезную модель РФ 144100, МПК G01N29/06 (2014.02)). Устройство содержит перпендикулярные линейные решетки излучателей и приемников для зондирования среды широкополосными ультразвуковыми сигналами, сущность которого заключается в том, что в каждый момент времени излучает только один элемент решетки излучателей в то же время вся приемная решетка принимает рассеянный сигнал. За счет мультиплексирования элементов в приемной и излучающей решетках обеспечивается зондирование среды всеми возможными комбинациями излучателей и приемников. Обработка данных зондирования методом пространственно - согласованной фильтрации позволяет восстанавливать трехмерные изображения рассеивающих неоднородностей. Недостаток известного устройства состоит в том, что требуется использование решетки излучателей, что усложняет систему, а также расстояние между крайними элементами излучающей и приемной решеток слишком велико что не обеспечивает равномерного уровня сигнала на области сканирования.

Технической задачей предлагаемой полезной модели является упрощение устройства восстановления трёхмерных ультразвуковых изображений неоднородностей плотности (объектов) распределенных в однородной звукопроводящей среде с использованием одиночного излучателя с обеспечением равномерного уровня сигнала на области сканирования.

Поставленная задача решена тем, что сканирующая линейная микрофонная решетка оборудована закреплённым в центре излучателем.

На фиг. 1 изображена схема устройства «Сканирующая микрофонная решетка для ультразвуковой томографии».

Устройство содержит: ультразвуковой излучатель 1; линейную решётку 2 из N микрофонов; линейное сканирующее устройство 3; микроконтроллер 4, оснащённый генератором на основе цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) и многоканальным аналого-цифровым преобразователем (АЦП); устройство обработки и визуализации 5, например, компьютер.

Устройство работает следующим образом.

Для включения устройства необходимо подать питание на микроконтроллер, линейный сканер и на решётку микрофонов.

Микроконтроллер 4 генерирует зондирующий сигнал, который поступает на ультразвуковой излучатель 1. Сигнал от излучателя падает на исследуемый объект и рассеивается, рассеянный сигнал принимается микрофонной решеткой 2, закрепленной на линейном сканирующем устройстве 3. С микрофонов сигнал поступает на многоканальный аналого-цифровой преобразователь микроконтроллера 4. Микроконтроллер передает оцифрованные данные в устройство обработки и визуализации 5. Далее линейный сканер сдвигает микрофонную решетку с закрепленным на ней излучателем с некоторым фиксированным шагом. После полного сканирования в устройстве 5 методом пространственно-согласованной фильтрации производится восстановление трехмерного изображения рассеивающих объектов.

Техническим результатом является восстановление трехмерных ультразвуковых изображений неоднородностей плотности (объектов) распределенных в однородной звукопроводящей среде с использованием одиночного излучателя с обеспечением равномерного уровня сигнала на области сканирования.

Преимущества предлагаемой полезной модели заключаются в следующем: Устройство позволяет, используя одиночный излучатель восстанавливать трехмерные изображения объектов, обеспечивая равномерное облучение объекта на области сканирования.

Для включения устройства необходимо подать питание на микроконтроллер, линейный сканер и на микрофонную решетку.

С помощью предложенного устройства восстановление трехмерных изображений объектов осуществляется следующим образом: Устройство размещается напротив исследуемой области пространства, включается цикл механического сканирования и опроса приемной решетки, после чего на экране устройства обработки и визуализации появляется изображение исследуемого объекта.

Сканирующая микрофонная решётка для ультразвуковой томографии, включающая ультразвуковой излучатель, решётку микрофонов и микроконтроллер, отличающаяся тем, что ультразвуковой излучатель размещён в центре решётки, а линейная решётка микрофонов размещена на механическом сканирующем устройстве, имеющем возможность перемещать совместно излучатель и микрофоны с фиксированным шагом поперёк линии микрофонов, при этом выходы микрофонов, принимающих отражённый сигнал, соединены с входами микроконтроллера, который с помощью аналого-цифрового преобразователя передаёт сигнал на устройство обработки и визуализации изображения.