Ультразвуковая эхо-импульсная визуализирующая система

 

Пель изобретения - повышение точности измерения величины затухания ультразвука в мягких биотканях. Устройство содержит пьезопреобразователь 1, генератор зондирующих сигналов 2 и компенсирующего сигнала 4, усилитель 3, дисплей 15, синхронизатор 16 и систему фазовой автоподстройки частоты. Оно дополнительно содержит последовательно соединенные регулируемый источник тока 8, интегратор 9, сумматор 12 с двумя входами, блок задержки 13, блок вычитания 14, а также электронный ключ 10 и блок фиксации 11. Второй вход сумматора 12 соединен с выходом фильт ра низкой частоты 6 системы фазовой автоподстройки частоты, а управляющий вход перестраиваемого генератора 7 и второй вход блока вычитания 14 - с выходом сумматора 12, тогда как электронный ключ 10 и блок фиксации 11 подключены к входу и выходу интегратора 9 соответственно. Выход блока вычитания 14 соединен с входом модулятора электронно-лучевой трубки дисплея 15. 5 ил. S СО

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИА ЛИСТИЧ ЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1449114 A 1

А 61 В 8/00 (50 4

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21 ) 4192722/28-14 (22) 09.02.87 (46) 07.01.89. Бюл. ¹ 1 (71) Всесоюзный научно-исследовательский проектно-конструкторский и технологический институт токов высокой частоты им. В. П. Вологдина (72) Л. А. Шифрин, Б. E. Михалев, К. А. Федченков и А. Н. Яблонский (53) 615.475 (088.8) (56) Патент ЕПВ № 0134470, кл. G 01 815/02,,1985. (54) УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ЭХО-ИМПУЛЬСНАЯ ВИЗУАЛИЗИРУЮЩАЯ СИСТЕМА (57) Цель изобретения — повышение точности измерения величины затухания ультразвука в мягких биотканях. Устройство содержит пьезопреобразователь 1, генератор зондирующих сигналов 2 и компенсирующего сигнала 4, усилитель 3, дисплей 15, синхронизатор 16 и систему фазовой автоподстройки частоты. Оно дополнительно содержит последовательно соединенные регулируемый источник тока 8, интегратор 9. сумматор 12 с двумя входами, блок задержки 13, блок вычитания 14, а также электронный ключ 10 и блок фиксации 11. Второй вход сумматора 12 соединен с выходом фильтра низкой частоты 6 системы фазовой автоподстройки частоты, а управляющий вход перестраиваемого генератора 7 и второй вход блока вычитания 14 — с выходом сумматора 12, тогда как электронный ключ 10 и блок фиксации 11 подключены к входу и выходу интегратора 9 соответственно. Выход блока вычитания 14 соединен с входом модулятора электронно-лучевой трубки дисплея 15. 5 ил.

1449114

Изобретение относится к области Ito строения ультразвуковых систем, позволяюгцих получить изображение поперечного сечения внутренних органов человеческого тела, и предназначено для использования в медицинской диагностике.

Цель изобретения — повышение точности измерения величины затухания ультразвука в мягких биотканя«.

На фиг. 1 представлена блок-схема сис темы; на фи(. 2 схематическая иллюстрация процесса сдвига частоты несущей при распростра(н нии ультразвука в мягких биотканях; на фиг. 3 возможная реализация электрической c«емы непосредственного управления частотой генератора системы

ФАПЧ; на фиг. 4 прием-передающий преобразователь; На фиг. 5 — временные диаграммы, поясняющие взаимодействие блоков ультразвуковои эхо-импульсной визуализарующей системьl.

Ультразвуковая э«о-импульсная виз«ализируюгцая система состоит из сканирук)щего прием-пере.)ак)щего преобразователя 1, генератора " зондируюших сигналов, усилителя 3, генератора 4 компенсируюгцего сигнала, фазово(о детектора 5, фильтра 6 низкой ча ToTbl, перестраиваемого генератора 7, регулиру<мсlo исToчника 8 тока, интегратора 9, э IpKTpoHttol<) клк)ча 10, блока 11 фиксации, сумматора 12, олока 13 задержки, блока 14 вычитания, .3)<сплея 15 и синхронизатора 16. Регулируемый источик 8 тока, интегратор .1, с«мматор 12, блок 13 задержки и блок 14 вычитания соединены последовательно. Второй вход сумматора 12 соединен с выходом фильтра 6 низкой частоты системы фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ1, и управляк)гний вход перестраиваемого генератора 7 и второй в«од блока 14 вычитания с вы«од<)м cумматора 12, тогда как электронный ключ 1О и блок 11 фиксации подключены к в«о.t«и выходу интегратора 9 соответственно. Выход блока 14 вычитания соединен с 33«одом модулятора электроннолучевой трубки (Э, ! 1 дисплея 15. .)а()у K(IK)lllHII импульс формируется син«ронпзатором 16.

Сканир K)IIIIIII прием-передаюгций преобразовагель 1 содержит корпус 17, заполненный иммерсионной кидкостью !8, двигате.lt> 1!1, привод 20, ферровариометр 21, пьезо()реобр )зов;)те.lti 2".

Ультр(3,(3«кивая эхо-импульсная визуализнрук)п<ая система работает следую)цим

«б1) а.<о Nl.

С к а и и р ) K) I l I II It I I 1) II p м - и еред а кн ц и и п р еобразоватсль 1, ьч):(б«ждаемый генератором 2 зоtlдир«K)пtpão < игHHëа, излучает в исследуемую тк;(нь пакет ультразвуковы«колебанийй и аст<ггы ) „. У.)ьтразвуковые и ми ул ьсы распр<)страняк)тся в глубь ткани и, встретив на свое«1 пути акустические неоднородности, частично (тражаются. Отраженные сигналы прин и маlo)ся пьезопреобразователем 1 и

1О

55 возникающие при этом электрические эхосигналы усиливаются в усилителе 3. Поскольку процесс распространения ультразвука в биотканях сопровождается значительным затуханием, в состав устройства введен генератор 4 компенсирующего сигнала, обеспечиваю<ций временную регулировку усиления приемного тракта. Тем самым достигается стабильность коэффициента передачи замкнутого контура управления ФАПЧ. Одновременно с излучением зондирующего пакета синхронизатор 16 переводит электронный ключ 10 в состояние, при котором напряжение на выходе интегратора 9 определяется блоком 11 фиксации. В этом случае частота перестраиваемого генер тора 7 устанавливается близкой к „. Тем самым созгаются наиболее благоприятные условия захвата входной частоты и минимизируется длительность переходного процесса отработки начальной расстройки по частоте. После пере«ода контура ФАГ1Ч в режим слежения интегратор 9 формирует линейно падакнцее напряжение. Это напряжение, пройдя через сумматор 12, изм tIHOT м(ч)овен ную частоту перестраиваемого генератора 7 в соответствии с усредненным значением крутизны и,, Независимо от « правления по равнозамкн«тому циклу контур ФАПЧ обеспечивает совпадение частоты перестраиваемого генератора 7 и текущей частоты эхо-сигналов. Од3(ако необходимый диапазон слежения сисг(мы ФАПЧ может быть с«шественно меньше, чем у известного «строиств(3, так как в данном случае собств HHBH частота перестраиt33p)toro генератора 7 непрерывно сдвигается в область вероятных значений частоты э«осигналов. Благодаря этому снижается величина отклонения между текущими значениями частоты эхо-сигнала и перестраиваемого генератора 7, отрабатываемая в цепи обратI oII связи. СоотвеTc TBpн но сокра пьается Корость в«одного ()о:3де)ктв)3я, l)ocH1)I

Напряжение на t)t,txo;tp сумматора 12 пропорционально текущему значеник) частоты эхо-сигнала. Это напряжение задерживается с помо<пью блока 13 задержки на время, соответствующее толщине слоя биоткани, в пределах которого оценивается значеHèå Q, Такая oценка требует сон<)ставления значения частоты эхо-cи(палов, полученных на границе исследуемого слоя. Эта задача выполняется блоком 14 вычитания, на входы которого поступак)т прямой и задержанный сигналы, несущие информацию об измеряемой частоте. Результат вычисления оце) ка крутизны частотной зависимости коэффициента затухания — отображается на дисплее 15..1остигаемая при этом точш)сть оценки с помощью предложенной системы выше, чем у известной, так как обеспечивается более высокая точность измере ния частоты эхо-сигнала.

14491

Преобразователь 22 (фиг. 4) имеет ногнхтую форму, обеспечивающую фокусировку акустических колебаний. Механический приво 20 с помощью синхронного двигателя 19 вращает преобразователь 22 с постоянной угловой скоростью. Тем самым обеспечивается равномерное про«транственное распределение трасс прозвучивfiHèÿ в предслых сканируемого сектора (обычно 90"). Передача и прием электрических сигналов от нрап(ыющегося преобразонате.iH 22 обеспечи- !О

1(аются с помощью ферронариометра 21.

Узлы сканера рыn(pf«cliff в акустически iipoзрачном кор у«. 17, заполненном иммерсионной жидко«т(.о 1<<. Скорость нращения преобразонат«ля 22 выбрана такой. что за время 15 распространения ультразвука от преобразователя и обратно угловое положение последнего изменяется незнзчи Гсл! 1<о.

Ны фиг. 2 иллк>стрируется процесс с.(BHI

H (. «>> ll f (й частоты э х о - «и г и ы, i > н и Воз и и к;3 к)щая Прп этОМ НОЗМОжНО«т> «iiii>Keilf(H;(fil.;1чиче«ких ошибок «лежения контура ФЛ!1 i. ! рафик:1 (фпг. 2) «хемзтичс«ки отобрзжын>1 с ЛЕДУН>(ЦЕЕ: и профи.

Н (O, If> TP(f«Ы Ilf)(3J3>, ЧИВЗ!(ИЯ, » изчс !>«IIH(чалоты УЗ «пп(ы loB, ра«;(р<>стрыпяющих«Я в мя(кой био1 К(1 I(И

3;(коп м<>.(уля(п!и чы«THTfl генсрзтор; си«теь(!1 ФЛПЧ / . у«ганыиливаемы( помон(ью цеГ(и прямого рс Гхлирования (!ерез ин(с грытор 9);

il p(3Iëüãf3p IofIfñp входное воздей«тни((=/, — /з, от()ыбзт(>!наех(ос KHHтуром ывтоподстройки по цепи обратной сня:(и;

< фызовая ошil<)K!1 контуры ФЛ(! f н (>тсутс гвин цепи пряча(o регулпроl3B НИ Я ><(>, ilpH наличии такой цепи (Л;().

:-)лектрическыя «хема (фиг. 3) может быль и«поль(<»3Bli;I;lля нс носp«f«TBPf(fi<»<> 40

3Ïð fB.lPIIHf! ЧзстптОй ГСНЕратОра < ИЛСЧЫ

Ф

IlliH ипт(! рирх ю(цс гo уси.(птеля 9, V 4 нкл(он.п !и> схеме электронного клк>ча 10, диод 3 5 Ян,(Я< т«я >. JP÷PJ(Toì бл<>кы 1 фиксации.

;3;3K<>«чо.!уляции генератора ФЛПЧ ii<)

I I () Я »l(>Й lf(! I и ОIIP« f«л ЯE. Ã«Я к<>H КPPTн ы ч и

:<пзчениями F. l и R) 11pIB«ToTB

Г<. пс P f! f<>f) (I, ы От "()IIPoTH H«l(. ff i(sf Р(. 3 и«1 oPB <;0

Р! «коро«ть ее изм.пения.

Взаимодействие блоков предложенной H(. темы иллюстрируется временными диаграчмачи (фиг. 5) . Синхронизатор 16 (фиг, l ) формирует ззпускной импульс (фиг. 5 а), период повторения которого Т„55 несколько превышает,(Bopffíop время распро«транения ультразвуковой пос ылки на чак«ичыльную глубину прозвучивзния (обыч14

4 !

>>о 200 -250 мм). Запускающий импульс инициирует формирование зондируK)lllpH посылки (фиг. 5 <3) н виде пакета высокоча«тотных колебаний частоты /„. Одновременно электронный ключ !О (V 4, фиг. 3) переводит ,Гя в состояние «Открыто» и продолжает оставаться н этом состоянии до конца импульса и. Выходное напряжение интегратора 9 (V3, фиг. 3) при этом начинает быстро расти и в результат< достигает уровня F l (кривая С). Диод х> 5 на фиг. 3 (блок ! фиксации, фиг. ) переходит в проводящее

«остояние и прекращает рост напряжения иа выходе интегратора 9. Напряжению Е соответствует начальная частота перестраивземого генератора 7 (фиг. 1), равная f„.

После окончания запускающего импульс;1 а проводится прием эхо-сигналов. При этом коэффициент усиления усилителя 3 (фиг. 1) изменяется во нречени с помо(пью е(гсратора 4 в соответсTBHH (f, компен«ируя затухание ультразвука н процессе сч о распространения.

Одновременно с приемом эхо-сигналов

o«уп!ествляется перестройка частоты генератора 7. Это обеспечинается тем, что после окончания запускающего импульса а электронный ключ 10 фиг. (\, 4, фиг. 3) находится в состоянии «Выключено». Вслс дстние

>I(>Io регулируемый источник 8 тока (3 и 2, фиг. 3) заряжает с мкость HiiTP«p;(Topa 9.

Выходное напряжение последнеl о падает по пилообразному закону и снижает чыс.тоту перестраиваемого ген(ратора 7 в соответстьч(и с кривой е, аналогичной кривой < (фиг. 2) (.,кор<)сть изменения частоты перестрапваемого енерыторз 7 соответл.нует при эточ х«редненному значеник> скорости сдвига пс«чшей частогы эхо-сигна.!а в мягких био(канях и устанавливается «пол(ощ(ю и«<очипка 8 тока.

Г збота фазового детекторы 5 контура

ФЛПЧ (фиг. 1) совместно с фильтром (> низк(>й частоты представлена кривой f (фиг. 5), к >торзя ыпзл >гична крив:>й f на фиг. 2. Г)р(1 этом н режиме захвата (Bo время запу KBK>пн го импульса а) на выходе фильтра 6 формирует«я переменное fldïðÿ кс ние, чалот;1 кот(>рого равна разности частоты излучения

/, и часготы перестраивзсчого генератора 7.

Упох(янутая разностная частота внача.(е чаксимальна и ранцы сдви! у частоты несущей эхо-сигналов нз наибольп(ей глуби(и зондирования. Затем, по мере HB3(p>(«I(I(>I частоты генератора 7 под дей«тнием интегратора 9 по направлению к частоте,lÄ, разностная частота стремится к х IK) и ((Гп(очередпоч зондировании прои«ходит з;(хвзг частоты эхо-сигналов контуроч ФЛПЧ.

»салее напряжение на выходе фазового детектора 5 уст.(навливается под дейстниеч цепи обратной связи. При этом генератор 7 отслеживает ча«тотх несущей эхо-«ип(алон

«точностью до фазы, з напряженис па выходе фазового детекторы пропорцнон((л(,но

14491

5 фазовому углу. Если частота генератора 7 связана с сигналом управления линейной зависимостью, то выходное напряжение фазового детектора 5 в режиме слежения пропорционально несущей частоте эхо-сигналов.

Напряжение на выходе сумматора 12 (фиг. 1) показано на кривой д и отображает результирующий закон изменения частоты генератора 7, а следовательно, частоты несущей эхо-сигналов в зависимости от глубины распространения ультразвука. Эта закономерность аналогична показанной на кривой» (фиг. 2) . С помощью блока задержки (фиг. 1) обеспечивается возмо;кность сопротивления частоты эхо-сигналов, соответствующих двум значениям дальней и ближней границ исследуемого слоя биотка ни. В результате на выходе блока 14 вычитания (фиг. 1) возникает сигнал, представленный кривой /к

Этот сигнал отображает профиль крутизны gp частотной зависимости коэффициента затухания вдоль трассtl прозвучивания. Кривая

h аналогична кривой а на фиг. 2.

Зависимость значения кругизны от глубины на каждой из трасс распространения ультразвука, находящихся в пределах исследуемой оболочки, отображается на полутоновом дисплее 15. При этом величина кругизны преобразуется в значение яркости.

П(>eимl IцесTВОм э\Π— импх .16cHОИ визуализируюцн и системы является введение цепи, обеспечивающей непосредственное управление частотой генератора системы

ФЛПЧ в соответствии с наиболее вероятным значением частоты несущей эхо-сигналов.

Поскольку измерение я сводится к сопоставленик> значений несущей эхо-сигналов на различных глубинах, то применение предло.кенной системы обеспечивает дост ижение

14 положительного эффекта: повышение динамической точности измерений, повышение помехоустойчивости за счет снижения вероятности срыва при постоянном уровне шумового воздействия.

Формула изобретения

Ультразвуковая эхо-импульсная визуализирующая система, -содержащая сканирующи и пьезопреобразовател ь, соеди пенны и с генератором зондирующего сигнала и с усилителем, дисплей, последовательно подключенные перестраиваемый генератор и фазовый детектор, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности измерения величины затухания ультразвука в мягких биотканях, она дополнительно содержит элеhTронный ключ, блок фиксации, последов»ге.>ьно подключенные синхронизатор и гещратор компенсируloïtåãо сигнала. последовательно соединенны«регулируемый источник тока, интегратор, сумматор, блок задержки и блок вычитания, а также фильтр низкой частоты, выход которого соединен с вторым входом сумматора, выход которого по>клк>чен к входу перестраиваемого генератора, вход блока задержки соединен с вторым входом блока вычитания, выход которого связан с первым входом дисплея, второй вход которого подклк>чен к второму выходу синхронизатора, третий выход которого соединеH через электронный ключ с входом интегратора, первый выход синхронизатор; > подключен к генератору зондирующего сигна.>a, выход генератора компенсирующего сигнала соединен с входом усилителя, выход которого подключен к второму входу фазового детектора, выход которого соединен с вхо.tом фильтра низкой частоты, блок фик«аltt>t>

íî tt лк>чен к выходу интеt)>1T(>(>;I.

1449114

1449114

Составитель М. Пластинин

Редактор,1. Гратилло Текред И. Верес Корректор Г. Решетннк

Заказ 6895)5 Тираж 655 Подпис ное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий ! 13035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4, 5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4