Устройство для ультразвуковых исследований

Союз Советских

Социалистических

1теспублик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ CBH ЕТЕЛЬСТВУ (11)786993 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 050279 (21) 2720977/28-13 (51)М. Кл. с присоединением заявки ¹

A 61 В 10/00

Государственный комитет

СССР оо делам изобретений н открытий (23) Приоритет

Опубликовано 15.1280. бюллетень № 46

Дата опубликования описания 15.1280 (53) УДК 615. 471 (008. 8) (72) Авторы изобретения

С.Л.Приалгаускас и P.Ý.Ãåðóëüñêèñ (71) Заявитель

Каунасский политехнический институт им. Антанаса Снечкуса (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВЬИ ИССЛЕДОВАНИЙ

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к диагностической аппаратуре.

Известно устройство для ультразвуковых исследований, содержащее приемно-передающий блок, блоки электронного сканирования и стробирования блок программ, блок памяти, ультразвуковые преобразователи, механизм перемещения преобразователей вокруг оси исследуемого тела, датчик положения преобразователей и контактноакустическую камеру 11).

Однако это устройство не обеспечивает визуальный контроль выполне- 15 ния акта репозиции отломков кости конечности, что затрудняет проведение остеосинтеза.

Целью изобретения является обеспечение визуального контроля выпол- 20 нения акта репоэиции отломков кости конечности.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве контактно-акустическая камера выполнена в виде цилиндрической контактно-жидкостной подушки, предназначенной для размещения на исследуемом участке конечности, мембраны, расположенной поверх подушки по всей площади образующей ЗЬ цилиндра, двух полуколец и закрепленных на них ультразвуковых преобразователей, соединенных электрически с блоком электронного сканирования, а механически с датчиком положения преобразователей, причем одна пара полуколец жестко соединена с дополнительно установленным кронштейном, предназначенным для закрепления на горизонтальном мосту тороко-абдукционной шины.

Кроме того, ультразвуковые преобразователи выполнены в виде линейной решетки преобразователей, имеющих искривление излучающей поверхности по радиусу, равному радиусу цилиндрической мембраны.

На фиг. 1 изображена структурная схема устройства для ультразвуковых исследований; на фнг. 2 — электроакустическая часть устройства визуализации, вертикальная проекция; на фиг. 3 — временные диаграммы работы устройства; на фиг. 4 — схема установки электроакустнческой части устройства визуализации на торокоабдукционную шину.

Устройство содержит линейную решетку 1 электроакустических ультразву786993 ковых преобразователей, соединенную с последовательно включенными блоком

2 электронного сканирования и приемно-передающим блоком 3, выход которого соединен с катодом первой электроннолучевой трубки 4 и с входом блока 5 временного страбирования, Один из входов блока 5 подключен к выходу блока 6 программ, а выход блока 5 к первому входу дискриминатора 7 импульсов и к катоду второй электроннолучевой трубки 8 с электронной памятью блока памяти. Второй вход дискрими- натора импульсов через блок 6 программ соединен с управляющей сеткой первой электроннолучевой трубки 4 и с входом управления блока 5 временного стробирования, а выход через переключатель 9 с входом автоматичес-. кого управления блока 6 программ.

Вход синхронизации блока 6 подключен к выходу напряжения первой развертки блока 2 электронного сканирования, к пластинкам веатикального отклонения электроннолучевой трубки 8 с электронной памятью и электроннолучевой трубки 4, пластинки горизонтального отклонения которой соединены с выходом напряжения второй развертки блока 2 электронного сканирования. Датчик 10 положения преобразователей электрически соединен с пластинами горизонтального отклонения элеКтроннолучевой трубки.

8 и механически с решеткой 1 пьезоэлектрических преобразователей, которая подвижно фиксируется на направляющих полукольцах 11, 12,между; которыми устанавливаЕтся акустически прозрачная мембрана 13, с внутренней стороны которой уложена ци.— линдрическая контактно-жидкостная подушка 14, контактирующая с исследуемым объектом 15. Линейная решетка

1 преобразователей имеет искривление излучающей поверхности по радиусу, равному радиусу цилиндрической мембраны 13. Во время репозиции отломков трубчатой кости верхней конечности (плеча) на тороко-абдукционной шине 16 (фиг.4 ) части ее горизонтального моста заменяется кронш- . тейном 17, служащим не только звеном жесткости видоизмененного моста шины, но и предназначенным для временного прикрепления электроакустической части устройства визуализации так, чтобы решетка 1 электроакустических преобразователей могла свободно обойти плечо. К кронштейну 17 крепятся нижние полукольца .11.

Устройство работает следующим образом.

На переменное место. плеча (исследуемый объект 15) накладывают контактно-жидкостную подушку 14, сверху ее мембрану (в виде свернутого листа) которая ложится в нижние полукольца

11 и сверху надевают верхние полукольца 12 с закрепленной на них решеткой 1 электроакустических преобразователей. Далее подушку 14 наполняют прозрачной для ультразвука жидкостью; благодаря создавшемуся при

5 этом давлению на поверхность исследуемого объекта 15 с одной стороны, и акустически прозрачной мембраны

13 с другой стороны, обеспечивается акустический контакт исследуемого объекта с решеткой 1 преобразователей. Решетка в свою очередь имеет искривление излучающей поверхности одинаковое и криволинейностью установленной на направляющие полукольца мембраны 13.

Блок 2 электронного сканирования и приемно-передающий блок 3 обеспечивают работу линейной решетки 1 преобразователей в режиме излучениеприем в плоскости, проходящей через о продольную ось симметрии исследуемого объекта. Зондирующие ультразвуковые импульсы, излученные решеткой в виде узкого луча, проходят акус.тически прозрачную мембрану 13, 25 акустическую контактно-жидкостную подушку 14 и входят в исследуемый объект 15. Эхо-импульсы, возникшие в результате отражения зондирующих импульсов от неоднородностей струк3О туры объекта, благодаря работе блока 2 электронного сканирования и приемно-передающего блока 3, принимаются решеткой только из мест концентрации ультразвукового поля

35 облучения. Развертка электроннолучевой трубки 4 как бы повторяет путь зондирующих импульсов в плоскости линейного сканирования решетки 1 электроакустических преобразователей. Здесь развертка по строкам

4О (координата Х ) отображает глубину зондирования, а развертка йо кадрам (координата У) место излучения находящейся на апертуре линейной решетки 1 преобразователей. Эхо-сигналы после их обработки в блоках 2 и 3 поступают на катод электроннолучевой трубки 4. и модулируют ее луч. Впоследствии на экране трубки образуется двухмерная эхограмма ультразвуко-. вого "разреза" исследуемого объекта и центрируемого тела 16 по ракурсу зондирования 8,,определяемому местом расположения решетки на направляющих полукольцах 11, 12. Излучающая поверхность электроакустической решетки выполнена с криволинейностью мембраны 13. Этим достигается акустический контакт электроакустической решетки с мембраной — акустической контактно-жидкостной подушкой 14 бО исследуемым объектом 15 в любом выбранном ракурсе координата 9 ) .

Для удобства исполнения используется ручной привод. Эхограмма на экране трубки 4, представляющая из себя

65 топологию яркостных отметок, дает 86993

1С

15.эхо-импульсам а, чтобы последний оказался в середине этого перепада. На 5 экране электроннолучевой трубки 4 это выразится картиной, где яркостная отметка эхо-импульса O будет находиться посредине незасвеченной части строки-метки. На этом заканчивается подготовка устройства визуализации к формированию развертки целостности центрируемого тела 16 на экране электроннолучевой трубки 8.

Временный дискриминатор 7 предназна35 чен для определения временного рассогласования между опорным эхо-импульсом а и импульсом электронных ворот (сигнал A ) на строке-метке и преобразования его в сигнал рассогласования. Переключатель 9 перево4О дится из нейтрального положения в рабочее, определяющее автоматическую селекцию эхо-сигналов, отраженных от поверхности центрируемого тела.

Так как решетка поставлена по ра4 кУРсУ 8„ „, а дискриминатор 7 импульсов йастроен на опорный эхоимпульс а, находящийся в середине электронных ворот (сигнал А), выходное напряжение рассогласования (сигнал Д) на выходе импульсного диск риминатора при этом будет равно ну-. лю. Время запаздывания импульсов электронных ворот (сигнал B) будет равно .t -t . Это значит, что эхо1 импульсы, пришедшие из глубинного

55 слоя х х в плоскости сканирования

2. линейной решетки, направляются в катод электроннолучевой трубки 8.

Напряжением развертки строк (вертикальная развертка — координата У )

40 трубки 8, служит тоже самое напряжение кадровой развертки (вертикальная развертка) трубки 4. Оно соответствует положению ультразвукового луча на апертуре линейной решетки 1 пре65 образователей. Луч электроннолучевой врачу представление о дислокации и характере перелома репонируемой конечности, помогает локализировать костные отломки. После того, как врач добивается приемлемого осевого положения отломков трубчатой кости пациента, используя при этом ручной метод и растяжение на абдукционной шине 16 (фиг.4), наступает завершающий этап репозиции-сближение частей отломков. На этом этапе работы проводится ультразвуковой контроль за так называемой целостностью кости по его периметру. Эту информацию имеют только те эхо-импульсы, которые возникают в результате отражения зондирующих ульразвуковых импульсов от раздела исследуемый объект 15 (мышечная система плеча) — внешняя поверхность трубчатой кости {центрируемое тело 16) . Часть устройства визуализации, решающая задачу селекции и индикации эхо-импульсов, отображающих целостность костей, работает следующим образом. Импульс напряжения, выработанный блоком 6 программ, задает режим работы блоку 5 стробирования. В результате чего блок 5 проходит .только те эхо-сигналы, которые йопадают в интервал времени

t„ -, отсчитывая от очередного зондирующего импульса. Ширина этих электронных "ворот" C =t -t и место

2 их положения по строкам растра электроннолучевой трубки 4 устанавливается вручную врачом, исходя из конкретных условий эксперимента. Визуальный контроль за действительным местом интервала селекции эхо-сигналов осуществляется благодаря дополнительной подсветке одной строки Y„ (фиг.1), подачей на управляющую сетку трубки

4 импульса напряжений (сигнал A на фиг.3). Темный зазор глубины х„-х2 подсвеченной строки говорит о том, что эхо-импульс д (сигнал Б на фиг.3)

> находящийся во временном интервале выбран как опорный для осуществления слежения электронных ворот с целью селекции блохом 5 стробирования эхо-сигналов, которые приходят из глубинного слоя x„-х (стробирую— щие импульсы — сигнал В на фиг.3) для выявления целостности репонируеьых костей (центрируемого тела 16) по периметру.

В общем случае центрируемое тело

16 не будет находиться в геометрическом центре электроакустической круговой системы зондирования. A это означает, что расстояние между излучающей плоскостью апертуры линейной решетки 1 преобразователей и пересекаемой ее ультразвуковым лучом ближайшей поверхности отломков костей, соответственно и запаздывание с селектированию подлежащих эхо эхо импульсов а сигнала Б фиг.3, будут меняться в зависимости от ракурса зондирования 8„ „. Вначале оператором решетка 1 устанавливается под таким ракурсом 8„с„, при котором эхо-импульс а, выбранный в качестве опорного, займет по отношению к очередному моменту запуска зондирующего импульса (сигнал Г на фиг.3) в диапазоне полного круга механического сканирования решетки среднее положение. Это значит, что решетка должна быть установлена на направляющих полукольцах в таком месте, в котором будет выполняться условие сэкО t g+ ;и / 2

ДЪлее импульсный дискримийатор 7 настраивается так, чтобы его характеристика дискриминации (сигнал Д на фиг.3) совпала с выбранным в качестве опорного эхо-импульсом Са.

И наконец, изменяя режим работы блока 6 программ, оператор добивается такого положения отрицательного перелада напряжения подсветки (сигнал A) строки, также и стробирующих импульсов, по отношению к выбранным опорным

786993

15 трубки 8 по кадру (горизонтальная развертка) перемещается благодаря приложенному к пластинкам горизонтального отклонения напряжению датчика

10 положения и отображает ракурс зондирования 6 исследуемого объекта 15. Поэтому эхографическая информация о целостности центрируемого тела 16 по длине, равной длине апертуры линейной решетки на выбранном ракурсе зондирования 8 „, как бы вырезается из общей эхограммы трубки 4 и визуализируется на экраны электроннолучевой трубки 8 в виде вертикальной линии,где незасвеченный ее кусок говорит о ширине зазора между отдельными частями репонируемых отломков костей. Когда решетку приводят в движение,, изменяя тем самым ракурс зондирования О, время за ержки t селектируемых эхо-импульсов эхо меняется по мере изменения расстояния от решетки до центрируемого тела. В результате дискриминатор 7 импульсов вырабатывает напряжение рассогласования (сигнал Д), приводящее к изменению времени запаздывания стробирующих импульсов (сигналы А и В) до такой степени, чтобы восстановилось положение, при котором опор» ный эхо-импульс а оказался в середине стробирующих импульсов. Подстройка положения этих стробирующих импульсов проводится автоматически один раз за кадр развертки той строки, на которую установлена, метка (подстветка). Ширина строба Г устанавливается оператором такая, чтобы к катоду трубки 8 пришли только те эхо-сигналы, которые несут информа".цию о местонахождений и характере целостности центрируемого тела при данном ракурсе зондирования ° За один круг перемещения решетки на направляющих полукольцах вокруг исследуемого объекта, на экране электроннолучевой трубки 8 с электронной памятью развертывается яркостная картина целостности репонируемых отломков костей в длину, равную длине апертуры линейной решетки, и по всему периметру. Темные части развертки говорят о нарушениях целосности репонируемой конечности по длине и по периметру.

Записанная на экран электроннолучевой трубки двухмерная эхограмма развертки целостности центрируемого тела является решающим доказательством срастания трубчатых костей в зоне перелома и направляет хирурга по оптимальному пути к достижению ре20

ЗО

55 позиции отломков костей с последующей иммобилизацией конечности.

Использование устройства позволяет не только визуализировать ультразвуковые разрезы в реальном масштабе времени под любым ракурсом, но и отображает на экране трубки состояние целостности репонируемых отломков костей по всему периметру и этим решает вопрос диагностики безвредным для больного и врача методом в травматологии на всех этапах лечения: во время акта репозиции, наблюдения и контроля за процессом сращивания костей.

Формула изобретения

1. Устройство для ультразвуковых исследований, содержащее приемно-пе,редающий блок, блоки электронного сканирования и стробирования, блок программ, блок памяти, ультразвуковые преобразователи, механизм перемещения преобразователей вокруг оси исследуемого тела, датчик положения преобразователей и контактно-акустическую камеру, о т л и ч а ю щ е е— с я тем, что, с целью визуального контроля выполнения акта репозиции отломков кости конечности, контактно-акустическая камера выполнена в виде цилиндрической контактно-жидкостной подушки, предназначенной для размещения на .исследуемом участке конечности, мембраны, расположенной поверх подушки по всей площади образующей цилиндра, двух полуколец и закрепленных на них ультразвуковых преобразователей, соединенных электрически с блоком электронного сканирования, а механически с датчиком положения преобразователей, причем одна пара полуколец жестко соединена с дополнительно установленным кронштейном, предназначенным для закрепления на горизонтальном мосту тороко-абдукционной шины.

2. Устройство по п.1, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что ультразвуковые преобразователи выполнены в виде. линейной решетки преобразователей, имеющих искривление излучающей поверхности по радиусу, равному радиусу цилиндрической мембраны.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США 9 4058001, кл. 128-2 (A 61 В 10/00), опублик.

1977.

786993

ГФцйина к

Фиг.1 ю

®ур &NOD &vcr О 7.Л

Фиг.4

П

ВНИИПИ Заказ 8213/2 Тираж 673 Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная,4