Эхоэнцефалоскоп - RU2031626C1

Чертежи

Описание

Изобретение относится к ультразвуковой медицинской диагностике и может быть использовано для ультразвукового исследования головного мозга.

Известен переносный эхоэнцефалоскоп ЭЭС-14 (ОКР 10-985/33), разработанный во ВНИИ медицинского прибо- ростроения (г.Москва). Прибор ЭЭС-14 включает в себя ультразвуковые зонды, блок обработки эхобиосигналов, блок формирования изображения, вычислительное устройство, дисплей, клавиатуру и печатающее устройство. Наиболее сложной частью прибора является блок формирования изображения, который аппаратным способом вырабатывает сигналы управления блоком обработки эхобиосигналов, осуществляет запоминание цифровых значений амплитуд эхобиосигналов, поступающих от блока обработки эхобиосигналов, а также их отображение на дисплее и печатающем устройстве, которые подключены к блоку формирования изображения. Вычислительное устройство является узкоспециализированным и выполняет программу, хранящуюся в постоянном запоминающем устройстве.

Обследование пациентов на приборе ЭЭС-14 занимает много времени, так как в указанном приборе не предусмотрен автоматический поиск эхосигналов от основных структур головного мозга и поиск необходимых эхосигналов выполняется вручную. Для автоматизации процесса поиска эхосигналов требуется передача данных об эхосигналах в вычислительное устройство в реальном масштабе времени через устройство сопряжения, отсутствующее в приборе ЭЭС-14.

Известно также устройство для измерения внутричерепного давления (эхоэнцефалоскоп) (патент США N 4984567, кл. А 61 В 8/00, 1991), содержащее ультразвуковые зонды, блок обработки эхобиосигналов, устройство сопряжения и универсальное вычислительное устройство, снабженное клавиатурой, дисплеем и печатающим устройством. В указанном устройстве осуществляется передача данных об эхосигналах в универсальное вычислительное устройство в реальном масштабе времени через устройство сопряжения, причем эхограммы отображаются программным способом на экране дисплея, что позволяет автоматизировать процесс измерения параметров эхосигналов. Устройство, однако, не обеспечивает "заморозку" изображения эхосигналов на экране дисплея, а точность измерения параметров эхосигналов указанным устройством во многих случаях недостаточно, так как в состав устройства сопряжения не входит буферное запоминающее устройство для накопления и последующего усреднения результатов измерения.

Сущность изобретения состоит в том, что в эхоэнцефалоскоп, содержащий ультразвуковые зонды, блок обработки эхобиосигналов, устройство сопряжения и универ- сальное вычислительное устройство, снабженное клавиатурой, дисплеем и печатающим устройством, введена педаль, соединенная с устройством сопряжения, которое включает синхрогенератор, буферное оперативное запоминающее устройство, счетчик адреса записи-считывания, устройство управления записью-считыванием, регистр управления, дешифратор адреса, устройство формирования импульсов запуска и регистр состояния педали, при этом первый выход синхрогенератора соединен с блоком обработки эхобиосигналов, а второй подключен к первому входу устройства управления записью-считыванием, выход которого соединен с входом счетчика адреса записи-считывания, второй вход устройства управления записью-считыванием соединен с первым выходом дешифратора адреса, педаль соединена с первым входом регистра состояния педали, выход которого соединен с входом сигнала управления универсального вычислительного устройства, а второй вход - с вторым выходом дешифратора адреса, вход которого подключен к адресной шине универсального вычисли- тельного устройства, третий выход дешифратора адреса соединен с первым входом регистра управления, второй вход которого соединен с шиной данных универсального вычислительного устройства, первый выход регистра управления соединен с устройством формирования импульсов запуска, второй, третий и четвертый выходы регистра управления соединены с блоком обработки эхобиосигналов, выходы устройства формирования импульсов запуска соединены с блоком обработки эхобиосигналов, выход счетчика адреса записи-считывания соединен с первым входом буферного оперативного запоминающего устройства, второй вход которого соединен с блоком обработки эхосигналов, а выход - с шиной данных универсального вычислительного устройства.

Технический результат изобретения заключается в повышении точности измерения расстояний между основными структурами головного мозга за счет накопления информации в буферном оперативном запоминающем устройстве с последующим ее усреднением, а также в повышении удобства пользования прибором за счет введения в его состав педали для "заморозки" изображения на экране дисплея.

На фиг. 1 приведена блок-схема эхоэнцефалоскопа; на фиг. 2 - блок-схема блока обработки эхобиосигналов; на фиг. 3 - временная диаграмма работы блока обработки эхобиосигналов; на фиг. 4 - блок-схема устройства сопряжения; на фиг. 5 показан пример результатов обследования.

Эхоэнцефалоскоп (фиг. 1) содержит ультразвуковые зонды 1 и 2, блок 3 обработки эхобиосигналов, устройство 4 сопряжения, педаль 5, вычислительное устройство 6, дисплей 7, клавиатуру 8, печатающее устройство 9 и накопитель 10 информации.

Эхоэнцефалоскоп работает следующим образом.

Ультразвуковые зонды 1 и 2 устанавливают на голову пациента. Вычислительное устройство 6 программно формирует сигналы управления, которые через устройство 4 сопряжения поступают на блок 3 обработки эхобиосигналов. Блок обработки эхобиосигналов формирует импульсы, поочередно возбуждающие ультразвуковые зонды 1 и 2, которые излучают ультразвуковые импульсы в голову пациента. Ультразвуковые сигналы, отраженные от исследуемых структур головного мозга, принимаются ультразвуковыми зондами 1 и 2 и поступают в блок 3 обработки эхобиосигналов. На вход биосигнала блока 3 поступает биосигнал от внешнего источника (например, электро- кардиографа или электроэнцефалографа). Блок 3 осуществляет усиление, детектирование и преобразование в цифровую форму поступающих эхобиосигналов, которые передаются в устройство 4 сопряжения. Блок 3 работает под управлением сигналов, поступающих от устройства сопряжения. Устройство сопряжения сопрягает блок 3 обработки эхобиосигналов и педаль 5 с вычислительным устройством 6. Информация об амплитудах эхобиосигналов, поступающая от блока 3, и информация о нажатии педали 5 через устройство 4 сопряжения вводятся в вычислительное устройство 6. Таким образом осуществляется ультразвуковое зондирование головного мозга. Для повышения отношения сигнал/шум зондирование выполняется многократно. Вычислительное устройство 6 выполняет программное усреднение амплитуд полученных сигналов по числу зондирований, осуществляет автоматический поиск эхосигналов от основных структур головного мозга, измерение параметров эхобиосигналов, расчет диагностических коэффициентов, а также отображение на экране дисплея 7, вывод на печатающее устройство 9 и сохранение в накопителе 10 информации изображений эхобиосигналов, результатов измерений, значений диагностических коэффициентов, анамнеза пациента и других результатов обследования. Управление работой прибора и ввод данных о пациенте и условиях обследования осуществляет оператор с помощью клавиатуры 8, подключенной к вычисли- тельному устройству 6. "Замораживание" изображения оператор может осуществить нажатием педали 5, подключенной к устройству 4 сопряжения.

Блок 3 обработки эхобиосигналов (фиг. 2) содержит генераторы 11 и 12 зондирующих импульсов, входные ключи 13 и 14, регулируемый аттенюатор 15, усилитель 16 эхосигнала, детектор 17, усилитель 18 биосигнала, коммутатор 19, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 20, генератор 21 напряжения временной автоматической регулировки усиления (ВАРУ). Ультразвуковые зонды подключены к блоку обработки эхобиосигналов через разъемы Зонд 1 и Зонд 2. Биосигнал от внешнего источника (например, электрокардиографа) подается в блок обработки эхобиосигналов через разъем Биосигнал. Блок обработки управляется сигналами START1, START2, RCV1, RCV2, FADC, ECHO/B10, поступающими с устройства сопряжения.

При проведении ультразвукового зондирования головного мозга блок 3 обработки эхобиосигналов по очереди работает с двумя ультразвуковыми зондами, устанавливаемыми на голову пациента. Сначала сигнал START1 запускает генератор 11 зондирующих импульсов, который вырабатывает импульс, возбуждающий первый ультразвуковой зонд. Одновременно с сигналом START1 вырабатывается сигнал RCV1, который открывает входной ключ 13 на время приема сигналов, отраженных от исследуемых структур головного мозга (эхосигналов), снимаемых с первого зонда. Эхосигналы, принимаемые первым зондом, через входной ключ 13 поступают на регулируемый аттенюатор 15, управляемый напряжением ВАРУ, поступающим от генератора 21, усиливаются усилителем 16 эхосигнала, детектируются детектором 17 и через коммутатор 19 поступают на вход АЦП 20, где осуществляется их преобразование в восьмиразрядный цифровой код с частотой квантования, задаваемой сигналом частоты квантования (FADC). Входной ключ 14 в это время заперт и не пропускает эхосигналы от второго зонда. После того, как сбрасывается сигнал RCV1. входной ключ 13 закрывается и эхосигналы от первого зонда перестают поступать на вход АЦП 20. После паузы, необходимой для полного затухания сигналов, излученных первым зондом, с помощью сигналов START2 и RCV2, генератора 12 зондирующих импульсов и входного ключа 14 аналогично происходит возбуждение второго зонда и прием эхосигналов от него. Во время работы с вторым зондом входной ключ 13 заперт и не пропускает эхосигналы от первого зонда. В паузах между приемом эхосигналов от первого и второго зондов на вход АЦП 20 через коммутатор 19 поступает биосигнал от внешнего источника (например, электрокардиографа), усиленный усилителем 18 биосигнала. Коммутатор 19 управляется сигналом ЕСНО/В10. Цифровой код с выхода АЦП 20 поступает в устройство 4 сопряжения.

Генератор 11 ВАРУ предназначен для формирования напряжения ВАРУ, управляющего регулируемым аттенюатором 15. Закон изменения во времени коэффициента передачи регулируемого аттенюатора, задаваемый генератором 11 ВАРУ, подбирается оператором с целью компенсации затухания эхосигналов в тканях головного мозга, зависящего от времени их прихода. Моменты начала и окончания работы генератора 11 ВАРУ определяются сигналом RCV1 или RCV2.

Устройство 4 сопряжения (фиг. 4) содержит синхрогенератор 22, буферное оперативное запоминающее устройство (БОЗУ) 23, счетчик 24 адреса записи-считывания, устройство 25 управления записью-считыванием, регистр 26 управления, дешифратор 27 адреса, устройство 28 формирования импульсов запуска, регистр 29 состояния педали и работает под управлением вычислительного устройства.

Синхрогенератор 22 вырабатывает импульсы тактовой частоты квантования FADC, которые синхронизируют устройство 25 управления записью-считыванием и АЦП 20, находящийся в блоке 3 обработки эхобиосигналов. Дешифратор 27 адреса вырабатывает сигналы обращения к регистру 26 управления, регистру 29 состояния педали и устройству 25 управления записью-считыванием в зависимости от адреса, поступающего от вычислительного устройства. При нажатии педали, подключенной к регистру 29 состояния педали, в регистре 29 устанавливается код, соответствующий нажатому состоянию педали. При отпускании педали в регистре 29 устанавливается код, соответствующий ненажатому состоянию педали. Наличие кода нажатого состояния педали в регистре 29 сигнализирует вычислительному устройству о необходимости "заморозить" или "разморозить" изображение на экране дисплея. Опрос регистра 29 состояния педали производится с частотой вывода на экран дисплея кадров изображения. Вычислительное устройство обращается к регистру 26 управления для записи информации в него (установки или сброса разрядов регистра), к регистру 29 состояния педали для чтения из него информации о состоянии педали и к устройству 25 управления записью-считыванием для чтения информации из БОЗУ 23. При проведении ультразвукового зондирования головного мозга вычислительное устройство программно устанавливает в регистре 26 управления устройства 4 сопряжения разряд RCV1, если данные принимаются от первого зонда, или разряд RCV2, если от второго зонда. Сигналы RCV1 и RCV2 с выхода регистра 26 управления поступают на управляющие входы ключей блока 3 обработки эхобиосигналов. Одновременно с установкой разряда RCV1 или RCV2 вычислительное устройство программно устанавливает в регистре 26 управления разряд SETWR, инициализирующий процесс записи данных, поступающих от блока 3 обработки эхобиосигналов, в БОЗУ 23. Запись данных в БОЗУ выполняется аппаратно. Одновременно с установкой разряда SETWR устройство 28 формирования импульсов запуска вырабатывает сигнал START1, если установлен разряд RCV1 в регистре 26 управления, или START2, если установлен разряд RCV2. Сигнал START1 (START2) инициализирует формирование в блоке 3 обработки эхобиосигналов зондирующего импульса для первого (второго ) ультразвукового зонда. Одновременно с установкой разряда SETWR и формированием сигнала START1 (START2) устройство 25 управления записью-считыванием устанавливает БОЗУ 23 в режим записи и начинает формировать импульсы записи в БОЗУ, а также импульсы инкремента счетчика 24 адреса записи-считывания. Когда код на выходе счетчика адреса записи-считывания становится равным выбранному пределу N, процесс записи амплитуд эхосигналов в БОЗУ 23 прекращается. Вычислительное устройство программно сбрасывает разряд RCV1 (RCV2) в регистре 26 управления и устанавливает в нем сигнал ЕСНО/В10, который переключает коммутатор блока 3 обработки эхобиосигналов на прием биосигнала. Амплитуда биосигнала записывается в ячейку БОЗУ 23 по адресу N. На этом процесс записи данных в БОЗУ прекращается, вычислительное устройство программно сбрасывает разряды SETWR и ЕСНО/В10 в регистре 26 управления. По окончании записи в ячейках БОЗУ 23 с адресами 0,...,N-1 содержатся амплитуды эхосигналов, соответствующие расстояниям от ультразвукового зонда до исследуемой структуры (0,...,N-1)d, где d - шаг дискретизации по глубине, определяемый по формуле
d = c/(2*FADC), где с - скорость ультразвука в тканях головного мозга, принимаемая равной 1560 м/с;
FADC - частота квантования принимаемого сигнала.

Амплитуда биосигнала содержится в ячейке БОЗУ 23 с адресом N. По окончании записи данных в БОЗУ устройства 4 сопряжения осуществляется чтение данных из БОЗУ и их запись в оперативную память вычислительного устройства. В начале чтения вычислительное устройство программно устанавливает разряд READ регистра 26 управления. Одновременно с установкой разряда READ устройство 25 управления записью-считыванием устанавливает БОЗУ 23 в режим считывания, а также делает БОЗУ доступным для считывания вычислительным устройством. После этого вычислительное устройство начинает программно считывать данные из БОЗУ 23 и записывать их в свою оперативную память. При этом устройство 25 управления записью-считыванием вырабатывает импульсы инкремента счетчика адреса записи-считывания. После считывания всех данных из БОЗУ процесс считывания прекращается, вычислительное устройство программно сбрасывает разряд READ в регистре 26 управления. На этом зондирование заканчивается. Количество ультразвуковых зондирований, проводимых для получения одного кадра изображения эхобиосигналов, определяется в зависимости от требуемого повышения отношения сигнал/шум. По окончании серии ультразвуковых зондирований вычислительное устройство проводит программное усреднение амплитуд полученных сигналов.

Среднее значение амплитуды эхосигнала, полученного с заданной глубины, вычисляется путем суммирования амплитуд эхосигналов, полученных с этой глубины при каждом зондировании, и деления полученной суммы на число зондирований. Вычисление среднего значения амплитуды эхосигнала выполняется для каждого значения глубины от 0 до (N-1)d.

Среднее значение амплитуды биосигнала вычисляется путем суммирования амплитуд биосигналов, полученных при каждом зондировании, и деления полученной суммы на число зондирований. Затем вычислительное устройство проводит отображение принятых эхобиосигналов на дисплее.

На экране дисплея программно отображаются эхограммы, пульсограммы, диаграмма биосигнала и цифро-буквенная информация. Эхограмма представляет собой зависимость амплитуды принимаемого эхосигнала от глубины. Под глубиной понимается расстояние от ультразвукового зонда до исследуемой структуры головного мозга. На экране одновременно отображаются две эхограммы - по одной для каждого ультразвукового зонда. Построение графиков выполняется программно с использованием результатов зондирования, накопленных в оперативной памяти вычислительного устройства. Число уровней квантования эхосигнала по амплитуде на экране дисплея выбирается в зависимости от разрядности данных, принимаемых из БОЗУ устройства сопряжения, и разрешающей способности дисплея по вертикали - максимального количества элементов изображения по вертикали (NV). Количество отсчетов амплитуд эхосигнала по глубине на экране дисплея выбирается в зависимости от количества отсчетов амплитуд эхосигналов в БОЗУ (N) и разрешающей способности дисплея по горизонтали - максимального количества элементов изображения по горизонтали (NG). Количество отсчетов N определяется по формуле
N = L/d, где L - максимальная глубина зондирования;
d - шаг дискретизации по глубине.

Значение N в несколько раз превышает значение NG, что позволяет реализовать максимальную точность измерения расстояний прибором при выводе на экран дисплея увеличенного по горизонтали изображения выделенных участков эхограмм.

Пульсограмма представляет собой график зависимости амплитуды эхосигнала на выбранной оператором глубине от времени. Выбор структуры, с которой снимается пульсограмма, производится оператором при помощи клавиатуры путем наведения отображаемого на экране дисплея маркера на изображение эхосигнала. На экране одновременно отображаются две пульсограммы - по одной для каждого ультразвукового зонда. Для каждого кадра эхограмм на экран выводится по одному отсчету пульсограммы для каждого зонда.

Диаграмма биосигнала представляет собой график зависимости амплитуды произвольного биосигнала от времени. В качестве биосигнала может использоваться сигнал, снимаемый с электрокардиографа, электроэнцефалографа и т.п.

Для каждого кадра эхограмм на экран выводится одно значение амплитуды биосигнала. Цифро-буквенная информация включает в себя дату обследования, наименование режима работы, фамилию пациента и другие данные.

Процесс обновления кадров на экране дисплея может быть остановлен нажатием педали. При этом изображение на экране "замораживается" - прибор переходит в режим стоп-кадра. Из этого режима можно перейти в режим обработки изображений и расчета диагностических коэффициентов либо повторным нажатием педали возвратиться в режим обновления кадров.

Результаты обследования по желанию оператора могут быть сохранены в базе данных. Для этого вычислительное устройство осуществляет запись полученных результатов в энергонезависимый накопитель информации, где они могут храниться неограниченно долго и вновь вызываться на экран дисплея при необходимости. Кроме того, результаты обследования могут быть выведены на печатающее устройство. Пример изображения результатов обследования приведен на фиг. 5.

Реферат

Использование: в медицинской технике, а именно для ультразвукового исследования головного мозга. Сущность: эхоэнцефалоскоп содержит ультразвуковые зонды 1, 2, блок 3 обработки эхобиосигналов, устройство 4 сопряжения, универсальное вычислительное устройство 6, снабженное клавиатурой 8, дисплеем 7 и печатающим устройством 9, и педаль 5, соединенную с устройством 4 сопряжения. Устройство сопряжения включает синхрогенератор, буферное оперативное запоминающее устройство, счетчик адреса записи-считывания, устройство управления записью-считыванием, регистр управления, дешифратор адреса, устройство формирования импульсов запуска и регистр состояния педали. Первый выход синхрогенератора соединен с блоком обработки эхобиосигналов, а второй подключен к первому входу устройства управления записью-считыванием, выход которого соединен с входом счетчика адреса записи-считывания, а второй вход - с первым выходом дешифратора адреса. Педаль соединена с первым входом регистра состояния педали, выход которого соединен с входом сигнала управления универсального вычислительного устройства, а второй вход - с вторым выходом дешифратора адреса, вход которого подключен к адресной шине универсального вычислительного устройства. Третий выход дешифратора адреса соединен с первым входом регистра управления, второй вход которого соединен с шиной данных универсального вычислительного устройства, первый выход - с устройством формирования импульсов запуска, а второй, третий, четвертый выходы соединены с блоком обработки эхобиосигналов. Выходы устройства формирования импульсов запуска соединены с блоком обработки эхобиосигналов. Выход счетчика адреса записи-считывания соединен с первым входом буферного оперативного запоминающего устройства, второй вход которого соединен с блоком обработки эхобиосигналов, а выход - с шиной данных универсального запоминающего устройства. Технический результат: повышение точности измерения расстояния между основными структурами головного мозга. 5 ил.

Формула