Ультразвукова імпульсна доплерівська система для дослідження кровообігу

1 Ультразвукова імпульсна доплерівська система для дослідження кровообігу, що містить послідовно з'єднані тактовий генератор, передавач і ультразвуковий перетворювач, вхід якого є також виходом для сигналу відгуку, і послідовно з'єднані блок керування частотою гетеродина, приймач, що здійснює посилення, дискретизацію і комплексну демодуляцію сигналу з виділенням низькочастотного комплексного сигналу відгуку, і блок обробки й індикації, причому сигнальний вхід приймача з'єднано з виходом ультразвукового перетворювача, а тактовий вхід приймача з'єднано з виходом тактового генератора, яка відрізняється тим, що додатково містить автокореляційний оцінювач середньої частоти, сигнальний вхід якого підключено до виходу приймача, а вихід - до входу даних блока керування частотою гетеродина, і синхронізатор, причому тактовий вхід синхронізатора підключено до виходу тактового генератора, виходи синхронізатора підключені до ВІДПОВІДНИХ ВХОДІВ автокореляційного оцінювача середньої частоти, блока керування частотою гетеродина і приймача, синхронізуючий вихід передавача підключено до входів початкового установлення синхронізатора і приймача, а вихід блока керування частотою гетеродина додатково підключено до другого входу блока обробки й індикації 2 Ультразвукова імпульсна доплерівська система за п 1, яка відрізняється тим, що приймач містить комутатор, входи якого є сигнальним входом приймача, декілька паралельних приймальних каналів, вхід кожного з яких підключено до ВІДПОВІДНОГО виходу комутатора, багатовходовий суматор, кожен вхід якого з'єднано з виходом ВІДПОВІДНОГО приймального каналу, комплексний демодулятор, вхід якого підключено до виходу багато входового суматора, а вихід є виходом приймача, і гетеро дин, керуючий вхід якого є входом керування частотою гетеродина приймача, вхід установлення початкової фази є входом початкового установлення приймача, а вихід підключено до другого входу комплексного демодулятора, причому гетеродин містить послідовно з'єднані нагромаджувач, вхід даних якого є керуючим входом гетеродина, і запам'ятовуючий пристрій тригонометричних функцій sin і cos, вихід якого є виходом гетеродина, тактовий вхід нагромаджувача є тактовим входом гетеродина, вхід початкового установлення нагромаджувача є входом установлення початкової фази гетеродина, а об'єднані тактові входи гетеродина і приймальних каналів є тактовим входом приймача 3 Ультразвукова імпульсна доплерівська система за п 2, яка відрізняється тим, що приймальний канал містить послідовно з'єднані між його входом і виходом малошумний підсилювач, аналогоцифровий перетворювач, змішувач, керовану ЛІНІЮ затримки, керований фазообертач і перший помножувач, послідовно з'єднані запам'ятовуючий пристрій значень затримок, старші розряди виходу якого підключені до керуючого входу керованої лінії затримки, другий помножувач і суматор, вихід якого підключено до керуючого входу керованого фазообертача, а також опорний генератор, підключений виходом до другого входу змішувача, третій помножувач, один вхід якого підключено до молодших розрядів виходу запам'ятовуючого пристрою значень затримок, другий вхід підключено до входу керування частотою гетеродина приймача, а вихід - до другого входу суматора, і запам'ятовуючий пристрій коефіцієнтів аподизацм, вихід якого з'єднано із другим входом першого помножувача, а адресний вхід об'єднаний з адресним входом запам'ятовуючого пристрою значень затримок і є адресним входом приймального каналу і приймача, причому тактові входи аналогоцифрового перетворювача і опорного генератора об'єднані і є тактовим входом приймального каналу, а другий вхід другого помножувача об'єднано із входом задания частоти опорного генератора 4 Ультразвукова імпульсна доплерівська система за п 1, яка відрізняється тим, що блок керування частотою гетеродина містить запам'ятовуючий пристрій початкових частот і послідовно з'єднані помножувач, вхід якого є входом даних блока ке о> со сч (О 62399 дина приймального каналу і приймача, вхід устарування частотою гетеродина, перший суматор, новлення початкової фази є входом початкового запам'ятовуючий пристрій частотних поправок і установлення приймального каналу і приймача, а другий суматор, другий вхід якого з'єднано з вихооб'єднані тактові входи гетеродина й аналогодом запам'ятовуючого пристрою початкових часцифрового перетворювача є тактовим входом тот, а вихід є виходом блока керування частотою приймального каналу і приймача гетеродина, причому вихід запам'ятовуючого при6 Ультразвукова імпульсна доплерівська система строю частотних поправок додатково підключено за п 5, яка відрізняється тим, що приймальний до другого входу першого суматора, на другий вхід канал містить послідовно з'єднані між його входом помножувача подано заданий ваговий коефіцієнт, і виходом малошумний підсилювач, аналогоа адресні входи обох запам'ятовуючих пристроїв є цифровий перетворювач, комплексний демодуляадресними входами блока керування частотою тор, першу керовану ЛІНІЮ затримки, керований гетеродина фазообертач і перший помножувач, послідовно 5 Ультразвукова імпульсна доплерівська система з'єднані першу ЛІНІЮ затримки, другий помножувач, за п 1, яка відрізняється тим, що приймач містить суматор і віднімач входом від'ємника, вихід якого комутатор, входи якого є сигнальним входом припідключено до керуючого входу керованого фазоймача, декілька паралельних приймальних канаобертача, послідовно з'єднані другу ЛІНІЮ затримлів, кожний з яких підключено входом до ВІДПОВІДки, вихід якої додатково підключено до другого НОГО виходу комутатора, і багатовходовий входу суматора, і другу керовану ЛІНІЮ затримки, суматор, кожен вхід якого з'єднано з виходом ВІДвихід якої з'єднано із входом зменшуваного ВІДНІПОВІДНОГО приймального каналу, а вихід є виходом мача, запам'ятовуючий пристрій значень затримок, приймача, причому приймальний канал містить старші розряди виходу якого підключені до об'єдпослідовно з'єднані між його входом і виходом наних керуючих входів першої і другої керованих малошумний підсилювач, аналого-цифровий пеЛІНІЙ затримки, а молодші розряди подані на друретворювач, керовану ЛІНІЮ затримки, комплексгий вхід другого помножувача, запам'ятовуючий ний демодулятор, керований фазообертач і перпристрій коефіцієнтів аподизацм, вихід котрого ший помножувач, а також послідовно з'єднані ЛІНІЮ з'єднано із другим входом першого помножувача, затримки і другий помножувач, вихід якого підклюа адресний вхід об'єднано з адресним входом зачено до керуючого входу керованого фазообертапам'ятовуючого пристрою значень затримок і є ча, запам'ятовуючий пристрій значень затримок, адресним входом приймального каналу, і гетеростарші розряди виходу якого підключені до керуюдин, вихід якого підключено до другого входу комчого входу керованої лінії затримки, а молодші плексного демодулятора, керуючий вхід об'єднано розряди подані на другий вхід другого помножуваіз входом першої лінії затримки і є входом керуча, запам'ятовуючий пристрій коефіцієнтів аподивання частотою гетеродина приймального каналу, зацм, вихід котрого з'єднано із другим входом вхід установлення початкової фази є входом почапершого помножувача, а адресний вхід об'єднаний ткового установлення приймального каналу, а об'з адресним входом запам'ятовуючого пристрою єднані тактові входи гетеродина й аналогозначень затримок і є адресним входом приймальцифрового перетворювача є тактовим входом ного каналу і приймача, і гетеродин, вихід якого приймального каналу, причому вихід нагромаджупідключений до другого входу комплексного демовача гетеродина, що є виходом значень фази гедулятора, керуючий вхід об'єднано із входом лінії теродина, з'єднано із входом другої лінії затримки затримки і є входом керування частотою гетеро Цей винахід відноситься до ультразвукових медичних діагностичних систем, що використовують періодичне імпульсне ультразвукове зондування для формування зображень внутрішніх структур живих організмів, включаючи індикацію потоків крові в судинах і серці і вимір параметрів кровоплину в загальноприйнятих режимах спектрального Допплера і кольорового відображення потоків ВІДОМІ пристрої для одержання інформації про стан внутрішніх органів живих організмів і про параметри руху крові чи тканин за допомогою періодичного ультразвукового імпульсного зондування (Осипов Л В Ультразвуковые диагностические приборы Практическое руководство для пользователей -М Видар, 1999 -256с) За допомогою п'єзоелектричного перетворювача формують сфокусований у просторі зондуючий ультразвуковий хвильовий імпульс - промінь Через стробування електричного сигналу відгуку, отриманого тим же п'єзоелектричним перетворювачем з відбитих середовищем ультразвукових хвиль, вибирають деяку область досліджуваного тіла, що знаходиться на заданій глибині Величина цієї області, яка називається вимірювальним об'ємом, визначається тривалістю або шириною спектра зондуючих імпульсів, мірою фокусування випромінюваного і прийнятого ультразвукових пучків хвиль, передавальною характеристикою середовища та імпульсною характеристикою приймача діагностичної системи Для підвищення розділяючої здатності системи зменшують розміри вимірювальних об'ємів в аксіальному напрямку шляхом зменшення тривалості чи розширення спектра частот зондуючого імпульсу, а також у поперечному напрямку шляхом збільшення якості фокусування і звуження переданого й прийнятого ультразвукових променів Для одержання зображень внутрішніх структур організму, а також для відображення потоків крові здійснюють сканування досліджуваної області ті ла, тобто формують послідовно за часом множину суміжних вимірювальних об'ємів уздовж кожного з множини послідовно формованих суміжних за напрямком зондуючих променів Наприклад, при побудові двомірного зображення внутрішніх структур у так званому В-режимі формують звичайно 128 суміжних в просторі зондуючих променів в одній площині і від 128 до 512 суміжних вимірювальних об'ємів уздовж кожного променя Для кожного вимірювального об'єму обчислюють логарифм амплітуди прийнятого сигналу відгуку і пропорційно йому модулюють яскравість ВІДПОВІДНИХ ТОЧОК на екрані монітора При індикації потоків крові в режимі кольорового відображення додатково обчислюють у кожному вимірювальному об'ємі середню швидкість кровоплину в аксіальному напрямку і/або потужність сигналу, відбитого кровоплином, що рухається, і пропорційно тому чи іншому модулюють колір ВІДПОВІДНИХ точок на екрані монітора Можливість виділення сигналу відгуку від кровоплину обумовлена ефектом Допплера, що полягає в зміщенні Д ю частоти зондуючого сигналу при відбитті від об'єктів, що рухаються Середню швидкість V кровоплину в аксіальному напрямку оцінюють за відомим рівнянням ^ С,() 2-cos де С - швидкість розповсюдження ультразвуку в досліджуваному середовищі, юд - середня частота спектра прийнятого сигналу відгуку Для більш детального, ніж у режимі кольорового відображення, дослідження кровоплину використовується спектральний аналіз сигналу відгуку в так званому режимі спектрального Доплера Він дозволяє оцінити не тільки середню швидкість кровоплину, але і розподіл або спектр швидкостей у межах одного вимірювального об'єму, положення і розміри якого задає оператор І в цьому режимі для перерахування доплерівського зміщення частоти у швидкість кровоплину використовується співвідношення (1) Фокусування прийнятого ультразвукового променя здійснюється звичайно шляхом затримки і складання сигналів, прийнятих від різних елементів п'єзоелектричного перетворювача, що представляє собою решітку з множини невеликих елементів Причому величина затримки повинна компенсувати різницю часу розповсюдження ультразвукової хвилі між окремими елементами решітки і точкою фокусування Точність компенсуючої затримки обмежена дискретністю и практичної реалізації, тому погрішність Дх затримки компенсують фазовим зміщенням Дф = ю5Дх V = В усіх описаних вище випадках як ю 5 звичайно використовують частоту гетеродина приймача Якість візуалізацм внутрішніх структур і точність оцінки параметрів кровоплину значною мірою визначаються величиною загасання ультразвукових хвиль у процесі їхнього розповсюдження в біологічних тканинах Чим більша глибина розташування вимірювального об'єму, тим менше амплітуда сигналу відгуку, формованого цим вимірю 62399 вальним об'ємом, і чим вище частота ультразвукових хвиль, тим більше ступінь їхнього ослаблення Спектр ультразвукових зондуючих імпульсів досить широкий і його ширина зростає при укороченні тривалості імпульсу з метою збільшення розділяючої здатності по глибині Унаслідок частотнозалежного загасання ультразвукових хвиль спектри сигналів відгуку, сформованих вимірювальними об'ємами різної глибини, істотно різні Середня частота ю 5 сигналу відгуку зменшується в міру збільшення глибини вимірювального об'єму, що формує цей сигнал відгуку Причому величина цієї зміни середньої частоти досить значна Так наприклад, розрахунки показують, що при зондуванні середовища з характеристикою загасання 0,5дБ/МГц/см імпульсним сигналом з Гауссовою формою обгинаючої, тривалістю О.Змкс середня частота сигналу відгуку з глибини 5см буде приблизно на 0,65МГц, а з глибини 10см - на 1,3МГц менше середньої частоти зондуючого сигналу Залежність середньої частоти сигналу відгуку від глибини визначається властивостями тканин, крізь які розповсюджується ультразвук, і формою зондуючого сигналу Тому згадана залежність істотно змінюється при дослідженні різних органів того самого пацієнта чи при дослідженні ідентичних органів різних пацієнтів Без точного знання частоти юд сигналу відгуку неможливі точні оцінки ні середньої швидкості кровоплину, ні спектра швидкостей кровоплину Більш ТОГО, без точного знання частоти ю 5 сигналу відгуку неможливе точне фокусування прийнятого променя Оскільки затримка сигналу відгуку пропорційна глибині вимірювального об'єму, то залежність середньої частоти від глибини має вигляд часової періодичної залежності cos(t) з періодом, рівним періоду зондуючих імпульсів Крім того, зміна частоти сигналу відгуку по глибині вимагає розширення смуги пропущення приймача, що приводить до зменшення співвідношення сигнал-шум і зниження, якості візуалізацм внутрішніх структур організму в загальноприйнятому В-режимі і потоків крові в доплерівських режимах ВІДОМІ ультразвукові імпульсні Допплерівські системи для дослідження кровоплину, у яких з метою підвищення точності оцінки швидкості кровоплину додатково оцінюється частота сигналу відгуку (патент США №4930513, МПК5 А61В008/00, опубл 5 червня 1990р і патент США №5386830, МПК6 А61В008/00, опубл 7 лютого 1995р) Системи містять передавач, ультразвуковий перетворювач, приймач, а також блок обробки Недоліком відомих систем є підвищена шумова погрішність оцінок швидкості кровоплину через знижене відношення сигнал-шум Це є наслідком розширення смуги пропущення приймача понад ширину спектра зондуючого сигналу на величину зміни середньої частоти сигналу відгуку по глибині ВІДОМІ ультразвукові медичні діагностичні системи (патент США №5549111, МПК6 А61В008/00, опубл 27 серпня 1996р і патент США №6110116, МПК7 А61В008/00, опубл 29 серпня 2000р), що містять передавач, ультразвуковий перетворювач, 62399 8 режимі кольорового відображення кровоплину приймач, що здійснює посилення, дискретизацію і потребуватиме також значних апаратурних витрат комплексну демодуляцію сигналу з виділенням на паралельний спектральний аналіз багатьох низькочастотного комплексного сигналу відгуку і послідовностей ВІДЛІКІВ сигналів з великої КІЛЬКОСТІ блок обробки й індикації Для зниження втрат еневимірювальних об'ємів ргії прийнятого сигналу при його комплексній демодуляції і для підвищення точності фокусування В основу винаходу, що заявляється, поставчастота гетеродина приймача змінюється як функлена задача удосконалення ультразвукової імпуція від глибини ВІДПОВІДНО до передбачуваної зальсної допплерівської системи для дослідження лежності частоти сигналу відгуку cos(t) від глибикровоплину шляхом введення нових елементів і ни Параметри, що визначають форму залежності нових зв'язків МІЖ елементами для забезпечення частоти гетеродина від глибини, зберігаються в простими засобами високих точності і швидкості пам'яті системи Однак, при такій конструкції сисперестроювання частоти гетеродина приймача у теми підстроювання частоти гетеродина має невивсьому діапазоні глибин зондування, тобто для соку точність унаслідок значного індивідуального усіх вимірювальних об'ємів Це, у свою чергу, дорозкиду фактичних залежностей середньої частозволить підвищити точність фокусування і звузити ти сигналу відгуку від глибини Отже, недоліками смугу частот приймача й, таким чином, знизити відомих систем є втрати енергії прийнятого сигнавтрати енергії прийнятого сигналу, збільшити відлу і невисока точність фокусування Обидва факношення сигнал-шум, підвищити точність оцінки тори погіршують якість візуалізацм внутрішніх параметрів кровоплину, включаючи швидкість, і структур організму підвищити якість візуалізацм внутрішніх структур організму Найбільш близькою за технічним рішенням до Поставлена задача вирішується тим, що в винаходу, що заявляється, є ультразвукова імпуультразвукову імпульсну допплерівську систему льсна допплерівська система для дослідження для дослідження кровоплину, що містить послідокровоплину (патент США №4794933, МПК4 вно з'єднані тактовий генератор, передавач і ультА61В10/00, опубл 3 січня 1989р), що містить поразвуковий перетворювач, вхід якого є також вислідовно з'єднані тактовий генератор, передавач і ходом для сигналу відгуку, і послідовно з'єднані ультразвуковий перетворювач, вхід якого є також блок керування частотою гетеродина, приймач, що виходом для сигналу відгуку, і послідовно з'єднані здійснює посилення, дискретизацію і комплексну блок керування частотою гетеродина, приймач, що демодуляцію сигналу з виділенням низькочастотздійснюєпосилення, дискретизацію і комплексну ного комплексного сигналу відгуку, і блок обробки демодуляцію сигналу з виділенням низькочастотй індикації, причому сигнальний вхід приймача ного комплексного сигналу відгуку, і блок обробки з'єднано з виходом ультразвукового перетворювай індикації, причому сигнальний вхід приймача ча, а тактовий вхід приймача з'єднано з виходом з'єднано з виходом ультразвукового перетворюватактового генератора, додатково введені автокоча, а тактовий вхід приймача з'єднано з виходом реляційний оцінювач середньої частоти, сигнальтактового генератора ний вхід якого підключено до виходу приймача, а У цій системі здійснюється автоматичне навихід - до входу даних блоку керування частотою строювання частоти гетеродина приймача для гетеродина, і синхронізатор, причому тактовий вхід поліпшення відношення сигнал-шум Критерієм синхронізатора підключено до виходу тактового правильного настроювання частоти гетеродина генератора, виходи синхронізатора підключені до служить максимум інтеграла інтенсивності складоВІДПОВІДНИХ входів автокореляційного оцінювача вих спектра низькочастотного комплексного сигнасередньої частоти, блоку керування частотою гелу відгуку в заданому вимірювальному об'ємі теродина і приймача, синхронізуючий вихід пере(стробі дальності) Алгоритм настроювання припудавача підключено до входів початкового установскає кілька ітерацій, на кожній з який здійснюється лення синхронізатора і приймача, а вихід блоку перестроювання гетеродина приймача, реєстрація керування частотою гетеродина додатково підПОСЛІДОВНОСТІ ВІДЛІКІВ низькочастотного комплексключено до другого входу блоку обробки й індиканого сигналу відгуку в заданому вимірювальному ції об'ємі протягом деякого числа зондувань, спектВведення у відому ультразвукову імпульсну ральний аналіз зареєстрованої ПОСЛІДОВНОСТІ ВІДдопплерівську систему для дослідження кровоЛІКІВ, обчислення сумарної інтенсивності окремих плину зазначених додаткових елементів і зв'язків спектральних складових, порівнювання сумарної дозволяє точно і швидко підстроїти частоту гетеінтенсивності з и значенням на попередній ітерації родина приймача по всій глибині зондування до й прийняття рішення про напрямок подальшого перемінної по глибині середньої частоти сигналу перестроювання гетеродина відгуку базуючись на оцінках середньої частоти, Недолік цієї системи полягає у великих витраотриманих простим автокореляційним методом тах часу і невисокій точності настроювання гетеЦе дозволяє звузити смугу фільтрів нижніх частот родина Останнє пояснюється дуже малою крутісприймача і збільшити тим самим відношення сигтю залежності сумарної інтенсивності, що нал-шум, збільшити точність оцінки параметрів обчислюється, в області м максимальних значень, кровоплину і якість візуалізацм внутрішніх структур від частоти гетеродина Крім того, у ВІДОМІЙ систеорганізму мі здійснюється настроювання гетеродина тільки Пристрій ВІДПОВІДНО до даного винаходу допудля одного вимірювального об'єму заданої довжискає його удосконалення з боку конструкції прини і глибини у режимі спектрального Допплера ймача Перестроювання гетеродина за відомим принципом в повному діапазоні глибин у В-режимі чи у 62399 10 ження частоти дискретизації, а також здійснити фокусуючі затримку і фазове зміщення сигналу Причому головна особливість пропонованої конструкції приймального каналу в тім, що забезпечується висока точність фокусування завдяки формуванню фокусуючого фазового зміщення суматором, на один із входів якого подана з третього помножувача фазова фокусуюча поправка, сформована з урахуванням зміни частоти сигналу відгуку по глибині Дані про зміну частоти сигналу відгуку по глибині надходять на вхід третього помножувача з входу керування частотою гетеродина приймача Подальше удосконалення пристрою ВІДПОВІДНО до даного винаходу відносяться до конструкції блоку керування частотою гетеродина Гетеродин містить послідовно з'єднані нагромаджувач, вхід даних якого є входом керування Блок керування частотою гетеродина містить гетеродина, і запам'ятовуючий пристрій тригонозапам'ятовуючий пристрій початкових частот і пометричних функцій sin і cos, вихід якого є виходом слідовно з'єднані помножувач, вхід якого є входом гетеродина, причому тактовий вхід нагромаджуваданих блоку керування частотою гетеродина, печа є тактовим входом гетеродина, а вхід початкорший суматор, запам'ятовуючий пристрій частотвого установлення нагромаджувача є входом них поправок і другий суматор, другий вхід якого установлення початкової фази гетеродина з'єднано з виходом запам'ятовуючого пристрою початкових частот, а вихід - є виходом блоку керуТака конструкція приймача дозволяє здійснювання частотою гетеродина, причому вихід запавати комплексну демодуляцію сигналу з формум'ятовуючого пристрою частотних поправок додатванням низькочастотного комплексного сигналу ково підключений до другого входу першого відгуку, середня частота якого близька до нуля суматора, на другий вхід помножувача подано завдяки ЗМІНІ частоти гетеродина синхронно зі заданий ваговий коефіцієнт, а адресні входи обох зміною середньої частоти вхідних сигналів відгуку запам'ятовуючих пристроїв є адресними входами Це дозволяє максимально звузити смугу фільтра блоку керування частотою гетеродина нижніх частот комплексного демодулятора і підвищити тим самим відношення сигнал-шум у вихіТака конструкція блоку керування частотою дному сигналі приймача гетеродина дозволяє використовувати дані від автокореляційного оцінювача середньої частоти Крім того, кожен приймальний канал містить сигналу для корекції значень початкових частот, послідовно з'єднані між його входом і виходом попередньо записаних у ВІДПОВІДНИЙ запам'ятовумалошумливий підсилювач, аналого-цифровий ючий пристрій, шляхом додавання до них частотперетворювач, змішувач, керовану ЛІНІЮ затримки, них поправок, формованих у відповідному запакерований фазообертач і перший помножувач, м'ятовуючому пристрої накопиченням даних від послідовно з'єднані запам'ятовуючий пристрій знаавтокореляційного оцінювача середньої частоти чень затримок, старші розряди виходу якого підсигналу Це забезпечує точне керування частотою ключені до керуючого входу керованої лінії затригетеродина приймача, наближаючи її до середньої мки, другий помножувач і суматор, вихід якого частоти прийнятого сигналу відгуку, яка змінюєтьпідключено до керуючого входу керованого фазося по глибині обертача, а також опорний генератор, підключений виходом до другого входу змішувача, третій Пропонується також додаткове удосконалення помножувач, один вхід якого підключено до молосистеми у вигляді другого варіанта конструкції дших розрядів виходу запам'ятовуючого пристрою приймача значень затримок, другий вхід підключено до вхоПриймач за другим варіантом містить комутаду керування частотою гетеродина приймача, а тор, входи якого є сигнальним входом приймача, вихід - до другого входу суматора, і запам'ятовуюдекілька паралельних приймальних каналів, кожчий пристрій коефіцієнтів аподізацм, вихід якого ний з яких підключено входом до ВІДПОВІДНОГО виз'єднано із другим входом першого помножувача, ходу комутатора, і багатовходовий суматор, кожен а адресний вхід об'єднаний з адресним входом вхід якого з'єднано з виходом ВІДПОВІДНОГО призапам'ятовуючого пристрою значень затримок і є ймального каналу, а вихід є виходом приймача, адресним входом приймального каналу і приймапричому кожен приймальний канал містить посліча, причому тактові входи аналого-цифрового педовно з'єднані між його входом і виходом малоретворювача й опорного генератора об'єднані і є шумливий підсилювач, аналого-цифровий перетактовим входом приймального каналу, а другий творювач, керовану ЛІНІЮ затримки, комплексний вхід другого помножувача об'єднано із входом демодулятор, керований фазообертач і перший задания частоти опорного генератора помножувач, а також послідовно з'єднані ЛІНІЮ затримки і другий помножувач, вихід якого підклюПропонована конструкція приймального каначено до керуючого входу керованого фазооберталу дозволяє підсилити вхідний сигнал відгуку від ча, запам'ятовуючий пристрій значень затримок, елемента ультразвукового перетворювача, дисстарші розряди виходу якого підключені до керуюкретизувати посилений сигнал, тобто перетворити чого входу керованої лінії затримки, а молодші його в ПОСЛІДОВНІСТЬ цифрових ВІДЛІКІВ, зсунути розряди подані на другий вхід другого помножувайого вниз за частотою з метою наступного зниПриймач містить комутатор, входи якого є сигнальним входом приймача, декілька паралельних приймальних каналів, кожний з котрих підключено входом до ВІДПОВІДНОГО виходу комутатора, багатовходовий суматор, кожен вхід якого з'єднано з виходом ВІДПОВІДНОГО приймального каналу, комплексний демодулятор, вхід якого підключено до виходу багато входового суматора, а вихід є виходом приймача, і гетеродин, керуючий вхід якого є входом керування частотою гетеродина приймача, вхід установлення початкової фази є входом початкового установлення приймача, а вихід підключено до другого входу комплексного демодулятора, причому об'єднані тактові входи гетеродина і приймальних каналів є тактовим входом приймача 12 11 62399 ча, запам'ятовуючий пристрій коефіцієнтів аподіприймача і приймальних каналів дозволяють макзацм, вихід котрого з'єднано із другим входом симально звузити смугу фільтра нижніх частот першого помножувача, а адресний вхід об'єднано комплексного демодулятора і підвищити тим саз адресним входом запам'ятовуючого пристрою мим відношення сигнал-шум у вихідному сигналі значень затримок і є адресним входом приймальприймача, а також забезпечити високу точність ного каналу і приймача, і гетеродин, вихід якого фокусування завдяки формуванню фазової фокупідключено до другого входу комплексного демосуючої поправки, що враховує зміни по глибині дулятора, керуючий вхід об'єднано із входом лінії частоти сигналу відгуку, що містяться в значеннях затримки і є входом керування частотою гетерочастоти гетеродина приймача дина приймального каналу і приймача, вхід устаКонструкція системи і її блоків дозволяє у реановлення початкової фази є входом початкового льному часі формувати оцінку частоти прийнятого установлення приймального каналу і приймача, а сигналу відгуку як функцію глибини вимірювальнооб'єднані тактові входи гетеродина й аналогого об'єму, що формує цей сигнал відгуку, і ВІДПОВІцифрового перетворювача є тактовим входом ДНО перестроювати частоту гетеродина Це переприймального каналу і приймача строювання підвищує точність фокусування ультразвукового променя при прийомі і внаслідок Конструкція приймача за другим варіантом поліпшує розділяючу просторову здатність систебільш проста в порівнянні з першим варіантом, у ми Більш ТОГО, точне настроювання гетеродина ній відсутні опорний генератор, змішувач і деякі дозволяє поліпшити відношення сигнал-шум за ІНШІ вузли Однак, ця конструкція пред'являє більш рахунок звуження смуги пропущення фільтрів нивисокі вимоги до швидкодії керованої лінії затримжніх частот комплексного демодулятора і, таким ки, що працює на частоті вхідного сигналу, на відчином, підвищити якість ультразвукових зобраміну від лінії затримки першого варіанта, що пражень тканин і потоків крові, підвищити точність цює на проміжній частоті після змішувача оцінок параметрів кровоплину Подальше удосконалення пристрою ВІДПОВІДНО до даного винаходу відноситься до третього На кресленнях, що додаються, наведені варіваріанта конструкції приймального каналу анти реалізації системи й окремих и блоків ВІДПОВІДНО до дійсного винаходу, а саме Приймальний канал містить послідовно з'єднані між його входом і виходом малошумливий на фіг 1 наведена функціональна схема ультпідсилювач, аналого-цифровий перетворювач, развукової імпульсної доплерівської системи для комплексний демодулятор, першу керовану ЛІНІЮ дослідження кровоплину, затримки, керований фазообертач і перший пона фіг 2 наведена функціональна схема багамножувач, послідовно з'єднані першу ЛІНІЮ затритоканального приймача-формувача променя, мки, другий помножувач, суматор і віднімач вхона фіг 3 наведена функціональна схема автодом від'ємника, вихід якого підключено до кореляційного оцінювача середньої частоти сигнакеруючого входу керованого фазообертача, послілу, довно з'єднані другу ЛІНІЮ затримки, вихід якої на фіг 4 наведена функціональна схема блоку додатково підключено до другого входу суматора, керування частотою гетеродина, і другу керовану ЛІНІЮ затримки, вихід якої з'єднана фіг 5 наведена функціональна схема синно із входом зменшуваного віднімача, запам'ятохронізатора, вуючий пристрій значень затримок, старші розряди на фіг 6 наведена функціональна схема друговиходу якого підключені до об'єднаних керуючих го варіанта багатоканального приймачавходів першої і другої керованих ЛІНІЙ затримки, а формувача променя, молодші розряди подані на другий вхід другого на фіг 7 наведена функціональна схема трепомножувача, запам'ятовуючий пристрій коефіцієтього варіанта приймального каналу нтів аподізацм, вихід котрого з'єднано із другим Як наведено на фіг1, система містить тактовходом першого помножувача, а адресний вхід вий генератор 1, передавач 2, ультразвуковий об'єднано з адресним входом запам'ятовуючого перетворювач 3, приймач 4, блок 5 обробки й інпристрою значень затримок і є адресним входом дикації, автокореляційний оцінювач 6 середньої приймального каналу, і гетеродин, вихід якого підчастоти сигналу, блок 7 керування частотою гетеключено до другого входу комплексного демодуродина і синхронізатор 8 Причому вихід тактового лятора, керуючий вхід об'єднано із входом першої генератора 1 з'єднано із входом передавача 2 і з лінії затримки і є входом керування частотою гететактовими входами приймача 4 і синхронізатора 8 родина приймального каналу, вхід установлення Вихід передавача 2 з'єднано з ультразвуковим початкової фази є входом початкового установперетворювачем 3, вхід якого є також і його вихолення приймального каналу, а об'єднані тактові дом для електричного сигналу відгуку, подаваного входи гетеродина й аналого-цифрового перетвона сигнальний вхід приймача 4 Вихід приймача 4 рювача є тактовим входом приймального каналу, з'єднано із блоком 5 обробки й індикації і з автокопричому вихід нагромаджувача гетеродина, що є реляційним оцінювачем 6 середньої частоти сигвиходом значень фази гетеродина, з'єднано із налу, вихід якого з'єднано із входом даних блоку 7 входом другої лінії затримки керування частотою гетеродина Вихід блоку 7 підключено до входу керування частотою гетероТака конструкція приймального каналу дозводина приймача 4, синхронізуючий вихід передаваляє знизити вимоги до швидкодії керованої лінії ча 2 підключено до входів початкового установзатримки, включеної після комплексного демодулення приймача 4 і синхронізатора 8, а виходи лятора і також не містить опорного генетатора і змішувача першого варіанта Незважаючи на розходження в конструкції, усі варіанти виконання синхронізатора 8 підключені до ВІДПОВІДНИХ ВХОДІВ приймача 4, автокореляційного оцінювача 6 сере 14 13 62399 дньої частоти, і блоку 7 керування частотою гетесигналу Виходи приймальних каналів складаються для одержання сумарного сигналу відгуку, що родина відповідає сфокусованому приймальному промеСистема працює в такий спосіб Передавач 2 ню Такий спосіб фокусування відомий, як електгенерує імпульсний періодичний з періодом повторонне фокусування Сумарний сигнал відгуку перення Т сигнал, що надходить на ультразвуковий ретворюється далі комплексним демодулятором у перетворювач 3 Ультразвуковий перетворювач З низькочастотний комплексний сигнал відгуку як перетворює поданий на його вхід сигнал у періописано вище одичну з періодом Т ПОСЛІДОВНІСТЬ зондуючих ульУ приймачі 4 здійснюється також аналоготразвукових хвильових імпульсів з несущою частоцифрове перетворювання сигналу відгуку в цифтою cot > Щ° випромінюються в заданому напрямку рові ВІДЛІКИ з кроком часової дискретизації, рівним у вигляді вузького сфокусованого променя Якщо чи кратним періоду сигналу тактового генератора ультразвуковий перетворювач виконаний у виді 1 Кожен цифровий ВІДЛІК відповідає сигналу відгурешітки з невеликих перетворюючих елементів, то ку, сформованому вимірювальним об'ємом з випередавач 2 генерує на своєму багатоканальному значеної глибини на поточному періоді зондуванвиході відповідну КІЛЬКІСТЬ імпульсних сигналів ня 3 виходу приймача 4 дискретні ВІДЛІКИ різної амплітуди і різного зміщення в часі один низькочастотного комплексного сигналу відгуку щодо одного з метою фокусування ультразвуковонадходять на блок 5 обробки й індикації, що здійсго променя нює відому в цій області техніки обробку сигналу з Ультразвукові хвилі, відбиті від розсіювачів метою візуалізацм внутрішніх структур тіла пацієнультразвуку досліджуваного середовища, прита в чорно-білому В-режимі і/чи індикації потоків ймаються ультразвуковим перетворювачем 3 і крові в судинах і серці і виміру параметрів кровоперетворюються в електричний сигнал відгуку, що плину в загальноприйнятих режимах кольорового надходить до приймача 4 У приймачі 4 сигнал відображення потоків і спектрального Допплера відгуку підсилюється до необхідної величини, приДодатково дискретні ВІДЛІКИ низькочастотного чому коефіцієнт підсилення приймача 4 може змікомплексного сигналу відгуку з виходу приймача 4 нюватись протягом періоду Т за заданим законом надходять на автокореляційний оцінювач 6 середдля компенсації зростаючого по глибині загасання ньої частоти сигналу, що у реальному часі визнаультразвукових хвиль у досліджуваному середочає середню частоту спектра низькочастотного вищі Середня частота cos(t) спектра прийнятого комплексного сигналу відгуку чи величину, пропорційну їй у випадку скривлення спектра сигналу сигналу відгуку є функцією часу t є (0, Т) на періоді відгуку фільтрами нижніх частот комплексного деТ внаслідок частотнозалежного загасання ультрамодулятора Оцінка середньої частоти подається з звуку в досліджуваному ТІЛІ При ЗМІНІ напрямку виходу автокореляційного оцінювача 6 на вхід зондування вигляд функції cos(t) також може зміблоку 7 керування частотою гетеродина, що змінюватися через неоднорідність середовища рознює частоту гетеродина приймача 4 на величину, повсюдження ультразвуку пропорційну отриманій ОЦІНЦІ середньої частоти, і в напрямку, що призводить до зменшення середПосилений сигнал відгуку зсовується в приньої частоти спектра низькочастотного комплексймачі 4 вниз за частотою комплексним демодуляного сигналу відгуку приймача 4 У результаті частором, що використовує в якості опорного комплетота гетеродина змінюється на періоді зондування ксний сигнал гетеродина, що містить дві гармонійні услід ЗМІНІ середньої частоти сигналу відгуку Для квадратурні складові, зміщені друг щодо друга за варіанта реалізації приймача з електронним фокуфазою на ті/2 Формований на виході комплекссуванням така частота гетеродина, що слідкує, ного демодулятора низькочастотний комплексний використовується для обчислення точних фокусусигнал відгуку, що складається з двох квадратурючих фазових зміщень них складових, має середню частоту спектра, що залежить від різниці середньої частоти сигналу і Значення частоти гетеродина з виходу блоку 7 частоти гетеродина Якщо середня частота низькерування частотою гетеродина передаються такочастотного комплексного сигналу відгуку велика, кож на другий вхід блоку 5 обробки й індикації, де то частина спектра сигналу відгуку може бути повикористовуються при формуванні за (1) точних давлена фільтрами нижніх частот комплексного оцінок середньої швидкості кровоплину і спектра демодулятора, що приведе до погіршення співвідшвидкостей кровоплину в допплерівських режимах ношення сигнал-шум 3 метою зменшення середроботи системи ньої частоти низькочастотного комплексного сигСинхронізатор 8 призначений для формування налу відгуку частота гетеродина приймача 4 допоміжних сигналів, керуючих роботою названих періодично змінюється на періоді зондування Т під вище основних функціональних блоків системи керуючою дією блоку 7 керування частотою гетедля реалізації ними описаних вище функцій родина Завдяки ВІДМІТНИМ ознакам запропонованого Якщо ультразвуковий перетворювач 3 виконарішення частота гетеродина швидко і точно підстний у вигляді решітки з невеликих перетворюючих роюється під середню частоту сигналу відгуку, що елементів, то приймач 4 складається з множини змінюється по глибині внаслідок частотнозалежноідентичних паралельних приймальних каналів, на го загасання ультразвуку в досліджуваному серевхід кожного з яких подається сигнал з виходу ВІДдовищі Це призводить до поліпшення відношення ПОВІДНОГО елемента перетворюючої решітки У сигнал-шум завдяки усуненню скривлень спектра кожному приймальному каналі реалізуються різні сигналу відгуку у фільтрах нижніх частот комплекпосилення, затримка і фазове зміщення вхідного сного демодулятора приймача, до підвищення 15 точності оцінки швидкості й інших параметрів кровоплину і до поліпшення якості фокусування ультразвукового приймального променя На фіг 2 наведено функціональну схему багатоканального варіанта реалізації приймача 4 ВІДПОВІДНО до винаходу, що заявляється Приймач працює в такий спосіб Комутатор 9 передає електричні сигнали відгуку з виходів окремих елементів перетворюючої решітки 3 на входи ВІДПОВІДНИХ каналів приймача, якщо каналів менше, ніж елементів решітки Без зміни суті винаходу комутатор 9 може бути відсутнім якщо КІЛЬКІСТЬ приймальних каналів 10 дорівнює КІЛЬКОСТІ елементів перетворюючої решітки З У кожнім каналі 10 приймача 4 вхідний сигнал підсилюється малошумливим підсилювачем 1 1 , причому для компенсації зростаючого ослаблення сигналу відгуку з глибиною коефіцієнт підсилення є періодичною функцією часу з періодом Т, рівним періоду зондування 3 виходу підсилювача 11 сигнал подається на аналого-цифровий перетворювач (АЦП)12, на другий вхід якого подано сигнал тактової частоти з тактового входу АЦП12 формує з періодом тактового сигналу цифрові ВІДЛІКИ посиленого сигналу, що надходять далі на перший вхід змішувача 13, на другий вхід якого надходять ВІДЛІКИ сигналу опорного генератора 14 заданої частоти со 0 Змішувач 13 здійснює перемножування ВІДЛІКІВ сигналу й опорного генератора 14 і виділення низькочастотної складової результату перемножування з різницевою частотою K , s ( t ) - c o 0 Частота ю 0 опорного генератора 14 не змінюється по глибині але може бути різною, у ВІДПОВІДНОСТІ зі значенням частоти на вході завдання частоти опорного генератора Це значення частоти може задаватися, наприклад, керуючим процесором системи (на кресленнях не показаний) у залежності від частоти використовуваного ультразвукового перетворювача На виході змішувача 13 подавлені складові сумарної частоти сигналу й опорного генератора 14 і зменшена шумова смуга, що дозволяє надалі понизити частоту дискретизації сигналу відгуку через проріджування його ВІДЛІКІВ - децимацію Однак, смуга пропущення фільтра нижніх частот (на кресленні ( д и в ф і г ) н е показаний) змішувача 13 досить широка для запобігання придушення сигналу при ВІДМІННОСТІ частоти ю 0 опорного генератора 14 від частоти сигналу co s (t) внаслідок зміни останньої з глибиною З метою фокусування вихідний сигнал змішувача 13 затримується керованою ЛІНІЄЮ затримки 15 з децимацією на дискретний час, рівний цілому числу періодів сигналу тактової частоти і частково (тобто з погрішністю) компенсуючий різницю затримок відбитого сигналу при розповсюдженні від вимірювального об'єму до окремих елементів перетворюючої решітки 3 Величина дискретної затримки задається старшими розрядами з виходу запам'ятовуючого пристрою 16, що зберігає таблицю фокусуючих затримок як функцію глибини, значення якої подається на адресний вхід запам'ятовуючого пристрою 16 з адресного входу 17 приймача 4 ВІДЛІКИ сигналу відгуку на виході лінії за 62399 16 тримки 15 з децимацією проріджені ВІДПОВІДНО ДО заданого коефіцієнта децимації Точна компенсація різниці затримок при розповсюдженні здійснюється керованим фазообертачем 18 3 метою зниження рівня бічних пелюстків у приймальному промені вихідний сигнал фазообертача 18 помножується в першому помножувачі 19 на коефіцієнт аподізацм, що надходить з виходу запам'ятовуючого пристрою 20 коефіцієнтів аподізацм, на адресний вхід якого подане значення глибини з адресного входу 17 приймача 4 Вихід помножувача 19 є виходом каналу 10 приймача На керуючий вхід керованого фазообертача 18 подане значення необхідного фокусуючого фазового зміщення, формованого суматором 21 із двох доданків Перший доданок надходить від другого помножувача 22, як добуток заданої частоти ю 0 опорного генератора 14 і фокусуючої затримки від запам'ятовуючого пристрою 16, і призначений для компенсації ВІДПОВІДНОГО паразитного фазового зміщення в лінії затримки 15 Без зміни суті винаходу помножувач 22 можна замінити запам'ятовуючим пристроєм, що зберігає добутки частоти опорного генератора на фокусуючу затримку і що має ВІДПОВІДНІ адресні входи Другий доданок надходить на суматор 21 від третього помножувача 23, як добуток частоти co q (t) гетеродина 24 і нескомпенсованого ЛІНІЄЮ затримки 15 залишку округлення необхідної фокусуючої затримки старшими розрядами, що задається молодшими розрядами з виходу запам'ятовуючого пристрою 16 Точність фокусування за рахунок уведення фокусуючого фазового зміщення тим вище, чим точніше частота o)g(t)« c o s ( t ) - c o 0 гетеродина 24 відслідковує зміну частоти сигналу відгуку по глибині У загальному випадку, сигнал опорного генератора 14 є комплексним, тобто складається з двох квадратурних складових, зміщених один щодо одного за фазою на ті/2 При цьому змішувач 13 містить ВІДПОВІДНО два ідентичних канала, кожний з котрих одним входом з'єднаний з АЦП 12, а другим - із ВІДПОВІДНИМ сигналом опорного генератора 14 ВІДПОВІДНО, керована ЛІНІЯ затримки 15, керований фазообертач 18 і помножувач 19 мають по два ідентичних канала для обробки вихідного комплексного сигналу змішувача 13 В окремому випадку, без зміни сутності винаходу, змішувач 13, опорний генератор 14, ЛІНІЯ затримки 15, фазообертач 18 і помножувач 19 можуть бути одноканальними й генерувати і обробляти не комплексні а фізичні сигнали ВИХІДНІ ВІДЛІКИ сигналів відгуку з усіх каналів приймача подаються на багатовходовий суматор 25, з виходу якого сумарний сигнал надходить на коплексний демодулятор 26 На другий вхід коплексного демодулятора 26 поданий комплексний сигнал гетеродина 24, частота co q (t) якого змінюється по глибині у ВІДПОВІДНОСТІ зі значеннями частоти, що надходять на керуючий вхід гетеродина 24 із входу керування частотою гетеродина приймача 4 і обчислюються блоком 7 керування частотою гетеродина Завдяки цьому частота сигналу 17 62399 18 імпульсним сигналом 34 закінчення накопичення гетеродина 24 близька частоті co s (t)-co 0 вхідного від синхронізатора 8 Багаторозрядний адресний сигналу комплексного демодулятора 26 для будьсигнал 33 зони глибини від лічильника глибини якої глибини вимірювального об'єму Це дозволяє синхронізатора 8 надходить на адресний вхід запідвищити відношення сигнал-шум шляхом максипам'ятовуючого пристрою 32 і переключає його мального звуження смуги пропущення комплексадреси ВІДПОВІДНО до зони глибини, визначаючи в ного фільтра нижніх частот (на кресленні не покатакий спосіб КІЛЬКІСТЬ ВІДЛІКІВ, ЩО нагромаджуютьзаний), що є складовою частиною комплексного ся по глибині, в кожній зоні глибини Тут і далі під демодулятора 26 і що виділяє сигнал різницевої терміном "зона глибини" розуміється інтервал гличастоти Q(t) = cog (t) - cos (t) - co0 бини, що включає кілька суміжних вимірювальних об'ємів чи елементів розділення по глибині КІЛЬГетеродин 24 містить послідовно з'єднані наКІСТЬ періодів зондування, протягом яких здійснюгромаджувач 27 і запам'ятовуючий пристрій 28 ється накопичення комплексних коефіцієнтів автотригонометричних функцій sin і cos На виході накореляцм в кожній зоні глибини визначається громаджувача 27 формуються цифрові ВІДЛІКИ керуючим сигналом 34 закінчення накопичення За фази гетеродина шляхом додавання на кожнім цим сигналом, що надходить на вхід запису обчиперіоді сигналу від тактового генератора до вмісту слювача 35 середньої частоти і на вхід керування нагромаджувача значення частоти, поданого на комплексного суматора 31, накопичені значення керуючий вхід гетеродина 24 На початку кожного періоду зондування сигналом від передавача вміст нагромаджувача 27 скидається чи встановлюється у визначене значення, завдяки чому закон зміни фази гетеродина 24 на кожнім періоді зондування являє собою дискретний цифровий еквівалент інтеграла від закону зміни частоти гетеродина на його керуючому вході Запам'ятовуючий пристрій 28 перетворює ВІДЛІКИ фази гетеродина, що надходять на його адресний вхід, в ВІДЛІКИ комплексного сигналу гетеродина 24 Вихідний сигнал комплексного демодулятора 26 є вихідним сигналом приймача 4, що надходить на блок 5 обробки й індикації і на автокореляційний оцінювач 6 середньої частоти сигналу Функціональна схема переважного варіанта реалізації автокореляційного оцінювача 6 середньої частоти сигналу наведена на фіг 3 Оцінювач 6 середньої частоти працює в такий спосіб ВХІДНІ ВІДЛІКИ U n q низькочастотного комплексного сигналу відгуку, де нижній індекс п відзначає номер зондування, а індекс q - номер відліку по глибині на кожнім періоді зондування, надходять на перший вхід комплексного помножувача 29 безпосередньо, а також на його другий вхід через ЛІНІЮ затримки ЗО ЛІНІЯ затримки ЗО здійснює затримку на час Tq рівний одному періоду проходження вхідних ВІДЛІКІВ, так що на входи комплексного помножувача 29 одночасно надходять ВІДЛІКИ U n q і U n q_-| На виході комплексного помножувача 29 формуються комплексні добутки Yn q = U n q • U n q _ i , де U позначає величину, комплексно спряжену із U 3 виходу комплексного помножувача 29 комплексні добутки Y надходять на перший вхід комплексного суматора 31, на другий вхід якого надходять попередні результати накопичення, прочитані із запам'ятовуючого пристрою 32 за адресою, заданою багаторозрядним сигналом 33 з адресного входу На виході комплексного суматора 31 формуються поточні накопичені значення 2 2 ^ n q к о м п л е к с н о г о коефіцієнта n q автокореляцм для значення затримки Tq що записуються в запам'ятовуючий пристрій 32 за тією ж адресою Інтервали накопичення визначаються адресним сигналом 33 зони глибини і керуючим комплексних коефіцієнтів автокореляцм Y 3r переписуються з запам'ятовуючого пристрою 32 в обчислювач середньої частоти 35, а комплексний суматор 31 переводиться з режиму додавання в режим прямого пропущення комплексного добутку з виходу комплексного помножувача 29, завдяки чому процес накопичення починається знову Обчислювач 35 визначає оцінки