Імпульсно-зондувальний остеометр

Імпульсно-зондувальний остеометр, що містить генератор частоти, генератор зондувальних імпульсів і випромінюючий перетворювач ультразвукових коливань, що з'єднані між собою послідо Корисна модель відноситься до медицини, зокрема до діагностування з використанням ультразвукових хвиль (УЗ) і може бути використаною в ортопедії і травматології. Відомий зондувальний пристрій для виміру параметрів УЗ в середовищі, який містить акустичні перетворювачі з приймачами та п'єзоелектричними випромінювачами, синхронізатор, з'єднаний з входами генератора зондувальних імпульсів і комутатор, плечі якого підключені до керуючих входів підсилювача, з'єднаного з пластинами електронно-променевого індикатора, блок затримки розгорнення, з'єднаний з генератором розгорнення (А.с. №333462 СРСР, МПК G01 N29/00). Відомий пристрій для неінвазивного дослідження кісткових тканин забезпечує замалу точність вимірювання швидкості поширення фронту УЗ хвилі та оперативність діагностування. Найближчим по кількості істотних ознак до корисної моделі, що заявляється, є імпульснозондувальний остеометр, який містить генератор частоти, генератор зондувальних імпульсів і випромінюючий перетворювач ультразвукових коливань, що з'єднані між собою послідовно, і приймачперетворювач ультразвукових коливань, вихід якого з'єднаний із входом підсилювача. Підсилювач пристрою додатково зв'язаний з лінією затримки, вихід якої зв'язаний з послідовно з'єднаними генератором розгорнення, першим входом елект вно, і приймач-перетворювач ультразвукових коливань, вихід якого з'єднаний із входом підсилювача, який відрізняється тим, що у схему додатково включені регульоване джерело опорної напруги, цифровий індикатор, генератор тактових імпульсів і мікроконтролер, перший вхід якого з'єднаний з виходом генератора тактових імпульсів, другий - з виходом підсилювача, а третій - з джерелом опорної напруги, при цьому вхід джерела опорної напруги має зворотний зв'язок з першим виходом мікроконтролера, його другий вихід зв'язаний з входом генератора частоти, а третій з'єднаний з цифровим індикатором. ронно-променевого індикатора і послідовно з'єднаними генератором каліброваної напруги, другим входом електронно-променевого індикатора, а вихід приймаючого перетворювача ультразвукових коливань - із входом підсилювача, вихід якого з'єднаний із третім входом електронно-променевої трубки [див. Х.А. Янсон, В.В. Дзенис, A.M. Татаринов. Ультразвукові дослідження трубчастих кіст. Рига: «Зинатне», 1990. -224с]. Як і в попередньому, в цьому імпульсно-зондувальному остеометрі, убачаються недостатня точність вимірювання швидкості поширення фронту УЗ хвилі в кісткових тканинах та оперативність діагностування, внаслідок розкиду параметрів елементів його електронної основи, надмірної розбіжності періодів поширення УЗ хвилі повздовж поверхні кісткової тканини та крізь її товщу, впливу засобів керування, недостатнього доопрацювання засобів обробки, обчислення та візуалізації даних вимірів. В основу корисної моделі поставлено задачу розробити такий імпульсно-зондувальний остеометр, який шляхом компенсації розкиду фізичних параметрів вимірювання забезпечує підвищення точності вимірювань швидкості поширення фронту УЗ хвилі в кісткових тканинах та оперативності діагностування при використанні. Вищезазначений технічний результат досягається тим, що у відомому імпульснозондувальному остеометрі, який містить генератор ю CM ю О) 5425 частоти, генератор зондувальних імпульсів і випромінюючий перетворювач ультразвукових коливань, що з'єднані між собою послідовно, і приймач-перетворювач ультразвукових коливань, вихід якого з'єднаний із входом підсилювача, відповідно до корисної моделі, у схему додатково включені регульоване джерело опорної напруги, цифровий індикатор, генератор тактових імпульсів і мікроконтролер, перший вхід якого з'єднаний з виходом генератора тактових імпульсів, другий - з виходом підсилювача, а третій - з джерелом опорної напруги, при цьому вхід джерела опорної напруги постачений зворотнім зв'язком з першим виходом мікроконтролера, його другий вихід зв'язаний з входом генератора частоти, а третій поєднаний з цифровим індикатором. Ознаки, які відокремлюють пропонований імпульснозондувальний остеометр від найближчого та зумовлюють підвищення точності й оперативності діагностування, представлені наявністю регульованого джерела опорної напруги, цифрового індикатора, генератора тактових імпульсів, мікроконтролера й функціональними зв'язками між ними. Залучення генератора тактових імпульсів і джерела опорної напруги сприяє реалізації функцій мікроконтролера. Використання ж мікроконтролера забезпечує компарування електричних сигналів, компенсацію розбіжності часу затримки, внесеного електронними каскадами пристрою, засобами керування та часом поширення хвилі крізь товщу шкірного покриву досліджуваної тканини, виявляє розбіжність часу поширення УЗ хвилі повздовж поверхні кісткової тканини між основним і контрольним вимірами, автоматизує операції обробки та обчислення даних вимірів з технологічно прийнятною точністю. Цифровий індикатор сприяє розширенню меж візуалізації швидкісного спектру УЗ хвилі. Тому сукупність відмітних ознак є суттєвою, бо має причинно-наслідковий зв'язок з очікуваним технічним результатом, а за відсутністю очевидності пропонованих засобів його перевершення відповідає критерію корисної моделі «новизна». За даними порівняльного аналізу заявленого імпульсно-зондувального остеметра і прототипу точність вимірювань швидкості поширення фронту УЗ хвилі в кісткових тканинах за допомогою заявленого технічного рішення підвищується на 1020%, а оперативність діагностування - у 2, 3 та більше разів. Додаткові переваги заявленого об'єкта полягають у портативності пристрою за рахунок залучення сучасної елементної бази, покращенні експлуатаційних зручностей, що розширює межі проведення і спрощує здійснення УЗ діагностики, насамперед в травматології та ортопедії. На Фіг.1 надана структурна схема імпульснозондувального остеометра. Імпульсно-зондувальний остеометр, містить генератор частоти 1, генератор зондувальних імпульсів 2 і випромінюючий перетворювач УЗ коливань 3, що з'єднані між собою послідовно, а також приймач-перетворювач УЗ коливань 4, при цьому вихід останнього поєднаний із входом підсилювача 5. У схему пристрою додатково включені регульо ване джерело опорної напруги 6, цифровий індикатор 7, генератор тактових імпульсів 8 і мікроконтролер 9, перший вхід якого з'єднаний з виходом генератора тактових імпульсів 8, другий - з виходом підсилювача 5, а третій - з джерелом опорної напруги 6, при цьому вхід джерела опорної напруги 6 постачений зворотнім зв'язком з першим виходом мікроконтролера 9, його другий вихід зв'язаний з входом генератора частоти 1, а третій поєднаний з цифровим індикатором 7. Динаміка пропонованого імпульснозондувального оетеометра полягає в наступному. Перед початком роботи встановлюють робочі поверхні випромінюючого 3 і приймаючого перетворювачів УЗ коливань 4 на відстані 1=10, 20 чи 30мм. Обране значення зберігається в пам'яті приладу. При ввімкненні живлення ініціалізуються регістри мікроконтролера 9, а по групі його виходів, що зв'язані з групою входів регульованого джерела опорної напруги 6, записується код вихідної напруги регульованого джерела опорної напруги 6. Вихід регульованого джерела опорної напруги 6 з'єднаний із третім входом мікроконтролера 9, що сконфігурирований як позитивний вхід компаратора під час ініціалізації регістрів. З другого виходу мікроконтролера 9 на вхід генератора частоти 1, як буферним елементом схеми порушення УЗ імпульсу, надходить пусковий імпульс і запускається лічильник мікропроцесора 9. В області додатка випромінюючого перетворювача УЗ імпульсу 3 створюється подовжня хвиля, фронт якої на виході приймаючого перетворювача УЗ коливань 4 забезпечує переборючий одну з попередньо виставлених відстаней І електричний сигнал. Посилений електричний сигнал з виходу підсилювача 5 надходить на другий вхід мікроконтролера 9, що сконфігурирований як негативний вхід компаратора. При виробленні компаратором мікроконтролера 9 сигналу логічної одиниці відбувається «захоплення» лічильника мікроконтролера 9, тобто зупинення рахунку і запис результату під час поширення фронту УЗ імпульсу t в оперативну пам'ять мікроконтролера 9. Кількість циклів сканування визначається програмним забезпеченням приладу, адекватно до рівнів спрацьовування компаратора мікроконтролера 9. На завершення вимірів мікроконтролер 9 обробляє результати вимірів часу поширення фронту УЗ хвилі з технологічно прийнятною точністю, а його інтегральні властивості сприяють підвищенню оперативності діагностування. Додатково мікроконтролер 9 по відстані І й обмірюваному та відкоректованому часу поширення УЗ хвилі І обчислює швидкість УЗ хвилі Vu в автоматизованому режимі (за формулою Vu=l/t). Код уточненого та відформатованого результатів по третій групі виходів мікроконтролера 9 записується через групу входів цифрового індикатора 7. Цифровий індикатор 7 забезпечує відображення швидкості УЗ у діапазоні 0-9999м/с. Точність швидкості поширення фронту УЗ хвилі Vu посилюється контрольним виміром часу поширення фронту УЗ хвилі при зсуві відстані І,: = tp+tk+tc2, де t i , t2 - час поширення УЗ хвилі; Vui, Vu2 - її 5425 швидкість поширення; t c i і tC2 - час її поширення по поверхні кісткової тканини, у відповідних вимірах. Цим використання мікроконтролера 9 компенсує розбіжність часу затримки t p , внесеного використаними електронними елементами пристрою, засобами їх застосування, програмою, що реалізує керування блоками приладу, а також часом поширення хвилі крізь товщу шкірного покриву досліджуваної тканини tk. Надалі мікроконтролер 9 обчислює розбіжність часу поширення УЗ хвилі по поверхні кісткової тканини між основним і контрольним вимірами: t t іго с2 ' 2 цифровим індикатором 7, генератором тактових імпульсів 8 і мікроконтролером 9. Перший вхід мікроконтролера 9 зв'язували з виходом генератора тактових імпульсів 8, а другий вхід - з виходом підсилювача 5. Першу групу виходів мікроконтролера 9 поєднували з групою входів регульованого джерела опорної напруги 6, вихід якого зв'язували з третім входом мікроконтролера 9, а другий вихід - із входом генератора частоти 1, при цьому третю групу виходів мікроконтролера 9 поєднували з групою входів цифрового індикатора 7. В ролі цифрового індикатора 7 був використаний пристрій типу TDI.1400 фірми TFK, що являє собою лінійку з чотирьох семисегментних світлодіодних індикаторів. Генератор тактових імпульсів 8 виконувався з використанням кварцового резонатору частотою 10МГц. Мікроконтролер 9 являв собою відповідний пристрій фірми AVR Atmel типу AT90S2313, а регульоване джерело опорної напруги 6 було зібране з використанням операційного підсилювача типу МСР601 та цифрового потенціометра типу МСР4105 фірми Microchip. Доопрацювання функціональної схеми базового імпульсно-зондувального остеометра у наданому вигляді забезпечило компенсацію розкиду фізичних параметрів вимірювання, а використання в ортопедії-травматології - проведення досліджень кісткових тканини з більш високою точністю та оперативністю. І1 — їм — с1 vu2 vu1 та швидкість поширення фронту УЗ хвилі по поверхні кісти VCl з урахуванням констант товщини шкірного покриву та швидкості УЗ уздовж поверхні в обраному фрагменті біотканини: с I 2 /V U 2 -I,/V U 1 На прикладі конкретного відтворення імпульсно-зондувального остеометра його схема включала послідовно з'єднані генератор частоти 1, генератор зондувальних імпульсів 2, випромінюючий перетворювач УЗ коливань 3 і їх приймачперетворювач 4. Вихід приймача-перетворювача 4 УЗ коливань 3 був з'єднаний із входом підсилювача 5, регульованим джерелом опорної напруги 6, ~1 3 5 шкірний покрив кісткова тканина Фіг. 1 Комп'ютерна верстка Н. Лисенко Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул. Глазунова, 1, м. Київ - 4 2 , 01601