ультразвуковой диагностический комплекс для диагностики опорно-двигательного аппарата человека

Формула изобретения

Ультразвуковой диагностический комплекс для диагностики опорно-двигательного аппарата человека, предназначенный для трехмерной ультразвуковой томографии и последующей визуализации костной структуры пациента, состоящий из последовательно соединенных многоканального блока приемопередающих устройств с антенным коммутатором, многоканального аналого-цифрового преобразователя, блока обработки принятых сигналов, блока накопления изображения и блока томографического отображения, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен системой контроля иммерсионной жидкости и диагностическим устройством, состоящим из резервуара, наполненного иммерсионной жидкостью, в котором с возможностью вертикального перемещения расположена площадка для пациента, перемещаемая шаговыми двигателями, установленными в верхней части резервуара, и там же расположена система сканирования, в которой установлены однотипные устройства сканирования, состоящие из одного или трех колец устройств сканирования, расположенных горизонтально друг над другом, и состоящих из равноудаленных друг от друга приемоизлучающих ультразвуковых преобразователей, установленных таким образом, чтобы их оси излучения были направлены по радиусам, которая может поворачиваться в горизонтальной плоскости и внутри которой располагается пациент, стоящий на площадке.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к медицинской ультразвуковой диагностической аппаратуре, более конкретно к ультразвуковым средствам формирования и визуализации трехмерных изображений строения костных структур при неинвазивных медицинских обследованиях пациентов.

Известно устройство (см. Патент РФ 2125836, кл. А 61 В 8/14, G 01 N 29/10) - ультразвуковой диагностический комплекс для формирования и визуализации трехмерных изображений, содержащий ультразвуковой датчик, передатчик и приемник зондирующих сигналов, устройство управления сканированием, блок управления синхронизацией, АЦП, конвертор, два процессора, два блока памяти, устройство управления дисплеем и два дисплея, а также устройство позиционирования. Основным недостатком устройства являются использование одного общего преобразователя для излучения и приема, приводящее к тому, что используются лишь отраженные в точку излучения сигналы, а не вся возможная информация о рассеянном ультразвуковом поле. Другими недостатками являются жесткая фиксация датчика на поверхности тела пациента, что приводит к усложнению устройства позиционирования, кроме того, заявленное в аналоге устройство позиционирования не позволяет получить целостную картину строения костных структур пациента.

Наиболее близким к изобретению является ультразвуковой томограф, содержащий последовательно соединенные кольцевую антенную решетку из приемоизлучающих пьезопреобразователей, многоканальный блок приемопередающих устройств с антенным коммутатором, многоканальный аналого-цифровой преобразователь, блок обработки принятых сигналов, блок накопления изображения и блок томографического отображения (см. Патент РФ 2145797, кл. А 61 В 8/08, 8/14). Однако примененный в прототипе поворотный стол с установленной на нем антенной решеткой позволяет получить изображение лишь той части тела пациента, которая попадает в слой озвучивания. Хотя применение в прототипе более двух групп приемоизлучающих пъезопреобразователей с различными углами наклона и расширяет слой озвучивания, но не позволяет получить целостную картину строения костных структур человека. Кроме того, большое количество разнонаправленных ультразвуковых преобразователей приводит к усложнению аппаратной реализации конструкции антенной решетки, а получаемый от нее многомерный массив информации требует значительных вычислительных мощностей как аппаратных, так и программных для построение визуальной картины озвученного слоя.

Предлагаемое изобретение направлено на создание ультразвукового томографа, обеспечивающего получение целостной картины костных структур пациента, высокую повторяемость результатов измерений, высокую скорость сканирования и обработки информации.

Решение поставленных задач обеспечивается тем, что в ультразвуковой диагностический комплекс для диагностики опорно-двигательного аппарата человека, содержащий последовательно соединенные многоканальный блок приемопередающих устройств с антенным коммутатором, многоканальный аналого-цифровой преобразователь, блок обработки принятых сигналов, блок накопления изображения и блок томографического отображения, введено диагностическое устройство, состоящее из резервуара, наполненного иммерсионной жидкостью, в котором расположены система контроля иммерсионной жидкости, площадка, управляемая шаговыми двигателями, установленными в верхней части резервуара, где расположена система сканирования, в которой установлены однотипные устройства сканирования, равноудаленные друг от друга и образующие замкнутые кольца в горизонтальной плоскости.

Предлагаемый ультразвуковой диагностический комплекс для диагностики опорно-двигательного аппарата человека иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1, 2.

На фиг.1 представлена упрощенная блок-схема ультразвукового диагностического комплекса для диагностики опорно-двигательного аппарата человека; на фиг.2 иллюстрируется принцип работы ультразвукового диагностического комплекса для диагностики опорно-двигательного аппарата человека.

Ультразвуковой диагностический комплекс для диагностики опорно-двигательного аппарата человека, предназначенный для трехмерной ультразвуковой томографии и последующей визуализации костной структуры пациента, включает в себя последовательно соединенные диагностическое устройство 1 (ДУ) с расположенными в нем системой сканирования 2 (ССк) и системой управления 3 (СУ), многоканальный блок приемопередающих устройств с антенным коммутатором 4 (АК-БППУ), многоканальный аналого-цифровой преобразователь 5 (АЦП), блок обработки принятых сигналов 6 (БОПС), блок накопления изображения 7 (БНИ) и блок томографического отображения 8 (БТО).

Диагностическое устройство 1 включает в себя резервуар 9 (см. фиг.2) с иммерсионной жидкостью 10, в которой расположена площадка 11, связанная с шаговыми двигателями 12 (ШД), которые связаны с системой управления 3, система контроля иммерсионной жидкости 13 (СКИЖ), система сканирования 2 (ССк), состоящая из одного или нескольких колец устройств сканирования 14 (УСк). Каждое из колец устройств сканирования представляет собой систему укрепленных на горизонтально расположенном кольце приемопередающих ультразвуковых преобразователей, равноудаленных друг от друга с осями излучения, направленными вдоль радиусов. Таких колец может быть от одного до трех. В последнем случае все они располагаются горизонтально друг над другом на расстоянии несколько сантиметров друг от друга. Причем вся система сканирования расположена таким образом, чтобы при исходном положении опорной площадки вся она была погружена в иммерсионную жидкость 10, а расстояние между нижним кольцом устройства сканирования (УСк) 14 и площадкой 11 составляло не более 5 см. Каждое из колец устройств сканирования (УСк) 14 подключено к многоканальному блоку приемопередающих устройств с антенным коммутатором (АК-БППУ) 4. Система управления (СУ) 3, многоканальный блок приемопередающих устройств с антенным коммутатором (АК-БППУ) 4 и многоканальный аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 5 конструктивно могут быть выполнены как в виде выносного блока, так и в виде платы расширения для электронно-вычислительной машины 15 (ЭВМ), в которую входят блок обработки принятых сигналов ( БОПС) 6, блок накопления изображения (БНИ) 7 и блок томографического отображения (БТО) 8.

Ультразвуковой диагностический комплекс для диагностики опорно-двигательного аппарата человека работает следующим образом.

Пациент становится на площадку 11, находящуюся на отметке "нулевой уровень" (фиг.2). Далее врачом с помощью соответствующего программного обеспечения, установленного на ЭВМ 15, задается режим сканирования и входные данные для него. В соответствии с входными данными и по выбранной врачом программе система управления (СУ) 3 дает команду шаговым двигателям (ШД) 12 на перемещение площадки 11 на отметку "начальный уровень". Затем в соответствии с выбранным режимом сканирования, который определяет скорость перемещения площадки 11 и схему излучения и приема ультразвуковых сигналов устройством сканирования (УСк) 14, система управления (СУ) 3 управляет шаговыми двигателями (ШД) 12, многоканальным блоком приемопередающих устройств с антенным коммутатором (АК-БППУ) 4 и многоканальным аналого-цифровым преобразователем (АЦП) 5.

Короткий зондирующий прямоугольный импульс, сформированный активным в данный момент устройством сканирования (УСк) 14, который выбрала система управления (СУ) 3, излучается, а затем после отражения принимается всеми или определенными системой управления (СУ) 3 устройствами сканирования (УСк) 14 и усиливается в многоканальном блоке приемопередающих устройств с антенным коммутатором (АК-БППУ) 4.

Сигналы с усилителей блока 4 (АК-БППУ) поступают на многоканальный аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 5, выходные сигналы с которого поступают в блок обработки принятых сигналов (БОПС) 6 и запоминаются в нем.

После этого происходит перемещение площадки 11 на определенный шаг вниз, а также если выбран соответствующий режим сканирования, поворот системы сканирования 2 (ССк) на определенный угол. Далее процесс сканирования продолжается до тех пор, пока площадка 11 не достигнет “конечного уровня” сканирования. После этого процесс записи данных в блок обработки принятых сигналов (БОПС) 6 прекращается. Далее происходит подъем площадки 11 до “нулевого уровня”. При этом, если задан соответствующий режим сканирования, также возможно производить сканирование пациента.

При записи оцифрованных сигналов в блоке 6 (БОПС) осуществляется точное измерение времени распространения проходящих и отраженных импульсов через озвученный слой. На основе этих значений в блоке 6 (БОПС) осуществляется оценка распределения крупномасштабных (более 5-10 длин волн) неоднородностей скорости ультразвука и его поглощения в объекте (первый этап обработки). Эти результаты используются на втором этапе для уточнения параметров фазирования принятых сигналов (в случае применения нескольких колец УСк 14) с целью восстановления полной картины распределения скорости поглощения и плотности ткани в озвученном слое. Такая двухэтапная обработка позволяет скорректировать искажения волн вносимыми неоднородностями исследуемого объекта, которые в ультразвуковых медицинских приборах, не учитывающих подобные искажения, снижают их разрешающую способность в несколько раз. Тем самым улучшается разрешающая способность предлагаемого ультразвукового диагностического комплекса для диагностики опорно-двигательного аппарата человека и приближается к максимально достижимой для данной рабочей частоты и близкой к четверти длины волны.

Поясним функционирование системы контроля иммерсионной жидкости 13 (СКИЖ). При перемещении площадки 11 из положения “нулевой уровень” в положение “конечный уровень” происходит вытеснение иммерсионной жидкости за счет объема пациента, которая через сливное отверстие (не показано) поступает в СКИЖ 13. При обратном перемещении площадки 11 происходит понижение уровня иммерсионной жидкости. В результате чего срабатывает датчик уровня жидкости (не показан), включается насос, имеющийся в СКИЖ 13 (не показан), и происходит наполнение резервуара иммерсионной жидкостью до уровня сливного отверстия.

Получив от блока 3 (СУ) сигнал о завершении процесса сканирования ЭВМ 15, производит считывание массива данных из блока 6 (БОПС) на свое устройство долговременного хранения в базу данных пациентов. Затем врач может выбрать программу-фильтр для обработки полученного массива данных, которая осуществляется в блоке 7 (БНИ), и получить визуальное трехмерное изображение строения костных структур человека через блок 8 (БТО).

Таким образом, из описания работы ультразвукового диагностического комплекса для диагностики опорно-двигательного аппарата человека следует, что примененное в ультразвуковом диагностическом комплексе для диагностики опорно-двигательного аппарата человека диагностическое устройство 1 (ДУ) позволяет получить как целостную картину костных структур пациента, так и отдельных частей, при этом обеспечивается повторяемость измерений с высокой степенью точности. Кроме этого, конструкция системы сканирования 2 (ССк) снижает требования к вычислительным мощностям аппаратных и программных средств для построения визуальной картины.