Ультразвуковой датчик для биологических исследований

Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик ЕЛЬ СТВУ К АВТОРСКОМУ С) УДК 620.179 (088.8) ликовано 07.01.82. Бюллетен по делам изобретений Дата опубликования описания 07.0.82 и открытии(7 аунасский политехнический институт им. Антанаса те(54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ДАТЧИКЯ БИОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ ередающий ленный на ыполненной2 с остИзобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в медицине и биологии для определения свойств биологических объектов, таких как плотность, скорость и коэффициент поглощения ультразвука.По основному авт. св. 93568 известен ультразвуковой датчик для биологических исследований, содержащий под углом направленный приемно-излучающий преобразователь и угломер, приемно-излучающий преобразователь прикреплен к основанию угломера, выполненному в виде призмы, а к подвижной части угломера при помощи микрометрического устройства перемещения прикреплен рефлектор, являюшийся одновременно захватом исследуемого вещества 1. 1Недостатком этого датчика является невозможность измерения плотности мягких тканей, что значительно сужает его функциональные возможности.Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет измере- О ния плотности биологических объектов.Поставленная цель достигаетСя тем, что датчик снабжен дополнительным приемноизлучающим пьезопреобразователем, идентичным по акустическим свойствам и размерам основному, установленным на меньшей из параллельных граней призмы неподвижной части угломера таким образом, что точка ввода его колебаний совпадает с точкой ввода колебаний основного пьезопреобразователя.На чертеже представлена схема ультразвукового датчика в случае измерения продольными волнами.Датчик содержит приемно-ппьезопреобразователь 1, закрепнеподвижной части угломера, вв виде трапецеидальной призмьрым угломер,.К подвижной части 3 угломера при помощи микрометрического устройства 4 перемещения прикреплен рефлектор 5, образующий с неподвижной частью 2 угол Р и являющийся одновременно захватом исследуемого вещества 6. В исследуемом веществе распространяются продольные волны 7 и поперечные волны 8. К меньшей из параллельных граней трапецеидальной призмы неподвижной части 2 угломера прикреплен второй идентичный приемно-излучающий пьезопреобразователь 9, излучающий продольные волны 10.Датчик работает следующим образом.Высокочастотный импульс напряжения генератора возбужает пьезопреобразователь 1, который излучает акустический импульс в призму 2, имеющую акустический контакт с исследуемым биологическим веществом б, При наклонном падении продольных ультразвуковых волн на .исследуемое вещество 6 они преломляются и трансформируются в продольные волны 7 и поперечные волны 8. В случае измерения коэффициента поглощения ультразвука в биологических вещест. вах толщину д слоя исследуемого вещества б измеряют при помощи микрометрического устройства 4. При измерении скорости ко. эффициента поглощения продольных волн угол ф поворота рефлектора 5 устанавливают равным р, при котором продольные волны 7 отражаются перпендикулярно от рефлектора 5. Отразившиеся волны возвращаются обратно и принимаются преобра. зователем 1. В этом случае на выходе пьезопреобразователя 1 получается напряжение 31. Затем рефлектор 5 перемещают на величину д при неизменном угле фмежду рефлектором 5 и неподвижной частью 2 угломера, и выходное напряжение становится равным 11. Коэффициент поглощения продольных волн 3. в исследуемом веществе 6 определяют по формуле:Ь -.Т= - . - ф -2:дАналогичным образом определяется коэффициент поглощения поперечных волну . В этом случае угол в устанавливается равным зт, при котором поперечные волны 8 отражаются перпендикулярно от рефлектора 5.Скорость продольных Си поперечных Ст ультразвуковых волн в биологическом веществе 6 согласно закону Снелиюса рассчитывается по формуле:с 51 Фьть,т Ьи А где с - скорость продольных волн в материале призмы 2.При измерении плотности дополнительно возбуждается пьезопреобразователь 9, который излучает перпендикулярно границе раздела исследуемого вещества 6 и трапецеидальной призмы 2 импульс продольных волн 10. Отраженные в обратном направлении волны 10 принимаются пьезопреобразователем 9.При этом измеряется отношение напряжений, получаемых на пьезопреобразователе 9 в двух случаях: при наличии ткани б и, когда ткань 6 отсутствует. Это отношение равно коэффициенту ч отражения от грани цы раздела. По измеренным величинам фиЧ плотность Я исследуемой ткани 6 определяется согласно формуле:(-ч) ьпф15где Р - плотность материала призмы 2.Таким образом предлагаемый датчикдля биологических исследований позволяет провести одновременные измерения нескольких физических параметров (плотности, скорости и поглощения ультразвука) в мягких тканях организма 1 п что, являющихся важными показателями при диагнозировании ряда заболеваний, например, раковых, а его конструкция обеспечивает проведение изме рений в разнообразных мягких биологичес.ких тканях.формула изобретения30Ультразвуковой датчик для биологических исследований по авт. св.793568, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет измерения плотности биологических объекЗ 5 тов, он снабжен дополнительным приемноизлучающим пьезопреобр азов ателем, идентичным по акустическим свойствам и размерам основному, установленным на меньшей из параллельных граней призмы непод.вижной части угломера таким образом, что 40 точка ввода его колебаний совпадает сточкой ввода колебаний основного пьезопреобразователя.Источники информации,45 принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССРпо заявке2689240/25 - 10, кл. б 01 И 29/04,1978 (прототип).Составитель Т. ГолоТехред А. БойкасТираж 832ВНИИПИ Государственного копо делам изобретений и113035, Москва, Ж - 35, Раушслиал ППП Патент, г. Ужгород заро