Устройство для ультразвуковых исследований

Союз Советских Социалистических республикОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ о 1786993(51)М. Кл. с присоединением заявки йо А 61 В 10/00 Государственный комитет СССР оо делам изобретений н открытий(71) Заявитель Каунасский политехнический институт им. Антанаса Снечкуса(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВЬИ ИССЛЕДОВАНИЙ Изобретение относится к медицинской технике, а именно к диагностической аппаратуре.Известно устройство для ультразвуковых исследований, содержащее приемно-передающий блок, блоки электронного сканирования и стробирования блок программ, блок памяти, ультразвуковые преобразователи, механизм перемещения преобразователей вокруг О оси исследуемого тела, датчик положения преобразователей и контактно- акустическую камеру 11.Однако это Устройство не обеспечивает визуальный контроль выполне ния акта репозиции отломков кости конечности, что затрудняет проведение остеосинтеза.Целью изобретения является обеспечение визуального контроля выпол нения акта репоэиции отломков кости конечности.Поставленная цель достигается тем, что в устройстве контактно-акустическая камера выполнена в виде ци линдрической контактно-жидкостной подушки, предназначенной для размещения на исследуемом участке конечности, мембраны, расположенной поверх подушки по всей площади образующей ЗЬ цилиндра, двух полуколец и закрепленных на них ультразвуковых преобразователей, соединенных электрически с блоком электронного сканирования, а механически с датчикомположения преобразователей, причемодна пара полуколец жестко соединена с дополнительно установленнымкронштейном, предназначенным длязакрепления на горизонтальном мостутороко-абдукционной шины. Кроме того, ультразвуковые преобразователи выполнены в виде линейной решетки преобразователей, имеющих искривление излучающей поверхности по радиусу, равному радиусу цилиндрической мембраны.На фиг. 1 изображена структурная схема устройства для ультразвуковых исследований; на фнг. 2 - электро- акустическая часть устройства визуализации, вертикальная проекция; на фиг. 3 - временные диаграммы рабо" ты устройства; на фиг. 4 - схема установки электроакустнческой части устройства визуализации на торокоабдукционную шину.Устройство содержит линейную решетку 1 электроакустических ультразвуковых преобразователей, соединеннуюс последовательно включенными блоком2 электронного сканирования и приемно-передающим блоком 3, выход которого соединен с катодом первой электроннолучевой трубки 4 и с входом блока 5 временного страбирования, Одиниз входов блока 5 подключен к выходублока б программ, а выход блока 5 кпервому входу дискриминатора 7 импульсов и к катоду второй электроннолучевой трубки 8 с электронной памятьюблока памяти, Второй вход дискрими-натора импульсов через блок б программ соединен с управляющей сеткойпервой электроннолучевой трубки 4 ис входом управления блока 5 временного стробирования, а выход через переключатель 9 с входом автоматического управления блока б программ.Вход синхронизации блока б подключенк выходу напряжения первой разверткиблока 2 электронного сканирования,к пластинкам веатикального отклонения электроннолучевой трубки 8 сэлектронной памятью и электроннолучевой трубки 4, пластинки горизонтального отклонения которой соединены с выходом напряжения второйразвертки блока 2 электронногосканирования. Датчик 10 положенияпреобразователей электрически соединен с пластинами горизонтальногоотклонения элеКтроннолучевой трубки,8 и механически с решеткой 1 пьезоэлектрических преобразователей,которая подвижно фиксируется на направляющих полукольцах 11, 12,между:которыми устанавливаЕтся акустически прозрачная мембрана 13, с внутренней стороны которой уложена цилиндрическая контактно-жидкостнаяподушка 14, контактирующая с исследуемым объектом 15. Линейная решетка1 преобразователей имеет искривление излучающей поверхности по радиусу, равному радиусу цилиндрическоймембраны 13Во время репозиции отломков трубчатой кости верхней конечности (плеча) на тороко-абдукционной шине 1 б (фиг.4 ) части ее горизонтального моста заменяется кронш- .тейном 17, служащим не только звеном жесткости видоизмененного мосташины, но и предназначенным для временного прикрепления электроакустической части устройства визуализациитак, чтобы решетка 1 электроакустических преобразователей могла свободно обойти плечо. К кронштейну 17крепятся нижние полукольца .11.Устройство работает следующим образом.На переменное место плеча исследуемый объект 15) накладывают контактно-жидкостную подушку 14, сверхуее мембрану ( в виде свернутого листа)которая ложится в нижние полукольца11 и сверху надевают верхние полукольца 12 с закрепленной на них решеткой 1 электроакустических преобразователей. Далее подушку 14 наполняют прозрачной для ультразвука жидкостью,ф благодаря создавшемуся при5 этом давлению на поверхность исследуемого объекта 15 с одной стороны,и акустически прозрачной мембраны13 с другой стороны, обеспечиваетсяакустический контакт исследуемогообъекта с решеткой 1 преобразователей. Решетка в свою очередь имеетискривление излучающей поверхностиодинаковое и криволинейностью установленной на направляющие полукольца мембраны 13Блок 2 электронного сканированияи приемно-передающий, блок 3 обеспечивают работу линейной решетки 1преобразователей в режиме излучениеприем в плоскости, проходящей черезо продольную ось симметрии исследуемого объекта. Зондирующие ультразву-ковые импульсы, излученные решеткойв виде узкого луча, проходят акус.тически прозрачную мембрану 13,25 акустическую контактно-жидкостнуюподушку 14 и входят в исследуемыйобъект 15. Эхо-импульсы, возникшиев результате отражения зондирующихимпульсов от неоднородностей струкЭО туры объекта, благодаря работе блока 2 электронного сканирования иприемно-передающего блока 3, принимаются решеткой только из местконцентрации ультразвукового поля 35 облучения. Развертка электроннолучевой трубки 4 как бы повторяетпуть зондирующих импульсов в плоскости линейного сканирования решетки 1 электроакустических преобразователей. Здесь развертка по строкам 4 О координата Х ) отображает глубинузондирования, а развертка йо кадрам(координата У) место излучения находящейся на апертуре линейной решетки 1 преобразователей. Эхо-сигна лы после их обработки в блоках 2 и 3поступают на катод электроннолучевойтрубки 4. и модулируют ее луч. Впоследствии на экране трубки образуется двухмерная эхограмма ультразвукового "разреза" исследуемого объектаи центрируемого тела 1 б по ракурсузондирования 9, определяемому местом расположения решетки на направляющих полукольцах 11, 12. Излучающая поверхность электроакустическойрешетки выполнена с криволинейностьюмембраны 13. Этим достигается акустический контакт электроакустическойрешетки с мембраной - акустическойконтактно-жидкостной подушкой 14 бО исследуемым объектом 15 в любом выбранном ракурсе координата 9 )Для удобства исполнения используетсяручной привод, Эхограмма на экранетрубки 4, представляющая из себя 65 топологию яркостных отметок, дает.эхо-импульсам О, чтобы последний оказался в середине этого перепада. На5 экране электроннолучевой трубки 4это выразится картиной, где яркостная отметка эхо-импульса О будет находиться посредине незасвеченнойчасти строки-метки. На этом заканчивается подготовка устройства визуализации к формированию развертки целостности центрируемого тела 16 наэкране электроннолучевой трубки 8.Временный дискриминатор 7 предназначен для определения временного рассогласования между опорным эхо-импульсом а и импульсом электронныхворот (сигнал А ) на строке-меткеи преобразования его в сигнал рассогласования. Переключатель 9 перево дится из нейтрального положения врабочее, определяющее автоматическуюселекцию эхо-сигналов, отраженныхот поверхности центрируемого тела.Так как решетка поставлена по Ра курсу вс , а дискриминатор 7 импульсов йастроен на опорный эхоимпульс а, находящийся в серединеэлектронных ворот (сигнал А), выходное напряжение рассогласования (сигнал Д) на выходе импульсного дискриминатора при этом будет равно ну-.лю. Время запаздывания импульсовэлектронных ворот (сигнал В) будетравно-с . Это значит, что эхоимпульсы, пришедшие из глубинногослоя х -х в плоскости сканирования1линейной решетки, направляются вкатод электроннолучевой трубки 8.Напряжением развертки строк (вертикальная развертка - координата У ) 60 трубки 8, служит тоже самое напряжение кадровой развертки (вертикальнаяразвертка) трубки 4. Оно соответствует положению ультразвукового лучана апертуре линейной решетки 1 пре образователей. Луч электроннолучевой врачу представление о дислокации и характере перелома репонируемой конечности, помогает локализировать костные отломки, После того, как врач добивается приемлемого осевого положения отломков трубчатой кости пациента, используя при этом ручной метод и растяжение на абдукционной шине 16фиг.4 ), наступает завершающий этап репозиции-сближение частей Отломков. На этом этапе работы проводится ультразвуковой контроль за так называемой целостностью кости по его периметру. Эту информацию имеют только те эхо-импульсы, которые возникают в результате отражения зондирующих ульразвуковых импульсов от раздела исследуемый объект 15 (мышечная система плеча) - внешняя поверхность трубчатой кости (центрируемое тело 16) . Часть устройства визуализации, решающая задачу селекции и индикации эхо-импульсов, отображающих целостность костей, работает следующим образом. Импульс напряжения, выработанный блоком 6 программ, задает режим работы блоку 5 стробирования. В результате чего блок 5 проходит только те эхо-сигналы, которые йопадают в интервал времени с -й , отсчитывая от очередного зондирующего импульса. Ширина этих электронных "воротф Г =е -с и место их положения по строкам растра электроннолучевой трубки 4 устанавливается вручную врачом, исходя из конкретных условий эксперимента. Визуальный контроль за действительным местом интервала селекции эхо-сигналов осуществляется благодаря дополнительнойподсветке одной строки У (фиг.1), подачей на управляющую сетку трубки 4 импульса напряжений (сигнал А на фиг.З). Темный зазор глубины х-х подсвеченной строки говорит о том, что эхо-импульс о (сигнал Б на фиг.З)1 находящийся во временном интервалевыбран как ОпОРный для Осуществления слежения электронных ворот с целью селекции блохом 5 стробирования эхо-сигналов, которые приходятиз глубинного слоя х-х (стробирующие импульсы - сигнал В на фиг.З) для выявления целостности репонируеьых костей (центрируемого тела 16) по периметру.В общем случае центрируемое тедо 16 не будет находиться в геометрическом центре электроакустической круговой системы зондирования. А это означает, что расстояние между излучающей плоскостью апертуры линейной решетки 1 преобразователей и пеРесекаемой ее ультразвуковым лучом ближайшей поверхности отломков костей, соответственно и запаздывание с селектированию подлежащих эхоэхоимпульсов а сигнала Б фиг.З , будут меняться в зависимости от ракурса зондирования 6 . Вначале операторомрешетка 1 устанавливается под такимракурсом 8 , при котором эхо-импульса, выбранный в качестве опорного,займет по отношению к очередному моменту запуска зондирующего импульса(сигнал Г на фиг.З) в диапазоне полного круга механического сканирования решетки среднее положение. Этозначит, что решетка должна быть установлена на направляющих полукольцахв таком месте, в котором будет выполняться условие сэкО с В+ с 1 п/ДЪлее импульсный дискримийатор Гнастраивается так, чтобы его характеристика дискриминации сигнал Д нафиг.З) совпала с выбранным в качествеопорного эхо-импульсом О. И наконец, изменяя режим работы блока 6 программ, оператор добиваетсятакого положения отрицательного перелада напряжения подсветки (сигнал А) строки, также и стробирующих импульсов, по отношению к выбранным опорным15 трубки 8 по кадру (горизонтальная развертка) перемещается благодаря приложенному к пластинкам горизонтального отклонения напряжению датчика 10 положения и отображает ракурс зондирования 6 исследуемого объекта 15. Поэтому эхографическая инФормация о целостности центрируемого тела 16 по длине, равной длине апертуры линейной решетки на выбранном ракурсе зондирования 9 , как бы вырезается из общей эхограммы трубки 4 и визуализируется на экраны электроннолучевой трубки 8 в виде вертикальной линии,где незасвеченный ее кусок говорит о ширине зазора между отдельнымичастями репонируемых отломков костей. Когда решетку приводят в движение изменяя тем самым ракурс зондирования О , время задержки с селектируемых эхо-импульсовэхоменяется по мере изменения расстояния от решетки до центрируемого тела. В результате дискриминатор 7 импульсов вырабатывает напряжение рассогласования (сигнал Д), приводящее к изменению времени запаздывания с стробирующих импульсов (сигналы А и В) до такой степени, чтобы восстановилось положение, при котором опорный эхо-импульс о оказался в середине стробирующих импульсов. Подстройка положения этих стробирующих импульсов проводится автоматически один раз за кадр развертки той строки, на которую установлена, метка (подстветка). Ширина строба Г устанавливается оператором такая, чтобы к катоду трубки 8 пришли только те эхо-сигналы, которые несут информа",цию о местонахождений и характере целостности центрируемого тела при данном ракурсе зондированияЗа один круг перемещения решетки на направляющих полукольцах вокруг исследуемого объекта, на экране электроннолучевой трубки 8 с электронной памятью развертывается яркостная картина целостности репонируемых отломков костей в длину, равную длине аперту-. ры линейной решетки, и по всему периметру. Темные части развертки говорят о нарушениях целосности репонируемой конечности по длине ипо периметру.Записанная на экран электроннолучевой трубки двухмерная эхограмма развертки целостности центрируемого тела является решающим доказательством срастания трубчатых костей в зоне перелома и направляет хирурга по оптимальному пути к достижению ре 2 О 25 ЗО 35 40 45 50 55 позиции отломков костей с последующей иммобилизацией конечности.Использование устройства позволяет не только визуализировать ультразвуковые разрезы в реальном масштабе времени под любым ракурсом, но и отображает на экране трубки состояние целостности репонируемых отломков костей по всему периметру и этим решает вопрос диагностики безвредным для больного и врача методом в травматологии на всех этапах лечения: во время акта репозиции, наблюдения и контроля за процессом сращивания костей. Формула изобретения 1. Устройство для ультразвуковыхисследований, содержащее приемно-пе,редающий блок, блоки электронногосканирования и стробирования, блокпрограмм, блок памяти, ультразвуковыепреобразователи, механизм перемещения преобразователей вокруг оси исследуемого тела, датчик положенияпреобразователей и контактно-акустическую камеру, о т л и ч а ю щ ее -с я тем, что, с целью визуальногоконтроля выполнения акта репозицииотломков кости конечности, контактно-акустическая камера выполнена ввиде цилиндрической контактно-жидкостной подушки, предназначеннойдля размещения на исследуемом участке конечности, мембраны, расположенной поверх подушки по всей площади образующей цилиндра, двух полуколец и закрепленных на них ультразвуковых преобразователей, соединенных электрически с блоком электронного сканирования, а механическис датчиком положения преобразователей, причем одна пара полуколецжестко соединена с дополнительноустановленным кронштейном, предназначенным для закрепления на горизонтальном мосту тороко-абдукционнойшины.2. Устройство по п.1, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что ультразвуковые преобразователи выполнены ввиде. линейной решетки преобразователей, имеющих искривление излучающейповерхности по радиусу, равному радиусу цилиндрической мембраны.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент США Р 4058001,кл. 128-2 (А 61 В 10/00), опублик.1977.7 В 6993 Фиг з г Ужго ВНИИПИ Зака илиал ППП "Патент Гюцбинак 9 Оюза Обыск 47,Р