Ультразвуковой томограф

19 КЦ (щ.51) 5 А 6138 14 ОПИСАН Е ИЗОБРЕТ арственный элекИУльянова (Лениосударственный элек- имВ.И,Ульянова (Лени МОГРАФанустической томогвано ра визуализаостей исследуемого нтроля и медицинской Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам(57) Изобретение относится крафии и может быть использоции внутренних неоднороднобъекта неразрушающего ко диагностики. Цель изобретения - повышение чувствительности к протяженным дефектам с пространственно-ориентированной диаграммой направленности отражения. В ультразвуковом томографе иэображение объектов восстанавливается с учетом количества образов, с которых происходит реконструкция изображения, в результате чего ярности протяженных и точечных неоднородностей выравниваются. Это достигается аддитивным определением нормировочного множителя, который пропорционален количеству суммируемых образцов объекта. В результате значения нормировочного множителя для протяженных дефектов оказывается меньше, чем для точечных а яркости изображений выравниваются ЭмИзобретение относится к акустическим измерениям и может быть использовано для визуализации внутренних неоднородностей объектов, прозрачных для акустических волн, в дефектоскопии и в медицинской диагностике,Известно устройстао для получения акустических изображений с использованием метода синтезированной апертуры, в котором акустический преобразователь является слзбонаправлвнным (имеет малые волновые размеры) и, таким образом появляется возможность приема сигналов от протяженных фнеоднородностей, При этом существует такое положение преобразователя,.при котором он принимаем нормально отраженный сигнал. Для получения итогового иэображения требуется обработать инФормацию, полуиенную с ряда положений приемоизлучателя, при этом используется слерующее выражение для изображения ОЯ:где Я й, 1) - огибающая отраженного сигнала в точке области сканирования с радиусом-ектором г в момент времени т;Й - радиус-вектор текущей точки в исследуемой области;Со "скорость звука в исследуемом обьекте;щ и пз - граничные номера положений акустического преобращйателя, в которых "видна" влекущая точка й обьекта,б - глубина залегания точки В.Наиболее близким к изобретению является ультразвуковой топограф. содержащий последовательно соединенные приемоиэлучатель, блок усиления и коммутации, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), буферное оперативно-запоминающее устройство (ОЗУ) и регистровое ОЗУ, адресное йерепрогрвммируемое постоянное запоминающее устройство (ППЗУ), блок адресных переключателей, суммирующее устройство, умножитель, корректирующее ППЗУ, устройство отображения, контроллер и сканер, контроллер адресной шиной соединен с адресными входами адресного и корректирующего. ППЗУ, устройства отображения, буФерного ОЗУ и первой группой входов бмка адресных переключателей, выходы адресного ПОЗУ соединены с второй группой входов блока адресных переключателей, выходы которого соединены свдреснымй входами регистрового ОЗУ, кон 5 троллер управляющими линиями соединенс входом запуска блока усиления и коммутации, тактовым входом АЦП, входом разрушения записи в буферное ОЗУ, входом"чтения - записи" и тактовым входом реги"О стрового ОЗУ, входом переключения группвходов блока адресных переключателей,входами сброса суммирующего устройстваи входом разрешения записи в устройствоотображения, вь 1 хады регистрового ОЗУ со 15 единены свходами суммирующего устройства, выход суммирующего устройствасоединен с. умнажителем, выход которогосоединен с инФормационным входом устройства отображения, а сканер, механиче 20 ски связанный с приемаиэлучателем,соединен управляющей шиной с контроллерам,Недостатком известного томографа является низкая чувствител ьнасть к прстяженным неоднородностям, так как в алгоритмевосстановленного изображения не учитываетея возможная пространственная избирательность при отражении звука,появляющаяся при наличии протяженныхЗО неоднородностей, Б результате иэображение протяженных неоднородностей оказывается подавленным па отношения ксопоставимым лаальным,Цель изобретения - увеличение чувстЗб вительнасти к протяженным дефектам.Поставленная цель достигается тем, чтоультразвуковой томограф, содержащий последовательна соединенные приемаиэлучатель, блок усиления и коммутации, АЦП,40 буферное и регистровое ОЗУ, адресноеЛПЗУ, блок адресных переклачателей, суммируащее устройство, корректирующееППЗУ, умнажитель, устройство отображения, контроллер и сканер, в котором конт 4 б роллер па адресной шине соединен садресными входами адресного и корректирующего ППЗУ, устройства отображения,буферного ОЗУ, первый группой входов блока адресных переключателей, выходы адреснага ППЗУ соединены с второй группой входов блока адресных переключателей, выходы которого соединены с адресными входами регистрового ОЗУ, контроллер по саатветствуащим управляющим линиям саединен с входам запуска блока усиления и коммутации, тактовым входам АЦП, входом разрешения записи и в буферное ОЗУ, входам "чтения-записи" и тактовым входом регистрового ОЗУ, вхсдам переключения групп вхадав блока адресных переключате-э 2 В -Я+а где Яор - приведенное к расстоянию (для З 5сферических волн) пороговое значение отраженного сигнала Я,р таково, что сигналот дефектов, подлежащих восстановлению,выше Явор),а-коэффициент контрастности,О( а1, 40д 1 - Функция Хевисайда.Выражение (1) является частным случаем 2) при а = 1 или Япор-О. Приуменьшении а компенсируетСя подавлениеизображения дефектов, отличных от локальных, таким образом сущность изобретениязаключается в реализации нелинейной нормировки в соответствии с 2).На фиг, 1 представлена функциональная схема предлагаемого ультразвукового 50томографа, на Фиг. 2 - схема арифметического устройства; на фиг, 3 - схема блоказадания коэффициента контрастности.Ультразвуковой томограф содержитконтроллер 1, приемоиэлучатель 2, блок 3 55усиления и коммутации, АЦП 4, буферноеОЗУ 5, регистровое ОЗУ 6, адресное ППЗУ7, блок 8 адресных переключателей, блок 9элементов И, ППЗУ 10 пороговых уровней,лей и входом разрешения записи в устройство отображения, выходы суммирующего устройства соединены с умножителем, выходом соединенного с информационным входом устройства отображения. а сканер. механически соединенный с приемоиэлучателем управляющим каналом подключен к контроллеру, снабжено ППЗУ пороговых уровней и размера зоны усреднения, блоком элементом И, устройством сравнения кодов, счетчиком-сумматором, арифметическим устройством и блоком задания коэфФициента контрастности, контроллер по адресной шине подключен к адресным входам ППЗУ пороговых уровней размера эоны усреднения, а по управляющему входу - к входу "Сброс" счетчика-сумматора, выход ППЗУ пороговых уровней соединен с пер. вой группой входов устройства сравнения кодов, выходы которогосоединены с первой .группой входов блока элементов И и счетчиком-сумматором, выходы регистрового ОЗУсоединены с вторыми группами входом устройств сравнения кодов и блока элементов И, выб 10 15 20 25 ходы которого соединены с суммирующим устройством, входы арифметического устройства соединены с выходами счетчика- сумматора, корректирующего ППЗУ, ППЗУ размера зоны усреднения и блока задания коэффициента контрастности, з выход арифметйческого устройства соединен с входом умножителя.Сущность изобретения состоит в том, что в предлагаемом томографе восстанавливается иэображение объектов с учетом количества образов, с которых происходит реконструкция изображения, в результате чего яркость изображений от различного количества слагаемых оказывается одинаковой, Это достигается аддитивным определением нормированного множителя который пропорционален количеству суммируемцх образцов объекта, В результате значения нормировочного множителя для протяженнцх дефектов сказывается меньше, чем для точечных, а яркости изображений выравниваются. Эти преобразования могут быть описанц следующим выражением; корректирующее ППЗУ 11, ППЗУ 12 рэзме. ра зонц усреднения, устройство 13 сравнения . кодов, счетчик-сумматор 14, суммирующее устройство 15, арифметическое устройство 18, умножитель 17, блок 18 задания коэффициента контрастности, устройство 19 отображения и сканер 20. Сканер 20 механически соединен с приемоизлучателем 2, а электрически с контроллером 1, к соответствующим управляющим выходам которого подключены входы запуска блоха 3, задания такта АЦП 4, разрешения записи ОЗУ 5, входами "чтения-записи" и тактовым регистрового ОЗУ 6, входом переключения групп входов блока 8 адресных переключателей, входом обнуления счетчика-сумматора 14 и суммирующего устройства 15, входом разрешения записи в устройство 19 отображения. Кроме того, контроллер 1 по адресной шине соединен с адресными входами буферного ОЗУ 5, адресного ППЗУ 7, ППЗУ 10 пороговых уровней, корректирующего ППЗУ 11, ППЗУ 12 размера зоны усреднения, первой группой входов блока адресных переключателей иадресным входом устройства 19 отображения, приемоизлучатель 2 соединен с блоком 3 усиления и коммутации и далее с АЦП 4 и буферным ОЗУ 5, информационный выход которого соединен с информационным вхо-. дом регистрового ОЗУ 6, выходы адресного ППЗУ 7 соединены с второй группой входов блока 8 адресных переключателей, выходы которого соединены с адресными входами регистрового ОЗУ 6, выходы ППЗУ 10 пороговых уровней соединены с первой группой входов устройства 13 сравнения кодов, вы. ходы которого соединены с входами счетчика-сумматора 14 и первой группой входов блока 9 элементов И, выходы регистрового ОЗУ 6 соединены с вторыми группами входом устройства 13 сравнениякодов и блока 9 элементов И, выходы последнего соединены с суммирующим устройством 15, выход которого соединен с входам умножителя 17, входы арифметического устройства 16. соединены с выходами счетчика-сумматора 14, корректирующего ППЗУ 11, ППЗУ 12 размера зоны усреднения и блока 18 задания коэффициента контрастности,.а выход:, - с . вторым входом умножителя 17, выход которого соединен с информационным входом устройства 19 отображения.Перед началом работц необходимо заполнить ППЗУ,Каждому из гп входных адресов, определяющих глубину залегания текущей точки и подаваемых одновременно на и входов, ставятся в соответствие и временньгх отсчетов отраженного сигнала (т,е. фактически адреса регистрового ОЗУ 7, в которых хранится информация о текущей точке). При этом в соседних строках хранится информация, соответствующая соседним позициям приемоизпучателя, Аналогично заполнено ППЗУ 10 пороговых уровней, но вместо временнога отсчета (адреса) - величина порогового значения. В корректирующем ППЗУ 11 хранится зависимость корректирующего множителя, учитывающего рассеяние и затухание звука в материале (выход) от глубины (вход), в ППЗУ 12 размера зоны усреднения - количество позиций приемо- . излучателя, с которых "видна" точка на данной глубине (знаменатель формулы (1, Для всех позиций приемоизлучателя, с которых на данной глубине "не видна" текущая точка (восстанавливается точки строки с номером и/2), в адресном ППЗУ 7 записан адрес соответствующей ячейки с нулевым значением в регистровом ОЗУ.Томограф работает следующим образом,Восстановление изображения проводится параллельно со смещением сканера50 55 роллера 1 блок 8 адресных переквочателей подключает выходы адресного ППЗУ 7 к соответствующим адресным входам регистрового ОЗУ б, контроллер 1 начинает перебор адресов, соответствующих глубинам залегания восстанавливаемой точки. Для каждого из е адресов, определяющих глубину залегания восстанавливаемой точки и поступающих на адресные входы адресного ППЗУ 7, последнее вырабатывает и адресов, соответствующих временным отсчетам отражен 20; весь цикл визуализации происходит в три последовательных этапа: 1 - излученияприема импульса и формирования строки информации в буферном ОЗУ 5, П - организация сдвига строк на одну вниз для регистрового ОЗУ 6 с записью в верхнюю строку содержимого буферного ОЗУ 5 последовательно по столбцам, Ш - обработка информацйи регистрового ОЗУ 5, поэлементная10, передача столбца изображения в устройство 19 визуализации. этап. При движении сканера 20 с закрепленным на нем приемоиэлучателем 2через фиксированное смещение подается15 сигнал в контроллер 1, который вырабатывает импульс запуска блока усиления нноммутации, который вырабатывает импульсизлучения и переключается в режим приема-усиления принятого отраженного сигнала, далее принятый сигнал квантуетсяАЦП 4 с тактовой частотой, подаваемой с контроллера 1 (тактовая частота и обьем буферного ОЗУ 5 определяют глубину зондирования) и записывается в буферное ОЗУ 5.Сигнал разрешения записи вырабатываетсяконтроллером 1 с необходимой для обработки в АЦП 4 задержкой синхронно с перебором адресов по адресной вине. Послепереборки всех адресов (щ импульсов) буферное ОЗУ 5 заполнено.И этап. Управляющим сигналом контроллера 1 на выходе блока 8 адресных переключателей устанавливаются входные данные с адресной шины контроллера 1, начинается перебор адресов. Адреса по адресной шине передаются через блок 8 адресных переключателей на адресные входы регистрового ОЗУ б, управляющимй сигналами содержимое установленных адресовкаждой строки копируется в буфер строки и далее по тому же адресу нижней строки регистрового ОЗУ 6 последовательно для каждого столбца, а буферное ОЗУ 5 - верхнюю строку регистрового ОЗУ б. В результате перебора всех адресов информация регистрового ОЗУ 6 оказывается сдвинутой вниз на одну строку, верхняя строка заполнена содержимым буферного ОЗУ 5.1 И этап. Управляющим сигналом конт2002451 30 ного сигнала с положений приемоизлучателя, В ы 6 ран н ые адреса по всем строкам через блок 8 адресных переключателейподаются на адресные входы регистровогоОЗУ 6 и ППЗУ 10 пороговых уровней. Информация по заданным адресам из регистрового ОЗУ 6 подается параллельно по всем строкам в устройство 13 сравнения кодов, Если для заданной текущей точки обьекта отраженный от нее сигнал выше соответствующего порогового, устройство 13 сравнения кодов вырабатывает на соответствующих выходах "1", по этим строкам информация из регистрового ОЗУ б через блок 9 элементов И подается в суммирующее устройство 15, на выходе которого устанавливается сумма значений отраженного сигнала для данной точки по всем ячейкам регистрового ОЗУ б (что соответствует сумме числителя формулы (2, одновременно на выходе счетчика-сумматора 14 устанавливается количество этих слагаемых (соответствует сумме функций Хевисайда формулы (2. В результате на входах арифметического устройства 16 устанавливаются: из корректирующего ППЗУ 11 - параметрВ - г(для компенсации сферического затухания и поглощения звука материалом, из ППЗУ размера зоны комФормула изобретенияУЛЬТРАЗВУКОВОЙ ТОМОГРАФ, содержащий последовательно соединенные приемоизлучатель, блох усиления и коммутации, аналого-цифровой преобразователь, буферное оперативно-запоминающее устройство и регистровое оперативно-запоминающее устройство, адресное перепрограммируемое постоянное запоминающее устройство, блок адресных переключателей, суммирующее устройство, умножитель, корректирующее перепрограммируемое, постоянное запоминающее устройство, устройство отображения, контроллер и сканер, в кото- ром контроллер по адресной шине соеди. нен с адресными входами адресного и корректирующего перепрограммируемых постоянных запоминающих устройств, устройства отображения, буферного оперативно-запоминающего устройства и первой группой входов блока адресных переключателей, выходы адресного перепрограммируемого постоянного запоминающего устройства соединены с второй группой входов блока адресных переключателей, выходы которого соединены с адресными входами регистрового опера-Ь -) пенсации 2 - параметр (пЯ Я ) - и;( Я )+ 1), из счетчика - сумматора 14 - количество позиций, с которых "видна" исследуемая точка как дефект, иэ блока 18 - параметр а и (1 - а) (все обозначения даны в соответствии с формулой (2. В результате вычисгений на выходе умнажителя 17 устанавливается восстановленное значение текущей по глубйне точки. По управляющему сигналу контроллера 1 результат записывается в устройство визуализации, обнуляются счетчик и суммирующее устройство, устанавливается следующий адрес ао глубине на адресной шине контроллера 1. При этом необходимо отметить, что восстанавливается и/2-я строка, т,е, визуализируется столбец изображения, соответствующий задержке в и/2 позиций приемаизлучателя.(56) Хзвлайс Ф. и Телнэер Дж.К, Ультразвуковая визуализация в медицине; Принципы и аппаратура// ТИИЗР, 1979, т. 67, Ф 4, с, 209-234.2, Огас У., Яцпчсап НТовос 3 а Т ТапаКа Н, А пед зузтепз 1 ог геаИгпе зупйебс арег 1 цге цЙгазопс надпд// ЕЕЕ Тгапз. Обогаз., Реггае апд Егед. Сапог. 1988, ча. 35, Ь 6, р. 828-838. тивно-эапоминающега устройства,кантрал лер по соответствующим управляющим линиям соединен с входом запуска блока .35 усиления и коммутаций, тактовым входоманалого-цифрового преобразователя, входом разрешения записи в буферное оперативно-запоминающее устройство, входом чтения-записи и тактовым входом регист рового оперативно-запоминающего устройства, входом переключения групп входов блока адресных переключателей, входом сброса суммирующего устройства и входом разрешения записи в устройство 45 отображения, выходы регистрового оперативно-запоминающего устройства соединены с входами суммирующего устройства, выходом соединенного с умножителем, выход которого соединен с информационным входом устройства отображсния, а сканер, механически связанный а приемоизлучателем, соединен по управляющей шине с контроллерам, отличающийся тем, что, с 55 целью увеличения чувствительности к протяженным дефек.ам, томограф снабжен перепрограммируемыми постоянными эа поминающими устройствами пороговых уровней и размера зоны усреднения, устройством сравнения кодов, блоком эле2002451 ментов И, счетчиком-сумматором, арифме- вого оперативно-запоминающего устройсттическим устройством и блоком задания ва соединены с вторыми группами входов коэффициента контрастности, контроллер устройства сравнения кодов и блока злепо адресной шине подключен к адресным ментов И. выходы которого соединены с входам перепрограммируемых постоянных 5 суммирующим устройством, входй арифэапоминающих устройств пороговых уров-,метического устройства соединены с выхоней и размера зоны усреднения, а по уп- дами счетчика-сумматора, равляющему входу - к входу "Сброс" корректирующего перепрограммируемого счетчика-сумматора, выход перепрограм- постоянного запоминающего устройства, мируемого постоянного запоминающего перепрограммируемых постоянных эапо 10устройства пороговых уровней соединен с минающих устройств размера эоны усредпервой группой входов устройства сравне- нения и. блока задания коэффициента ния кодов, выходы которого соединены с контрастности, а выход арифметического первой группой входов блока элементов И 15 устройства соединен с входом умножите. и счетчиком-сумматором, выходы регистра-, ля. Вп ВИ 11л 3 Составитель В.Долганов Ъедактор Т.Мельник Техред М.Моргента бручар ректо