Устройство для моделирования эхокардиографических сигналов

(19) (И)51)5 С 09 В 23/2 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ ВТОРСНОЬЮ ИДЕТ ЕЛЬСТ(21). 4476940(30-14 (22) 08,06,88 (46) 15,10.90, Бюл (71) Харьковский н ский институт тера научно-исследовате химии и технологии Р 38учно-исследователии и Рсесоюзныйьский институтлекарственных мьппан,обинсредств,8)видетельство СССР б 1 В 5/02, 1970,Оч Ж На Аиг 1 изображечасть; на Аиг. 2 - мепривода с электродвигторными шестернями иханизмом; на Аиг, 3 -ства; на Аиг, 4 - схена Аиг, 5 - то же,Устройство содержиполненный проводящейкостью 2, например гл1 выполнен в виде цил ческая ектро- редукж ме- устройа механи анизм эл и ьзоерсоатлем, кулачко корпус ма упра ра ения; за жидт корпус ультразв ицерином индра с йи кусти ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(57) Изобретение относится к медицине, в частности к учебным медицинским моделям иможет бь 1 ть использовано для обучения медицинского персонала технике выполнения эхокардиограАических исследований, а также длякалибровки эхокардиографов, и позволяет расширить Аункциональные возможности путем моделирования аритмий и Изобретение относится к меди не, в частности к учебным медици ским моделям, и может быть испол вано для обучения медицинского и нала технике выполнения эхокарди Аических исследований, а также д калибровки эхокардиограА,Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устр ства путем моделирования аритмий повышение достоверности,2повысить достоверность, Корпус 1 заполнен проводящей ультразвук жидкостью, выполнен в виде полого цилиндра с акустическим окном 3 и снабжен двумя рабочими сильфонами 7 и 8,кулачковым механизмом 11 с вилкообразным толкателем 9 с возможностьюуправления разнонаправленным растяжением - сжатием сильАонов 7 и 8, Обаотражателя выполнены в виде эластичных мембран 4 и 5 из проводящего ульразвук материала, На половинах мембран 4 и 5 жестко закреплены отражающие элементы 6, расположенные в шахматно-радиальном порядке друг относительно друга и отражающих элементов6 на другой мембране. Корпус 1 разделен мембранами 4 и 5 на три камеры12, крайние из которых сообщены между собой и сильАоном 7, Средняя камера, имитирующая внутреннюю полостьсердца, соединена с другим сильАоном 8, Электронная схема управленияпозволяет осуществить работу схемыв различных режимах, 1 з.п.А-лы,5 ил, 1599882ческим окном 3, Устройство снабженодвумя отражателямИ ультразвуковыхколебаний, имитирующими переднюю стен.гку сердца и заднюю стенку соответст-,венно и выполненными в виде эластич 5ных мембран в Форме дисков 4 и 5 изматериала, проводящего ультразвук,например синтетического каучука, причем толщина мембран 4 и 5 уменьшает,отсек периФерии к центру, На эластичных мембранах 4 и 5 жестко закрепленыотражательные элементы 6, расположенные в шахматно-радиальном порядке надвух прилегающих четвертях поверхности каждого диска.Отражательные элементы 6 выполнены из материала, непрозрачного для,ультразвука УЗ, например порапласта.Такое расположение отражательных элементов 6 позволяет при локации черезакустическое окно 3, не закрывая друг. друга, представить четыре основныхучастка локации: без зхосигналов,с эхосигналом от задней стенки сердца, с эхосигналом от передней и задней стенок; с эхосигналом от переднейстенки сердца,датчик эхокардиограФа размещаетсянапротив секторов акустического окна3 соответственно выбранным участкомлокации. С помощью электропровода и кулачкового механизма задается разнонаправленное сжатие-растяжение рабочих35сильФоновс частотой смены направлений от 20 до 180 в минуту. Такаячастота соответствует частоте сердечных сокращений в клинике сердечнососудистой патологии, например отполной внутрижелудочковой блокады допароксизмальной тахикардии.Характер движения, заключающегосяв разнонаправленном растяжении-сжа 45тии, рабочих сильФонов 7 и 8 задаетсякулачковым механизмом,Устройство снабжено двумя рабочими сильФонами 7 и 8, кулачковым механизмом качающейся системы с вилкообразным толкателем 9 и его роликом 1050с возможностью управления разнонаправленным растяжением-сжатием рабочихсильФонов 7 и 8. Кулачковый механизмсодержит кулачок 11 с пазом,Корпус 1 разделен эластичнымимем 55браками 4 и 5 на трикамеры, Крайниекамеры 12 выполнены в виде сосудов, сообщающихся между собой и с рабочим сильФоном 7. Средняя камера 13, имитирующая внутреннюю полостьсердца, выполнена в виде сосуда, сообщающегося с другим рабочим Ьильфоном 8, а также заполнена жидкостью 2,проводящей ультразвук 3, которая вовсех камерах выполняет роль рабочеготела,Устройство снабжено электроприводом, состоящим из шагового электродвигателя 14, зубчатого колеса 15, червяка 16, В комплект устройства входитэлектронная схема управления, которая содержит узел 17 перестраиваемо"го генератора, Формирователь 18 четырехФазной импульсной последовательности, двоичный счетчик интерваловаритмий 19, двоичный счетчик 20, циклов аритмий, триггер управления 21,узел 22 индикации, кнопку 23 "Останов", переключатель 24 установки интервалов, переключатель 25 установкициклов, переключатель 26 режимовработы, клапанируемый четырехФазныйусилитель мощности 27, узел 28 Формирования сигналов положения кулачкового механизма. Устройство работает в двух реямах: без моделирования аритмий сердца (РИТМ") и примоделировании аритмий "АРИТМ"). Дляосуществления режима "РИТМ" переключатель 10 устанавливается в. соответствующем положении,При этом одноФазная выходная им-,пульсная последовательность, вырабатываемая .узлом 17, выполненного, например, по схеме приведенной на Фиг, 4 а,поступает через нормально замкнутыеконтакты кнопки 23 "Останов" на входФормирователя 18, а также через замкнутые в этом режиме контакты переключателя 26 на установочный вход триггера 21 управления, переводя его вединичное состояние,Формирователь 18,выполненный, например, по схеме, приведенной наФиг, 4 а, Формирует на своих выводахА, Б, В, Г четырехФазную импульснуюпоследовательность со сдвигом на О,90, 180 и 270 соответственно,Особенностью схемы предлагаемогоФормирователя 18 является уменьшениечастоты выходных сигналов в четырераза по сравнению со входом, Постоянно присутствующий в рассматриваемомрежиме работы высокий уровень сигнала(соответствующий логической единице)на инвертирующем выходе триггера 211 О поступает на клапанирующий вход четырехАазного усилителя мощности 27,выполненного, например, по схеме, приведенной на Аиг. 4 б, и обеспечиваетпри этом поступление усиленной по мощ 5ности непрерывной четырехАазной последовательности импульсов на обмоткишагового электродвигателя 14.Управление частотой следованияэтих управляющих импульсов (а, следовательно, и скоростью вращения ротора шагового двигателя и, в конечном счете - частотой моделируемыхсердечных сокращений) осуществляется 15в узле 17 при помощи переменного резистора 17.1.При необходимости многократногоповторения моделируемого устройстваэхосигнала в каком-либо положении 20эластичных мембран с закрепленнымина них отражающими ультразвук элементами Аиксация осуществляется нажатием кнопки 23 "Рстанов",При этом движение ролика 10 вилкообразного толкятеля 9 по пазу кулачка 11 заставляет рабочий снльАон 7сжиматься, а рабочий сильфон Я растягиваться, Г одной стороны каждой изэластичных мембран 4 и 5 с отряжятелями 6 жидкое рабочее тело 2 в камере корпуса сообщающейся со сжимающимися в рассмятривяемьл момент времени рабочим сильАоном создает повышенное давление. С другой стороны указан ныхмембран жидкое рабочее тело в камере корпуса сообщающейся с растягиваемым в то же самое время другимсильАоном создает пониженное давление, 40Разность давлений, создаваемая жидким рабочим телом в камерах, разделенных мембранами, обеспечивает деформацию вытягивания эластичных мембран 4и 5 в сторону с пониженного давления. 45При этом изменяется расстояние междуотражателями 6, укрепленными на мембранах 4 и 5, и датчиком эхокардиограАя (не показан), установленным какустическому окну 3, При использовании одинаковых рабочих сильфонов иобеспечения их одинакового разнонаправленного растяжения - сжатия толкателем 8 кулачкового механизма, происходит пропорциональное изменениеобъемов камер корпуса, При этом количество рабочего жидкого тела, поступающего из одного сильАона в камерус повьппающимся давлением, равно количеству жщткого рабочего тела, переходящего из камеры с понижающимся давлением в другой сильАон, что обеспечивает возможность заАиксировать положение эластичной мембраны ("стенки сердца" ) в любом требуемом положении, например, в положении "сердце сжато" илисердце наполнено наполовину" и т.п., путем Аиксирования рабочих сильАонов в соответствующем положении.Для осуществления режима моделирования аритмий переключатель 26 устанавливаетгя в положение "АРЗРУМ", при котором в положении переключателя 26 "АГИТМ" поступление на установочный вход триггера 5 импульсов переводящих его в единичное состояние осуществляется через двоичный счетчик 19 интервалов аритмий. Емкость счетчика 19 такова, что появление выходных логических сигналов на его выходах и, 2 п, 4 п, Яп осуществляется посредством поворота ротора шагового электродвигателя 14, червячного колеса 15, червяка 10, кулачка 11 соответственно на 1/Я, 1/4, 1/2 и 1 полный оборот,Выбор моделируемого интервала аритмии осуществляется путем рясжатия соответствующей клавиши переключателя 24, Перевод чриггера 21 в единичное состояние по установочному входу выходным логическим сигналом переполнения счетчика интервалов 19 вызывает с одной стороны снятие клапянировки с усилителя мощности 27, а с другой - обнуление счетчика 19 по сбросовому входу. Задание циклов яритмий осуществляется при помощи счетчика 20 циклов яритмий и узла 28 Аормирования сигнала положения кулачка, выполненного, например, по схеме приведенной на Аиг. 4 б, и содержящего Аотодиодный датчик на элементах Н 13.1, У 13,1, усилитель-Аормировятель на элементах Д 13, 1 У 13,2; У 13,3 13.5, а также одновибратор на элементах Л 13.2-Л 13.4; У 13,4; 13,6; 013,1.фотодятчик 29 регистоирует совершение кулачком 9 полного оборота в результате отражения светового потока, создаваемого миниатюрной лампой накаливания отражающим участком кулачка, При этом изменение потенциала на выходе усилителя-Аормирователя преобразуется одновибрятором в импульс за 1599882вершения цикла, который поступает насчетный вход счетяика 20 циклов,Емкость счетчика 20 циклов обеспечивает моделирование аритмий через1, 2, 4, 8 "нормальных" циклов,Выбор, моделируемого цикла с заданием аритмий осуществляется нажатиемсоответствующей клавиши переключателя 25. Перевод триггера управления 2 1 10в нулевое состояние по сбросовому входу логическим сигналом переполнениясчетчика 20 циклов вызывает с однойстороны клапанирование усилителя мощности 27, и, следовательно, прекра"щение вращения кулачка, а, с другойстороны, -снятие обнуляющего сигнала, на, соответствующем входе счетчикаинтервалов 19.Это состояние индуцируется свечением контрольного светодиода Т 6,1узла индикации 22.Гчетчик интервалов 20 начинает заполняться поступающими на его счетныйвход импульсами и при его заполнении 25вызовет переключение триггера управления 21, что, в свою очередь, приведет к включению шагового электродвигателя .14; обнулению счетчика 19,погасанию светодиода Уб, 1 и последу- З 0ющему повторению всего процесса моделирования аритмии так как это, например, изображено ня временных диаграммах Фиг, 5.Работа механической части устройства осуществляется таким же образом,кяк и при режиме "РИТМ".Использование предлагаемого устройства по сравнению с известнымпозволяет расширить Функциональныевозможности устройства, повыситьстепень имитации эхокардиограАических сигналов, обеспечивает моделирование яритмий сердечных сокращенийи создает возможность использования 45предлагаемого устройства для обучения медицинского персонала, калибровки и для стендовых испытаний эхокардиограФов,50Формула изобретения 1. Устройство для моделирования эхокардиограАических сигналов содержащее корпус, заполненный проводящей ультразвук жидкостью и имеющий акустическое окно, отражатель ультразвуковых колебаний и электроцривод, электрически соединенный со схемой управления, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения достоверности, в него введены соосный с первым второй отражатель ультразвуковых колебаний, два рабочих сильфона и кулачковый механизм, связанный с электроприводом и качающимся вилкообразным толкателем, закрепленным ня кулачковом механизме с возможностью управления разнонаправленным растяжением- сжатием рабочих сильФонов, оба отражателя выполнены в виде эластичных мембран дисковой Формы из проводящего ультразвук материала с отражающими элементами, жестко закрепленными на половине каждой мембраны-диска в шахматно-радиальном порядке друг относительно друга и отражающих элементов ня другой мембране, при этом внутреннее пространство корпуса разделено мембранами ня три камеры, крайние из которых сообщены между собой и с одним из рабочих сильФонов, средняя кямера связана с другим сильФоном, я мембраны смещены на четверть окружности.2, Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с-целью расширения Функциональных возможностей путем моделирования аритмий, схема управления включает узел перестряивяемого генератора; Формирователь четырехФязной импульсной последовательности, двоичный счетчик интервалов яритмий, двоичный счетчик циклов аритмий, триггер управления, узел индикации, кнопку "Останов", переключатель установки интервалоЬ, переключятель установки циклов, переключатель режимов работы, клапянируемый четырехЬязный усилитель мощности, шяговый электродвигатель, узел Формирования сигнала положения кулячкового мехянизмя, причем выход узла перестряивяемого генератора соединен с помощью кнопки "Останов" со счетными входами двоичного счетчика интервалов аритмий, Формирователем четырехФазной импульсной последователь-. ности и контактом первой группы входов первого направления переключателя режимов работы, выходы Формирователя четырехФязной импульсной последовательности соединен согласованно по Фазе с входами клапянируемого четырехФазного усилителя мощности, неинвертирующий выход триггера управления соединен с клапанируемым входом четырехфаэного усилителя мощности, выходы которого соединены согласованно по Лазе с четырехФазным шаговым электродвигателем, инвертирующий выход триггера управления соединен с входом узла индикации и обнуляющим сбросовым входом счетчика интервалов аритмий, выход узла формирования сигнала положения кулачковогомеханизма соединен со счетным входомсчетчика циклов аритмий, выходы которого через переключатель установки циклов соединены с контактом второйгруппы входов второго направленияпереключателя режимов работы, выходыдвоичного счетчика интервалов аритмийсоединены через переключатель установки интервалов с контактом второйгруппы входов первого направленияпереключателя режима работы, выходыпервого и второго, направлений которого соединены соответственно с установочным и сбросовым входами триггера управления.1 1иэводственно-иэдательский комбинат Патент , г. Ужгород Гагарина, 10 Заказ 3145 Тираж 393 ПодписноеНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС