Ультразвуковой кардиограф
Иллюстрации
Реферат
Н
В.С..Бедненко и А.Н. Козлов (.72} Авторы иэо6ретения,! (7I ) Заявитель (54) УЛЬТУАЗВУКОВОЙ КАРДИОГРАФ
Изобретение относится к медицине, а именно к устройствам для исследования состояния сердечной деятельности с применением ультразвуковой энергии.
Устройство предназначено для использования в системах медицинского контроля за состоянием сердечно-сосудистой системы и в диагностике ее заболеваний.
Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для ультразвуковой кардиографии, используемое при исследовании функционального состояния сердца, вклю чающее приемо-передающий преобразова-, тель ультразвука, генератор, детектор, усилитель высокой частоты, усилитель низкой частоты, интегратор, регистратор и канал электрокардиограммы, состоящий из электродов, усилителя био- 20 потенциалов, формирователя и коммутатора (1).
Однако оно позволяет определять характеристики движения сердца толь2 ко по радиальной составляющей скорости .его движения (т. е. по скорости сближения /„ с объектом), т. к. допплеровское-смещение час рты в этом устройстве F равно F=-------, где Йр.2. )» C05 Ò модуль вектора скорости; — угол между направлением движения и нормалью к поверхности волнового фронта; длина волны ультразвука; Указанное. устройство не обеспечивает измерения пространственных характеристик движения структур сердца.
Цель изобретения — повышение точности и надежности измерений, а также расширение информативных возможностей ультразвуковой локации сердца путем измерения пространственных характеристик движения структур сердца.
Цель достигается тем, что в известное устройство, содержащее высокочастотный генератор, соединенный с приемо-передающим преобразователем, который подключен к первому каналу, включающему последовательно соединенные
97883 первый усилитель высокой частоты, пер.вый детектор и первый усилитель низкой частоты, а также интегратор, регистратор и канал электрокардиограммы, включающий электроды, подключенные к последовательно соединенным усилителю биопотенциалов, формирователю и коммутатору, дополнительно введены три развязывающих элемента, входы которых соединены с вторым выходом высокочастот-gg ного генератора, второй и третий каналы, каждый из, которых включает первый и второй приемные преобразователи, подключенные соответственно к последовательно соединенным второму и третьему 1 усилителям высокой частоты, второму и третьему детекторам, второму и третьему усилителям низкой частоты, первому и второму частотомерам, первому и второму элементам вычитания и первому и второму элементам возведения в квадрат, последовательно соединенные сумматор, блок вычисления квадратного корня и дифференциатор, в первый канал введены последовательно соединенные третий частотомер, делитель напряжения и третий элемент возведения в квадрат, при этом выходы развязывающих элементов соединены с вторыми входами первого, второго и третье- Зо го усилителей высокой частоты, первый вход третьего частотомера соединен с выходом первого усилителя низкой частоты, выход коммутатора подключен к вторым входам первого, второго и третьего частотомеров и первому входу
35 интегратора, второй вход которого соединен с входом дифференциатора и первым входом регистратора; второй и третий входы которого подключены к выходам интегратора и дифференциатора соответственно, а входы сумматора соединены с выходами первого, второго и третьего элементов возведения в квадрат.
Экспериментально установлено, что достаточный уровень отраженной от кардиоэлементов акустической энергии принимается не только в радиальном направлении (т. е. не только приемо-передающим преобразователем), но и по двум другим взаимно перпендикулярным пространственным осям (двумя дополнительными приемными преобразователями}.
Соотношения эффекта Допплера для канала, содержащего приемо-передаю- 55 щий преобразователь, и для двух других каналов, включающих только прием,ные преобразователи, будут. иметь раз2 4 ный вид. Для 1-го из них допплеровское смещение частоты F в. соответст» вии с отмеченным соотношением равно: =2 V$,где>
Если V и V> — проекции вектора скорости движения кардиоструктуры, соответственно, на направления приема второго и третьего канала, то частотные смещения спектров отраженных сигналов по каждому из каналов будут составлять:
F„=2 /Х
F =(V -Ч ) = — +— 1 М
2» 2 2
Чз
F =(V yV )! =—
Ъ» 3 2 Л
Отсюда.
» Л F<
V (F — — )Л. F»
Ъ 2
Абсолютная величина вектора скорости движения кардиоструктур l V1 выразится по значениям ортогональных составляющих вектора как, / у I = g V х+ у + „г., Я. "Ъ
На чертеже изображена электрическая структурная схема ультразвукового кардиографа.
Устройство содержит высокочастотный генератор 1, соединенный с приемо-передающим преобразователем 2, который подключен к первому каналу, включающему последовательно соединенные первый усилитель 3 высокой частоты, первый детектор 4 и. первый усилитель 5 низкой частоты, а также интегратор 6, регистратор 7 и канал электрокардиограммы, включающий электроды
8, подключенные к последовательно соединенным усилителю 9 биопотенциалов, формирователю 10 и коммутатору 11, а также три развязывающих элемента 12, 13, 14, входы которых соединены с вторым выходом высокочастотного генератора 1, второй и третий каналы, каждый из которых включает первый 15 и второй 16 приемные преобразователи, подключенные соответственно к последовательно соединенным второму 17 и третьему 18 усилителям высокой частоты, второму 19, и третьему 20 детекторам, второму 2 1 и третьему 22 усили978832
5 телям низкой частоты, первому 23 и второму 24 частотомерам, первому 25 и второму 26 элементам вычитания, пер вому 27 и второму 28 элементам возведения в квадрат, последовательно соединенные сумматор 29, блок 30 вычисления квадратного корня и дифференциатор 31, в первый канал введены последовательно соединенные третий частотомер 32, делитель 33 напряжения и 10 третий элемент 34 возведения в квадрат, при этом выходы развязывающих элементов 12, 13, 14 соединены с вторыми входами усилителей 3, 17, 18 высокой частоты, первый вход частотоме- 1$ ра 32 соединен с выходом усилителя 5 низкой частоты, выход коммутатора 11 подключен к вторым входам частотомеров 23, 24, 32 и первому входу интегратора 6, второй вход которого соеди- 2о нен с входом дифференциатора 31 и первым входом регистратора 7, второй и третий входы которого подключены к выходам интегратора 6 и дифференциатора 31 соответственно, а входы сум- t$ матора 29 соединены с выходами элементов 27, 28, 34 возведения в квадрат. с а
Устройство работает следующим obразом. 30
Высокочастотным генератором 1 вы-, рабатываются электромагнитные колебания; с помощью приемо-передающего преобразователя 2, установленного в ,зоне проекции левого желудочка сердца обследуемого они преобразуется в ультразвуковые волны, которыми осуществляется локация кардиоструктур. Приемным элементом преобразователя 2, а также приемными преобразователями 15 4О и 16, установленными в зоне проекции сердца по 3-м взаимно ортогональным осям (в областях проекции верхушки сердца в межреберьи справа у грудины и в яремной вырезке) осуществляется селекция сигналов, отраженных от кардиоэлементов в направлении укаэанных осей. В приемных трактах каждого из
3-х соответствующих каналов, состоящих из усилителей высокой частоты 3, 17, 18, детекторов 4, 19, 20, усилителей низкой частоты 5, 21, 22, сигналы усиливаются и детектируются, а затем с помощью частотомеров 23, 24, 32 осуществляется процедура измерения допплеровских сдвигов частоты сигна$$ лов по этим каналам. Величины сдвигов пропорциональны проекциям V, V, \/ 1 2 вектора скорости(V J.
Значение напряжения с выхода частотомера 32 1-ro канала уменьшается делителем 33 в отношении 1:2, после чего сигнап, соответствующий V<, поступает на 1-ый элемент 34 возведения в квадрат, а также на один из входов схем 25 и 26 вычитания 2-го и 3-го каналов, на другие входы которых rioдаются сигналы, пропорциональные V> и V> соответственно. Уровни сигналов с выходов элементов вычитания 25 и
26 преобразуются в элементах 27 и 28 возведения в квадрат.
С помощью сумматора 29 осуществляется сложение сигналов с выходов элементов 27, 28 и 34 возведения в квадрат ° В блоке 30 вычисления квадратно- го корня определяешь ся модуль вектора скорости, а на выходах дифференциатора 31 и интегратора 6 вырабатываются напряжения, пропорциональные соответственно ускорению движения и перемещению кардиоструктуры. Выходные сигналы с. элементов 30, 31 и 6 фиксируются регистратором 7.
С помощью развязывающих элементов
12, 13 и 14 осуществляется развязка высокочастотных блоков.
Канал электрокардиограммы, состоящий из электродов 8, накладываемых на тело обследуемого, усилителя биопотенциалов 9, формирователя 1О и коммутатора 11, соединенного с частотомерами 23, 24, 32 и интегратором 6,обеспечивает управление работой устройства в ритме сердечных сокращений. В результате обеспечивается измерение ,показателей движения сердца по каждому сердечному циклу.
Использование данного кардиографа позволяет определять пространственные характеристики движения кардиоструктур, что обеспечивает расширение информативных воэможностей ультразвуковой локализации сердца за счет вычисления векторных характеристик скорости, ускорения и перемещения его элементов; повышение точности измерения истинных значений показателей биомеханики сердечной деятельности посредством учета ортогональных составляющих скоростных параметров движения кардиоструктур; повышение надежности, регистрации параметров кардиодинамики при функциональных пробах с воздействиями на организм посредством существенного увеличения эффективной площади приемной аппаратуры антенной (датчиковой) системы; выявление нап-.
9788
7, равления и степени смещения позиции ! сердца при изменениях гемодинамики.
Формула изобретения
Ультразвуковой кардиограф, содержащий высокочастотный генератор, .соединенный с приемо-передающим преобразователем, который подключен к пер- 10 вому каналу, включающему последовательно соединенные первый усилитель высокой частоты, первый детектор и первый усилитель низкой частоты, а также интегратор, регистратор и канал электрокардиограммы, включающий электроды, подключенные к последовательно соединенным усилителю биопотенциалов, формирователю и коммутатору, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью по- вышения точности и надежности измерений, а также расширения информативных возможностей ультразвуковой локации сердца путем измерения пространственных характеристик движения структур сердца, в него введены три развязывающих элемента, входы которых соединены с вторым выходом высокочастотного генератора, второй и третий каналы, каждый из которых включает первый и второй приемные преобразователи, подключенные соответственно к последовательно соединенным второму и третьему усилителям высокой частоты, второму и
32 .8 третьему детекторам, второму и третьему усилителям низкой частоты, первому и второму частотомерам, первому и второму элементам вычитания и первому и второму элементам возведения в квадрат, последовательно соединенные сумматор, блок вычисления квадратного корня,и дифференциатор, в первый канал введены последовательно соединенные третий частотомер, делитель напряжения и третий элемент возведения в квадрат, при этом выходы разрязывающих элементов соединены с вторыми входами первого, второго и третьего усилителей высокой частоты, первый вход третьего частотомера соединен с выходом первого усилителя низкой частоты, выход коммутатора подключен к вторым входам первого, второго и третьего частотомеров и первому входу интегратора, второй вход которого соединен с входом дифференциатора и первым входом регистратора, второй и третий входы которого подключены к выходам интегратора и дифференциатора соответственно, а входы сумматора соединены с выходами первого, второго и третьего элементов возведения в квадрат.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Авторское свидетельство СССР
У 306833, кл. A 6 1 В 5/02, 1971.
978832
Составитель Б. Фигурин
Редактор Е. Хейфиц Техреду.Гергель Корректор А. Ференц . Заказ 9441/6 Тираж 714 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений .и открытий
113Î35, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Филиал. ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4