Апарат для дослідження стану органів і тканин за допомогою ультразвукових хвиль

 

ЗМІСТ

Вступ

.З ІСТОРІЇ УЛЬТРАЗВУКУ

. СКАНУВАННЯ І ПОДАННЯ ЗОБРАЖЕНЬ

. ЦИФРОВА УЗД СИСТЕМА MINDRAYDC 3 НА БАЗІ ОС WINDOWSXPSP2

.1 Області застосування УЗД сканера MindrayDC 3

.2 Технічні характеристики УЗД сканера МіндрейDC-3

. СТРУКТУРНА СХЕМА

. ПРИНЦИПОВА СХЕМА

. ФУНКЦІОНАЛЬНІ ЧАСТИНИ

.1 Генератор синхроімпульсів

.2 Генератор імпульсів збудження

.3Ультразвуковий перетворювач

.4Лінійний підсилювач

.5 Атенюатор

.6 Блок підсилення і стиску сигналу

.7 Детектор

.8 Блок попередньої й наступної обробки інформації

.9 Пристрій відображення(дисплей)

.10 Додатковий вузол

Висновок

Список літератури

ультразвуковий апарат сканування орган

ВСТУП

Щоб почати правильне лікування будь-якого захворювання, необхідно встановити діагноз. Сучасна медицина має для цього безліч різних способів і методів, однак найбільш точним вважається ультразвукове обстеження. Причин тому кілька: метод ультразвукової діагностики досить простий і не доставляє пацієнтові неприємних відчуттів, з його допомогою можна отримати як якісну, так і кількісну характеристику даних. Скориставшись УЗД, лікар бачить морфологічну і функціональну характеристику будови систем і органів.

Ультразвукове дослідження - це дослідження стану органів і тканин за допомогою ультразвукових хвиль. Проходячи через тканини, а точніше через кордони між різними тканинами, ультразвук відбивається. Спеціальний датчик фіксує ці зміни, які і є основою зображення.

Ультразвукове дослідження є одним з найпоширеніших методів діагностики. Широку популярність УЗД отримало завдяки своїй безпеці. Ультразвук, що застосовуються в апараті, не викликає пошкоджень.

Існує декілька видів ультразвукового дослідження, серед яких найчастіше в урології використовується сканування (те, що традиційно прийнято називати УЗД), а також доплерографія. У основу доплерографії покладений ефект Доплера, під яким розуміється зміна довжини хвилі, відображеної від рухомих предметів. Такий ефект дозволяє вивчати кровотік і стан прохідності кровоносних судин.

Інформація про структуру тіла закодована в минулому й розсіяному випромінюванні, і завдання системи візуалізації складається в розшифровці цієї інформації.

Ультразвукові хвилі поширюються досить повільно, тому при характерних розмірах органів у тілі легко вимірювати відповідні часи поширення, що дозволяє використати луно-імпульсні методи для формування акустичних зображень. З іншого боку, швидкість ультразвукових хвиль досить велика, для того, щоб нагромадити й реконструювати всю інформацію у вигляді повного кадру зображення за час 80 мс. Ультразвукові методи зайняли в діагностиці провідне положення через 25-30 років з початку розвитку техніки візуалізації.

Тому в результаті підсумовування сигналів на неплоскій поверхні хвильового фронту в прийнятому сигналі можуть спостерігатися флуктуації, пов'язані з інтерференцією когерентних складових. Ультразвуковими прийнято називати хвилі, частоти яких лежать вище діапазону чутності людського вуха. Ультразвукова діагностика й терапія використає частоти від 0,8 до 15 Мгц.

Звуковий діапазон, що розрізняє вухо людини, перебуває в рамках 16-20000Гц.

Принцип УЗД - методу візуалізації діагностичних зображень лежить у можливості одержання сфокусованого променя ультразвукових механічних коливань частотою 1-20 Мгц. Пучок ультразвукових коливань вводять у досліджувану частину тіла через шкіру за допомогою ультразвукового генератора - фазоперетворювача. Поширення ультразвуку залежить від форми фазоперетворювача, характеристик ультразвукового променя й середовища, через яку він проходить, і відбувається за законами його відображення й переломлення на границі різних середовищ, а також за законами дифракції й розсіювання. Відбиті хвилі сприймаються цим же перетворювачем, обробляються електронним пристроєм і трансформуються в одномірне або двомірне зображення (ехограму або звукову сканограму). По даним ехограми, можна визначити топографію, форму, величину й структуру досліджуваного органа, що дає можливість побачити ущільнення органів, а також порожнечі з рідиною або повітрям. Уперше це було застосовано в 30-х роках.

.З ІСТОРІЇ УЛЬТРАЗВУКУ

Альфред Лорд Теннісон (Alfred Lord Tennyson): за останні 40 років, ультразвук став важливою діагностичною методикою. Його потенціал як лідера у відображенні медичної діагностики був визнаний в 1930-х і 1940-і, коли Теодор Дуссик і його брат Фрідріх спробували використовувати ультразвук для того, щоб діагностувати пухлини мозку. Проте тільки в 1970-х, робота цих і інших піонерів досліджень ультразвуку реально принесла плоди.

Разом з технологічними удосконаленнями, ультразвук прогресував від великої, громіздкої машини, відтворюючої не оптимальні зображення до переносного, зручного для використання, і складного приладу. Така еволюція зажадала тісного єднання фізики, фізіології, медицини, техніки, і управління..

Задовго до сучасних учених розглядалася корисність ультразвуку у сфері медицини, ступенем до цього стало дослідження звуку. Запити дев'ятнадцятого століття у сфері вимірювання швидкості звуку у воді проклали шлях до розвитку гідролокатора (звукованавігація і вимірювання відстані (SONAR - Sound Navigation And Ranging). Жан-денієл, швейцарський фізик і Чарльз Штурм, математик, виконали деякі з найраніших експериментів в цій області. Беручи участь в боротьбі за щорічний приз від Королівської Академії Наук в Парижі в 1826г. (Academie Royale des Sciences of Paris), Колладон визначив швидкість звуку у воді для того, щоб допомогти підтвердити його дані щодо стисливості рідин. Експеримент Колладона, розглядається як народження сучасної гідроакустики, він складався з удару в підводний дзвін в Женевському озері з одночасним підпалом пороху. Спалах від пороху спостерігався Колладоном на відстані 10 миль, він також чув звук дзвону за допомогою підводної слухової труби. Вимірюючи часовий інтервал між цими двома подіями, Колладон обчислив швидкість звуку в Женевському озері, вона дорівнювала 1435 м/сек, різниця з сучасними обчисленнями рівна тільки 3 м/сек.

Пізніше, в 1877, Джон Уїльям Струтт (також відомий як Лорд Рейліф) видав Теорію Звуку, яка стала фундаментом для науки про ультразвук. Його внесок вважався настільки істотним, що Лорд Рейліф, був призначений в Палату Винаходів і Досліджень Великобританії, орган, який контролював досягнення в області гідролокації протягом Першої Світової війни.

Оцінка історичних віх ультразвуку включає знання методів передачі і віддзеркалення імпульсних хвиль також, як і режимів A, B і M ультразвуку.

Приклад раннього і невишуканого застосування ультразвуку був метод передачі. Цим типом ультразвуку були зміряні ультразвукові хвилі що пройшли через зразок на приймач, який був встановлений з протилежного боку зразка. Було зареєстровано кількість звуку, що пройшов через тканину і не поглиненого нею. При <40> методів відображених імпульсних хвиль було зареєстровано кількість відображеного звуку, причому і приймач і передавач були поміщені на тій же стороні що і зразок.

Амплітудний режим або режим A ультразвуку був одновимірним зображенням, яке відображало амплітуду або силу хвилі по вертикальній осі, а час по горизонтальній осі; тому, чим більше був сигнал, що повертався на датчик, тим вище сплеск. Яскравість або режим B, широко використовуваний сьогодні, є двовимірною характеристикою тканини, таким чином кожна крапка або піксель на екрані представляє індивідуальний амплітудний сплеск. Режим B ультразвуку прив'язує яскравість зображення до амплітуди ультразвукової хвилі. Ранні сканери проводили бістабільне зображення, тобто, високо - амплітудні сигнали представлені білими крапками, а слабкіші ехо-сигнали відображаються на екрані чорними крапками, без яких би то не було відтінків між ними. У моделях з шкалою сірого, використовуваних в даний час, амплітудам різної інтенсивності відповідають різні відтінки від чорного до білого, таким чином значно покращуючи якість зображення.

. СКАНУВАННЯ І ПОДАННЯ ЗОБРАЖЕНЬ

Для відображення інформації, що втримується в луно-сигналах, зазвичай застосовують три різних режими подання даних (існує й четвертий режим візуалізації, однак він використається значно рідше). Найбільш простим режимом візуалізації є так званий А-режим, при якому на екрані дисплею зображається А-ехограмма - одномірна залежність амплітуди луно-сигналу від часу. А-режим найчастіше використають при офтальмологічних обстеженнях, коли необхідно провести точні виміри довжини оптичної осі ока. Крім того, його застосовують для виявлення локалізованих в об'ємі головного мозку аномалій шляхом реєстрації положення луно-сигналу, відбитого від серединної структури мозку. Слід зазначити, що в цей час для вирішення цієї проблеми практично повсюдно замість ультразвукової одномірної локації застосовують рентгенівську комп'ютерну томографію або радіоізотопне сканування.

М-режим (відомий також як Тм-режим) застосовують із метою спостереження за тимчасовими еволюціями А-ехограми, при цьому А-ехограма, що містить луно-сигнали, які прийшли із заданого напрямку з тіла пацієнта, використовуються для модуляції яскравості лінії розгортання уздовж вертикальної осі. Повільне розгортання в горизонтальному напрямку дозволяє одержати Тм-запис в координатах «час-переміщення». Типовим застосуванням М-режиму є дослідження й кількісна оцінка характеристик руху стулок клапанів серця.

Найбільш широко в медичній практиці використається В-режим сканування, що дозволяє відображати записану інформацію у двовимірному вигляді, що відповідає реальному зображенню. Саме тому при згадуванні ультразвукової луно-імпульсної візуалізації звичайно мають на увазі В-режим. Існують різні конструкції пристроїв сканування для його реалізації, однак всіх їх поєднує одна загальна особливість, а саме використання А-ехограмми для модуляції яскравості променя на дисплеї, на якому можуть надходити одночасно два сигнали швидкого розгортання.

Початкове положення й напрямок формованого рядка зображення задаються сигналом положення й напрямку, які знімають із перетворювача. Двовимірне зображення будується за допомогою переміщення ультразвукового пучка в XY-площі. Зрештою, найменш відомим і рідко застосовуваним режимом відображення є С-режим (або режим реєстрації з фіксованою глибиною). При цьому за допомогою тимчасового стробувания електронних ланцюгів виділяється певна частина сигналу А-ехограми, що потім використається для модуляції яскравості променя дисплею в точці, що відповідає положенню ультразвукового пучка на фіксованій відстані від площини перетворювача. Завдяки цьому методу можна використати перетворювачі з гострим фокусуванням і великою апертурою й одержувати зображення в площині фокусування. У принципі він дозволяє візуалізувати й інші недоступні площини сканування з оптимальним просторовим дозволом. Основні недоліки цього методу полягають у тому, що на рівень прийнятих луно-сигналів можуть впливати поглинаючий ультразвук структури, локалізовані поза обраною площиною. Крім того, нагромадження необхідних даних вимагає багато часу.

.ОБЛАСТІ ЗАСТОСУВАННЯ УЗД СКАНЕРА MINDRAY DC 3

Рис.3.1.Ультразвукова діагностична система Mindray DC 3

.1 Області застосування

В медицині УЗІ сканери застосовують для побудови зображення внутрішніх органів і мяких тканин, зокрема УЗІ застосовують в таких областях:

Абдомінальнідослідження

Кардиологічні дослідження

Гінекологічні іакушерські дослідження

Урологічні дослідження

Дослідження малих органів

Педіатрія

Ортопедія

Опорно-руховий апарат

Дослідження при інтраопераційнних втручаннях

Дослідження периферійних судин

Транскраніальні дослідженняонографія при брюшних травмах

.2 Технічні характеристики УЗД сканера Міндрей DC-3

УЗІ сканер MINDRAYDC 3має наступні характеристики:

Таблиця1

Технічні характеристики MINDRAYDC 3

Дісплей15 LCD з прогресивною розгорткою і вбудованими динаміками і можливістю регулювання гучностіЧисло цифрових каналів1024Динамічний діапазон192 дБЖорсткий диск80 ГбКінопетляВ-режим 1200 зображеньМ-режим 131 секРежими скануванняконвексний, мікроконвексний, лінійний і секторнийМасштабуваннялокальне, панорамне (10 кроків, вимірювання до 1000%), в реальному часі в режимі «заморозки»Регулювання TGC8 рівнівКількість фокусів01.апрЗони фокусування8Кількість сірих шкал8Відтінки сірого256Кількість кольорових шкал11IPфункція для швидкого регулювання параметрів зображенняГлибина сканування26 - 308 мм (в залежності від датчика)Кут сканування35 - 160° (в залежності від датчика)Вимірювання і обчисленняВ-режим: відстань, окружність, площа, обем, кут, гістограмма, контур, стеноз; М-режим: відстань, час, швидкість, нахил, ЧСС (2 цикли); PW-режим: PS/ED, ЧСС, RT, обєм потокуПорти для датчиків4 (3 активних)Попередня обробка сигналудинамічний діапазон, лінійна кореляція, кольорове зображення, вибір кута сканування, згладжування, вибір високого розширення або високої частоти кадрів, подавлення артефактівОбробка зображеннякарта сірого, гамма фільтр, подавлення шумів, поворот вліво/вправо, вверх/внизТехнологія TSIрозпізнавання специфіки досліджуваних тканинТехнологія THIрежим тканинної гармонікиФормат зображення і відеозаписуJPG, BMP, AVI, DCM, FRM, CINРозміри1210 х 460 х 730Споживча потужність не більше600 WВага апарату92 кг

.СТРУКТУРНА СХЕМА

.ПРИНЦИПОВА СХЕМА

.ФУНКЦІОНАЛЬНІ ЧАСТИНИ

.1 Генератор синхроімпульсів

Цей імпульс служить для запуску перетворювача й у ряді випадків використається також для синхронізації дисплея. Після випромінювання ультразвукового імпульсу на перетворювач надходить послідовність лун-сигналів, причому інформація, закладена в лунах-сигналах і необхідна для формування одного рядка зображення втримується в межах одного періоду повторення синхроімпульсів.

.2 Генератор імпульсів збудження

Робочу частоти вибирають виходячи з вимог оптимального співвідношення між просторовим дозволом і глибиною проникнення ультразвуку.

Короткий ультразвуковий імпульс, що випромінюється діагностичним перетворювачем або багатоелементною решіткою найчастіше має тривалість не більше 3-4 періодів коливань. Для формування такого імпульсу на перетворювач подається або сигнал у формі стрибка напруги, або радіочастотний імпульс із частотою заповнення, рівній резонансній частоті перетворювача.

.3Ультразвуковий перетворювач

Імпульс напруги, що збуджує перетворювач, в більшості випадків має висоту менше 500 В і в основному перебуває в межах 100-200В. форма імпульсу збудження може змінюватися в залежності від апаратури, що застосовується, однак для правильного збудження перетворювача частотний спектр цього імпульсу повинен бути досить широкий.

.4 Лінійний підсилювач

Роль цього елемента досить важлива, оскільки шуми, які виникають у підсилювачі, можуть істотно погіршити робочі характеристики всієї системи. Потрібна спеціальна конструкція підсилювача з малими власними шумами й високим коефіцієнтом підсилення, причому вхід підсилювача повинен бути захищений від високої напруги, генерованого передавачем.

Всі електричні ланцюги повинні мати малу постійну часу, а сам підсилювач повинен мати широкий динамічний діапазон і гарну лінійність.

.5 Атенюатор

Тимчасове автоматичне регулювання підсилення забезпечується за допомогою атенюатора, що керує напругою, й використовується для компенсації загасання звуку в біотканинах. Керуючий сигнал, синхронізований з основним імпульсом, що запускає, і що подається через лінію затримки, може мати різну залежність від часу. У найпростішому випадку використовується логарифмічна функція, що являє собою швидкозмінну лінійну залежність логарифма напруги від часу. Вона дозволяє компенсувати деяке середнє значення загасання звуку.

.6 Блок підсилення і стиску сигналу

У системах ультразвукової візуалізації використаються підсилювачі з різними характеристиками, але спільним для них є те, що зі збільшенням амплітуди вхідного сигналу їхнє посилення падає. Прикладом може бути підсилювач із логарифмічною амплітудною характеристикою. Використання такого підсилювача дозволяє на екрані ЕПТ із характерними динамічним діапазоном лише 20-30 дб одержати напівтонове зображення луно-сигналів з динамічним діапазоном 40-50 дб.

.7 Детектор

На етапі детектування здійснюється виділення огинаючої високочастотного луно-сигналу. Для цього, як правило, застосовується звичайне двох або одне напівпровідникове випрямлення з наступною фільтрацією, що згладжує. Зображення відеосигналу, отриманого на даному етапі, називається А-єхограмою. Вона відтворює амплітуди луно-сигналів.

.8 Блок попередньої й наступної обробки інформації

Прикладами такої обробки можуть бути ті або інші методи виділенні контурів, а також подальша корекція характеристики посилення. Корекція посилення, що, основана на операції придушення, спрямована на обмеження динамічного діапазону й полягає в режекції тих відтворених луно-сигналів, амплітуди яких менше встановленого оператором граничного значення. У сучасних пристроях візуалізації спеціальний блок «придушення», як правило, не використається, оскільки той же самий результат можна одержати за допомогою різних операцій обробки, які нерідко передбачають регулювання діапазону.

.9 Пристрій відображення(дисплей)

У цей час загальноприйнятим мінімальним об'ємом пам'яті пристроїв відображення є масив 512 х 512 х 8 біт. Для динамічного запису використається звичайний комп'ютерний дисплей, а також роздрукування на термопринтері.

6.10 Додатковий вузол

Різні фірми-виробники використовують власні, звичай запатентовані електронні схеми обробки луно-сигналів, причому конструктивно вони можуть значно відрізнятися один від одного. Однак навіть у рамках розглянутої тут найпростішої схеми обробки обов'язково застосовують допоміжні блоки підсилення з коефіцієнтом сумарного підсилення сигналів 70-10

Ультразвуковий генератор призначений для перетворення електричної енергії промислової мережі 220 в 50 гц в електричну енергію ультразвукової частоти необхідної потужності. Ультразвуковий генератор являє собою прямокутну конструкцію.

Рис.6.10 Функціонально-логічна модель

Генератор лінійно залежної напруги

Електромеханічний ключ;

Комірка памяті.

Релаксаційний генератор

Узгоджувальний каскад

Резонансний підсилювач

Попередній підсилювач

Прикінцевий каскад потужності

Блок виділення інформаційного сигналу

Перший компаратор

Другий компаратор

Індикаторний прилад

Джерело живлення

ВИСНОВОК

В даній роботі мною досліджувався апарат ультразвукової діагностики - апарат для дослідження стану органів і тканин за допомогою ультразвукових хвиль. Такий вид дослідження в медицині є одним з найпоширеніших і також є відомим завдяки своїй безпеці, адже ультразвук, що застосовується в УЗІ - апаратах не викликає пошкоджень тканин.

Проте у різних тканинах ультразвук поширюється з різною швидкістю, що приводить до появи різних артефактів.

З артефактами роздільної здатності ультразвуку лікар зустрічається під час кожного дослідження. Якщо об'єкт такий маленький, що його зображення зникає, то це теж артефакт, тому що в цьому випадку отримана помилкова інформація. Крім аксіальної й латеральної роздільної здатності, необхідно також ураховувати третій вимір - товщину пучка, що не дає відбиття на екран, але також впливає на інформацію.

Про деякі маленькі об'єкти, такі як кістки, або судини, можна одержати неправильну інформацію, якщо їхній діаметр менше товщини пучка. Ці акустично прозорі об'єкти будуть виглядати як акустично щільні. З метою запобігання цього артефакту пучок необхідно сфокусувати безпосередньо на об'єкті, тому що фокус - це звужена частина пучка. Так під час досліджень поверхово розташованих об'єктів використають водні подушки й прокладки, тому що найближчу до перетворювача частину пучка сфокусувати неможливо.

Частіше інших артефактів виникають ревербації. Під час влучення звуку на гладку поверхню, що посилено його відбиває, виникає повторне відбиття. Воно обумовлено тим, що отримане відбиття, відбиваючись від поверхні перетворювача, повертається знову до об'єкта, що може повторюватися кілька разів. Подібне явище може виникнути у випадку повторного відбиття звуку від двох стінок пустотного об'єкту раніше, ніж він повернеться до перетворювача. Причому зображення повторних відбиттів здаються, що розташовані глибше, тому що вони повертаються до перетворювача із запізненням..

Виникнення рефракції також може бути обумовлено різким переломленням частини ультразвукового пучка в тканинах. Це приводить до деформації зображення, або навіть до його подвоєння. Артефакти рефлексії (відбиття) і рефракції (переломлення) виникають на граничній поверхні (стінка кістки) при різних кутах відбиття й переломлення, причому відбиті й переломлені промені розходяться в різні сторони. Крім того ультразвуковий промінь, що проходить через бічні стінки, зустрічає більший опір, чим у центральних відділеннях і більше поглинається. Внаслідок цього, за бічними стінками кісти виникає латеральна акустична тінь. Вона є корисним артефактом, що сприяє розпізнаванню кістки особливо щитовидної й молочної залоз.

Варто зазначити, що під час експлуатації апарату виникають не лише проблеми фізіологічного характеру, а й технічні несправності, наприклад такі як відмови внаслідок пошкодження апарату чи перегорання деяких деталей мікросхем, зносу та старіння приладу, помилок при експлуатації, флуктуацій струму в мережі живлення і т.д.

В ході виконання курсової роботи було розраховано показники ремонтопридатності та контролепридатності блоку ультразвукового генератора приладу ультразвукової терапії. Було взято структурну схему конкретної моделі блоку і розраховано такі параметри як:

Вірогідність відновлення

Інтенсивність відновлення

Середній час відновлення

Оперативна трудомісткість діагностування

Коефіцієнт безрозбірного діагностування

СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ

Абакумов В.Г. «Системи відображення в медицині».- Київ.: ТОО «век +», 1999р.,252с. ;

Зайченко К.В. «Съем и обработка биоэлектрических сигналов», навчальний посібник.- С.-П.: «Питер», 2001;

Смердов Л.А., Сторчу Є. В. «Біомедичні вимірювальні перетворювачі».- Львів.: Кальдерія, 1998р.;

Матеріали з web-ресурсу:http://www.medic-service.ru/mindray;

ЗМІСТ Вступ .З ІСТОРІЇ УЛЬТРАЗВУКУ . СКАНУВАННЯ І ПОДАННЯ ЗОБРАЖЕНЬ . ЦИФРОВА УЗД СИСТЕМА MINDRAYDC 3 НА БАЗІ ОС WINDOWSXPSP2 .1 Області зас

Больше работ по теме: