УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДИСТАНЦИОННОЙ УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ДИАГНОСТИКИ
DEVICE FOR REMOTE ULTRASONIC DIAGNOSTICS

Техническое решение относится к области медицинского приборостроения и может быть использовано для дистанционных исследований состояния внутренних органов методами ультразвуковой диагностики.
Известна «Автоматическая система ультразвукового анализа и диагностики» на основе эффекта Допплера, содержащая корпус, источник питания, датчик в виде двух пьезоэлементов, передатчик, приемник, блок обработки сигнала, цифровой индикатор, звуковой сигнализатор и кнопки управления, причем вход датчика соединен с выходом передатчика, а выход датчика с входом приемника, выход передатчика соединен с входом приемника, выход которого соединен с входом блока обработки сигнала, отличающаяся тем, что она дополнительно имеет съемный аналого-цифровой преобразователь, вход которого подключен с помощью разъемного соединения к выходу блока обработки сигнала; первый мобильный телефон, подключенный с помощью кабеля с разъемами к выходу съемного аналого-цифрового преобразователя и являющийся дополнительным передатчиком, передающим информацию в виде Допплеровского спектра с блока обработки сигнала по радиоканалу; второй мобильный телефон, являющийся дополнительным приемником, принимающим информацию, передаваемую первым мобильным телефоном по радиоканалу; персональный компьютер, подключенный с помощью кабеля с разъемами ко второму мобильному телефону и являющийся анализатором информации в виде Допплеровского спектра, полученной по радиоканалу через первый и второй мобильные телефоны со съемного аналого-цифрового преобразователя (Патент на полезную модель РФ №52695, опубл. 27.04.2006).
Недостаток системы состоит в невозможности получения изображений внутренних органов и структур пациента для диагностики при проведении ультразвуковых исследований в дистанционном режиме.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является устройство для ультразвуковой диагностики, используемое для неинвазивного определения температуры биологических объектов внутри живого организма. Устройство содержит ультразвуковой преобразователь (далее ультразвуковой датчик), соединенный через коммутатор каналов с блоком формирования J акустических каналов (далее блок формирования пространственных акустических каналов), приемник сигналов изображения (далее приемник), блок развертки, генератор, сканконвертор, блок памяти (далее устройство памяти), блок сравнения, вычислитель, монитор, термостат, К-ступенчатый регулятор температуры термостата, частотомер, многоканальный J·N приемник, содержащий J блоков N канальных последовательно соединенных полосовых фильтров, детекторов и интеграторов, J блоков выбора сигнала максимальной амплитуды и блок сравнения (Патент РФ №2308228, БИ №29 от 20.10.2007).
Далее будем считать, что ультразвуковой датчик, коммутатор каналов, блок формирования пространственных акустических каналов, приемник, блок развертки и генератор входят в состав удаленного рабочего места (где находится пациент), а устройство памяти и монитор входят в состав диагностического центра (где находится квалифицированный в области ультразвуковых исследований врач-специалист).
Недостатком известного устройства (далее устройства для дистанционной ультразвуковой диагностики) является невозможность проведения ультразвуковых исследований в дистанционном режиме, когда пациент и квалифицированный в области ультразвуковых исследований врач-специалист находятся на значительном удалении друг от друга.
В основу технического решения положена задача проведения ультразвуковых исследований в дистанционном режиме.
Поставленная задача решается тем, что в устройстве для дистанционной ультразвуковой диагностики, содержащем удаленное рабочее место, включающее ультразвуковой датчик, коммутатор каналов, блок формирования пространственных акустических каналов, приемник, блок развертки и генератор, и диагностический центр, включающий устройство памяти и монитор, согласно полезной модели удаленное рабочее место дополнительно содержит аналого-цифровой преобразователь (АЦП), формирователь пакета данных, передатчик пакета данных, генератор синхроимпульсов и первый приемопередатчик командной линии связи, а диагностический центр дополнительно содержит приемник пакета данных, узел разборки пакета данных, преобразователь координат и второй приемопередатчик командной линии связи, причем первый приемопередатчик командной линии связи соединен со вторым приемопередатчиком командной линии связи, а к выходу ультразвукового датчика (находящегося в непосредственном контакте с телом пациента) последовательно подключены коммутатор каналов, блок формирования пространственных акустических каналов, приемник, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), формирователь пакета данных, передатчик пакета данных, приемник пакета данных, узел разборки пакета данных, преобразователь координат, устройство памяти и монитор, при этом второй вход блока формирования пространственных акустических каналов соединен с первым выходом генератора, первым входом генератора синхроимпульсов и входом блока развертки, чей выход соединен с третьим входом блока формирования пространственных акустических каналов и со вторым входом формирователя пакета данных, ко второму выходу АЦП подключен второй вход генератора синхроимпульсов, чей выход подключен к третьему входу формирователя пакета данных, ко второму входу АЦП подключен второй выход генератора, ко второму входу преобразователя координат подключен второй выход узла разборки пакета данных.
На фиг.1 приведена структурная схема устройства для дистанционной ультразвуковой диагностики. На фиг.2 приведена структура пакета данных, передаваемых с удаленного рабочего места в диагностический центр.
Устройство для дистанционной ультразвуковой диагностики содержит удаленное рабочее место 1 и диагностический центр 2. Причем в удаленном рабочем месте 1 расположены последовательно соединенные ультразвуковой датчик 3, коммутатор каналов 4, блок формирования пространственных акустических каналов 5, приемник 6, АЦП 7, формирователь пакета данных 8 и передатчик пакета данных 9. При этом второй вход блока формирования пространственных акустических каналов 5 соединен с выходом блока развертки 10, вход которого подключен к первому выходу генератора 11, к третьему входу блока формирования пространственных акустических каналов 5 и к первому входу генератора синхроимпульсов 12, второй вход которого соединен со вторым выходом АЦП 7, а его второй вход подключен ко второму выходу генератора 11. Выход блока развертки 10 подключен ко второму входу формирователя пакета данных 8, чей третий вход подключен к выходу генератора синхроимпульсов 12. Удаленное рабочее место 1 также содержит первый приемопередатчик командной линии связи 13. Диагностический центр 2 содержит последовательно соединенные приемник пакета данных 14, узел разборки пакета данных 15, преобразователь координат 16, устройство памяти 17, монитор 18, причем второй выход узла разборки пакета данных 15 подключен ко второму входу преобразователя координат 16, а вход приемника пакета данных 14 подключен к выходу передатчика пакета данных 9, расположенного в удаленном рабочем месте 1. Диагностический центр 2 также содержит второй приемопередатчик командной линии связи 19, который соединен с первым приемопередатчиком командной линии связи 13, расположенным в удаленном рабочем месте 1.
Работает устройство следующим образом. Ультразвуковой датчик 3 находится в непосредственном контакте с телом пациента. Генератор 11 формирует две бесконечные последовательности электрических импульсов. Импульсы с первого выхода генератора 11 необходимы для создания ультразвуковой волны в исследуемой области тела пациента. Этими импульсами запускаются блок развертки 10 и генератор синхроимпульсов 12. Импульсы со второго выхода генератора 11 используются для запуска АЦП 7.
Формирование пространственных акустических каналов производится следующим путем. Блок развертки 10 представляет собой счетчик номера луча, а блок формирования пространственных акустических каналов 5 - многоканальный формирователь кодов задержки по времени для ориентации текущего луча в необходимом направлении с целью формирования растрового изображения в полярной системе координат. Количество каналов излучения ультразвукового сигнала определяется количеством элементов пьезопреобразователя ультразвукового датчика 3, который представляет собой сканирующую антенную решетку и варьируется в достаточно больших пределах, число элементов пьезопреобразователя ультразвукового датчика 3 в различных конструкциях достигает 1000 и более (Л.В.Осипов. Ультразвуковые диагностические приборы. М.: ВИДАР, 1999). Число лучей, смещаемых при сканировании пространства один относительно другого, как правило, не превышает 60. Этого значения достаточно для анализа полученного видеоизображения.
Каждый элемент пьезопреобразователя в составе ультразвукового датчика 3 возбуждается импульсным сигналом генератора 11, задержанным по времени на различные значения в блоке формирования пространственных акустических каналов 5, на который поступают коды задержки по времени с блока развертки 10. Каждый элемент пьезопреобразователя преобразует энергию возбуждающего электрического импульса в ультразвуковой сигнал и излучает его в тело пациента. Сложение в пространстве парциальных ультразвуковых лучей обеспечивает уменьшение ширины диаграммы направленности ультразвукового датчика 3. Задержка каждого из парциальных лучей на индивидуальное время, изменяемая с каждым импульсом генератора 11, обеспечивает отклонение суммарного луча, а управление задержками обеспечивает сканирование пространства достаточно узким ультразвуковым лучом. Таким путем достигается обзор пространства с целью формирования изображения. Ультразвуковой датчик 3 находится в непосредственном контакте с телом пациента. Зондирующий акустический (ультразвуковой) сигнал, формируемый ультразвуковым датчиком 3, поступает в тело пациента. Сигнал, отраженный от внутренних органов, поступает в аппаратуру через тот же ультразвуковой датчик 3.
Коммутатор каналов 4 обеспечивает переключение излучаемых и принимаемых сигналов в режиме прием - передача с целью развязки достаточно мощного зондирующего сигнала с выходов блока формирования пространственных акустических каналов 5 от входа приемника 6.
В процессе формирования текущего луча развертки акустический сигнал, отраженный от внутренних тканей пациента, преобразуется в электрический сигнал с помощью ультразвукового датчика 3, и через последовательно соединенные коммутатор каналов 4 и блок формирования пространственных акустических каналов 5 поступает на вход приемника 6. Запуск аналого-цифрового преобразователя 7 производится импульсами со второго выхода генератора 11, следующими со значительно более высокой частотой, нежели частота зондирующих импульсов с первого выхода генератора 11. Допустим необходимо исследовать внутренние органы на глубину тела до 30 см. Для этого необходима частота следования зондирующих импульсов порядка (1-2) кГц. Если принять необходимую разрешающую способность по глубине 1 мм, то на одном луче необходимо преобразовать в цифровую форму 300 отсчетов. Поэтому частота импульсов со второго выхода генератора 11 должна быть равна (300-600) кГц. В момент окончания аналого-цифрового преобразования на втором выходе АЦП 7 формируется импульс «конец преобразования», по которому можно считывать цифровой код с первого выхода АЦП 7.
Передача оцифрованных отраженных сигналов в диагностический центр 2 (где воспроизводят изображение для диагностики квалифицированным в области ультразвуковых исследований врачом-специалистом) производится в пакетном режиме в следующем порядке. Каждое поле пакета (фиг.2) состоит из фиксированного количества бит, назначаемых при проектировании аппаратуры. Это позволяет в диагностическом центре 2 (на приемном конце) выделить из пакета отдельные информационные составляющие. Первое поле содержит синхроимпульсы первого рода, свидетельствующие о начале нового луча. Второе поле переносит номер текущего луча, получаемый с выхода блока развертки 10. Затем идут поля цифровых кодов от первой до i-той точки отсчетов отраженного сигнала, получаемые с первого выхода аналого-цифрового преобразователя 7. Каждый код аналого-цифрового преобразователя (АЦП) отделяется от следующего кода синхроимпульсами второго рода.
Сборка пакета производится в формирователе пакета данных 8. На первый его вход поступают коды с выхода АЦП 7, на второй его вход поступают сигналы с выхода блока развертки 10, а на третий его вход поступают синхроимпульсы первого рода с генератора синхроимпульсов 12 под воздействием зондирующего импульса с выхода генератора 11. Синхроимпульсы второго рода, разделяющие цифровые коды с выхода АЦП 7, поступают также с генератора синхроимпульсов 12, которые формируются под воздействием импульса «конец преобразования» со второго выхода АЦП 7.
Сформированный пакет данных поступает на вход передатчика пакета данных 9, который осуществляет передачу пакетов данных. Эти пакеты данных принимают приемником пакета данных 14 и подают на узел разборки пакета данных 15, где производится выделение из общего пакета информационных составляющих. Данные, поступающие с приемника пакета данных 14, сформированы в полярной системе координат: номер луча и цифровые коды мгновенных значений сигналов, отраженных от внутренних органов. С первого выхода узла разборки пакета данных 15 поступает код номера луча, со второго выхода - коды мгновенных значений отраженных сигналов в порядке возрастания глубины (или увеличении времени относительно момента излучения зондирующего импульса). В следующем пакете содержится аналогичная комбинация следующего номера луча и цифровых отсчетов отраженных сигналов. По завершении передачи информации от последнего луча следующим пакетам передается информация о начальном луче. Так продолжается все время проведения ультразвукового исследования.
Преобразователь координат 16 служит для перевода значений из полярной в Декартову систему координат, поскольку монитор 18 имеет, как правило, прямоугольную (т.е. Декартову) развертку. На мониторе 18 индицируется изображение исследуемой области.
Квалифицированный в области ультразвуковых исследований врач-специалист, наблюдая изображение в процессе диагностирования, отдает устные команды на перемещение ультразвукового датчика 3. Эти команды в режиме диалога передаются по командной линии связи, включающей первый приемопередатчик командной линии связи 13 и второй приемопередатчик командной линии связи 19, и поступают для исполнения на удаленное рабочее место 1, например медицинской сестре или фельдшеру.
Таким образом, заявляемое устройство для дистанционной ультразвуковой диагностики позволяет проводить ультразвуковые исследования в дистанционном режиме при размещении квалифицированного в области ультразвуковых исследований врача-специалиста и пациента на значительном удалении друг от друга. Не менее важной является и социальная составляющая технического решения поставленной задачи. Процедура УЗИ становится доступной для жителей малых населенных пунктов, погранзастав, геологических экспедиций, кораблей и пр. мест пребывания людей, оторванных от крупных населенных пунктов.