СПОСОБ, УСТРОЙСТВО И СИСТЕМА УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ВИЗУАЛИЗАЦИИ СТРУКТУР МОЗГА ЧЕРЕЗ ТОЛСТЫЕ КОСТИ ЧЕРЕПА

1. Способ получения ультразвуковых изображений структур мозга через толстые кости черепа, использующий принципы эхолокации с помощью, по меньшей мере, одного или нескольких многоэлементных одномерных и/или двумерных УЗ датчиков, работающих либо в режиме совмещенного приема-излучения, либо в режиме разнесенного приема-излучения, установленных на голове пациента, с возможностью их механического перемещения, причем каждый из упомянутых многоэлементных УЗ датчиков в передающем режиме излучает короткие импульсы в виде сферической волны с изменяющимся фокусным расстоянием в заданном секторе обзора, которые принимаются элементами этого УЗ датчика от, по меньшей мере, одного рассеивателя, расположенного на выбранном фокусном расстоянии, и по принятым эхосигналам восстанавливается изображение упомянутого, по меньшей мере, одного рассеивателя путем преобразования Фурье-Френеля.
(1)
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что по принятым отраженным сигналам оценивается форма принятого волнового фронта ψ(x,y) от рассеивателя, расположенного в мозговой ткани по нормали к приемному УЗ датчику, которая далее аппроксимируется N произвольными кусочно-линейными сегментами волновых фронтов, образованными группами элементов приемного УЗ датчика, причем число элементов в каждой группе может быть произвольным.
к
(2)
(1)
(2)
(1)
3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что при восстановлении изображения по заданному аппроксимированному волновому фронту для всех участков N, принадлежащих N, оценивается вид функции точечного источника путем преобразования Фурье-Френеля от принятых эхосигналов с элементов приемного УЗ датчика при изменении фаз сигналов в каждом участке аппроксимации от 0 до 2π; причем запоминаются только те фазы в группах приемных элементах, которые приводят к возрастанию амплитуды рассеивателя и уменьшению его ширины по пространственным координатам x, y, в результате чего формируется вторая оценка волнового фронта ψ(x,y); осуществляют сравнение полученных функций ψ(x,y) и ψ(x,y) по критерию , где величина ε - заданная величина погрешности, причем если погрешность ε значительно отличается от заданной, то повторяют определение ψ(x,y) до тех пор, пока погрешность ε не станет минимально возможной.
(2)
4. Способ по п. 2, отличающийся тем, что по сформированной функции ψ(x,y) рассчитываются корректирующие фазовые множители во всех элементах приемного УЗ датчика для всех возможных углов сканирования α и β, и для восстановления УЗ изображения используются преобразования типа Фурье-Френеля с учетом полученных корректирующих фазовых множителей.
5. Устройство для УЗ транскраниального сканирования, выполненное в виде шлемовидной конструкции, содержащей корпус с, по меньшей мере, двумя дугообразными направляющими, расположенными в верхней части шлемовидной конструкции и выполненными с возможностью их перемещения, причем на упомянутых направляющих установлены:
- многоэлементный одномерный или двумерный УЗ датчик, выполненный с возможностью излучения в заданном секторе углов коротких импульсов с, заданной формой волнового фронта в виде сферической волны с переменным фокусным расстоянием по нормали к УЗ датчику, которые принимаются элементами этого УЗ датчика от, по меньшей мере, одного рассеивателя, расположенного на заданном фокусном расстоянии, и выполненный с возможностью механического перемещения по направляющей;
- по меньшей мере, один излучатель;
и датчики позиционирования,
причем упомянутый многоэлементный УЗ датчик располагается на фиксированном расстоянии L от излучателя, а датчики позиционирования выполнены с возможностью измерения углов поворота и положений УЗ датчика и, по меньшей мере, одного излучающего датчика.
6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что перемещение направляющих осуществляется с помощью элементов управления поворотом направляющих.
7. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что дополнительно содержит болюс, выполненный из акустически прозрачного материала, располагаемый между УЗ датчиком и головой пациента.
8. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что дополнительно содержит, по меньшей мере, один дополнительный многоэлементный УЗ одномерный или двумерный датчик.
9. Устройство по п. 8, отличающееся тем, что основной датчик и по, меньшей мере, один дополнительный УЗ датчик осуществляют работу в режиме совмещенного приема-излучения или разнесенного приема-излучения.
10. Устройство по п. 9, отличающееся тем, что основной и, по меньшей мере, один дополнительный УЗ датчики располагаются на одной направляющей или на разных направляющих.
11. Устройство по любому из пп. 5-10, отличающееся тем, что многоэлементный УЗ датчик выполнен обратимым и состоит из N*M отдельных пьезоэлементов, работающих, как в режиме приема, так и в режиме излучения.
12. Система для УЗ визуализации структур мозга через толстые кости черепа, содержащая
- устройство для УЗ сканирования (по такому-то пункту);
- блоки предварительных усилителей (БПУ), каждый из которых содержит множество приемных каналов, АЦП и ПЛИС;
- многоканальный усилитель мощности (МУМ), содержащий ЦАП;
- и ЭВМ, содержащую, по меньше мере, один процессор, интерфейсы ввода/вывода и средство памяти, связанную с помощью интерфейса цифровой обработки сигналов (ЦОС-интерфейс) с БПУ и МУМ;
причем
в памяти упомянутой ЭВМ содержатся машиночитаемые команды, которые при их обработке, по меньшей мере, одним процессором, позволяют с помощью упомянутого устройство для УЗ сканирования излучать короткие импульсы с заданной формой волнового фронта в виде сферической волны с заданным фокусным расстоянием по нормали к УЗ датчику, осуществлять обработку импульсов, принимаемых элементами УЗ датчика от, по меньшей мере, одного рассеивателя, расположенного на упомянутом фокусном расстоянии, и по принятым эхосигналам восстанавливать изображение упомянутого, по меньшей мере, одного рассеивателя с помощью преобразования Френеля.
13. Система по п. 12, отличающаяся тем, что с помощью ЭВМ выполняется установка исходных параметров сигналов - зондирующего импульса U(t), а именно его длительность T, период следования T9 и амплитуду U0.
14. Система по п. 13, отличающаяся тем, что упомянутые параметры передаются в ПЛИС БПУ для последующего генерирования и запоминания излучаемых сигналы U(t), параметры которых соответствуют заданным искомым дальностям (глубинам) сканирования r(α,θ) для всех углов обзора α и θ, дискретности по дальности Δr и дискретность по углам Δα и Δθ, которые описывают сходящиеся сферические волны в однородной среде от УЗ датчика.
15. Система по п. 14, отличающаяся тем, что отраженные эхосигналы через УЗ датчик устройства УЗ сканирования передаются на входы БПУ для последующей обработки ПЛИС.
16. Система по п. 15, отличающаяся тем, что ЭВМ с помощью, по меньшей мере, одного процессора вычисляется форма принятого волнового фронта по эхосигналам.
17. Система по п. 16, отличающаяся тем, что форма волнового фронта аппроксимируется N линейными сегментами.
18. Система по п. 17, отличающаяся тем, что для каждого сегмента Nk, объединяющего некоторое число элементов УЗ датчика, последовательно изменяется фаза сигналов от 0 до 2π, значение которой передается в ПЛИС, ЦАПы и соответствующие элементы УЗ датчика, которые осуществляют излучение полученных сигналов с измененной фазой.
19. Система по п. 18, отличающаяся тем, что по принятым эхосигналам для каждого значения измененной фазы в каждом сегменте осуществляется восстановление изображения и фазы сигналов, для которых качество изображения улучшилось, запоминаются.