RU2004131526A - Ультразвуковая томография объектов посредством сканирования во множественных плоскостях - Google Patents

Claims (22)

1. Способ ультразвуковой томографии объекта в режиме практически реального времени, по меньшей мере, в трех различных плоскостях двумерного сканирования, включающий следующие шаги: электронное сканирование с помощью фазированной решетки ультразвукового преобразователя и импульсного ультразвукового луча, направление которого произвольно задают электронным способом, по меньшей мере, в трех различных плоскостях двумерного сканирования, расположенных под различными углами вокруг общей оси, причем с возможностью осуществления переключении изменяющих направление луча как в пределах плоскостей двумерного сканирования, так и между этими плоскостями, от импульса к импульсу, а также использование отраженного сигнала импульсов в каждом направлении луча для формирования данных для построения видеоизображения как функции от глубины вдоль луча, группирование данных для видеоизображения, полученных от каждого направления, для формирования двумерных изображений объекта в каждой плоскости сканирования, получаемых с такой высокой частотой кадров, что для практических целей наблюдения движения объекта на экран могут быть выведены его двумерные изображения в реальном времени, по меньшей мере, в трех различных плоскостях двумерного сканирования.

2. Способ по п.1, характеризующийся тем, что решетка ультразвукового преобразователя обеспечивает секторное сканирование ультразвуковым лучом в пределах плоскостей двумерного сканирования, число которых фиксировано и равно, по меньшей мере, трем, с возможностью электронного выбора любой из этих плоскостей двумерного сканирования с пренебрежимо малым временем переключения для каждого излучаемого импульса.

3. Система для ультразвуковой томографии объекта по меньшей мере в трех различных плоскостях двумерного сканирования по п.1, включающая в себя фазированную решетку ультразвукового преобразователя, обеспечивающую секторное сканирование ультразвуковым лучом по меньшей мере в трех различных плоскостях двумерного сканирования, с возможностью электронного выбора направления излучения каждого очередного импульса как между плоскостями двумерного сканирования, так и в пределах каждой из этих плоскостей, причем решетка ультразвукового преобразователя соединена с ультразвуковым томографом, который содержит средства для анализа отраженного сигнала по направлениям лучей для формирования данных для видеоизображения как функции от глубины вдоль лучей, средства для группирования данных для видеоизображения по каждому из направлений для формирования двумерных изображений объекта по меньшей мере от трех указанных плоскостей сканирования, средства для вывода двумерных изображений объекта на общий экран в режиме реального времени, выбор схемы сканирования с учетом числа плоскостей сканирования и движения объекта таким образом, чтобы ультразвуковые изображения выводились с частотой кадра настолько высокой, что для практических целей можно осуществлять ультразвуковую томографию движущегося объекта в реальном времени в плоскостях двумерного сканирования.

4. Система для ультразвуковой томографии по п.3, характеризующаяся тем, что переход от одной плоскости двумерного сканирования к другой осуществляют по кругу для каждого луча для осуществления трехмерного сканирования объекта по спиральному конусу, что обеспечивает наблюдение объекта при минимальном отставании по фазе между лучами в соседних плоскостях двумерного сканирования.

5. Система ультразвукового мониторинга сердечной функции, включающая в себя систему ультразвуковой томографии в плоскостях по п.1, а также измерения нескольких параметров физиологических функций сердца.

6. Система ультразвукового мониторинга сердечной функции по п.5, характеризующаяся тем, что автоматически определяют границы в изображениях, полученных ультразвуковым сканированием, с целью автоматического расчета объемов полостей сердца и/или расчета относительного растяжения волокон миокарда.

7. Система ультразвукового мониторинга сердечной функции по п.6, характеризующаяся тем, что определяют размеры или объем желудочка и дополнительно измеряют давление в желудочке для расчета напряжений волокон в стенках полости.

8. Система ультразвукового мониторинга сердечной функции по п.6 или 7, характеризующаяся тем, что выполнена с возможностью одновременной визуализации нескольких плоскостей сканирования сердца, представленных на одной области экрана или на отдельном экране, и изменений параметров как функции времени, полученных в результате обработки ультразвуковых томографических изображений и данных других физиологических измерений, представленных как функции времени в других областях экрана или на отдельном экране.

9. Система ультразвукового мониторинга сердечной функции по п.8, характеризующаяся тем, что минимальные и максимальные значения функций параметров от времени для каждого сердечного цикла показаны в более мелком масштабе времени на том же экране или на отдельном экране.

10. Фазированная решетка ультразвукового преобразователя, обеспечивающая управление ультразвуковым лучом и его фокусировку в нескольких плоскостях двумерного сканирования с возможностью их выбора электронным способом, причем число плоскостей двумерного сканирования равно как минимум трем, характеризующаяся тем, что фазированная решетка выполнена, как минимум, из двух пьезоэлектрических слоев, обращенных передними сторонами друг к другу, в виде многослойной структуры, имеющей переднее и заднее направления, задняя сторона пьезоэлектрической многослойной структуры прикреплена к подложке, а ее передняя сторона выполнена с возможностью соединения с акустической нагрузкой через, по меньшей мере, один эластичный слой для согласования акустического импеданса пьезоэлектрических слоев и акустической нагрузки, на каждой стороне пьезоэлектрических слоев расположена группа параллельных пальчиковых электродов, причем электроды электрически изолированы друг от друга, а направления пальчиковых электродов на передней и задней сторонах каждого из пьезоэлектрических слоев образуют по отношению друг к другу угол, отличный от нуля, каждая группа пальчиковых электродов на указанных сторонах выполнена с возможностью подключения либо в качестве рабочих электродов к формирователю луча фазированной решетки, либо к земле этого формирователя с возможностью, выборочно подключая всю группу пальчиковых электродов на одной стороне, как минимум, одного из пьезоэлектрических слоев к формирователю луча в качестве рабочих электродов и заземляя все остальные группы пальчиковых электродов на других сторонах пьезоэлектрических слоев, получить преобразователь с линейной фазированной решеткой, в котором угловое положение плоскости двумерного сканирования относительно общей оси оказывается задано группой пальчиковых электродов, выбранных в качестве рабочих электродов фазированной решетки.

11. Фазированная решетка ультразвукового преобразователя по п.10, характеризующаяся тем, что пьезоэлектрические слои выполнены в виде композита, состоящего из ферроэлектрической керамики и полимера, в котором структура композита одинакова для всех пьезоэлектрических слоев многослойной фазированной решетки, а керамические полюса композита отделены друг от друга, по меньшей мере, несколькими прямыми канавками, заполненными полимером, прямые канавки соответствуют разделению между указанными пальчиковыми электродами на сторонах пьезоэлектрических слоев и, следовательно, между активными элементами фазированной решетки, определяемыми электродами, соединенными с проводниками рабочих элементов формирователя луча.

12. Фазированная решетка ультразвукового преобразователя по п.11, состоящая из двух пьезоэлектрических слоев, характеризующаяся тем, что керамические полюса композитной структуры имеют треугольное поперечное сечение, причем треугольники расположены так, что для создания прямых канавок может быть выполнено скрайбирование керамики, некоторые из прямых канавок, заполненных полимером, выполнены для разделения пальчиковых электродов и, следовательно, также выбранных активных элементов фазированной решетки, причем пальчиковые электроды на одной стороне каждого из пьезоэлектрических слоев имеют одинаковое, первое, направление, а направления пальчиковых электродов на других сторонах отличны друг от друга и от первого направления.

13. Фазированная решетка ультразвукового преобразователя по п.12, состоящая из двух пьезоэлектрических слоев, характеризующаяся тем, что керамические полюса композитной структуры имеют поперечное сечение в виде равностороннего треугольника, треугольники расположены так, что скрайбирование керамики может быть выполнено в виде прямых канавок под углом 60 градусов друг к другу, разделение между пальчиковыми электродами на поверхности пьезоэлектрического слоя соответствуют прямым линиям полимера в композите так, что направления пальчиковых электродов образуют углы 60 градусов друг к другу.

14. Фазированная решетка ультразвукового преобразователя по п.12, в которой пьезоэлектрические слои имеют противоположные направления поляризации и для работы в более низком диапазоне частот в одной плоскости двумерного сканирования, перпендикулярной указанному первому направлению, две группы пальчиковых электродов, имеющие одинаковое, первое, направление, соединены между собой для формирования рабочих электродов фазированной решетки, причем другая группа электродов соединена с землей, так что слои работают электрически параллельно в более низком диапазоне частот, и для работы в более высоком диапазоне частот в плоскости двумерного сканирования, также перпендикулярной вышеуказанному первому направлению, в качестве рабочих электродов фазированной решетки используют электроды только переднего или заднего слоя, имеющие первое направление, а все остальные группы пальчиковых электродов заземлены.

15. Фазированная решетка ультразвукового преобразователя по п.10, состоящая из двух пьезоэлектрических слоев, характеризующаяся тем, что направления пальчиковых электродов на передней и на задней сторонах каждого пьезоэлектрического слоя образуют угол относительно друг друга, направления задних пальчиковых электродов переднего пьезоэлектрического слоя и передних пальчиковых электродов заднего пьезоэлектрического слоя также образуют угол относительно друг друга таким образом, что все четыре группы пальчиковых электродов на четырех сторонах пьезоэлектрических слоев образуют относительно друг друга углы, отличные от нуля.

16. Фазированная решетка ультразвукового преобразователя по п.15, состоящая из двух пьезоэлектрических слоев, характеризующаяся тем, что направления пальчиковых электродов на передней и на задней сторонах каждого пьезоэлектрического слоя образуют угол 90 градусов друг к другу, а направления задних пальчиковых электродов переднего пьезоэлектрического слоя и передних пальчиковых электродов заднего пьезоэлектрического слоя образуют угол 45 градусов относительно друг друга.

17. Фазированная решетка ультразвукового преобразователя по п.11 или 16, характеризующаяся тем, что поперечное сечение каждого из керамических полюсов композитной структуры имеет форму прямоугольного равнобедренного треугольника, причем треугольники расположены так, что скрайбирование керамики может быть выполнено в виде прямых канавок под углом 45 градусов друг к другу.

18. Фазированная решетка ультразвукового преобразователя для ультразвуковой томографии с электронным выбором множества плоскостей сканирования по п.10, характеризующаяся тем, что в непосредственной близости от фазированной решетки ультразвукового преобразователя установлена электронная переключающая схема, отдельные пальчиковые электроды, входящие в группы электродов на каждой стороне пьезоэлектрического слоя, электрически соединены с переключающей схемой, переключающая схема выполнена с возможностью соединения группы электродов на одной произвольно выбираемой стороне пьезоэлектрических слоев с рабочими проводниками формирователя ультразвукового луча с одновременным заземлением группы электродов на других сторонах пьезоэлектрических слоев.

19. Зонд с ультразвуковым преобразователем, состоящий из эндоскопа с фазированной решеткой ультразвукового преобразователя, выполненной согласно п.10 и установленной в наконечнике эндоскопа, вводимого в объект для выполнения ультразвуковой томографии внутренних структур данного объекта.

20. Зонд с ультразвуковым преобразователем по п.19, характеризующийся тем, что наконечник эндоскопа выполнен гибким с возможностью регулировки изгиба с помощью элемента управления на внешнем конце эндоскопа.

21. Зонд с ультразвуковым преобразователем по п.19, характеризующийся тем, что фазированная решетка установлена с возможностью ее поворота внутри наконечника эндоскопа с помощью элемента управления на внешнем конце эндоскопа или в ультразвуковом томографе.

22. Система для двумерной ультразвуковой томографии с фазированной решеткой по п.3 с возможностью управления множеством групп параллельных пальчиковых электродов фазированной решетки преобразователя, выполненной по п.10, в которой ультразвуковой томограф выполнен с возможностью формировать сигналы электронного выбора группы элементов для соединения с рабочими проводниками системы и группы заземляемых элементов для выбора плоскостей двумерного сканирования ультразвуковой томографии посредством ручного управления с пульта управления ультразвукового томографа, либо путем автоматического выбора плоскостей сканирования в определенной последовательности изменяя плоскость сканирования для каждого луча, либо от одного кадра двумерного изображения к другому, либо изменяя плоскость сканирования более медленно, например, по сигналу, являющемуся производным от какого-либо сигнала физиологического параметра типа сигнала ЭКГ.