Допплеровский измеритель скорости кровотока
Дипломная работа - Медицина, физкультура, здравоохранение
Другие дипломы по предмету Медицина, физкультура, здравоохранение
?ыделения полезного сигнала.
Импульсный ультразвуковой допплеровский прибор со звуковой индикацией без выделения информации о направлении кровотока.
Блоксхема импульсного УЗ допплеровского прибора со звуковой индикацией без выделения информации о направлении кровотока показана на рис. 1.22
Рис. 1.22 Блок-схема импульсного УЗ допплеровского прибора со звуковой индикацией без выделения информации о направлении кровотока
1 УЗ датчик, 2 УМ, 3 предварительный усилитель, 4 - формирователь импульсов разрешения передачи, 5 селектор передачи, 6 селектор приема, 7 - формирователь импульсов разрешения приема (линия задержки), 8 - задающий генератор, 9 синхронный детектор, 10 УВХ, 11 кварцевый резонатор, 12 полосовой фильтр, 13 УНЧ, 14 громкоговоритель.
Как видно, импульсный прибор отличается от непрерывно-волнового наличием формирователя импульсов разрешения передачи и приема, а также селекторов передачи и приема, управляемых этими импульсами. Вырабатываемый опорным генератором 8 сигнал стробируется селектором передачи 5 в строго определенные промежутки времени, задаваемые формирователем импульсов разрешения передачи 4. Принятый сигнал также стробируется по времени селектором приема 6, а продетектированный синхронным детектором 9 сигнал запоминается в устройстве выборки и хранения (УВХ) 10 до прихода следующего импульса. Положение тАЬобъема выборкитАЭ на оси УЗ датчика или глубина расположения исследуемого сосуда определяется временной задержкой между импульсом излучения и стробом приема, открывающего селектор приема 6. Эта задержка задается формирователем импульсов разрешения приема 7.
Так как амплитуда принятого продетектированного сигнала определяется мощностью излученного ультразвука, а из-за импульсного характера излучения при одинаковой амплитуде излучаемых сигналов непрерывно-волнового и импульсного приборов средняя излучаемая мощность последнего будет меньше, то на УМ импульсного тракта подается большее напряжение питания, по сравнению с непрерывно-волновым режимом для обеспечения поддержания уровня средней интенсивности излучаемого сигнала в импульсном режиме. УЗ датчик импульсного прибора представляет собой один пьезоэлектрический элемент, совмещающий функции приема и передачи, разнесенные во времени. Приемный тракт должен обеспечивать защиту входного каскада от перегрузок во время излучения.
В целом, работа импульсного УЗ допплеровского прибора аналогична работе радиолокационной станции обнаружения движущихся целей. Практически весь математический аппарат и многие схемотехнические решения, наработанные в военной области, без каких-либо изменений могут быть использованы в медицине и наоборот. В этом заключается смысл так называемых двойных направлений, развитие которых имеет огромное научное и практическое значение.
Синхронный квадратурный детектор и блок выделения информации о направлении кровотока
Описанные выше приборы не сохраняют информацию о направлении кровотока, а дает лишь величину сдвига частоты. Информация о направлении необходима, чтобы следить за изменением скорости кровотока в течении кардиоцикла в тех сосудах, где возникает обратный кровоток, или если направление кровотока несет диагностическую информацию, например, при исследовании вен при недостаточности сердечных клапанов .
Для того, чтобы разделить сигналы, несущие информацию о прямом и обратном кровотоке, наиболее широко в современных приборах применяется квадратурная демодуляция (рис. 1.23.).
Рис. 1.23 Блок схема квадратурного демодулятора
Х перемножители, ПФ полосовые фильтры.
Усиленный сигнал с выхода предварительного усилителя 3 (рис 1.21, 1.22) подается на два перемножителя Х, выполняющих роль детекторов, на управляющий вход одного из которых подается сигнал с выхода опорного генератора , на управляющий вход другого сигнал, сдвинутый относительно первого на , т.е. . Таким образом, на выходе одного из каналов присутствует синфазный сигнал , описываемый (5), на выходе второго квадратурный сигнал , имеющий вид:
или (6)
Знак допплеровского сдвига, а значит, и направление кровотока определяется по соотношению фаз прямого (синфазного) и квадратурного каналов. Если этот сдвиг положителен, то квадратурный сигнал отстает на от синфазного, и опережает в противном случае.
Из выражений (5) и (6) следует, что для разделения сигналов необходимо тАЬсдвинутьтАЭ один из каналов относительно другого на , а затем произвести суммарно-разностную операцию над полученными сигналами.
Из предложенных до сих пор методов разделения сигналов прямого и обратного кровотока наибольшее развитие получили 2 метода:
- обработка прямого и квадратурного канала в фазовой области;
- применение цифровой обработки сигналов и, в частности, фильтра Гильберта.
Первый метод поясняется на рис.1.1.7.2.3.
Рис. 1.24 Выделение сигналов прямого и обратного кровотока в фазовой области.
Оба сигнала, прямой и квадратурный, описываемые соответственно уравнениями (2.3) и (2.4), сдвигаются на и суммируются с другим, несдвинутым, сигналом. В результате получаются два полностью разделенных канала.
Так, сдвигая прямой сигнал , описываемый (5), получаем:
Суммиро