RU2139679C1

RU2139679C1 - Acoustic computer mammograph with three dimensional visualization

Info

Publication number: RU2139679C1
Application number: RU98114300A
Authority: RU
Inventors: А.И. Селянин; А.И. Коваленко; А.В. Гаврилов; П.В. Зайцев; Е.Е. Риттер; Р.В. Буслаев; Я.Л. Калайдзидис; С.И. Нейман; В.В. Риман; В.А. Фин; И.Н. Чечина; В.М. Маланин; В.А. Сандриков; Ю.Р. Камалов
Original assignee: Научно-исследовательский институт точных приборов; ЗАО "Научно-технический центр "РАДАР"
Priority date: 1998-07-15
Filing date: 1998-07-15
Publication date: 1999-10-20

Abstract

FIELD: medical ultrasonic diagnostic equipment. SUBSTANCE: mammograph is intended for examination and early diagnostics of mammary gland diseases. Mammograph has ultrasonic transducer including step motor with reduction gear, shaft of which carries piezoelectric transducer module with acoustic lens. Mammograph also includes low-noise amplifier, analog-to- digital converter, buffer main storage, computer, processor, and monitor, as well as step-motor control unit, clock-pulse generator, and programmed controller. In addition, mammograph has unit of sounding signal and control signal formation, M/2 removal delay line, cyclic switch, two M-channel "receive-transmit" switches, multiplexer, M-channel power amplifier, M-channel low- noise amplifier, as well as user's interface having interactive connection with monitor, and synthesis parameter control unit. EFFECT: high resolution. 4 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к медицинской ультразвуковой диагностической аппаратуре, более конкретно, к специализированным ультразвуковым томографическим устройствам, предназначенным для исследования и ранней диагностики заболеваний грудной железы. The invention relates to medical ultrasound diagnostic equipment, and more specifically, to specialized ultrasound tomography devices for the study and early diagnosis of breast diseases.

Известно ультразвуковое диагностическое устройство с трехмерной визуализацией (США N 5396890, опубл. 30.09.93, A 61 B 8/00), содержащее ультразвуковой датчик, одноканальный приемопередатчик, устройства электронного сканирования ультразвуковым пучком датчика, устройство механического перемещения датчика с системой определения его текущих координат, конвертор, блок памяти, процессор и дисплей для визуализации двумерных и трехмерных изображений. Известное устройство имеет несколько существенных недостатков, основными из которых являются: большие временные затраты на построение трехмерных изображений, определяемые длительностью вычислительных операций по определению текущих координат датчика и значительным разбросом разрешающей способности устройства по пространственным координатам во всей области обзора. Known ultrasonic diagnostic device with three-dimensional visualization (US N 5396890, publ. 30.09.93, A 61 B 8/00), containing an ultrasonic sensor, a single-channel transceiver, electronic scanning device using an ultrasonic sensor beam, a mechanical device for moving the sensor with a system for determining its current coordinates , converter, memory unit, processor and display for rendering two-dimensional and three-dimensional images. The known device has several significant drawbacks, the main of which are: the large time spent on building three-dimensional images, determined by the duration of the computational operations to determine the current coordinates of the sensor and a significant dispersion of the resolution of the device by spatial coordinates in the entire field of view.

Последний недостаток присущ и акустическому компьютерному маммографу (США N 5433202, опубл. 18.07.95, A 61 B 8/00), выбранному в качестве прототипа. The last drawback is inherent in the acoustic computer mammograph (US N 5433202, publ. 18.07.95, A 61 B 8/00), selected as a prototype.

Известный акустический компьютерный маммограф содержит ультразвуковой датчик, в состав которого введены шаговые двигатели с редуктором, на осях которых жестко закреплены два передающих и два приемных пьезопреобразовательных модуля, а также имеются последовательно соединенные малошумящий усилитель, аналого-цифровой преобразователь, буферное оперативное запоминающее устройство (БОЗУ), вычислитель, процессор обработки и хранения данных, монитор, а также блок управления шаговым двигателем, выход которого подключен ко входу управления шаговым двигателем, тактовый генератор и программный контроллер, при этом первый, второй, третий и четвертый выходы программного контроллера подключены, соответственно, ко вторым входам БОЗУ, вычислителя, процессора и монитора. Пьезопреобразовательный модуль маммографа состоит из двух передающих и двух приемных пьезоэлементов, каждый из которых расположен на одной из сторон контура синтезированной апертуры, имеющего форму квадрата, причем передающий и приемный пьезоэлементы принадлежат смежным сторонам контура. The well-known acoustic computer mammograph contains an ultrasonic sensor, which includes stepper motors with a reducer, on the axes of which two transmitting and two receiving piezoelectric transducer modules are rigidly fixed, and also have a low-noise amplifier, an analog-to-digital converter, and a buffer memory (BOSU) in series , a computer, a processor for processing and storing data, a monitor, and also a control unit for a stepper motor, the output of which is connected to the control input Agov engine, a clock generator and a programmable controller, wherein the first, second, third and fourth software controller outputs connected respectively to the second inputs Bozu, the calculator, the processor and monitor. The piezoelectric transducer module of the mammograph consists of two transmitting and two receiving piezoelectric elements, each of which is located on one side of the contour of the synthesized aperture having the shape of a square, and the transmitting and receiving piezoelectric elements belong to adjacent sides of the contour.

Принцип построения известного акустического маммографа обусловливает присутствие упомянутого недостатка. The principle of construction of a known acoustic mammograph determines the presence of the aforementioned drawback.

Предлагаемым изобретением решается задача получения трехмерного ультразвукового изображения грудной железы с высокой разрешающей способностью, равномерной во всей области обзора, причем результат достигается за счет использования дополнительной акустической фокусировки, применения в качестве пьезопреобразовательного модуля линейной решетки, состоящей из N приемопередающих пьезоэлементов, обработки отраженных зондирующих сигналов путем синтезирования апертуры, а также интерактивных средств управления параметрами синтеза изображения. The present invention solves the problem of obtaining a three-dimensional ultrasound image of the breast with high resolution, uniform in the entire field of view, and the result is achieved through the use of additional acoustic focusing, using as a piezoelectric transducer module a linear array consisting of N transceiver piezoelectric elements, processing reflected probe signals by synthesizing aperture, as well as interactive controls for the synthesis of images zheniya.

Для достижения этого технического результата в предлагаемый акустический компьютерный маммограф, содержащий ультразвуковой датчик, состоящий из шагового двигателя с редуктором, на оси которого жестко закреплен пьезопреобразовательный модуль, последовательно соединенные малошумящий усилитель, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), БОЗУ, вычислитель, процессор обработки и хранения данных и монитор, а также блок управления шаговым двигателем, выход которого подключен ко входу управления шаговым двигателем, тактовый генератор и программный контроллер, при этом первый, второй, третий и четвертый выходы программного контроллера подключены, соответственно, ко вторым входам буферного оперативного запоминающего устройства, вычислителя, процессора и монитора, дополнительно введены блок формирования зондирующего сигнала и сигналов управления (БФЗССУ), первый вход которого соединен с выходом тактового генератора, второй вход подключен к пятому выходу программного контроллера, а сигнальный выход - ко входу одноканального переключателя "прием-передача", соединенного с М/2-отводной линией задержки двусторонней линией связи, циклический коммутатор, подключенный двусторонней М/2-канальной линией связи к М/2-отводной линии задержки и М-канальной двусторонней линии связи к второму М-канальному переключателю "прием-передача", соединенному М-канальными линиями связи, через параллельно установленные М-канальный усилитель мощности и М-канальный малошумящий усилитель, с первым М-канальным переключателем "прием-передача", при этом М-канальный усилитель мощности подключен к выходу, а М-канальный малошумящий усилитель - ко входу второго М-канального переключателя "прием-передача", и они же, соответственно, - ко входу и выходу первого М-канального переключателя "прием-передача", соединенного двусторонней M-канальной линией связи с мультиплексором, подключенному к пьезопреобразовательному модулю двусторонней N-канальной линией связи, при этом сигнальный выход блока формирования зондирующего сигнала и сигналов управления подключен ко входу одноканального переключателя "прием-передача", выход которого соединен с входом малошумящего усилителя; первый, второй и третий выходы управления БФЗССУ подключены, соответственно, к управляющим входам блока управления шаговым двигателем, мультиплексора и циклического коммутатора, а четвертый выход управления БФЗССУ подключен параллельно к управляющим входам одноканального, первого и второго М-канальных переключателей "прием-передача", а также имеющий интерактивную связь с монитором, интерфейс пользователя, электрический выход которого через блок управления параметрами синтеза совместно со вторым выходом программного контроллера (ПК) подключен ко второму входу вычислителя, и акустическая линза с резким фокусом на фиксированной глубине, жестко закрепленная на рабочей поверхности пьезопреобразовательного модуля (ППМ), выполненного в виде линейной решетки, состоящей из N-приемопередающих пьезоэлементов, причем N ≥ 32. To achieve this technical result, the proposed acoustic computer mammograph containing an ultrasonic sensor, consisting of a stepper motor with a gear, on the axis of which a piezo-conversion module is rigidly fixed, a low-noise amplifier, an analog-to-digital converter (ADC), a BOSU, a computer, a processing processor, and data storage and monitor, as well as the control unit of the stepper motor, the output of which is connected to the control input of the stepper motor, a clock generator and program mm controller, while the first, second, third and fourth outputs of the software controller are connected, respectively, to the second inputs of the buffer memory, calculator, processor and monitor, an additional probe and control signal generation unit (BFZSSU) is introduced, the first input of which is connected with the output of the clock generator, the second input is connected to the fifth output of the software controller, and the signal output is connected to the input of a single-channel receive-transmit switch connected to M / 2 a water delay line with a two-way communication line, a cyclic switch connected by a two-way M / 2-channel communication line to an M / 2-tap delay line and an M-channel two-way communication line to a second M-channel receive-transmit switch connected by M-channels communication lines, through a parallel M-channel power amplifier and an M-channel low-noise amplifier, with the first M-channel receive-transmit switch, while the M-channel power amplifier is connected to the output, and the M-channel low-noise amplifier to the input of the second M-channel receive-transmit switch, and they, respectively, to the input and output of the first M-channel receive-transmit switch connected by a two-way M-channel communication line with a multiplexer connected to a piezoelectric transducer module An N-channel communication line, wherein the signal output of the probing signal and control signal generation unit is connected to the input of the receive-transmit single-channel switch, the output of which is connected to the input of a low-noise amplifier; the first, second and third control outputs of the BFZSSU are connected, respectively, to the control inputs of the stepper motor control unit, multiplexer and cyclic switch, and the fourth control output of the BFZSSU is connected in parallel to the control inputs of the single-channel, first and second M-channel transmit-receive switches, as well as having an interactive connection with the monitor, a user interface whose electrical output through the synthesis parameter control unit together with the second output of the software controller (PC) connected to the second input of the calculator, and an acoustic lens with a sharp focus at a fixed depth, rigidly fixed to the working surface of the piezoelectric transducer module (PMP), made in the form of a linear array consisting of N-transceiver piezoelectric elements, with N ≥ 32.

Глубину расположения фокуса ультразвукового датчика R_ф можно определить по соотношению:

где d - шаг решетки, мм;
Δ - пространственное разрешение, мм;
k - поправочный дифракционный коэффициент;
λ - длина волны зондирующего излучения, мм.The depth of the focus of the ultrasonic sensor R _f can be determined by the ratio:

where d is the step of the lattice, mm;
Δ is the spatial resolution, mm;
k is the correction diffraction coefficient;
λ is the wavelength of the probe radiation, mm

Кроме того, блок формирования зондирующих сигналов и сигналов управления содержит последовательно соединенные модуль преобразования формата данных и управления, синтезатор, цифроаналоговый преобразователь и фильтр нижних частот, выход которого является сигнальным выходом блока формирования зондирующего сигнала и сигналов управления, а также блок формирования команд управления, подключенный ко второму выходу модуля преобразования формата данных и управления. Первый вход модуля преобразования формата данных и управления является вторым входом блока формирования зондирующего сигнала и сигналов управления, вторые входы модуля преобразования формата данных и управления, синтезатора и цифроаналогового преобразователя (ЦАП) объединены и являются первым входом блока формирования зондирующего сигнала и сигналов управления, а четыре выхода блока формирования команд управления являются, соответственно, первым, вторым, третьим и четвертым выходами управления блока формирования зондирующего сигнала и сигналов управления. In addition, the probe and control signal generation unit includes a data format and control format conversion module, a synthesizer, a digital-to-analog converter, and a low-pass filter, the output of which is the signal output of the probe signal and control signal generation unit, as well as a control command generation unit to the second output of the data format conversion and control module. The first input of the data format and control format conversion module is the second input of the probing signal and control signal generation block, the second inputs of the data and control format conversion module, synthesizer and digital-to-analog converter (DAC) are combined and are the first input of the sound signal and control signal generating block, and four the outputs of the control command generating unit are, respectively, the first, second, third and fourth control outputs of the probing signal generating unit la and control signals.

Дополнительно введенные блоки и узлы реализуют переменное количество когерентно суммируемых отраженных импульсов в зависимости от глубины зондирования с учетом реальных разбросов скорости распространения акустических волн в исследуемой среде (грудной железе), что обеспечивает равномерное и высокое пространственное разрешение во всей зоне обзора. Additionally introduced blocks and nodes realize a variable number of coherently summed reflected pulses depending on the sounding depth, taking into account real variations in the speed of propagation of acoustic waves in the studied medium (mammary gland), which ensures uniform and high spatial resolution in the entire field of view.

На фиг. 1 показана общая структурная схема маммографа. In FIG. 1 shows a general structural diagram of a mammograph.

На фиг. 2 представлена структурная схема блока формирования зондирующих сигналов и сигналов управления. In FIG. 2 is a structural diagram of a unit for generating sounding signals and control signals.

На фиг. 3 иллюстрируется принцип электронномеханического сканирования ультразвукового пучка. In FIG. 3 illustrates the principle of electron-mechanical scanning of an ultrasonic beam.

На фиг. 4 иллюстрируется принцип коммутации приемопередающей части маммографа. In FIG. 4 illustrates the principle of switching the transceiver part of the mammograph.

На фиг. 5 иллюстрируется принцип переключения активной области N-элементной приемопередающей линейной решетки. In FIG. 5 illustrates the principle of switching the active region of an N-element transceiver linear array.

На фиг.6 показана пространственная структура ультразвукового пучка. Figure 6 shows the spatial structure of the ultrasonic beam.

Акустический компьютерный маммограф содержит ультра звуковой датчик (УЗД) 1 (фиг. 1), включающий шаговый двигатель 2 с редуктором, пьезопреобразовательный модуль 4, жестко закрепленный на оси редуктора и акустическую линзу 3, жестко установленную на рабочей поверхности ППМ. ППМ подключен N-канальной двусторонней линией связи к мультиплексеру 6, блок формирования зондирующего сигнала и сигналов управления (БФЗССУ) 14 сигнальным выходом соединен со входом одноканального переключателя "прием-передача" 13, а управляющими входами подключен к блоку управления шаговым двигателем 5, мультиплексеру 6, первому М-канальному переключателю "прием-передача" 7, второму М-канальному переключателю "прием-передача" 10 и циклическому коммутатору 11. Между первым М-канальным переключателем 7 и вторым - 10, параллельно включены М-канальными линиями связи М-канальный усилитель мощности 8 и М-канальный малошумящий усилитель 9. При этом второй М-канальный переключатель 10 соединен выходом - с усилителем мощности 8, и входом - с малошумящим усилителем 9, а первый М-канальный переключатель 7 - входом соединен с усилителем мощности 8, и выходом - с малошумящим усилителем 9. Между циклическим коммутатором 11 и одноканальным переключателем 13 включена двусторонней линией связи М/2-отводная линия задержки 12. К выходу одноканального переключателя 13 подсоединена последовательно соединенная цепь, состоящая из малошумящего усилителя 15, АЦП 17, БОЗУ 18, вычислительного устройства 19, процессора 20 обработки и хранения данных и монитора 21. Программный контроллер 22 первым, вторым, третьим и четвертым выходами подключен, соответственно, ко вторым входам БОЗУ 18, вычислителя 19, процессора 20 и монитора 21, пятым выходом - к первому входу БФЗССУ 14. Кроме того, второй выход ПК 22 объединен с выходом блока управления параметрами синтеза 23 и, таким образом, подключен ко входу вычислителя 19. Интерфейс пользователя 24 подключен к блоку 23 и осуществляет интерактивную связь с монитором 21. Выход тактового генератора 16 подключен к первому входу БФЗССУ 14. An acoustic computer mammograph contains an ultra sound sensor (SPL) 1 (Fig. 1), including a stepper motor 2 with a gear, a piezoelectric transducer module 4, rigidly mounted on the axis of the gear and an acoustic lens 3, rigidly mounted on the working surface of the PPM. PPM is connected by an N-channel two-way communication line to multiplexer 6, a probing signal and control signal generation unit (BFZSSU) 14 is connected by a signal output to the input of a single-channel receive-transfer switch 13, and control inputs are connected to a control unit of a stepper motor 5, multiplexer 6 , the first M-channel receive-transmit switch 7, the second M-channel receive-transmit switch 10 and the cyclic switch 11. Between the first M-channel switch 7 and the second - 10, the M-channel is connected in parallel M-channel power amplifier 8 and M-channel low-noise amplifier 9. The second M-channel switch 10 is connected by an output to a power amplifier 8 and an input to a low-noise amplifier 9, and the first M-channel switch 7 is an input connected to a power amplifier 8, and the output to a low-noise amplifier 9. Between a cyclic switch 11 and a single-channel switch 13, a M / 2-branch delay line 12 is connected by a two-way communication line. In series with the output of the single-channel switch 13 is connected I am a circuit consisting of a low-noise amplifier 15, ADC 17, BOSU 18, a computing device 19, a processor 20 for processing and storing data and a monitor 21. The program controller 22 is connected to the second inputs of the BOSU 18 by the first, second, third and fourth outputs, respectively, the calculator 19, the processor 20 and the monitor 21, the fifth output to the first input of the BFZSSU 14. In addition, the second output of the PC 22 is combined with the output of the synthesis parameter control unit 23 and, thus, is connected to the input of the calculator 19. The user interface 24 is connected to the unit 23 and exercise t interactive communication with the monitor 21. The clock output 16 is connected to the first input 14 BFZSSU.

БФЗССУ 14 содержит предпочтительно последовательно соединенные (фиг. 2) модуль преобразования формата данных и управления 25, синтезатор 27, ЦАП 28 и фильтр нижних частот 29, выход которого является сигнальным выходом БФЗССУ. Блок формирования команд управления 26 подключен ко второму выходу модуля 25, его первый вход является вторым входом блока 22, вторые входы модуля 22, синтезатора 27 и ЦАП 28 объединены и являются первым входом блока 14. Кроме того, четыре выхода блока 26 являются, соответственно, первым, вторым, третьим и четвертым выходами блока 14. BFZSSU 14 preferably contains a series-connected (Fig. 2) data format conversion and control module 25, a synthesizer 27, a DAC 28 and a low-pass filter 29, the output of which is the signal output of the BFZSSU. The control command generation unit 26 is connected to the second output of module 25, its first input is the second input of block 22, the second inputs of module 22, synthesizer 27 and DAC 28 are combined and are the first input of block 14. In addition, the four outputs of block 26 are, respectively, the first, second, third and fourth outputs of block 14.

Акустическая линза 3 имеет резкий фокус на фиксированной глубине. Пьезопреобразовательный модуль 4 является линейной решеткой (фиг. 3, 6), состоящей из N приемопередающих пьезоэлементов, где N ≥ 32. Acoustic lens 3 has a sharp focus at a fixed depth. The piezoelectric transducer module 4 is a linear array (Fig. 3, 6) consisting of N transceiver piezoelectric elements, where N ≥ 32.

Работа акустического компьютерного маммографа осуществляется следующим образом. The work of an acoustic computer mammograph is as follows.

Обзор визируемой зоны производится путем электронно-механического сканирования (фиг. 3). Вдоль линейной решетки пьезопреобразователей обзор пространства производится посредством последовательного переключения активных пьезоэлементов, а в поперечном направлении - механическим перемещением решетки, производящимся после окончания цикла электронного сканирования. Overview of the sighted area is carried out by electron-mechanical scanning (Fig. 3). Along the linear lattice of the piezoelectric transducers, a survey of the space is carried out by sequentially switching the active piezoelectric elements, and in the transverse direction by mechanical movement of the lattice, which is carried out after the end of the electronic scanning cycle.

Перед началом съемки ультразвуковой датчик (УЗД) 1 устанавливается врачом-оператором в необходимую зону обзора объекта исследования. При этом линейная решетка УЗД, состоящая из N приемопередающих пьезоэлементов, программным образом установлена на границе рабочего сектора механического сканирования. Зондирующий сигнал формируется блоком формирования зондирующего сигнала и сигналов управления (БФЗССУ) 14. Цифровые отсчеты сигнала и коды команд управления из программного контроллера 22 загружаются в узел преобразования формата данных и управления 25 (фиг.2). Далее, с временным интервалом, определяемым тактовым генератором 16, отсчеты зондирующего сигнала из синтезатора 26 поступают на ЦАП 27, и через фильтр нижних частот 29, обеспечивающий сглаживание формы импульса, на переключатель "прием-передача" (ПП) 13. При этом команды управления формируются блоком 28, входящим в состав БФЗССУ 14. Зондирующий сигнал с выхода БФЗССУ 14 поступает на М/2-отводную линию задержки (ЛЗ) 12. Полученная последовательность задержанных импульсов по М/2-канальной линии связи передается на циклический коммутатор (ЦК) 11, который путем размножения импульсов осуществляет формирование М-канального сигнала, который через М-канальные переключатели ПП 10, 7 и усилитель мощности (УМ) 8 подается на мультиплексер (МП) 6, осуществляющий распределение импульсов возбуждения по М каналам линейной решетки, состоящей из N приемопередающих пьезоэлементов, в соответствии с командами управления, сформированными БФЗССУ. После излучения зондирующего импульса (ЗИ) прием отраженного акустического сигнала (ОИ) производится теми же М каналами решетки. При этом переключатели ПП 7, 10, 13 по команде из БФЗССУ 14 устанавливаются в положение "прием". Принципы коммутации приемопередающей аппаратуры иллюстрируются фиг.4. Before the start of the survey, the ultrasonic sensor (SPL) 1 is installed by the operator in the required viewing area of the object of study. In this case, the linear lattice of the SPL, consisting of N transceiver piezoelectric elements, is programmatically installed on the boundary of the working sector of mechanical scanning. The probe signal is generated by the probe signal and control signal generation unit (BFZSSU) 14. Digital signal samples and control command codes from the software controller 22 are loaded into the data format and control 25 conversion unit (Fig. 2). Further, with a time interval determined by the clock generator 16, samples of the probe signal from the synthesizer 26 are sent to the DAC 27, and through the low-pass filter 29, which provides smoothing of the pulse shape, to the receive-transmit switch (PP) 13. At the same time, the control commands are formed by block 28, which is part of the BFZSSU 14. The probe signal from the output of the BFZSSU 14 is fed to the M / 2-tap delay line (LZ) 12. The received sequence of delayed pulses via the M / 2-channel communication line is transmitted to the cyclic switch (CC) 11 , which the Then, by multiplying the pulses, an M-channel signal is generated, which, through the M-channel switches PP 10, 7 and the power amplifier (UM) 8, is supplied to a multiplexer (MP) 6, which distributes the excitation pulses along the M channels of the linear array consisting of N transceiver piezoelectric elements , in accordance with the management teams formed by the BFZSSU. After the radiation of the probe pulse (GI), the reflected acoustic signal (GI) is received by the same M channels of the array. In this case, the switches PP 7, 10, 13 on command from BFZSSU 14 are set to the "receive" position. The principles of switching transceiver equipment are illustrated in figure 4.

Принятый сигнал после усиления в М-канальном малошумящем усилителе (МШУ) 9 через ЦК 11 поступает на ЛЗ 12, на выходе которой формируется сигнал, полученный со всей глубины зоны обзора. После прохождения через МШУ 15 и АЦП 17 полученная цифровая информация записывается в БОЗУ 18. Таким способом формируется информация для одного положения области активных элементов на апертуре решетки. В следующем цикле приема-передачи активная область (после выдачи соответствующих команд управления на мультиплексер 6 и циклический коммутатор 11) сдвигается вдоль решетки на один элемент и вышеописанная процедура повторяется (N-M) раз. Принцип переключения активной области линейной решетки в процессе электронного сканирования (вдоль решетки) поясняется фиг. 5. Размер зоны обзора вдоль решетки определяется количеством пьезоэлементов N. Для целей наблюдения грудной железы достаточно N≥32. The received signal after amplification in the M-channel low-noise amplifier (LNA) 9 through the Central Committee 11 is fed to the LZ 12, the output of which is the signal received from the entire depth of the field of view. After passing through LNA 15 and ADC 17, the obtained digital information is recorded in BOSU 18. In this way, information is generated for one position of the active element area on the lattice aperture. In the next round trip, the active region (after issuing the appropriate control commands to the multiplexer 6 and the cyclic switch 11) is shifted along the grating by one element and the above procedure is repeated (N-M) times. The principle of switching the active region of the linear array during electronic scanning (along the array) is illustrated in FIG. 5. The size of the viewing area along the lattice is determined by the number of piezoelectric elements N. For the purposes of observing the breast, N≥32 is sufficient.

После окончания цикла электронного сканирования из БФЗССУ 14 на блок управления шаговым двигателем (ШД) по ступает команда, формируемая блоком формирования команд управления 28, входящим в БФЗССУ 14, по которой производится перемещение линейной решетки в следующее положение, и, далее, процедура электронного сканирования повторяется. After the end of the electronic scanning cycle from BFZSSU 14, the command is generated by the control unit of the stepper motor (SH), formed by the control command generation unit 28 included in BFZSSU 14, by which the linear grating is moved to the next position, and then the electronic scanning procedure is repeated .

Информация, полученная в полном цикле двумерного электронно-механического сканирования из БОЗУ 18, поступает на вычислительное устройство (ВУ) 19, где производится первый этап обработки принятого сигнала, включающий в себя корреляционную обработку отсчетов сигнала по глубине (вдоль оси OZ) и когерентное суммирование отсчетов сигнала по оси OY. Обработанный таким образом массив информации поступает из ВУ 19 в процессор обработки и хранения данных 20, в котором производится второй этап обработки, содержащий окончательный синтез трехмерного изображения путем когерентного суммирования отсчетов первичного изображения вдоль оси y, его визуализация, и вывод на монитор 21. Information obtained in the full cycle of two-dimensional electron-mechanical scanning from BOSU 18 is fed to a computing device (WU) 19, where the first stage of processing the received signal is performed, which includes the correlation processing of the signal samples in depth (along the OZ axis) and coherent summation of samples signal along the OY axis. The array of information processed in this way comes from the VU 19 to the data processing and storage processor 20, in which the second processing step is performed, containing the final synthesis of a three-dimensional image by coherently summing the samples of the primary image along the y axis, visualizing it, and outputting it to the monitor 21.

Разрешающая способность полученного трехмерного изображения по глубине определяется длительностью опорной функции коррелятора τ_и, а в поперечной плоскости - количеством когерентно суммируемых отсчетов сигнала (объемом синтеза N_c). При этом необходимое пространственное разрешение в поперечной плоскости достигается путем перемещения фокусной точки акустического поля в процессе электронно-механического сканирования. Формирование фокусной точки в плоскости ZOX (фиг. 6) обеспечивается временной расстановкой импульсов возбуждения активной области линейной решетки, а в плоскости ZOY - с помощью акустической линзы, размещаемой на апертуре решетки. Глубина расположения фокуса R_ф УЗД 1 определяется следующим образом:

где d - шаг решетки, мм;
Δ - пространственное разрешение, мм;
k - поправочный дифракционный коэффициент;
λ - длина волны зондирующего излучения, мм.The resolution of the obtained three-dimensional image in depth is determined by the duration of the correlator reference function τ _and , and in the transverse plane, by the number of coherently summed signal samples (synthesis volume N _c ). In this case, the necessary spatial resolution in the transverse plane is achieved by moving the focal point of the acoustic field in the process of electron-mechanical scanning. The formation of the focal point in the ZOX plane (Fig. 6) is provided by the temporal arrangement of the excitation pulses of the active region of the linear array, and in the ZOY plane by means of an acoustic lens placed on the aperture of the array. The depth of the focus R _f SPL 1 is determined as follows:

Размеры элемента разрешения изображения по осям ОХ, OY и OZ ( Δx, Δy, Δz соответственно) равны:

где с - скорость распространения акустических волн, м/сек;
f - несущая частота ультразвуковых колебаний, Гц.The dimensions of the image resolution element along the axes OX, OY and OZ (Δx, Δy, Δz, respectively) are equal to:

where c is the propagation velocity of acoustic waves, m / s;
f is the carrier frequency of ultrasonic vibrations, Hz.

Как видно из (2), согласованным выбором τ_и и N_с можно обеспечить равномерность разрешения по всем пространственным направлениям в каждой точке зоны обзора, причем численное значение размера элемента разрешения определяется скоростью распространения ультразвуковой волны в среде с. В реальных условиях наблюдения неоднородной среды, каковой являются участки грудной железы, скорость распространения зависит от пространственных координат, что естественным образом приводит к аналогичной зависимости разрешающей способности изображения. Компенсация этого эффекта достигается соответствующим изменением длительности опорной функции коррелятора и объема синтеза, что реализуется введением значения усредненной скорости распространения в параметры алгоритмов синтеза изображения, и задается либо программным контроллером 22, либо (в интерактивном режиме) врачом-оператором через интерфейс пользователя 24 и блок управления параметрами синтеза 23. Это позволяет получить равномерное пространственное разрешение изображения в любой области зоны обзора даже в случае неоднородности скорости распространения волн в среде.As can be seen from (2), by a coordinated choice of τ _and and N _s, it is possible to ensure uniform resolution in all spatial directions at each point of the field of view, and the numerical value of the size of the resolution element is determined by the speed of propagation of the ultrasonic wave in medium c. Under real-world conditions for observing an inhomogeneous environment, such as areas of the breast, the propagation speed depends on spatial coordinates, which naturally leads to a similar dependence of the image resolution. Compensation for this effect is achieved by a corresponding change in the duration of the correlator reference function and the synthesis volume, which is realized by introducing the average propagation velocity into the parameters of the image synthesis algorithms, and is set either by the program controller 22 or (in interactive mode) by the operator operator via the user interface 24 and the control unit synthesis parameters 23. This allows you to get a uniform spatial resolution of the image in any area of the field of view, even in the case of heterogeneity and wave propagation velocity in the medium.

Для обеспечения оптимальной наблюдаемости грудной железы параметры аппаратуры должны иметь следующие численные значения:
Δx = Δy = Δz = 0,5 мм
М = 16
d = 0.5 мм
k = 0.77
R_ф = 20 мм
λ = 0.308 мм
Конкретная реализация заявляемого устройства осуществляется частично на основе стандартных покупных приборов, узлов и блоков. Так, блоки 5-13 фиг.1 выполняются на стандартной элементной базе, блоки 20 - 22 являются принадлежностью любого персонального компьютера или рабочей станции и имеют все указанные на фиг.1 сигнальные и управляющие входы и выходы. Блоки 14-19 могут быть построены на базе сигнальных процессоров TMS320C40.To ensure optimal observability of the breast, the equipment parameters should have the following numerical values:
Δx = Δy = Δz = 0.5 mm
M = 16
d = 0.5 mm
k = 0.77
R _f = 20 mm
λ = 0.308 mm
A specific implementation of the claimed device is partially based on standard purchased devices, components and blocks. So, blocks 5-13 of figure 1 are performed on a standard element base, blocks 20 - 22 are an accessory of any personal computer or workstation and have all the signal and control inputs and outputs indicated in figure 1. Blocks 14-19 can be built on the basis of signal processors TMS320C40.

Таким образом, из описания работы ультразвукового маммографа с трехмерной визуализацией следует, что введение дополнительных блоков, обеспечивающих формирование фокусированного ультразвукового пучка, его сканирование в зоне обзора, проведение синтезирования изображения с переменным объемом синтеза в интерактивном режиме, позволяет обеспечить равномерную разрешающую способность изображения во всей зоне обзора. Thus, from the description of the operation of the ultrasound mammograph with three-dimensional visualization, it follows that the introduction of additional blocks providing the formation of a focused ultrasound beam, scanning it in the viewing area, and synthesizing images with a variable synthesis volume in the interactive mode allows for uniform image resolution in the entire area review.

Claims

Акустической компьютерный маммограф с трехмерной визуализацией, содержащий ультразвуковой датчик, состоящий из шагового двигателя с редуктором, на оси которого жестко закреплен пьезопреобразовательнный модуль, последовательно соединенные малошумящий усилитель, амплитудно-цифровой преобразователь, буферное оперативное запоминающее устройство, вычислитель, про- цессор обработки и хранения данных и монитор, а также блок управления шаговым двигателем, выход которого подключен к входу управления шагового двигателя, тактовый генератор и программный контроллер, при этом первый, второй, третий и четвертый выходы программного контроллера подключены соответственно ко вторым входам буферного оперативного запоминающего устройства, вычислителя, процессора и монитора, отличающийся тем, что дополнительно введены блок формирования зондирующего сигнала и сигналов управления, первый вход которого соединен с выходом тактового генератора, второй вход подключен к пятому выходу программного контроллера, а сигнальный выход - к входу одноканального переключателя "прием-передача", соединенного с М/2-отводной линией задержки двусторонней линией связи, циклический коммутатор, подключенный двусторонней М/2-канальной линией связи к М/2-отводной линии задержки и М-канальной двусторонней линией связи к второму М-канальному переключателю "прием-передача", соединенному М-канальными линиями связи, через параллельно установленные М-канальный усилитель мощности и М-канальный малошумящий усилитель, с первым М-канальным переключателем "прием-передача", при этом М-канальный усилитель мощности подключен к выходу, а М-канальный малошумящий усилитель - к входу второго М-канального переключателя "прием-передача" и они же соответственно к входу и выходу первого М-канального переключателя "прием-передача", соединенного двусторонней М-канальной линией связи с мультиплексером, подключенным к пьезопреобразовательному модулю двусторонней N-канальной линией связи, выход одноканального переключателя "прием-передача" соединен с входом малошумящего усилителя, первый, второй и третий выходы управления блока формирования зондирующего сигнала и сигналов управления подключены соответственно к управляющим входам блока управления шаговым двигателем, мультиплексера и циклического коммутатора, а четвертый выход управления блока формирования зондирующего сигнала и сигналов управления подключен параллельно к управляющим входам одноканального, первого и второго М-канальных переключателей "прием-передача", а также имеющий интерактивную связь с монитором интерфейс пользователя, электрический выход которого через блок управления параметрами синтеза совместно со вторым выходом программного контроллера подключен ко второму входу вычислителя, и акустическая линза, жестко закрепленная на рабочей поверхности пьезопреобразовательного модуля, выполненного при этом в виде линейной решетки, состоящей из N приемопередающих пьезоэлементов, где N≥32. An acoustic computer mammograph with three-dimensional visualization, containing an ultrasonic sensor, consisting of a stepper motor with a reducer, on the axis of which a piezoelectric transducer module is rigidly fixed, a low-noise amplifier, an amplitude-to-digital converter, a buffer memory, a computer, and a processor for processing and storing data and a monitor, as well as a control unit for the stepper motor, the output of which is connected to the control input of the stepper motor, a clock and a program controller, wherein the first, second, third, and fourth outputs of the program controller are connected respectively to the second inputs of the buffer memory, computer, processor, and monitor, characterized in that an additional block for generating a sounding signal and control signals is introduced, the first input of which is connected with the output of a clock generator, the second input is connected to the fifth output of the software controller, and the signal output is connected to the input of a single-channel receive-transmit switch, with connected to the M / 2-tap delay line by a two-way communication line, a cyclic switch connected by a two-way M / 2-channel communication line to the M / 2-tap delay line and an M-channel two-way communication line to the second M-channel receive-transmit switch "connected by M-channel communication lines, through an M-channel power amplifier and an M-channel low-noise amplifier installed in parallel with the first M-channel receive-transmit switch, while the M-channel power amplifier is connected to the output, and M- channel is small a noiseless amplifier - to the input of the second M-channel receive-transmit switch and they, respectively, to the input and output of the first M-channel receive-transmit switch connected by a two-way M-channel communication line with a multiplexer connected to a piezoelectric transducer module of two-way N -channel communication line, the output of the single-channel switch "reception-transmission" is connected to the input of a low-noise amplifier, the first, second and third outputs of the control unit of the formation of the probing signal and control signals are connected respectively, to the control inputs of the stepper motor control unit, multiplexer and cyclic switch, and the fourth control output of the probe signal and control signal generation unit is connected in parallel to the control inputs of the single-channel, first and second M-channel transmit-receive switches, as well as having interactive communication with a monitor a user interface whose electrical output through the synthesis parameter control unit together with the second output of the software controller is connected to the second input of the calculator, and an acoustic lens rigidly fixed to the working surface of the piezoelectric transducer module, made in the form of a linear array consisting of N transceiver piezoelectric elements, where N≥32.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что акустическая линза выполнена с резким фокусом на фиксированной глубине. 2. The device according to claim 1, characterized in that the acoustic lens is made with a sharp focus at a fixed depth.

3. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что глубина расположения фокуса ультразвукового датчика R_ф определяется соотношением

где d - шаг решетки, мм;
Δx - пространственное разрешение, мм;
K - поправочный дифракционный коэффициент;
λ - длина волны зондирующего излучения, мм.3. The device according to paragraphs. 1 and 2, characterized in that the depth of the focus of the ultrasonic sensor R _f is determined by the ratio

where d is the step of the lattice, mm;
Δx is the spatial resolution, mm;
K is the correction diffraction coefficient;
λ is the wavelength of the probe radiation, mm

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок формирования зондирующих сигналов и сигналов управления содержит последовательно соединенные модуль преобразования формата данных и управления, синтезатор, цифроаналоговый преобразователь и фильтр нижних частот, выход которого является сигнальным выходом блока формирования зондирующего сигнала и сигналов управления, и блок формирования команд управления, подключенный ко второму выходу модуля преобразования формата данных и управления, первый вход которого является вторым входом блока формирования зондирующего сигнала и сигналов управления, вторые входы модуля преобразования формата данных и управления, синтезатора и цифроаналогового преобразователя объединены и являются первым входом блока формирования зондирующего сигнала и сигналов управления, а четыре выхода блока формирования команд управления являются соответственно первым, вторым, третьим и четвертым выходами управления блока формирования зондирующего сигнала и сигналов управления. 4. The device according to p. 1, characterized in that the unit for generating probing signals and control signals comprises serially connected data format and control format conversion module, a synthesizer, a digital-to-analog converter and a low-pass filter, the output of which is the signal output of the unit for generating the probing signal and control signals , and a control command generation unit connected to the second output of the data format and control format conversion module, the first input of which is the second input of the unit the generation of the probe signal and control signals, the second inputs of the data format and control format conversion module, the synthesizer and the digital-to-analog converter are combined and are the first input of the probe signal and control signals generation unit, and the four outputs of the control command generation unit are the first, second, third and fourth outputs, respectively control unit for generating a sounding signal and control signals.