SU983531A1 - Ultrasonic tomography method - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к ультразв ковой томографии и предназначено дл  использовани  в ультразвуковой дефектоскопии изделий, материалов , а также в медицинской диагностике обширного круга заболеваний.The invention relates to ultrasound tomography and is intended for use in ultrasonic flaw detection of products and materials, as well as in the medical diagnosis of a wide range of diseases.

Известен способ томографии с использованием в качестве источника излучени  рентгеновских лучей, при котором осуществл ют сканирование объекта механическим способом при поступательном и вращательном движении системы излучатель-детектор, определ ют с помощью ЭВМ коэффициент ослаблени  измерени  в соответствии с осуществленными траектори ми сканировани  и реконструируют изображение плоского сечение объекта в виде пространственного распределени  коэффициента ослаблени  рентгеновского излучени  Q.The known method of tomography using X-rays as a source of radiation, in which an object is scanned mechanically during translational and rotational motion of the emitter-detector system, is determined using a computer, the attenuation coefficient of the measurement in accordance with the performed scanning paths and reconstructing a flat section image an object in the form of a spatial distribution of the X-ray attenuation coefficient Q.

Недостатком указанного метода  вл етс  высока  доза облучени  рентгеновскими лучами как пациента, так и оператора.The disadvantage of this method is the high x-ray dose of both the patient and the operator.

Наиболее близким техническим решением к изобретению  вл етс  способ ультразвуковой томографии, при кото .ром сканируют исследуемый объект с обеспечением прозвучивани  заданноThe closest technical solution to the invention is the method of ultrasound tomography, in which a scan of the object under study is performed with the help of sound.

плоскости его под различньми углами, измер ют врем  распространени  ультразвуковых колебаний при каждом значении угла, по полученным значени м времени рассчитывают коэффициент ослаблени , по которому суд т о структуре объекта 2.its plane at different angles, the time of propagation of ultrasonic vibrations at each value of the angle is measured, and the attenuation coefficient is calculated from the obtained values of time by which the structure of the object 2 is judged.

Недостатками указанного способа  вл ютс  низка  точность исследовани , The disadvantages of this method are the low accuracy of the study,

10 св занна  с неизбежностью погрешностей из-за отклонени  линейной и угловой скорости перемедени  систегш источникприемник от заданной, таким образом, ошибки в определении координгп точек, 10 is associated with the inevitability of errors due to the deviation of the linear and angular speed of the sweep of the systeg source from the set, thus, error in determining the coordinates of the points,

15 в которых определ ют фазовую скорость звука; длительность процесса сканировани  и, следовательно, низка  производительность способа.15 which determine the phase velocity of sound; the duration of the scanning process and, consequently, the performance of the method is low.

Целью изобретени   вл етс  повыше20 нне точности и производительности. Указанна  цель достигаетс  тем, что согласно способу сканируют исоле дуемый объект с обеспечение прозаучивани  згшанной плоскости его под, The aim of the invention is to improve accuracy and performance. This goal is achieved by the fact that, according to the method, the object being scanned is carried out with ensuring the study of its extrusion plane,

25 различными углами, измер ют врем  распространени  ультразвуковых коле баний при каждом значении угла, по полученным значением времени рассчи- тывают коэффициент ослаблени , по 25 different angles, the propagation time of ultrasonic vibrations at each value of the angle is measured, the attenuation coefficient is calculated using the obtained time value

Claims (1)

30 которому суд т о структуре объекта. сканирование провод т расход щимс  пучком ультразвуковых колебаний, ис точник которого перемещгиот по окружности с радиусом, превышающим размер исследуемого объекта, а коэффициент ослаблени  рассчитывают из соотношени  „...jnH-W-p. ot где врем  прихода переднего фронта волны, прошедшей через исследуемый объект, tp- врем  прихода переднего фронта волны в иммерсионной жидкости; пц - искомый коэффициент ультр звуковой волны в точке с координатами (г,/); R - радиус замкнутого контура образованного преобразовател ми; т - переменна  интегрировани  oL - радиальна  координата луча распространени  колеба ний ультразвуковых. На чертеже представлено устройтсв реализующее способ ультразвуковой томографии. Устройство содержит неподвижную платформу 1 с центральным отверстием 2, в котором размещен исследуемый объект 3 и кольцевидна  рама 4. Между объектом 3 и кольцевидной рамой 4 находитс  эластична  замкнута  пленк 5,причем между ней.и рамой 4 имеетс  иммерсионна  жидкость 6 дл  обеспече ни  необходимого акустического контакта . На внутренней стороне кольцевидной рамы 4 расположены пьезопреобраэователи 7, рама крепитс  к жест КИМ направл ющим 8, наход щимс  на . неподвижной платформе 1, с помощью средств/обеспечивающих поступательно движение рамы 4 вдоль направл ющих 8 и вращательное ее движение вокруг оси проход щей через направл ющие 8 и перпендикул рной к неподвижной оси 9. . Крепление объекта осуществлено посредством крепежного фланца 10, который удерживает неЬущую деталь 11 с расположенным на ней объектом 3. Устройство содержит также блок 12 программного управлени , а все преобразователи 7 св заны по входу и выходу с блоком 13 электронной коммутации и регистрации измеренных сиг налов, св занным по входу и выходу с блоком 12 программного управлени  и по входу с генератором 14 электрических импульсов, который в свою очередь св зан по входу с блоком 12 программного управлени . Блок 13 злеткронной коммутациии регистрации св зан по выходу с аналого-цифровым пр зобразователем 15, который св зан по входу с блоком 12 программного управлени , а по выходу - с блоком 16 буферной магнитной пам ти,св зан;ным также по входу с блоком 12 программного управлени  и взаимосв занным с электронной вычислительной машиной 17. Электронна  вычислительна  машина 17 взаимосв зана со средствами 18 внешней магнитной пам ти и св зана по выходу с полутоновым 1исплеем 19, Способ осуществл етс  следующим образом. С помощью блока 13 коммутации и регистрации, св занного с генератором 14 электрических импульсов, осуществл етс  возбуждение одного из преобразователей 7, расположенных на кольцевой раме 4. Преобразователь 7 формирует ультразвуковой , который облучает область объекта 3. Группы преобразователей, расположенные р дом с излучающим преобразователем и напротив его, регистрируют сигналы, которые поступают на вход блока 13 коммутации и регистрации , затем сигналы передаютс  через аналоговый преобразователь 15 в блок 16 буферной магнитной пам ти, после чего описанный процесс повтор етс , причем осуществл етс  возбуждение уже другого преобразовател  7. Процесс сканировани  ультразвуком объекта осуществл ют до тех пор, пока каждый из преобразователей 7, образующих замкнутый контур (кольцевидную раму 4), поочередно не будрт задействован в режиме облучени , таким образом осуществл ют сканирование пучком ультразвуковых колебаний , источник которого (преобразователь 7) перемещаиот с помощью блока 12 программного управлени  и св занного с ним блока 13 коммутации и регистрации , по окружности (кольцевидной рамы 4),радиус которой превышает размер ссле;зуемрго объекта 3. При помощи электронной вычислительной машины 17 измеренна  информаци  считываетс  с блока 16 буферной магнитной пам ти и обрабатываетс  с целью получени  распределени  значений фазовой скорости ультразвука по исследуемому сечению объекта 3, использу  зависимость между временем прихода переднего фронта ультразвуковой волны, прошедшей через объект, и фазовой скоростью звука в конкретной точке р . tuaw-to Jn lr.VbT-, oi где Врем  -прихода переднего фронта волны; Гц-врем  прихода фронта волны в иммерсионной ЖИДКОСТИ) R - радиус замкнутого контура, обра зованного преобразовател ми i искоьвлй коэффициент ослаблени  ультразвуко вой волны, 1 4 JL.. ) Со г - Переменна  интегрировани ; oL - радиальна  координата вершин луча распространени  ультразвуковых колебаний, т. кратчайшее рассто  ние от центра неподвижного объе та до ультразвуко вого луча. Результаты обработки записываютс  В- блок В1 ешней магнитной пам ти или визуализируютс  на экране диспле  19 Данный способ позвол ет существенно сократить врем  контрол , т. повысить производительность и точность контрол . Формула изобретени  Способ ультразвуковой томографии заключающийс  в том, что сканируют исследуемый объект с обеспечением прозвучивани  заданной плоскости ег под различными углами, измер ют вре м  распространени  ультразвуковых олебаний при каждом значении угла, о полученным значени м времени расчитывают коэффициент ослаблени , по оторому суд т о структуре объекта, тличающийс   тем, что, целью повьвиени  точности и произвоительности , сканирование провод т асход йщмс  пучком ультразвуковых олебаний, источник которого перемеают по окружности с радиусом, превыающим размер исследуемого объекта, а коэффициент ослаблени  рассчитыват из соотношени  Н IvC.) и5«- о где TVOM врем  прихода первого фронта волны, прошедшей через исследуемый объект; врем  прихода переднего фронта волны в иммерсионной ЖИДКОСТИ) искомый коэффициент ослаблени  ультразвуковой волны в точке с координатами (r,f); радиус зг1мкнутого контура, образованного преобразовател ми ; переменна  интегрировани ) радиёшьна  координата луча распространени  ультразвуковых колебаний. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе I. Патент Великобритании 1.283.915, кл. Н 5 Я, 1972. .2. jEEE transaction on Sonies and uetrasonics, voP. 54-24 1977, 4, pp. 229-234 (прототип).30 which is judged on the structure of the object. the scanning is carried out by a diverging beam of ultrasonic vibrations, the source of which is displaced around the circumference with a radius exceeding the size of the object under study, and the attenuation coefficient is calculated from the ratio "... jnH-W-p. ot where the arrival time of the leading edge of the wave that passed through the object under study, tp is the arrival time of the leading front of the wave in the immersion liquid; pc - the desired coefficient of ultrasonic sound wave at a point with coordinates (g, /); R is the radius of the closed contour formed by the transducers; t is the variable of integration; oL is the radial coordinate of the propagation beam of ultrasonic vibrations. The drawing shows the device that implements the method of ultrasound tomography. The device comprises a fixed platform 1 with a central opening 2 in which the object 3 and the annular frame 4 are placed. Between the object 3 and the annular frame 4 there is an elastic closed film 5, and there is an immersion liquid 6 between it and the frame 4 to provide the necessary acoustic contact. On the inner side of the annular frame 4, piezoelectric transducers 7 are located, the frame is fastened to the gesture of the CIM by guides 8 located on. stationary platform 1, with the help of means (providing the translational movement of the frame 4 along the guides 8 and its rotational movement around the axis passing through the guides 8 and perpendicular to the fixed axis 9.. The object is fastened by means of a mounting flange 10, which holds the blank part 11 with the object 3 located on it. The device also contains a software control unit 12, and all the transducers 7 are connected in input and output with the electronic switching unit 13 and the registration of measured signals input and output with a software control unit 12 and an input with an electric pulse generator 14, which in turn is connected with an input to software control unit 12. The zletkron switching and recording unit 13 is connected to the output with an analog-digital converter 15, which is connected via an input to the program control unit 12, and to the output from a buffer magnetic memory unit 16, also connected to the input 12 software control and interconnected with the electronic computing machine 17. The electronic computing machine 17 is interconnected with the external magnetic memory means 18 and connected to the output with the half-tone 1 display 19, The method is carried out as follows. Using the switching and recording unit 13 connected to the electric pulse generator 14, one of the transducers 7 located on the ring frame 4 is excited. The transducer 7 forms an ultrasonic one that irradiates the area of the object 3. The groups of transducers located next to the radiating transducer and opposite it, the signals that are input to the switching and recording unit 13 are recorded, then the signals are transmitted through the analog converter 15 to the buffer magnetic block 16, after which the described process is repeated, and the other converter 7 is already excited. The process of ultrasound scanning of the object is carried out until each of the converters 7, forming a closed loop (ring-shaped frame 4), is alternately operated in such an irradiation mode How to scan the beam of ultrasonic oscillations, the source of which (transducer 7) is displaced from the software control unit 12 and the switching and recording unit 13 connected with it, (ring-shaped frame 4), the radius of which exceeds the size of after the object 3. With the help of an electronic computer 17, the measured information is read from the block 16 of the buffer magnetic memory and processed to obtain the distribution of ultrasonic phase velocity values over the section of the object 3 under study, using the relationship between the arrival time of the leading edge of an ultrasonic wave passing through an object and the phase velocity of sound at a particular point p. tuaw-to Jn lr.VbT-, oi where Time is the arrival of the leading front of the wave; Hz is the arrival time of the wave front in the immersion liquid) R is the radius of the closed contour formed by the transducers i is the coefficient of the ultrasonic attenuation wave, 1 4 JL ..) Co g - Integration variable; oL is the radial coordinate of the vertices of the beam of propagation of ultrasonic oscillations, i.e. the shortest distance from the center of the fixed volume to the ultrasonic beam. The processing results are recorded in the B-block B1 of another magnetic memory or are visualized on the display screen. 19 This method can significantly reduce the monitoring time, i.e., increase productivity and control accuracy. The invention The method of ultrasound tomography consisting in scanning an object under study with ensuring sound of a given plane e from different angles, measuring the propagation time of ultrasonic vibrations at each angle, the attenuation coefficient is calculated on the obtained time values, the structure is measured object, which is characterized by the fact that, in order to improve accuracy and productivity, the scan is carried out by an ultrasound beam, the source of which is circles with a radius exceeding the size of the object under study, and the attenuation coefficient is calculated from the ratio H IvC.) and 5 "- where TVOM is the arrival time of the first wave front passing through the object under study; arrival time of the leading front of the wave in the immersion LIQUID) is the sought-for attenuation coefficient of the ultrasonic wave at the point with coordinates (r, f); the radius of a closed circuit formed by the converters; variable integration) radius of the coordinate of the beam of propagation of ultrasonic vibrations. Sources of information taken into account in the examination I. Great Britain Patent 1.283.915, cl. H 5 I, 1972. .2. jEEE transaction on Sonies and uetrasonics, voP. 54-24 1977, 4, pp. 229-234 (prototype).