Đề tài : Nghiên cứu, thiết kế chế tạo máy siêu âm doppler xuyên sọ

Bộ công thơng viện nghiên cứu điện tử, tự động, tin học hóa Báo cáo tổng kết đề tài cấp bộ năm 2007 nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy siêu âm doppler xuyên sọ Chủ nhiệm đề tài: Ths . trần văn tuấn 6932 04/8/2008 hà nội - 2007 BÁO CÁO KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI NCKH VÀ PTCN CẤP BỘ NĂM 2007 Đề tài: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY SIÊU ÂM DOPPLER XUYÊN SỌ (Mã số: 143.07 RD/HĐ-KHCN) Chủ nhiệm đề tài: Ths. Trần Văn Tuấn Hµ néi, 12.2007 BỘ CÔNG THƯƠNG VIỆN NGHIÊN CỨU ĐIỆN TỬ, TIN HỌC, TỰ ĐỘNG HÓA o0o Nghiên c u,thi t k ,ch t omáysiêuâmDopplerxuyên s Báocáo c p b n m2007 1 TÓM T T TÀI M ctiêu c a tài Làmch các v n k thu t,thi t k ch t omáysiêuâmDopplerxuyên s , o vàhi nth ph v n t cdòngch ytrongcác m chmáunão. Tìnhhìnhnghiên c u n cngoài: Siêuâmxuyên s -TranscranialDoppler(TCD) cáp d ngthu nti n tr em quathóp pháthi n t máunão,nãoúngth y,unão…tuynhiên c ng cch nh ng i l nquakhekh pthái d ng,siêuâmnãochobi uhi ngiánti p c a kh ichoánch haibán c u.Xu h nghi nnay c acáchãng s nxu tmáynh DWL ( c),Rimed(Israel)làchora icácserie d ng bànvàdi ng,tích h p cácch c n nghi nth và x lý k tqu tr giúpcácbác s .Cácti n b m i âytrong l nh v c i n t vàcôngngh thôngtin t oracácmáy o g nnh ,ítnhi u h nvà ch t l ngcao h n. Tìnhhìnhnghiên c u trong n c Trongnh ng n m g n ây t l ng i m c b nh m chmáunão t ngnhanh các n c ôngNamÁtrong ócóVi tNam. âylà m ttrongnh ngnguyênnhânchính d n ntàn t tvà t vong ng icótu i.Do v yvi c s d ngsiêuâmDoppler xuyên s (TranscraniaDopplersonography-TCD)– m tph ngphápth mdòhuy t ngkhôngch ymáu,nh m ánhgiátìnhtr ngtu nhoàncác m chchínhtrongnão làvi clàm r t c nthi t. Domáysiêuâmxuyên s v ncòn tti n i v inhi u c s khámch a b nh trong n cnênvi ctrang b v ncòn h nch . n ctahi nnay,vi cnghiên c uvà ch t omáy osiêuâmy t nh Dopplertimthai,Doppler m chmáuliên t c ã c ti nhành t icôngtyAMEC.Tuynhiênvi cnghiên c uDopplerxungnóichungvà Dopplerxuyên s nóiriêngch a c tra. H n n a,vi c s hóatínhi usiêuâm Doppler aracácphépphântíchvà x lý s ch a cnghiên c u y . N idungnghiên c u · Kh osát,nghiên c ucácnguyênlýho t ngvàph ngphápch t o máysiêuâmDopplerxuyên s · Thi t k ch t oph n c ng Nghiên c u,thi t k ,ch t omáysiêuâmDopplerxuyên s Báocáo c p b n m2007 2 · Thi t k ,pháttri nph n m m x lýtínhi u · Vi tch ngtrìnhph n m mtrênmáytính · Th nghi m t icác c s khám b nhvà ánhgiá k tqu Ph ngphápnghiên c u · S d ngcácquytrình,quychu nhi n itrongthi t k ,ch t othi t b o l ngtínhi usinh h ctrongy t · u t t ptrungvàocáclinhki ncó ph mch t t tvà m inh thi n naynh b khu ch inhi uth p,FPGA(FieldProgrammableGate Array),DSP(DigitalSignalProcessor),… · ào t o, t phu nvà s d ngcáccông c pháttri ntrên h nhúng · Thi t k vàph nbi nthi t k Nghiên c u,thi t k ,ch t omáysiêuâmDopplerxuyên s Báocáo c p b n m2007 3 M C L C CH NG 1 T NGQUAN V SIÊUÂMDOPPLER 6 1.1. K THU TSIÊUÂMDOPPLER 7 1.1.1. Nguyênlíchung v siêuâmDoppler 7 1.1.2. udòsiêuâmDopplervà v trícác c a s th mdò 10 1.1.3. M t s k thu tDoppler 12 1.1.4. Cáchth cth hi nthôngtin t siêuâmDoppler 15 1.1.5. C s xây d ngch ngtrình x lýtínhi uDoppler 16 1.1.6. M t s ngd ngtrongkh osátm chmáu 19 1.2. KH OSÁT M T S MÁY ODOPPLERXUYÊN S HI N I21 CH NG 2 THI T K MÁY OSIÊUÂMDOPPLER 24 2.1. CH TIÊUCH T L NG C AMÁYSIÊUÂMDOPPLER 24 2.2. THI T K PH N C NGMÁYSIÊUÂMDOPPLER 24 2.2.1. Thi t k t ngth máy osiêuâmDoppler 24 2.2.2. Thi t k kh iphátxung 26 2.2.3. Thi t k kh ithu 31 2.2.4. Ph n t chuy n m ch 39 2.2.5. Máytínhnhúng 41 2.2.6. Thi t k m chcáchly 43 2.2.7. Thi t k kh ingu n 44 2.2.8. Thi t k ghép n iph n c ng 45 2.3. XÂY D NGPH N M MCHOMÁYSIÊUÂMDOPPLER 47 2.3.1. Ch c n ng c aph n m m 47 2.3.2. Nh ngnguyên t ctrongthi t k ph n m m: 47 2.3.3. Xây d ngph n m m 48 CH NG 3 TH NGHI MVÀ ÁNHGIÁ K TQU 54 3.1. PH NGPHÁP ÁNHGIÁ 54 3.2. TH NGHI M, ÁNHGIÁPH N C NGVÀPH N M M: 54 3.2.1. K tqu th nghi mvà ánhgiáph n c ng 57 3.2.2. K tqu th nghi mvà ánhgiáph n m m 59 CH NG 4 K TLU N 60 Nghiên c u,thi t k ,ch t omáysiêuâmDopplerxuyên s Báocáo c p b n m2007 4 M C L CCÁCHÌNH Hình1-1 S ph n x c acác t bàomáu 8 Hình1-2 - uphátvà uthu 9 Hình1-3: V trícác c a s th mdò 11 Hình1-4:Hình nh t udò t i c u s th mdòTranstempotal 11 Hình1-5:Cácthànhph n c b n c a m tmáysiêuâmDoppler 12 Hình1-6-Modulech c n ngchính c athi t b siêuâmliên t c 13 Hình1-7-S kh i c athi t b siêuâmxung 14 Hình1-8: K thu t l cpha 17 Hình1-9: K thu tWRT 17 Hình1-10: K thu tFFTph c 18 Hình1-11: S t ngquát c a h x lýtínhi u s 18 Hình1-12:BasicTCD(AtysMedical-Pháp) 22 Hình1-13:TCD-IIsinglechannel(Contec-Trungqu c) 22 Hình1-14:TCDPMD150(Spencer- M ) 23 Hình2-1- S t ngth máysiêuâmDoppler 25 Hình2-2- S kh iphátvàkh ithu c amáysiêuâmDoppler 25 Hình2-3-D ngxungphát 26 Hình2-4-Xungphátyêu c u 27 Hình2-5-Gi n phátxung c aCPLD 28 Hình2-6-IC i ukhi nphátxungMD1711 29 Hình2-7-S ghép n iCPLD v iMD1711 30 Hình2-8-S kh i c aAD8331 31 Hình2-9- áp ng t n s c aAD8331 32 Hình2-10: S ph ngphápIn-phase/quadranturedemodulation 33 Hình2-11-S nguyênlýMC1496 34 Hình2-12-S táchsóng 35 Hình2-13-LTC1569 36 Hình2-14-S khâuS/H s d ngLF398 37 Hình2-15-LTC1564 38 Hình2-16-S ghép n ichoAD7687 39 Nghiên c u,thi t k ,ch t omáysiêuâmDopplerxuyên s Báocáo c p b n m2007 5 Hình2-17-S kh i c aHV2301 40 Hình2-18.Ph i h pgi acáckhóa c aHV2301 40 Hình2-19: nhch pmáytínhnhúngTS-7300 42 Hình2-20-ADum3400và3401 44 Hình2-21-S d ngADumtrong m chcáchly 44 Hình2-22: S thi t k kh ingu n 45 Hình2-23-S ghép n iph n c ng 46 Hình2-24-Thi t k m tsaumáy 46 Hình2-25-Thi t k m ttr cmáy 47 Hình2-26: S t ch cph n m m 48 Hình2-27-Giaoti pgi amáytính v icáckh ich c n ng 49 Hình2-28-Giaoti p v iCPLD 50 Hình2-29- i ukhi n b l c 50 Hình2-30-SiêuâmDoppler m chmáu g m m ch o,máytínhvàph n m m 52 Hình2-31-S ch ngtrình 53 Hình3-1: nhch p m ttr c c amáy 55 Hình3-2: nhch p m tsau c amáy 55 Hình3-3: nhch pphíatrong c amáy 56 Hình3-4Xungsiêuâmphátra t CPLDXC95108 57 Hình3-5Xung t n s 8M(ho c4M,2M)vàxung d chpha90 t ora t CPLD 57 Hình3-6 M c i náp+Vpp1/-Vpp1 58 Hình3-7 M c i náp0/+Vpp1 58 Hình3-8 M c i náp-Vpp2/+Vpp2 59 Hình3-9Môph ngph tínhi uDopplertheoph ngphápFFTph c 59 Nghiên c u,thi t k ,ch t omáysiêuâmDopplerxuyên s Báocáo c p b n m2007 6 CH NG 1 T NGQUAN V SIÊUÂMDOPPLER Taibi n m chmáunão(TBMMN)là b nhlýth ng g p,có t l t vongcao. nh ng n cpháttri nTBMMN nghàngth basau b nhtim m chvàungth . Theobáocáo c a T ch cY t Th gi i, t l ng i b TBMMN m ihàng n mdao ng t 0,1 n0,25%, t l trungbình t 0,5-0,8%dân s và t ng d ntheo l a tu i.Nh ng n m g n ây m t s n ccôngnghi ppháttri n, t l TBMMNcó gi m,nh ng l icóxu h nggia t ng ph n l ncác n ctrênth gi i,trong ócó Vi tNam.Nhìnvàocon s th ngkênày,chúngtath y c nthi tph i s mcung c p cácph ngpháp,thi t b ch n oán m c tu nhoànmáu,kh osáttìnhtr ng m ch máunão n t ng b nhvi n c p t nh, c phuy n ng idân cch n oán, i utr k pth igiúp h nch nguy c ,gi m t l m c b nh,bi nch ng, t vong. M ttrong cácthi t b cókh n ngcung c pcácthôngtin h uíchchovi cch n oánchínhlà máysiêuâmDopplerxuyên s . SiêuâmDopplerxuyên s (TCD)làthi t b khôngxâmnh p o v n t cmáu trongcác ng m chnão, s d ng udòsiêuâm. D avàophépphântíchph ,các bác s cóth bi t cthôngtin v huy t ng. S thay i c acácch s huy t ng liênquan ncáclo i b nhnh coth t m nhho cphình ng m ch, m c t n th ngnão,…Ph ngpháp onày cbi t h uíchchovi cki mtra m t s l ng l ncác ng m chnãovàcung c pnhi uthôngtin h tr c l ccácbác s trongvi c ch n oánchínhxáccác b nh v m chmáunão. MáysiêuâmDopplerxuyên s ngàycàngtr nênph bi ntrongcác b nhvi n trênth gi i, cbi tlàcácthi t b siêuâmxung.Tuynhiên,trong i uki nhi nnay, giá c a m tchi cmáysiêuâmcònquácaoso v ikh n ngtàichính c anhi u b nh vi n c p t nh, c phuy n c a n cta.Vi cti nhànhnghiên c u,thi t k ,ch t omáy siêuâmDopplerxuyên s trong n c áp ngcácyêu c u k thu t c nthi t c a m t máyTCDhi n i, v igiáthànhphù h pth c s là m tgi ipháp úng ngiúpgi i quy tnhu c u c pthi t v trangthi t b y t chocác c s khám b nhtrong n c. ó c nglà m ttrongcác m ctiêu c a tàinày. cóth thi t k ch t omáysiêuâmDopplerxuyên s ,ban uchúngtôiti n hànhtìmhi u v nguyênlý c asiêuâmDoppler, c i mvà v trí t udòsiêu Nghiên c u,thi t k ,ch t omáysiêuâmDopplerxuyên s Báocáo c p b n m2007 7 âm,cách x lýtínhi uDoppler,cácthôngtinhuy t ngthu cvà cbi t c n kh osát,rútracác c i m,ch tiêu k thu tchung c acácmáyTCD c a m t s hãng n iti ng,làm c s chothi t k c amình.Cáctìmhi unàylà n idungchính ctrìnhbàytrongch ngI. 1.1.K THU TSIÊUÂMDOPPLER 1.1.1. Nguyênlíchung v siêuâmDoppler. a.Hi u ngDoppler Hi u ngDoppler ctìmravào n m1845doChristianJohannDoppler (1803–1853),hi u ngnày cphátbi unh sau: - N usóngsiêuâmphátra t m tngu nphát c nh n m t uthu c nh thìt n s thu b ng t n s phát - N ucós chuy n ng t ng igi a uthuvà uphátthìt n s mà u thunh n ckhác v i t n s t ingu nphát.C th , t n s t i uthu l n h n (nh h n) t n s sóngsiêuâmt i uphátkhi uthuvà uphátchuy n ngl i g n nhau(raxanhau). Gi thi t r ngngu nvà uthuchuy n ngtrêncùng m t ngth ng.Khi ó, m iliên h gi a t n s S f c asóngâm t o b ingu nphátchuy n ngvà t n s sóng R f thu c t i uthuchuy n ngxác nh b icôngth c: S S R R f vc vc f . - - = Do smvv SR /2, » i vi dòng ch y mch máu, s m c / 1500 » nên cvv RS << , vì v y: S S R R f cv cv f . /1 /1 - - = Thànhph n m u s cóth ctri nkhaitheokhaitri nnh th c: ! 2 )1( 1)1( 2 + - ++=+ x nn nxx n i v ix<<1cóth b quacácthànhph n b ccaonên: S RS R f c v f ).1( -» Nghiên c u,thi t k ,ch t omáysiêuâmDopplerxuyên s Báocáo c p b n m2007 8 trong ó SRRS vvv - = là t c t ng i c a uthuso v ingu nphát.Do v y t n s Dopplerhay l chDopplercó d ng: S RS SR f c v fff . - =D=- Ngh alà t n s o c t i uthuchuy n ngxakh ingu ncó t n s nh h n t n s o c t ingu nphátvàng c l ikhi uthuchuy n ng v phíangu n phát t n s o c t i uthu l n h n t i uphát. b.NguyênlýsiêuâmDoppler: Khi m tchùmsóngsiêuâm v i t n s xác nh(chophép iqua cnh ng ch m ngnh t c a h p s , c g ilà c a s th mdò) t icác ng m chchínhtrong não, m tph nsóngâm s b ph n x trêncác y u t h uhìnhtrong m chmáumàch y ulà h ng c u.Sóngâmph n x nh n c t i b ph nthusóng v i m t t n s khác v ichùmsiêuâmphát i. S thay i t n s nàylà c s xác nh c l n, h ng c a v n t c,hình nh i t ngvàthôngth nglàdùng xác nhdòngch y c a m chmáutrong c th . )(tv 0 f fr uphát u thu T c Transducer M chmáu ph Hình1-1 S ph n x c acác t bàomáu i v itr ng h p c akh osát m chmáu, uphátvà uthulà t nh,ngoài ra uphátvà uthucóth khôngcùng n mtrên m t ngth ng.Gi s t làgóc [...]... i trờn mn hỡnh Thụng th Vmax: ng cú cỏc lo i ng cong: ng cong bi u th giỏ tr t n s cao nh t theo th i gian Vmode: ng cong bi u th cỏc t n s cú biờn Vmin: ng cong bi u th cỏc giỏ tr v n t c trung bỡnh theo th i gian: Vmean = C s xõy d ng ch ph c, phộp bi n i Hilbert, lý thuy t v o Doppler Bỏo cỏo c p b n m 2007 nh h ồ ViAi ồ Ai ng trỡnh x lý tớn hi u Doppler x lý tớn hi u Doppler, ng Cỏc h l n nh t theo... c b n c a m t mỏy siờu õm Doppler Hi n nay, cú nhi u ki u thi t b khỏc nhau c ch t o theo nguyờn lớ Doppler Cỏc thi t b ny khỏc nhau v cỏch th c t o ra súng siờu õm, ú l siờu õm liờn t c (Continuous Wave hay CW Doppler) v siờu õm xung (Pulse Wave hay PW Doppler) Ngoi ra cũn cú thi t b Doppler mu ho c Doppler n ng l chỳng tụi s l n l nờu ra u i m, nh t c p t i cỏc k thu t Doppler th ng ng Sau õy c... lý tớn hi u t c cao Sau õy l m t s mỏy o siờu õm Doppler m chỳng tụi tham kh o: Hỡnh 1-1 2: Basic TCD (Atys Medical - Phỏp) Hỡnh 1-1 3: TCD-II single channel (Contec- Trung qu c) Bỏo cỏo c p b n m 2007 22 Nghiờn c u, thi t k , ch t o mỏy siờu õm Doppler xuyờn s Hỡnh 1-1 4: TCD PMD150 (Spencer- M ) Qua kh o sỏt, chỳng tụi nh n th y cỏc mỏy o siờu õm xung Doppler m t ug m u dũ siờu õm cho phộp phỏt xung... trong kh o sỏt m ch mỏu Qua vi c phõn tớch ph trong siờu õm Doppler, ta cú th tỡm th y cỏc huy t H c i m ng sau: ng dũng ch y: tin v chi u chuy n i v i thi t b Doppler hai chi u ta cú th bi t c thụng ng c a mỏu S phõn b t n s (v n t c) trong dũng ch y d ng b nh qua phõn b v n t c Th - Dũng ch y theo l p ng g p v trớ l y m u: cho phộp nh n hai d ng: c tr ng b i cỏc t bo mỏu chuy n ng theo nh ng ng song... Cú ba c a s tham d : Transorbital, Transtemporal, Transforaminal trờn Hỡnh 1-3 Hỡnh 1- 3: V trớ cỏc c a s th m dũ Thụng th kh p thỏi d ng ng i ta s d ng c a s th m dũ l transtempotal (th m dũ qua khe ng) Hỡnh 1- 4: Hỡnh nh Bỏo cỏo c p b n m 2007 t u dũ t i c u s th m dũ Transtempotal 11 Nghiờn c u, thi t k , ch t o mỏy siờu õm Doppler xuyờn s 1.1.3 M t s k thu t Doppler Cỏc thi t b Doppler nhỡn chung... o mỏy siờu õm Doppler xuyờn s ỏp ng õm Doppler hi n nay trờn th tr ki n trong n y cỏc ch tiờu ch t l ng chung c a cỏc mỏy siờu ng, v h a h n cú giỏ thnh phự h p h n v i i u c Bỏo cỏo c p b n m 2007 23 Nghiờn c u, thi t k , ch t o mỏy siờu õm Doppler xuyờn s CH NG 2 2.1 CH TIấU CH T L THI T K MY O SIấU M DOPPLER NG C A MY SIấU M DOPPLER D a vo cỏc k t qu tỡm hi u, nghiờn c u v siờu õm Doppler xuyờn... t mỏy o siờu õm xung Doppler v i nh ng thụng s chớnh nh sau: ã T n s phỏt 1MHz, 2MHz, 4MHz, 8MHz ã r ng c a xung: 1mm - 20mm (1,33-26,6 us) ã sõu l y m u: 2mm - 150mm (2,66- 200 us) ã Th i gian l p xung 33us-2ms ã m thanh stereo ã T n s õm t n 5kHz ã Hi n th hỡnh nh phõn tớch ph trờn mỏy tớnh ã Phõn tớch FFT 256 i m ã B ng mu: Cỏc m c xỏm v 64 mu 2.2 THI T K PH N C NG MY SIấU M DOPPLER 2.2.1 Thi t k... thỡ ng mu l i b gi m +/ Doppler n ng l ng Trong m t vi n m g n õy, ng ch kh o sỏt l n biờn Bỏo cỏo c p b n m 2007 i ta dựng siờu õm n ng l c a tớn hi u Doppler ng (Power Doppler) , l n c a súng ph n h i v tỏn x 14 Nghiờn c u, thi t k , ch t o mỏy siờu õm Doppler xuyờn s tr v u dũ t cỏc ph n t chuy n trờn tớnh toỏn l n biờn ng trong vựng kh o sỏt S mó húa mu d a c a tớn hi u Doppler v cỏc dũng ch y... ng (D) Phõn tớch ph c ng cho phộp xỏc thu c tớnh d ng súng ph dũng ch y bỡnh th chúng ng c a dũng nh t n s trung bỡnh (M) c a tớn hi u Doppler c: T M= Giỏ tr ny liờn quan tr c ti p v i l u l V i Q: l u l 1 Vmean dt Tũ 0 ng mỏu ch y trong m ch: Q = MA ng dũng ch y A: ti t di n c t ngang c a lũng m ch Trong m ch mỏu v i ti t di n u, t n s trung bỡnh cng l n l u l ng mỏu ch y cng l n Trỏi l i, n u t n... tr Doppler mu Ngoi ra, Doppler n ng l xỏc ng c a biờn ng cũn cú ng aliasing Nh ng c a dũng ch y v b h n ch l n c a n ng khu ch ng h p s d ng i cao, khụng ph c i m c a k thu t ny l khụng vựng sõu do c tớnh gi m õm c a ng truy n õm 1.1.4 Cỏch th c th hi n thụng tin t siờu õm Doppler Cú nhi u cỏch khỏc nhau trong vi c th hi n cỏc thụng tin nh n c t hi u ng Doppler, vi c l a ch n cỏch th hi n ph thu c Doppler . nội - 2007 BÁO CÁO KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI NCKH VÀ PTCN CẤP BỘ NĂM 2007 Đề tài: NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÁY SIÊU ÂM DOPPLER XUYÊN SỌ (Mã số: 143.07 RD/HĐ-KHCN) . tử, tự động, tin học hóa Báo cáo tổng kết đề tài cấp bộ năm 2007 nghiên cứu thiết kế, chế tạo máy siêu âm doppler xuyên sọ Chủ nhiệm đề tài: Ths . trần văn tuấn . osiêuâmy t nh Dopplertimthai ,Doppler m chmáuliên t c ã c ti nhành t icôngtyAMEC.Tuynhiênvi cnghiên c uDopplerxungnóichungvà Dopplerxuyên s nóiriêngch a c tra. H n n a,vi c s hóatínhi usiêuâm Doppler