Biabaocaotongket doc Bé c«ng th−¬ng viÖn nghiªn cøu ®iÖn tö, tù ®éng, tin häc hãa B¸o c¸o tæng kÕt ®Ò tµi cÊp bé n¨m 2007 nghiªn cøu thiÕt kÕ, chÕ t¹o m¸y siªu ©m doppler xuyªn sä Chñ nhiÖm ®Ò tµi Ths[.]
Bộ công thơng viện nghiên cứu điện tử, tự động, tin học hóa Báo cáo tổng kết đề tài cấp 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 BỘ CÔNG THƯƠNG VIỆN NGHIÊN CỨU ĐIỆN TỬ, TIN HỌC, TỰ ĐỘNG HÓA o0o 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 Nghiên c u, thi t k , ch t o máy siêu âm Doppler xuyên s TÓM T T M c tiêu c a TÀI tài Làm ch v n k thu t, thi t k ch t o máy siêu âm Doppler xuyên s , o hi n th ph v n t c dòng ch y m ch máu não Tình hình nghiên c u n c ngoài: Siêu âm xuyên s - Transcranial Doppler (TCD) qua thóp nh tr em phát hi n t máu não, não úng th y, u não … nhiên c ng ng i l n qua khe kh p thái d kh i choán ch DWL ( c áp d ng thu n ti n hai bán c u Xu h c ch ng, siêu âm não cho bi u hi n gián ti p c a ng hi n c a hãng s n xu t máy nh c), Rimed (Israel) cho i serie d ng bàn di ng, tích h p ch c n ng hi n th x lý k t qu tr giúp bác s Các ti n b m i ây l nh v c i n t công ngh thông tin ch t l t o máy o g n nh , nhi u h n ng cao h n Tình hình nghiên c u n c Trong nh ng n m g n ây t l ng i m c b nh m ch máu não t ng nhanh c ơng Nam Á ó có Vi t Nam n d n n tàn t t t vong ng ây m t nh ng ngun nhân i có tu i Do v y vi c s d ng siêu âm Doppler xuyên s (Transcrania Doppler sonography - TCD) – m t ph ng pháp th m dò huy t ng khơng ch y máu, nh m ánh giá tình tr ng tu n hồn m ch não vi c làm r t c n thi t Do máy siêu âm xuyên s v n n t ti n c nên vi c trang b v n h n ch i v i nhi u c s khám ch a b nh n c ta hi n nay, vi c nghiên c u ch t o máy o siêu âm y t nh Doppler tim thai, Doppler m ch máu liên t c ã c ti n hành t i công ty AMEC Tuy nhiên vi c nghiên c u Doppler xung nói chung Doppler xuyên s nói riêng ch a Doppler c t H n n a, vi c s hóa tín hi u siêu âm a phép phân tích x lý s ch a c nghiên c u y N i dung nghiên c u · Kh o sát, nghiên c u nguyên lý ho t ng ph ng pháp ch t o máy siêu âm Doppler xuyên s · Thi t k ch t o ph n c ng Báo cáo c p b n m 2007 Nghiên c u, thi t k , ch t o máy siêu âm Doppler xuyên s · Thi t k , phát tri n ph n m m x lý tín hi u · Vi t ch ng trình ph n m m máy tính · Th nghi m t i c s khám b nh ánh giá k t qu Ph ng pháp nghiên c u · S d ng quy trình, quy chu n hi n ol · i thi t k , ch t o thi t b ng tín hi u sinh h c y t u t t p trung vào linh ki n có nh b khu ch ph m ch t t t m i nh t hi n i nhi u th p, FPGA (Field Programmable Gate Array), DSP (Digital Signal Processor), … · t o, t p hu n s d ng công c phát tri n h nhúng · Thi t k ph n bi n thi t k Báo cáo c p b n m 2007 Nghiên c u, thi t k , ch t o máy siêu âm Doppler xuyên s M CL C CH NG T NG QUAN V SIÊU ÂM DOPPLER .6 1.1 K THU T SIÊU ÂM DOPPLER 1.1.1 Nguyên lí chung v siêu âm Doppler 1.1.2 u dò siêu âm Doppler v trí c a s th m dị 10 1.1.3 M t s k thu t Doppler 12 1.1.4 Cách th c th hi n thông tin t siêu âm Doppler 15 1.1.5 C s xây d ng ch 1.1.6 M ts 1.2 CH ng trình x lý tín hi u Doppler 16 ng d ng kh o sát m ch máu 19 KH O SÁT M T S MÁY O DOPPLER XUYÊN S HI N I 21 NG THI T K MÁY O SIÊU ÂM DOPPLER .24 2.1 CH TIÊU CH T L 2.2 THI T K PH N C NG MÁY SIÊU ÂM DOPPLER 24 2.2.1 Thi t k t ng th máy o siêu âm Doppler 24 2.2.2 Thi t k kh i phát xung 26 2.2.3 Thi t k kh i thu 31 2.2.4 Ph n t chuy n m ch 39 2.2.5 Máy tính nhúng 41 2.2.6 Thi t k m ch cách ly 43 2.2.7 Thi t k kh i ngu n 44 2.2.8 Thi t k ghép n i ph n c ng 45 2.3 XÂY D NG PH N M M CHO MÁY SIÊU ÂM DOPPLER 47 2.3.1 Ch c n ng c a ph n m m 47 2.3.2 Nh ng nguyên t c thi t k ph n m m: 47 2.3.3 Xây d ng ph n m m 48 CH NG TH 3.1 PH 3.2 TH CH NG C A MÁY SIÊU ÂM DOPPLER 24 NGHI M VÀ ÁNH GIÁ K T QU 54 NG PHÁP ÁNH GIÁ 54 NGHI M, ÁNH GIÁ PH N C NG VÀ PH N M M: 54 3.2.1 K t qu th nghi m ánh giá ph n c ng 57 3.2.2 K t qu th nghi m ánh giá ph n m m 59 NG K T LU N 60 Báo cáo c p b n m 2007 Nghiên c u, thi t k , ch t o máy siêu âm Doppler xuyên s M C L C CÁC HÌNH Hình 1-1 S ph n x c a t bào máu Hình 1-2 - u phát u thu Hình 1-3: V trí c a s th m dò 11 Hình 1-4: Hình nh t u dò t i c u s th m dò Transtempotal 11 Hình 1-5: Các thành ph n c b n c a m t máy siêu âm Doppler 12 Hình 1-6-Module ch c n ng c a thi t b siêu âm liên t c 13 Hình 1-7-S kh i c a thi t b siêu âm xung 14 Hình 1-8: K thu t l c pha 17 Hình 1-9: K thu t WRT 17 Hình 1-10: K thu t FFT ph c 18 Hình 1-11: S t ng quát c a h x lý tín hi u s 18 Hình 1-12: Basic TCD (Atys Medical - Pháp) 22 Hình 1-13: TCD-II single channel (Contec- Trung qu c) 22 Hình 1-14: TCD PMD150 (Spencer- M ) 23 Hình 2-1- S t ng th máy siêu âm Doppler 25 Hình 2-2- S kh i phát kh i thu c a máy siêu âm Doppler 25 Hình 2-3-D ng xung phát 26 Hình 2-4-Xung phát yêu c u 27 Hình 2-5-Gi n phát xung c a CPLD 28 Hình 2-6-IC i u n phát xung MD1711 29 Hình 2-7-S ghép n i CPLD v i MD1711 30 Hình 2-8-S kh i c a AD8331 31 Hình 2-9- áp ng t n s c a AD8331 32 Hình 2-10: S ph ng pháp In-phase/quadranture demodulation 33 Hình 2-11-S nguyên lý MC1496 34 Hình 2-12-S tách sóng 35 Hình 2-13-LTC 1569 36 Hình 2-14-S khâu S/H s d ng LF398 37 Hình 2-15-LTC1564 38 Hình 2-16-S ghép n i cho AD7687 39 Báo cáo c p b n m 2007 Nghiên c u, thi t k , ch t o máy siêu âm Doppler xuyên s Hình 2-17-S kh i c a HV2301 40 Hình 2-18 Ph i h p gi a khóa c a HV 2301 40 Hình 2-19: nh ch p máy tính nhúng TS - 7300 42 Hình 2-20-ADum 3400 3401 44 Hình 2-21-S d ng ADum m ch cách ly 44 Hình 2-22: S thi t k kh i ngu n 45 Hình 2-23-S ghép n i ph n c ng 46 Hình 2-24-Thi t k m t sau máy 46 Hình 2-25- Thi t k m t tr Hình 2-26: S c máy 47 t ch c ph n m m 48 Hình 2-27-Giao ti p gi a máy tính v i kh i ch c n ng 49 Hình 2-28-Giao ti p v i CPLD 50 Hình 2-29- i u n b l c 50 Hình 2-30-Siêu âm Doppler m ch máu g m m ch o, máy tính ph n m m 52 Hình 2-31-S ch ng trình 53 Hình 3-1: nh ch p m t tr c c a máy 55 Hình 3-2: nh ch p m t sau c a máy 55 Hình 3-3: nh ch p phía c a máy 56 Hình 3-4 Xung siêu âm phát t CPLD XC95108 57 Hình 3-5 Xung t n s 8M (ho c 4M, 2M) xung d ch pha 90 t o t CPLD 57 Hình 3-6 M c i n áp +Vpp1/-Vpp1 58 Hình 3-7 M c i n áp 0/+Vpp1 58 Hình 3-8 M c i n áp -Vpp2/+Vpp2 59 Hình 3-9 Mơ ph ng ph tín hi u Doppler theo ph Báo cáo c p b n m 2007 ng pháp FFT ph c 59 Nghiên c u, thi t k , ch t o máy siêu âm Doppler xuyên s CH NG T NG QUAN V SIÊU ÂM DOPPLER Tai bi n m ch máu não (TBMMN) b nh lý th nh ng n c phát tri n TBMMN ng hàng th ba sau b nh tim m ch ung th Theo báo cáo c a T ch c Y t Th gi i, t l ng ng t 0, ng g p, có t l t vong cao i b TBMMN m i hàng n m dao n 0, 25%, t l trung bình t 0, 5-0, 8% dân s t ng d n theo l a tu i Nh ng n m g n ây gi m, nh ng l i có xu h m ts n ng gia t ng c công nghi p phát tri n, t l TBMMN có ph n l n n c th gi i, ó có Vi t Nam Nhìn vào s th ng kê này, th y c n thi t ph i s m cung c p ph ng pháp, thi t b ch n oán m c máu não tu n hoàn máu, kh o sát tình tr ng m ch n t ng b nh vi n c p t nh, c p huy n ng i dân c ch n oán, i u tr k p th i giúp h n ch nguy c , gi m t l m c b nh, bi n ch ng, t vong M t thi t b có kh n ng cung c p thơng tin h u ích cho vi c ch n ốn máy siêu âm Doppler xun s Siêu âm Doppler xuyên s (TCD) thi t b không xâm nh p o v n t c máu ng m ch não, s d ng bác s có th bi t c thơng tin v huy t ng não, … Ph l n ng S thay i c a ch s huy t n lo i b nh nh co th t m nh ho c phình liên quan th u dị siêu âm D a vào phép phân tích ph , ng pháp o ng ng m ch, m c t n c bi t h u ích cho vi c ki m tra m t s l ng m ch não cung c p nhi u thông tin h tr ng c l c bác s vi c ch n ốn xác b nh v m ch máu não Máy siêu âm Doppler xuyên s ngày tr nên ph bi n b nh vi n th gi i, c bi t thi t b siêu âm xung Tuy nhiên, i u ki n hi n nay, giá c a m t chi c máy siêu âm cao so v i kh n ng tài c a nhi u b nh vi n c p t nh, c p huy n c a n c ta Vi c ti n hành nghiên c u, thi t k , ch t o máy siêu âm Doppler xuyên s n máy TCD hi n c áp ng yêu c u k thu t c n thi t c a m t i, v i giá thành phù h p th c s m t gi i pháp úng n giúp gi i quy t nhu c u c p thi t v trang thi t b y t cho c s khám b nh n c ng m t m c tiêu c a ó tài có th thi t k ch t o máy siêu âm Doppler xuyên s , ban hành tìm hi u v nguyên lý c a siêu âm Doppler, Báo cáo c p b n m 2007 c c i m v trí u chúng tơi ti n t u dò siêu Nghiên c u, thi t k , ch t o máy siêu âm Doppler xuyên s âm, cách x lý tín hi u Doppler, thơng tin huy t kh o sát, rút ng thu c c bi t c n c i m, ch tiêu k thu t chung c a máy TCD c a m t s hãng n i ti ng, làm c s cho thi t k c a Các tìm hi u n i dung c trình bày ch ng I 1.1 K THU T SIÊU ÂM DOPPLER 1.1.1 Nguyên lí chung v siêu âm Doppler a Hi u ng Doppler Hi u ng Doppler c tìm vào n m 1845 Christian Johann Doppler (1803 – 1853), hi u ng c phát bi u nh sau: - N u sóng siêu âm phát t m t ngu n phát c nh nm t u thu c nh t n s thu b ng t n s phát - N u có s chuy n thu nh n ng t ng i gi a u thu u phát t n s mà c khác v i t n s t i ngu n phát C th , t n s t i h n) t n s sóng siêu âm t i u phát u thu u u thu l n h n (nh u phát chuy n ng l i g n (ra xa nhau) Gi thi t r ng ngu n ó, m i liên h gi a t n s sóng f R thu ct i u thu chuy n ng m t ng th ng Khi f S c a sóng âm t o b i ngu n phát chuy n u thu chuy n ng xác fR = Do vR , vS » m / s nh b i công th c: c - vR fS c - vS i v i dòng ch y m ch máu, fR = v S , v R