3. 3. Подсистема анализа информации

П

Рис. 3.4. Обобщенная структурная схема подсистемы анализа информации: 1 – пульт управления ИИС; 2 – оператор; 3 – процессор(микроЭВМ); 4 –ТВ-индикатор; 5 – запоминающее устройство ЭХОИ; 6 – устройство формирования образцовых метрических шкал и служебной информации; 7 – генератор ТВ-синхросигналов; 8 – смеситель; 9 – цифроаналоговый преобразователь; 10 – интерфейс передачи данных

одсистема анализа информации служит для визуального отображения информации ИИС на различных стадиях ее сбора – обработки, ввода целеуказаний и директив оператора, касающихся режимов анализа, непосредственно измеряемых параметров и алгоритмов вычисления требуемых характеристик, а также ввода извне дополнительной служебной информации. Подсистема анализа обеспечивает визуализацию эхоизображений и их увеличенных фрагментов непосредственно в процессе записи информации в запоминающие устройства и в режиме регистрации стоп-кадра, а также компоновку нескольких субкадров эхоизображения в один, совмещение с эхоизображением метрических шкал, перемещаемых маркерных меток и других семантических индексов. В соответствии с вводимыми директивами и маркирующими целеуказаниями подсистема вычисляет необходимые характеристики исследуемых объектов по заложенным в ИИС алгоритмам и отображает результаты вычислений в алфавитно-цифровом и графическом видах.

Для выполнения указанных функций наилучшим образом подходит структура, которая использует управляющую микроЭВМ (рис. 3.4). Для реализации интерактивных измерительных процедур такой принцип построения подсистемы оказывается единственно возможным. Основным структурным элементом подсистемы в этом случае должно быть программно-управляемое устройство формирования образцовых метрических шкал и другой служебной информации, совмещаемой с эхоизображениями при их многопараметрическом анализе.

В качестве устройств отображения информации в современных ИИС ультразвуковой эхоскопии, как правило, применяются телевизионные устройства. Формирование телевизионного эквивалента эхоизображений позволяет применять стандартные средства записи и воспроизведения видеоинформации.

4. Отображение эхоинформации

В ультразвуковой эхоскопии применяются два метода отображения информации: прямой и конвертерный [10], схемы которых приведены на рисунке.

Прямой метод предполагает непосредственное поступление эхосигналов на отображающее устройство. В качестве отображающих устройств в этом случае в основном применяются ЭЛТ, однако не исключено применение и других устройств, например газоразрядных, на жидких кристаллах и других типов индикаторов. Прямое отображение информации используется в одномерных, а также в двухмерных эхоскопах, когда не требуется проводить точных измерений на основе формируемого эхоизображения. Для прямого отображения эхоинформации в зависимости от способа и скорости ультразвукового сканирования могут использоваться обычные осциллографические или запоминающие ЭЛТ. Например, в эхоскопе, обеспечивающем угловое или линейно-растровое сканирование исследуемого пространства с частотой повторения кадров сканирования F_к  10 Гц, могут применяться ЭЛТ с небольшим послесвечением, электростатическим или электромагнитным отклонением луча, а в эхоскопе с ручным комбинированным сканированием необходима запоминающая ЭЛТ, преимущественно с электростатическим отклонением луча. При прямом отображении эхоизображений направление развертки электронного луча ЭЛТ совмещается с направлением ультразвукового луча при сканировании, а яркость модулируется в соответствии с амплитудой эхосигналов. Поэтому качество отображаемых таким методом эхоизображений в значительной степени определяется разрешающей способностью и градационной характеристикой применяемой ЭЛТ. Следует отметить, что выпускаемые промышленностью ЭЛТ, за исключением телевизионных, имеют узкую модуляционную характеристику и предназначены в основном для отображения графической информации с двумя градационными уровнями – белым и черным. Кроме того, яркость ЭЛТ в значительной степени зависит от скорости развертки луча, что при неравномерной скорости сканирования приводит к модуляционно-яркостным искажениям эхоизображений. Указанные обстоятельства существенно ограничивают область применения метода прямого отображения эхоинформации в ультразвуковой эхоскопии.

В

Упрощенная схема прямого (вверху) и конвертерного (внизу) отображения эхоинформации: 1 – сканирующее устройство; 2 – индикатор (отображающее устройство); 3 – конвертер; "X" и "Y" – координатные сигналы

последние время промышленностью освоены производство и выпуск черно-белых и цветных жидкокристаллических и электролюминесцентных индикаторов, которые стали внедряться в производство диагностической аппаратуры широкого профиля, в том числе и медицинского назначения. Однако сложность организации различного вида разверток в индикаторах данного типа пока сдерживает их широкое применение в медицинской аппаратуре.

Значительно большие возможности по достигаемому динамическому диапазону отображения градаций акустического контраста сред и регистрации динамики визуализируемых объектов достигаются телевизионными методами отображения информации. Использование телевизионных индикаторов позволяет получить высококачественные многоградационные по яркости эхоизображения, в том числе с использованием цветового кодирования. Однако в этом случае возникает необходимость формирования телевизионного эквивалента эхоизображения, развертываемого на индикаторе в соответствии со стандартными требованиями к видеосигналу. Поскольку ультразвуковыми эхоскопами, в принципе, не могут быть обеспечены условия для формирования телевизионного эквивалента эхоизображения прямым методом, необходимы специальные преобразователи – конвертеры, обеспечивающие преобразование разверток и временного масштаба эхоизображения для приведения его в соответствие телевизионному стандарту. В качестве конвертеров эхоизображений могут быть использованы запоминающие устройства, построенные на специальных ЭЛТ, а также на полупроводниковых твердотельных элементах памяти.

В этом случае функции запоминания и воспроизведения эхоинформации разделяются во времени. Запись эхосигналов в память конвертера производится в соответствии с развертками и во времени ультразвукового сканирования, а считывание записанной информации – во временном масштабе телевизионного сигнала. Подобный конвертер должен обладать достаточным быстродействием и вносить минимальные геометрические и амплитудные (акустического контраста) искажения при преобразовании динамических эхоизображений. Кроме того, конвертер должен допускать изменение видов разверток (секторная, линейная и др.) преобразуемого эхоизображения на входе при постоянстве линейно-растровой развертки телевизионного эквивалента эхоизображения на выходе. При этом также необходимо обеспечить возможность чередования циклов записи-чтения информации в процессе ультразвукового сканирования среды, поскольку только в таком режиме обеспечивается оперативный визуальный контроль процесса формирования эхоизображений и целенаправленное управление им.

Следует отметить еще одну особенность конвертерного метода отображения эхоинформации. Дело в том, что при формировании динамических эхоизображений методами электрического управления ультразвуковым лучом в некоторых случаях складывается ситуация, при которой эхоизображение не может быть получено с достаточно большим числом ультразвуковых строк. Поэтому в конвертере эхоизображения производится интерполяция, посредством которой осуществляется умножение числа строк до необходимого значения. Этим достигается получение "сплошного", а не "дискретного", как при прямом отображении, эхоизображения.

Важным преимуществом конвертерного метода отображения является возможность многократной регенерации эхоизображения из памяти, что позволяет реализовать режимы стоп-кадра, изменения его масштаба, компоновки субкадров, трансляции эхоизображения на значительные расстояния, представления информации на нескольких экранах, совмещения эхоизображения со служебной информацией, представления выбранного фрагмента в увеличенном масштабе, изменения структуры эхоизображений, ввода и накопления в ЭВМ и т. д. Перечисленные преимущества свидетельствуют о большей перспективности конвертерного метода отображения эхоизображений, что и подтверждается растущей популярностью метода.

С использованием частотно-цветового или амплитудно-цветового кодирования эхоизображения могут быть представлены и в цветном виде.

Во многих отраслях звуковой эхоскопии, особенно в медицине, очень важным является длительное сохранение эхоинформации, полученной в процессе исследования объектов. Сохранить такую информацию можно путем ее регистрации в виде копии эхоизображения либо алфавитно-цифровых и графических данных, являющихся результатом его анализа. В первом, а иногда и во втором случаях требуются средства, обеспечивающие высококачественную регистрацию полутоновых изображений. Наиболее распространенным и универсальным средством получения копии эхоизображения является фоторегистрация. Фоторегистрация позволяет достаточно быстро и высококачественно фиксировать как алфавитно-цифровую, так и графическую информацию. Применяются три основные разновидности фоторегистрации: съемка широкоформатным объективом на обычную негативную 35-мм пленку с последующим изготовлением бумажных фотографий, съемка при помощи поляроидной камеры на специальную обратимую самопроявляющуюся бумагу и регистрация на рентгеновскую пленку при помощи многоформатной камеры. Использование конвертерного метода отображения эхоинформации позволяет применять и другие виды регистрации эхоизображений. В частности, эхоизображение может храниться непосредственно в памяти конвертера, регистрироваться при помощи видеомагнитофона или ленточного регистратора на бумаге, а также записываться во внешнюю память. Ленточная регистрация полутоновых эхоизображений на бумагу до сих пор редко используется из-за сравнительно низкого качества получаемых изображений. Несмотря на существование различных методов регистрации на бумаге (электрохимического, электростатического, теплового и др.), до настоящего времени качество получаемых с их помощью полутоновых эхоизображений значительно уступает фотографическим. Исключением являются регистраторы, основанные на применении волоконно-оптической трубки, позволяющие регистрировать эхоизображения с восемью градациями яркости и имеющие автоматическую регулировку контрастности в зависимости от скорости движения ленты. В таких регистраторах используется широкоформатная (до 210 мм) термочувствительная, самопроявляющаяся бумага с покрытием из "сухого" серебра [10].