С. JI. Чернин, Е. М. Береговекая
ультразвуковой
эхоофтальмометр на базе
однокристальной микроэвм
KP1816BE48
При диагностических исследованиях в офтальмологии
широко применяется ультразвуковая (УЗ) биометрия
методом одномерной эхографии. Большинство исследо-
ваний выполняется с помощью специализированных оф-
тальмологических ультразвуковых приборов, выпускаем
мых как за рубежом (например, модели DBR-400 фирмы
Sonometrics systemsinc США, Ultrasonic Biometr фир-
мы Humphrey Instruments, США), так и в СССР (эхо-
офтальмоскоп ЭОС-22, выпускаемый МПО ЭМА). От
указанных моделей «Эхоофтальмометр ЭОМ-24» (см. фо-
то на вкладке), разработанный во Всесоюзном науч-»
но-исследовательском институте медицинского приборо-
строения, выгодно отличается большей точностью опре-
деления размеров (±0,01 мм) и расширенными функ-
циональными возможностями: автоматическое измере-
ние размеров роговицы, передней камеры, хрусталика и
оси глаза с одновременным отображением в режиме
«стоп-кадр» двух эхограмм правого и левого глаза.
Встраивание в прибор однокристальной микроЭВМ по-
зволило автоматизировать диагностику, повысить точ-
ность измерений за счет статистической обработки ре-
зультатов и расчета размеров с учетом скорости рас-
пространения ультразвука в каждой структуре глаза*
Среднее время обследования пациентов сокращено. Тре-
бования к квалификации медицинского персонала за
счет полной автоматизации процесса измерений сни-
жены.
Основное назначение прибора — автоматическое опре-
деление линейных размеров, диагностика травм и забо-
леваний глаза. Его работа основана на посылке ультра-
звуковых импульсов в исследуемый объект и приеме (в
паузах между посылками) сигналов, отраженных от
расположенных на пути излучаемого импульса акусти-
ческих неоднородпостей. Время между приходом эхо-
сигналов, отраженных от границ тканей глаза, пропор-
ционально расстоянию, которое проходит ультразвуко-
вой импульс по этой ткани. Поэтому при известной
скорости распространения УЗ в ткани измерение време-
ни между эхо-сигналами от этой ткани позволяет опре-
делить расстояние, т. е. размер ткани.
Структурная схема прибора (рис. 1) содержит следу-
ющие элементы: электроакустический тракт, состоящий
из генератора ультразвуковых колебаний, ультразвуко-
вого зонда и приемника, АЦП с ОЗУ, устройства стро-
бированкя и обнаружения, контроллер выборки, трех-
канальный блок измерителей, буферное ЗУ, одноплатный
микроконтроллер (ОМК), функциональную клавиату-
ру, знакогенератор и телевизионный монитор.
Возбуждаемые генератором в зонде ультразвуковые
колебания (10 МГц) распространяются в глазном яб-
локе. Отраженные от границ тканей сигналы принима-
ются этим же зондом, усиливаются и детектируются в
приемнике. Формируемая на выходе электроакустиче-
ского тракта огибающая эхо-сигналов оцифровывается в
быстродействующем шестиразрядном АЦП (КП07ПВ1),
запоминается в ОЗУ (1КХ9) и выводится в виде эхо-
граммы на экран монитора.
В приборе реализован алгоритм автоматического вы-
числения одновременно трех размеров тканей глаза. В
стробирующем устройстве эхо-сигналы разделяются по
времени прихода и распределяются по измерителям.
Стробирующие сигналы формируются в ОМК по перво-
му эхо-сигналу от роговицы, запускающему таймер.
В блоке измерителей преобразуется временной интер-
вал между первым эхо-сигналом и последующими эхо-
сигналами от структур глаза в двоичный десятиразряд-
ный код. Этот код фиксируется в буферном ЗУ и ис-
пользуется для расчета размеров глаза в ОМК.
Для снижения влияния артефактов от неправильной
установки ультразвукового зонда на поверхности рого-
вицы и для повышения адекватности измерения в при-
бор введено устройство обнаружения, оценивающее ам-
плитуды эхо-сигналов после каждого зондирующего
импульса. На выходе устройства обнаружения сигналы
формируются только в том случае, когда амплитуда
каждого из четырех эхо-сигналов достигает заданного
уровня. Это происходит только при установке ультра-
звукового зонда точно в направлении оптической оси
глаза.
Контроллер выборки отслеживает сигналы с устройст-
ва обнаружения и (в случае, если они обнаружены за
сто подряд осуществляемых измерений) вырабатывает
сигнал записи для буферного ЗУ и сигнал готовности
для ОМК. По сигналу готовности ОМК опрашивает
через коммутатор буферное ЗУ. На экране монитора
вместе с эхо-граммой показываются положение стро-
бирующих импульсов и (через знакогенератор) символь-
ная информация. Окончание измерения сопровождается
звуковым сигналом.
Средние значения скоростей УЗ и положений строби-
рующих импульсов для здорового глаза хранятся в ПЗУ
ОМК. При патологических изменениях в глазу, в слу-
чае несовпадения стробирующих импульсов с эхо-сиг-
налами от соответствующих структур глаза, оператор
может программно переместить стробы до совмещения
последних с выбранным эхо-сигналом. Также можно
вводить с клавиатуры расчетные значения скоростей УЗ
для четырех структур глаза в диапазоне 10Q0 ... 2000 м/с.
Встроенный в эхоофтальмометр ОМК выполнен на ба-
зе однокристальной микроЭВМ КР1816ВЕ48. ОМК уп-
равляет режимами работы прибора, выполняет функции
контроллера клавиатуры (5X8 линий), рассчитывает
размеры глаза в миллиметрах, управляет знакогенера-
тором.
Введение ОМК в прибор автоматизировало обследо-
вание, повысило точность измерения, снизило массу и
габариты прибора.
Микроконтроллер выполнен на плате размером 100Х
Х160 мм (формат Е1) и включает в себя (рис. 2):
микроЭВМ (КР1816ВЕ48), внешнее ПГ13У на 2К байт
(КР573РФ5), программируемый параллельный интер-
фейс ввода-вывода (КР580ВВ55), программируемый
таймер (КР580ВИ53), регистр (КР580ИР82).
Данная конфигурация ОМК предусматривает работу
микроЭВМ с внешней программной памятью (2К байт).
Это позволяет реализовать требуемые функции, нара-
щивая программное обеспечение прибора, и использо-
вать в качестве базовой микроЭВМ КР1816ВЕ35.
Восьмиразрядный внутренний таймер микроЭВМ ис-
пользуется для реализации через порт С параллельного
интерфейса звукового сигнала, сопровождающего нажа-
тие клавиш и окончание процесса измерения в автома-
тическом режиме. Порт Р1 управляет работой знакоге-
нератора: 5 линий — код выводимого символа и 3 ли-
нии — адрес строки, на которую этот символ нужно
вывести.
Порт Р2 —это порт управления: 3 линии использу-
ются для организации работы микроЭВМ с внешней
памятью, 2 линии управляют через дешифратор
КР555ИД4 выбором внешних устройств и еще 2 ли-
нии — работой коммутатора буферного ЗУ, обеспечи-
вающего ввод 10-разрядных значений с измерителей
временных интервалов. Сигнал готовности информации
подается по линии ТО. Одноуровневая система внешних
прерываний синхронизирует телевизионный монитор и
знакогенератор по сигналу кадрового гашения, подавае-
мому на вход INT микроЭВМ.
К внешним устройствам можно отнести параллель-
ный интерфейс ввода-вывода, регистр и таймер. П а-
раллельный интерфейс используется для со-
пряжения микроЭВМ с функциональной клавиатурой
через порт С (3 линии) и порт А (5 линий). Порт В
и 2 линии порта А используются для ввода 10-разряд-
ного двоичного значения размеров глаза. Сигнал
imfflffiimmrim)
* П/П ВЕТВЛЕНИЙ , Cilt "
OPK: CALL KLAV ,'ОПРОС КЛАВИАТУРЫ
op; hov rl» ropk j адрес возврата из п/п
mov r2» яа8-1 ?таблица ветвлений
mov r3> twkod количество ветвлений
hov ra»ttabx j таблица кодов клавиатур!!
opkl; mov arpsu j засылка слова состояний в а
anl а»»7 ;выделение значения счетчика стека
мок r6-a
add a>r6
add а»*8 ^определение текущего адреса стека
mov r0»а
mov a»r1 jзапись адреса возврата
tfov 0ro.a ;из п/п в стек
mov а»psfcl 5увеличение счетчика стека
inc а
hov pso> а /возврат значения 8 p5u
орк1: моу a>r4 щеребор кодов клавиатур»
movp а»ба ;из таблицы и сравнение их
cpl а - ;с кодом/ принятым с
add а» r5 }клавиатуры
cpl а
imc r4
Л 0РК2 ;при СОВПАДЕНИИ - ИДЕНТИФИКАЦИЯ
DONZ R3* ОРК1 ПЕРЕХОД К СЛЕДУЮЩЕМУ КОДУ
ret
0рк2: mov a»r3 7идентификация и определение
add a»r2 /адреса п/п ветвления
змрр oa /переход к п/п
Рис. 3. Фрагмент подпрограммы работы со стеком
«Сброс готовности» выводится через порт С, так же как
и звуковая сигнализация. Регистр позволяет фикси-
ровать код управления режимом работы прибора и
поддерживать его до тех пор, пока с клавиатуры не
поступит команда смены режима. Таймер формиру-
ет три временных интервала — стробы для устройства
ггробирования — и работает в режиме аппаратно уп-
равляемого импульса. Сигнал «Разрешение» от устрой-
:тва стробирования запускает систему измерения.
При подготовке устройства к работе программируется
тараллельный интерфейс ввода-вывода, устанавливаются
исходный режим работы, начальные значения скоростей
а флагов.
Ядро программы управления прибором
(1300 байт)—подпрограмма опроса клавиатуры, Защи-
та от дребезга контактов, а также определение момен-
та нажатия клавиши — программные. Код клавиши
формируется программным счетчиком. У клавиатуры
прибора несколько функциональных групп: клавиш ре-
жимов, выбора и функций. При нажатии клавиш режи-
мов регистр-защелка запоминает соответствующий код
и переключает прибор в данный режим работы. В каж-
дом режиме существует ряд ветвлений, которые также
управляются с клавиатуры и позволяют производить
аналогичные действия клавишами функций с различны-
ми параметрами. Так, в частности, чтобы сдвинуть пер-
вый строб (выделяющий сигнал от передней камеры
глаза) влево, необходимо нажать последовательность
клавиш «М» (маркеров), «ПК» (передняя камера) и
«-<-» (влево). Отметим, что клавиши «ПК» (передняя
камера), «ХР» (хрусталик), «ГЛ» (глаз) и «-«-»,
«-к» — многофункциональны, так как «ХР», «ПК»,
«ГЛ» — используются в режиме ввода с клавиатуры
расчетных значений скоростей распространения УЗ в
соответствующих средах, а клавиши «-«-», «->» — ис-
пользуются для перемещения визирных линий в режиме
ручного измерения размеров глаза. Для удобства ор-
ганизации модульной структуры программы разработана
подпрограмма работы со стеком, которая заносит в
стек требуемый адрес возврата для данной подпро-
граммы режима прибора (рис. 3).
Размеры глаза рассчитываются с точностью до вто-
рого знака после запятой по формуле Lf = Vini/Ki, где
Lj — размер i-й структуры глаза (мм); Vi — скорость
УЗ в i-й структуре (м/с); m— показания счетчиков из-
мерителя в соответствующей i-й структуре (мкс); Ki —
коэффициент приведения для i-й структуры. Для каж*
дой i-й структуры коэффициент Ki — величина постоян-.
ная, а Гц и Vi могут меняться в определенных пределах,
в зависимости от индивидуальных особенностей глаза;
Все арифметические операции и преобразования прово*
дятея t двухбайтными числами. Результаты вычислений
записываются в ОЗУ микроЭВМ и выводятся но преры-
ваниям через знакогенератор на экран телевизионного
монитора.
Знакогенератор, сопрягающий ОМК с монитором, вы-
водит на экран алфавитно-цифровую информацию (8Х
£<32 знакоместа).
Особенность схемы (рис. 4) — синхронный ре-
жим работы во время записи кода символа в ОЗУ зна-
когенератора по адресу, определяемому порядковым но-
мером кода символа. Алфавит записан в ПЗУ знакоге-
нератора. За время обратного хода кадра в знакогене-
ратор последовательно записывается информация од-
ной строки. Время обновления всей символьной инфор-
мации на экране 160 мс.
Положение информации на экране определяется сиг-
налом «Импульс запуска», синхронизированным с ча-
стотой «f кадровая» и подаваемым с требуемой задерж-
кой относительно нее. Такая организация знакогенерато-
ра позволяет за счет исключения адресной шины осво-
бодить 5 линий вывода ОМК, которые используются для
целей управления. Клавиша «Сброс» осуществляет ап-
паратный сброс ОМК и запуск программы с нулевой
ячейки.
ОМК ультразвукового эхоофтальмометра — это уни-
фицированный модуль, встраиваемый в медицинские
приборы. Его можно использовать в различных областях
приборостроения, например в дефектоскопии.
Телефон для справок — 211-44-22 (Москва).
Статья поступила 2 июня 1986 г.
УДК 681.326—184.Г
