JP2544342B2 - 超音波ドップラ―診断装置 - Google Patents
超音波ドップラ―診断装置Info
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- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
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- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
- G01S15/02—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems using reflection of acoustic waves
- G01S15/50—Systems of measurement, based on relative movement of the target
- G01S15/58—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems
- G01S15/582—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems using transmission of interrupted pulse-modulated waves and based upon the Doppler effect resulting from movement of targets
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Description
【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、超音波により物体の速度を検出する装置に
関し、とくに生体内の血流速度をリアルタイムで計測す
る超音波ドップラー診断装置に関する。
関し、とくに生体内の血流速度をリアルタイムで計測す
る超音波ドップラー診断装置に関する。
[従来技術] 音波のドップラー効果により物体の流速を知る装置は
種々のものが知られている。とくに、パルス・ドップラ
ー法(例えば、日本音響学会誌、第29巻、第6号、(19
73年)、第351頁〜第352頁を参照)を用いる装置では、
送波パルスをバースト状のものとし、受波信号に計測部
位までの距離に対応したタイムゲートをかけることによ
り、測定部位の特定が可能であることが知られている。
種々のものが知られている。とくに、パルス・ドップラ
ー法(例えば、日本音響学会誌、第29巻、第6号、(19
73年)、第351頁〜第352頁を参照)を用いる装置では、
送波パルスをバースト状のものとし、受波信号に計測部
位までの距離に対応したタイムゲートをかけることによ
り、測定部位の特定が可能であることが知られている。
[発明が解決しようとする問題点] 上記のパルスドップラー法では、送波バースト波のく
り返し周期をTとすれば、速定可能な最高ドップラー偏
位周波数fdは、1/2Tとなり、一方、目的物までの音波伝
搬速度をSとすれば、速度計測が可能な深度(以下、計
測可能深度と略する)DはT・S/2となる。したがってf
dとDの積は、S/4と一定となり、計測可能速度、もしく
は計測可能深度に限界がある。
り返し周期をTとすれば、速定可能な最高ドップラー偏
位周波数fdは、1/2Tとなり、一方、目的物までの音波伝
搬速度をSとすれば、速度計測が可能な深度(以下、計
測可能深度と略する)DはT・S/2となる。したがってf
dとDの積は、S/4と一定となり、計測可能速度、もしく
は計測可能深度に限界がある。
本発明の目的は、計測可能深度と計測可能最高ドップ
ラー偏位周波数の積が一定となる従来方式の限界を除去
し、深部において高速の物体速度を測定可能とする超音
波ドップラー診断装置を提供することにある。
ラー偏位周波数の積が一定となる従来方式の限界を除去
し、深部において高速の物体速度を測定可能とする超音
波ドップラー診断装置を提供することにある。
[課題を解決するための手段] 本発明では、超音波送波のパルス間隔を一定の周期関
係から周期的にずらし、異なる複数のパルス間隔を有す
るパルス列により得られた反射信号の位相差を、異なる
複数の群にグループ化して処理することにより、前記の
従来技術での限界を除去するものである。
係から周期的にずらし、異なる複数のパルス間隔を有す
るパルス列により得られた反射信号の位相差を、異なる
複数の群にグループ化して処理することにより、前記の
従来技術での限界を除去するものである。
[発明の実施例] 以下、本発明の構成を実施例により、図面を参照して
詳細に説明する。第1図に示す送受波器1から音波を、
目的物体2に向けて送出する。第2図(a)に、本発明
により送出される音波波形の一例を示す。一方、第2図
(b)には、従来方式による送波波形を示すが、この場
合には、Tなる等時間間隔によるパルス状音波列の送出
である。本実施例においては、第2図(a)に示すよう
に、Tなる間隔からプラスTS、もしくはマイナスTSだけ
変位した不等間隔のパルス送波間隔で送波を行なう。第
2図(a)において、TSを常にゼロとすると、第2図
(b)に示す従来例と同様になる。
詳細に説明する。第1図に示す送受波器1から音波を、
目的物体2に向けて送出する。第2図(a)に、本発明
により送出される音波波形の一例を示す。一方、第2図
(b)には、従来方式による送波波形を示すが、この場
合には、Tなる等時間間隔によるパルス状音波列の送出
である。本実施例においては、第2図(a)に示すよう
に、Tなる間隔からプラスTS、もしくはマイナスTSだけ
変位した不等間隔のパルス送波間隔で送波を行なう。第
2図(a)において、TSを常にゼロとすると、第2図
(b)に示す従来例と同様になる。
第2図(a)のような送波を行なった場合に得られる
反射物体2からの反射信号は、第2図(a)の送出波形
に対して、音波の送受波器1から反射物体2の間の伝搬
時間τOの遅れを有する、第2図(c)に示す波形とな
る。
反射物体2からの反射信号は、第2図(a)の送出波形
に対して、音波の送受波器1から反射物体2の間の伝搬
時間τOの遅れを有する、第2図(c)に示す波形とな
る。
第2図(c)に示す信号と第2図(d)に示す参照信
号d、d′との位相比較を位相比較器3により行なう。
この位相比較器3は2個の乗算器からなり、複素参照波
の実部、虚部である、互に90°移相した正弦波d、余弦
波d′との位相比較を行ない、それぞれの出力から、実
相出力VR、虚部出力VIを得る複素変換回路である。この
VR、VIは、C1〜Cnを第2図(c)に示す反射信号とし
て、反射信号Cnの振幅 Anとd、d′との位相差θnに対応して得られる。反射
信号Cnを与える反射体について、実部出力VRn、虚部出
力VInは次の式(1)、式(2)なる関係で得られる。
号d、d′との位相比較を位相比較器3により行なう。
この位相比較器3は2個の乗算器からなり、複素参照波
の実部、虚部である、互に90°移相した正弦波d、余弦
波d′との位相比較を行ない、それぞれの出力から、実
相出力VR、虚部出力VIを得る複素変換回路である。この
VR、VIは、C1〜Cnを第2図(c)に示す反射信号とし
て、反射信号Cnの振幅 Anとd、d′との位相差θnに対応して得られる。反射
信号Cnを与える反射体について、実部出力VRn、虚部出
力VInは次の式(1)、式(2)なる関係で得られる。
VRn=An・cosθn ……(1) VIn=An・sinθn ……(2) 簡単のため、式(1)、式(2)をまとめて式(3)の
ように記す。
ように記す。
Vn=ARn+jVIn=An・exp(jθn) ……(3) 即ち、反射信号のそれぞれは、参照波d、d′と位相比
較された結果、上記の式(3)に示すように複素信号、
又はベクトル信号に変換されたことになる。
較された結果、上記の式(3)に示すように複素信号、
又はベクトル信号に変換されたことになる。
ここで、式(1)、式(2)の関係の導出について説
明する。
明する。
第2図(a)に示される送出波形の単一要素波形をS
(t)とし(tは時間変数である)、 S(t)=a(t)・cos{(2π/TO)t} ……
(4) とするとき、第2図(a)に示されるn番目の送出波形
(第n波形)は、その送出時刻をTnとすると、 Sn(t)=S(t−Tn) =a(t−Tn)・cos{(2π/TO)(t−Tn} ……
(5) となる。この波形に対応する受信信号(第2図(c))
Cn(t)は、 Cn(t)=Sn(t−τO−τn)=S(t−Tn−τO−
τn) ……(6) となる。ここで、τOは、第2図(a)、第2図(c)
に示すように、音波の送出時刻から反射信号の受信時刻
までの時間、τnは物体移動による時間遅れであり、物
体速度をv、音速をcとすると、 τn=(2vTn/c) ……(7) である。従って式(6)は式(5)から、 Cn(t)=a(t−Tn−τO−τn)・cos{(2π/
TO)(t−Tn−τO−τn)} =An・cos{(2π/TO)t+θn} =(An/2){exp(jΘ)+exp(−jΘ)}……(8) ここで、 θn=−(2π/TO)(Tn+τO+τn) =(−2πTn/TO){1+(2v/c)}+θO ……(9) Θ=(2π/TO)t+θn ……(10) θb=−2πτO/TO ……(11) An=a(t−Tn−τO−τn) ……(12) である。ここで、参照波d、d′を、 d(t)=cos{(2π/TO)t}=(1/2){exp(j
Θ′)+exp(−jΘ′)} ……(13) d′(t)=sin{(2π/TO)t} ={1/2j)}{exp(jΘ′)−exp(−jΘ′)}……
(14) Θ′=(2π/TO)t ……(15) として、これらd(t)、d′(t)とCn(t)との乗
算を行ない低周波成分を抽出すると(カッコ〔 〕は、
内の演算を行ない低周波成分をとる操作を示す。)式
(8)、式(13)、式(14)から、 VRn=〔2Cn(t)×d(t)〕 =(An/2){exp(Θ−Θ′)}+exp(−j(Θ−
Θ′)} =(An/2){exp(jθn)+exp(−jθn)}=An・co
sθn ……(1) 及び、 VIn=〔−2Cn(t)×d′(t)〕 ={−An/(2j)}{exp{j(Θ′−Θ)}−exp{−
j(Θ′−Θ)}} ={−An/(2j)}{exp(−jθn)−exp(−j
θn)}=An・sinθn ……(2) となり、先に示した式(1)、式(2)が導出されたこ
とになる。
(t)とし(tは時間変数である)、 S(t)=a(t)・cos{(2π/TO)t} ……
(4) とするとき、第2図(a)に示されるn番目の送出波形
(第n波形)は、その送出時刻をTnとすると、 Sn(t)=S(t−Tn) =a(t−Tn)・cos{(2π/TO)(t−Tn} ……
(5) となる。この波形に対応する受信信号(第2図(c))
Cn(t)は、 Cn(t)=Sn(t−τO−τn)=S(t−Tn−τO−
τn) ……(6) となる。ここで、τOは、第2図(a)、第2図(c)
に示すように、音波の送出時刻から反射信号の受信時刻
までの時間、τnは物体移動による時間遅れであり、物
体速度をv、音速をcとすると、 τn=(2vTn/c) ……(7) である。従って式(6)は式(5)から、 Cn(t)=a(t−Tn−τO−τn)・cos{(2π/
TO)(t−Tn−τO−τn)} =An・cos{(2π/TO)t+θn} =(An/2){exp(jΘ)+exp(−jΘ)}……(8) ここで、 θn=−(2π/TO)(Tn+τO+τn) =(−2πTn/TO){1+(2v/c)}+θO ……(9) Θ=(2π/TO)t+θn ……(10) θb=−2πτO/TO ……(11) An=a(t−Tn−τO−τn) ……(12) である。ここで、参照波d、d′を、 d(t)=cos{(2π/TO)t}=(1/2){exp(j
Θ′)+exp(−jΘ′)} ……(13) d′(t)=sin{(2π/TO)t} ={1/2j)}{exp(jΘ′)−exp(−jΘ′)}……
(14) Θ′=(2π/TO)t ……(15) として、これらd(t)、d′(t)とCn(t)との乗
算を行ない低周波成分を抽出すると(カッコ〔 〕は、
内の演算を行ない低周波成分をとる操作を示す。)式
(8)、式(13)、式(14)から、 VRn=〔2Cn(t)×d(t)〕 =(An/2){exp(Θ−Θ′)}+exp(−j(Θ−
Θ′)} =(An/2){exp(jθn)+exp(−jθn)}=An・co
sθn ……(1) 及び、 VIn=〔−2Cn(t)×d′(t)〕 ={−An/(2j)}{exp{j(Θ′−Θ)}−exp{−
j(Θ′−Θ)}} ={−An/(2j)}{exp(−jθn)−exp(−j
θn)}=An・sinθn ……(2) となり、先に示した式(1)、式(2)が導出されたこ
とになる。
ここで、第2図(c)における各反射信号C1、C2、
…、Cnは、反射体が不動であるとし、第2図(d)に示
す参照信号d、d′の周期TOと、前記のT、TSの間に整
数倍の関係があるとすると、位相比較器3の出力VRn、V
Inを、実部、虚部として考えたベクトルVn(式3)の位
相角θnは、第2図(e)に示すように一定値θOを示
す。
…、Cnは、反射体が不動であるとし、第2図(d)に示
す参照信号d、d′の周期TOと、前記のT、TSの間に整
数倍の関係があるとすると、位相比較器3の出力VRn、V
Inを、実部、虚部として考えたベクトルVn(式3)の位
相角θnは、第2図(e)に示すように一定値θOを示
す。
一方、反射体がドップラー角周波数ωdなる速度で運
動しているとすると、反射信号の位相角が、第2図
(d)に対してωdなる角度だけ単位時間に回転すると
近似できる。このため、反射信号C1によるベクトルV1の
位相角θ1を基準として、反射信号CnによるベクトルVn
の位相角θnを示すと、第2図(a)に示すパルス送出
のパルス間隔が第1の間隔(T+TS)、第2の間隔(T
−TS)なる場合には、それぞれのパルス間隔に対応し
て、第2図(f)に示すように隣接する受信信号間の位
相差φは、 φE=ωd(T+TS) ……(16) φO=ωd(T−TS) ……(17) の2種類となる。
動しているとすると、反射信号の位相角が、第2図
(d)に対してωdなる角度だけ単位時間に回転すると
近似できる。このため、反射信号C1によるベクトルV1の
位相角θ1を基準として、反射信号CnによるベクトルVn
の位相角θnを示すと、第2図(a)に示すパルス送出
のパルス間隔が第1の間隔(T+TS)、第2の間隔(T
−TS)なる場合には、それぞれのパルス間隔に対応し
て、第2図(f)に示すように隣接する受信信号間の位
相差φは、 φE=ωd(T+TS) ……(16) φO=ωd(T−TS) ……(17) の2種類となる。
このような隣接する受信信号間の位相差φ(φE(第
1の位相差)、φO(第2の位相差))を計算する回路
が第1の位相差検出手段である位相差計算部4であり、
m≠nとして、〈Vm〉はVmの複素共役を示すものとし
て、 Ynm=Vn・〈Vm〉 ……(18) なる複素乗算を行ない、ベクトルYnmを出力する回路で
あり、前記したように参照信号d、d′の周期TOと、
T、TSの間に整数倍の関係があるので、複素信号の共役
積を求める回路である。
1の位相差)、φO(第2の位相差))を計算する回路
が第1の位相差検出手段である位相差計算部4であり、
m≠nとして、〈Vm〉はVmの複素共役を示すものとし
て、 Ynm=Vn・〈Vm〉 ……(18) なる複素乗算を行ない、ベクトルYnmを出力する回路で
あり、前記したように参照信号d、d′の周期TOと、
T、TSの間に整数倍の関係があるので、複素信号の共役
積を求める回路である。
ここで、第2図(a)なる送波の場合には、m、nも
組合せに対応してYnmは、 YE=B・exp{jωd(T+TS)}=B・exp(jφE)…
…(19) YO=B′・exp{jωd(T−TS)}=B′・exp(j
φO) ……(20) なる2種類の位相角を有する自己相関を表わす関数のベ
クトル群となる。
組合せに対応してYnmは、 YE=B・exp{jωd(T+TS)}=B・exp(jφE)…
…(19) YO=B′・exp{jωd(T−TS)}=B′・exp(j
φO) ……(20) なる2種類の位相角を有する自己相関を表わす関数のベ
クトル群となる。
式(19)・式(20)で示される関係を、より具体的に
以下に説明する。第2図(c)、第2図(f)におい
て、例えば、n=3、m=2とすると、 V3=A3・exp(jθ3) V2=A2・exp(jθ2) であり、式(18)、式(19)から、 YE=Y32=V3・〈V2〉=A3・exp(jθ3)・A2・exp(−
jθ2) =A3A2・exp{j(θ3−θ2)}=A3A2・exp{jω
d(T+TS)} =B・exp{jφE} となる。一方、n=2、m=1とすると、 V2=A2・exp(jθ2) V1=A1・exp(jθ1) であり、式(18)、式(20)から、 YO=Y21=V2・〈V1〉=A2・exp(jθ2)・A1・exp(−
jθ1) =A2A1・exp{j(θ2−θ1)}=A2A1・exp{jω
d(T−TS)} =B′・exp{jφO} となる。
以下に説明する。第2図(c)、第2図(f)におい
て、例えば、n=3、m=2とすると、 V3=A3・exp(jθ3) V2=A2・exp(jθ2) であり、式(18)、式(19)から、 YE=Y32=V3・〈V2〉=A3・exp(jθ3)・A2・exp(−
jθ2) =A3A2・exp{j(θ3−θ2)}=A3A2・exp{jω
d(T+TS)} =B・exp{jφE} となる。一方、n=2、m=1とすると、 V2=A2・exp(jθ2) V1=A1・exp(jθ1) であり、式(18)、式(20)から、 YO=Y21=V2・〈V1〉=A2・exp(jθ2)・A1・exp(−
jθ1) =A2A1・exp{j(θ2−θ1)}=A2A1・exp{jω
d(T−TS)} =B′・exp{jφO} となる。
ここでこれらのYE、YOの値は、雑音の影響により変動
することから、多数個(10個程度)の反射信号について
のYmnを使用して計測精度を向上させることになるが、
このように異なる位相のベクトル値は、このまま加算す
ることができないので、第1図に示す加算器5、6によ
りYE、YOをそれぞれベクトル的に加算し、安定なベクト
ルYE、YOを求める。ここで、 XE=ΣYE=D・exp(j《φE》) ……(21) XO=ΣYO=D′・exp(j《φO》) ……(22) であり、正確なφE、φOが計測される。
することから、多数個(10個程度)の反射信号について
のYmnを使用して計測精度を向上させることになるが、
このように異なる位相のベクトル値は、このまま加算す
ることができないので、第1図に示す加算器5、6によ
りYE、YOをそれぞれベクトル的に加算し、安定なベクト
ルYE、YOを求める。ここで、 XE=ΣYE=D・exp(j《φE》) ……(21) XO=ΣYO=D′・exp(j《φO》) ……(22) であり、正確なφE、φOが計測される。
なお、式(20)、式(22)において、D、D′、《φ
E》、《φO》は、それぞれ、加算器5、6により加算し
て得られるベクトルXE、XOの絶対値と位相を表す。式(2
1)において、ΣYEは、第2図(c)の反射信号Cm、Cnに
おける、例えば(m=1、n=2)、(m=3、n=
4)等の(m、n)の組合せに対応した累加であり、送
波間隔(T−TS)に対応する位相差ベクトルYmn(=
YO)を、全てベクトル的に加算する処理である。一方、
式(22)において、ΣYEは、第2図(c)の反射信号
Cm、Cnにおける、例えば(m=2、n=3)等の(m、
n)の組合せに対応した累加であり、送波間隔(T+
TS)に対応する位相差ベクトルYmn(=YE)を、全てベ
クトル的に加算する処理である。
E》、《φO》は、それぞれ、加算器5、6により加算し
て得られるベクトルXE、XOの絶対値と位相を表す。式(2
1)において、ΣYEは、第2図(c)の反射信号Cm、Cnに
おける、例えば(m=1、n=2)、(m=3、n=
4)等の(m、n)の組合せに対応した累加であり、送
波間隔(T−TS)に対応する位相差ベクトルYmn(=
YO)を、全てベクトル的に加算する処理である。一方、
式(22)において、ΣYEは、第2図(c)の反射信号
Cm、Cnにおける、例えば(m=2、n=3)等の(m、
n)の組合せに対応した累加であり、送波間隔(T+
TS)に対応する位相差ベクトルYmn(=YE)を、全てベ
クトル的に加算する処理である。
次に、第2の位相検出手段である位相差計算部7によ
り、XE、XO間の位相差を求める。位相差計算部7の構成
は、前記した第1の位相検出手段である位相差計算部4
と同一であり、位相差計算部7の出力ベクトルUは、
〈XO〉がXOの複素共役を示すものとして、 U=XE・〈XO〉 ……(23) であり、式(21)、式(22)から、 U=D・exp(j《φE》)・〈D′・exp(j《φO》) =DD′・exp{(j《φE》−《φO》)}=DD′・exp
(2jωdTS) =UR+jUI ……(24) となり、Uは、先に説明した異なる位相角を有する自己
相関を表わす関数のベクトルYE、YOを加算して得たXE、XO
の複素共役積である。
り、XE、XO間の位相差を求める。位相差計算部7の構成
は、前記した第1の位相検出手段である位相差計算部4
と同一であり、位相差計算部7の出力ベクトルUは、
〈XO〉がXOの複素共役を示すものとして、 U=XE・〈XO〉 ……(23) であり、式(21)、式(22)から、 U=D・exp(j《φE》)・〈D′・exp(j《φO》) =DD′・exp{(j《φE》−《φO》)}=DD′・exp
(2jωdTS) =UR+jUI ……(24) となり、Uは、先に説明した異なる位相角を有する自己
相関を表わす関数のベクトルYE、YOを加算して得たXE、XO
の複素共役積である。
つぎに、Uを角度計算部8に入力することにより、Q
=2ωdTSなる角度を得る。ここで角度計算部8は、 Q=Tan-1(UI・UR) ……(25) 即ち、偏角を求める偏角計算回路である。
=2ωdTSなる角度を得る。ここで角度計算部8は、 Q=Tan-1(UI・UR) ……(25) 即ち、偏角を求める偏角計算回路である。
ここで、TSは既知であり、除算器(割り算器)9によ
り、 ωd=Q/(2TS) ……(26) としてドップラー効果による周波数偏移量が知られ、反
射体の速度(v)は後で示す式(33)の関係から、反射
体の速度が知られたことになる。
り、 ωd=Q/(2TS) ……(26) としてドップラー効果による周波数偏移量が知られ、反
射体の速度(v)は後で示す式(33)の関係から、反射
体の速度が知られたことになる。
ここで、本発明の方式の場合における計測可能な最大
ドップラー周波数の偏移量は、Qが±πまで不確定性を
生じないことから、 −π/(2TS)<ωd<π/(2TS) ……(27) となる。ここで従来方式の場合においては、 −π/(2T)<ωd<π/(2T) ……(28) であり、本発明の方式では、計測可能な最大ドップラー
周波数の偏移量が、従来方式に比較して、(T/TS)倍に
拡大したことになり、高速血流の計測が可能となる。
ドップラー周波数の偏移量は、Qが±πまで不確定性を
生じないことから、 −π/(2TS)<ωd<π/(2TS) ……(27) となる。ここで従来方式の場合においては、 −π/(2T)<ωd<π/(2T) ……(28) であり、本発明の方式では、計測可能な最大ドップラー
周波数の偏移量が、従来方式に比較して、(T/TS)倍に
拡大したことになり、高速血流の計測が可能となる。
ここで、反射体の速度を求める具体例に関して説明す
る。反射体の速度は先に示した式(9)に基づいて得ら
れる。
る。反射体の速度は先に示した式(9)に基づいて得ら
れる。
θn=−(2π/TO)(Tn+τO+τn) =−(2πTn/TO){1+(2v/c)}+θO ……(9) 第2図(f)に示す位相角度θn(n=2、3)は、以
下の式(29)、式(30)と表される。
下の式(29)、式(30)と表される。
θ2=−(2πT2/TO){1+(2v/c)}+θo ……(2
9) θ3=−(2πT3/TO){1+(2v/c)}+θo ……(3
0) Tnは、先に説明したように第2図(a)に示す第n波形
の送出時刻であるから、 T3=T2+(T+TS) ……(31) であり、式(29)、式(30)、式(31)、第2図(f)
から、 θ3−θ2=−(2π/TO){1+(2v/c)}(T+TS) =ωd(T+TS) ……(32) であるから、 ωd=−(2π/TO){1+(2v/c)} ……(33) となる。ここで、式(26)を変形して得られるQは、式
(33)により、 Q=ωd(2TS)=−(4πTS/TO){1+(2v/c)}
……(34) となる。さらにここで、先に述べたように、参照信号
d、d′の周期TOと、T、TSの間に整数倍の関係がある
とすると、kを自然数として、 (4πTS/TO)=2kπ ……(35) とすると、式(34)は、 Q=−(8πvTS)/(cTO) ……(36) となり、式(36)を変形して、 v=−(cTOQ)/(8πTS) ……(37) として、反射体の速度を得たことになる。
9) θ3=−(2πT3/TO){1+(2v/c)}+θo ……(3
0) Tnは、先に説明したように第2図(a)に示す第n波形
の送出時刻であるから、 T3=T2+(T+TS) ……(31) であり、式(29)、式(30)、式(31)、第2図(f)
から、 θ3−θ2=−(2π/TO){1+(2v/c)}(T+TS) =ωd(T+TS) ……(32) であるから、 ωd=−(2π/TO){1+(2v/c)} ……(33) となる。ここで、式(26)を変形して得られるQは、式
(33)により、 Q=ωd(2TS)=−(4πTS/TO){1+(2v/c)}
……(34) となる。さらにここで、先に述べたように、参照信号
d、d′の周期TOと、T、TSの間に整数倍の関係がある
とすると、kを自然数として、 (4πTS/TO)=2kπ ……(35) とすると、式(34)は、 Q=−(8πvTS)/(cTO) ……(36) となり、式(36)を変形して、 v=−(cTOQ)/(8πTS) ……(37) として、反射体の速度を得たことになる。
以上は簡単のために、一点の反射体についての説明を
行なったが、通常の多数反射体の場合には、第3図に示
すようにωdを各反射体に対して計測し、ωdを一次元
(深度)方向における分布として表示することができ
る。また、乱流のような状況下では、各種周波数成分が
同時に存在するが、その場合には次式で示される、 Arg{ω}=Arg{YE・〈YO〉} ……(38) 平均化しない位相差を、第4図に示すように深度あるい
は時間に対応してそのまま表示することも可能である。
式(38)で、〈YO〉はYOの複素共役を示す。
行なったが、通常の多数反射体の場合には、第3図に示
すようにωdを各反射体に対して計測し、ωdを一次元
(深度)方向における分布として表示することができ
る。また、乱流のような状況下では、各種周波数成分が
同時に存在するが、その場合には次式で示される、 Arg{ω}=Arg{YE・〈YO〉} ……(38) 平均化しない位相差を、第4図に示すように深度あるい
は時間に対応してそのまま表示することも可能である。
式(38)で、〈YO〉はYOの複素共役を示す。
さらに、ベクトルUを、時系列のベクトルUnと考え、 ZN=ΠUn ……(39) なるベクトルを作成し、これをフーリェ変換することに
より通常のフーリェスペクトル類似の表示を行なうこと
も可能である。式(39)にて乗算信号Πは、通常使用さ
れる。n=1、…、nの範囲における積をとることを意
味する。即ち、ZnはU1・U2・…・Unで表される複素積で
あり、ベクトルU1、U2、…Unの位相角の総和がZnの位相
角となる。
より通常のフーリェスペクトル類似の表示を行なうこと
も可能である。式(39)にて乗算信号Πは、通常使用さ
れる。n=1、…、nの範囲における積をとることを意
味する。即ち、ZnはU1・U2・…・Unで表される複素積で
あり、ベクトルU1、U2、…Unの位相角の総和がZnの位相
角となる。
TSの範囲としては、|TS|<Tにおいて、本発明の方
式は利点を有するが、特に、TS<T/2において観察深度
範囲の減少が少ない点におてい有利である。
式は利点を有するが、特に、TS<T/2において観察深度
範囲の減少が少ない点におてい有利である。
[発明の効果] 以上のように本発明においては、一定の周期関係から
周期的にずらしたパルス間隔のバースト波を用いること
により、一定のくり返し周期によるパルス送出する従来
技術よりも、計測可能な速度範囲の広い超音波ドップラ
ー診断装置が得られる。
周期的にずらしたパルス間隔のバースト波を用いること
により、一定のくり返し周期によるパルス送出する従来
技術よりも、計測可能な速度範囲の広い超音波ドップラ
ー診断装置が得られる。
第1図は本発明の一実施例の構成を示すブロック図、第
2図は第1図の各部の信号波形図、第3図、第4図は流
速の各種表示形態を示す説明図である。 1……送受波器、2……物体、3……位相比較器、4、
7……位相差計算部、8……角度計算部、9……割り算
器。
2図は第1図の各部の信号波形図、第3図、第4図は流
速の各種表示形態を示す説明図である。 1……送受波器、2……物体、3……位相比較器、4、
7……位相差計算部、8……角度計算部、9……割り算
器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石川 静夫 国分寺市東恋ヶ窪1丁目280番地 株式 会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 西山 久司 国分寺市東恋ヶ窪1丁目280番地 株式 会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 児玉 真塩 柏市新十余二2−1 株式会社日立メデ イコ研究開発センタ内
Claims (11)
- 【請求項1】パルス状の音波を被検体に繰返し送波し、
該被検体からの反射波の位相変化から前記被検体内部の
反射体の運動を検出する超音波ドップラー診断装置にお
いて、前記パルス状の音波を被検体に繰返し送波する送
波手段であり、その送波のパルス間隔が、互いに異なる
第1、第2の時間間隔である送波手段と、前記パルス状
の音波により生じる前記被検体からの反射波を検出する
受波手段と、第1の時間間隔で送波された複数の超音波
パルスのそれぞれにより生じた複数の反射波同士の間で
の第1の位相差と、第2の時間間隔で送波された複数の
超音波パルスのそれぞれにより生じた複数の反射波同士
の間での第2の位相差とを順次検出する第1の位相差検
出手段と、該第1の位相差検出手段により検出された、
前記第1、第2の位相差の間での位相差を検出する第2
の位相差検出手段と、該第2の位相差検出手段による位
相差と、前記第1、第2の時間間隔の差とから前記被検
体内部の反射体の速度を検出する手段とを有する超音波
ドップラー診断装置。 - 【請求項2】前記第1の位相差検出手段により順次得る
前記第1の位相差の加算と、前記第1の位相差検出手段
により順次得る前記第2の位相差の加算とを行なう加算
手段を有し、前記第2の位相差検出手段は、加算された
前記第1、第2の位相差の間での位相差を検出すること
を特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の超音波ドッ
プラー診断装置。 - 【請求項3】パルス状の音波を被検体に繰返し送波し、
該被検体からの反射波の位相変化から前記被検体内部の
反射体の運動を検出する超音波ドップラー診断装置にお
いて、前記パルス状の音波を被検体に繰返し送波する送
波手段であり、その送波のパルス間隔が互いに異なる第
1、第2の時間間隔である送波手段と、前記パルス状の
音波により生じる前記反射体からの反射波を検出する受
波手段と、該受波手段により得る受波信号と、互いに位
相の異なる第1、第2の参照信号との位相をそれぞれ比
較して、前記受波信号と前記第1の参照信号の位相比較
結果を前記受波信号の実数部、前記受波信号と前記第2
の参照信号の位相比較結果を前記受波信号の虚数部とす
ることにより、前記受波信号を複素信号に変換する複素
信号変換器と、それぞれの前記パルス状の音波の送波後
の反射波により生じた前記複素信号について、前回の送
波後の反射波により生じた複素信号との位相差を検出す
る第1の位相差検出手段と、前記第1の位相差検出手段
から順次得る前記位相差について、前記第1の時間間隔
に基づく第1の位相差と前記第2の時間間隔に基づく第
2の位相差との位相差を検出する第2の位相差検出手段
と、該第2の位相差検出手段による位相差と、前記第
1、第2の時間間隔の差とから前記被検体内部の反射体
の速度を検出する手段とを有する超音波ドップラー診断
装置。 - 【請求項4】前記第1の位相差検出手段により順次得る
前記第1の位相差のベクトル加算と、前記第1の位相差
検出手段により順次得る前記第2の位相差のベクトル加
算とを行なうベクトル加算手段を有し、前記第2の位相
差検出手段は、ベクトル加算された前記第1、第2の位
相差の間での位相差を検出することを特徴とする特許請
求の範囲第3項に記載の超音波ドップラー診断装置。 - 【請求項5】前記第2の位相差検出手段の出力を、時間
軸あるいは空間軸に対して表示することを特徴とする特
許請求の範囲第3項に記載の超音波ドップラー診断装
置。 - 【請求項6】前記第2の位相差検出手段から順次得る位
相差を示すベクトルを累積して乗算し、乗算結果の周波
数変換された結果を表示することを特徴とする特許請求
の範囲第3項に記載の超音波ドップラー診断装置。 - 【請求項7】前記第1の時間間隔が(T+Ts)、第2の
時間間隔が(T−Ts)であり、Ts<T/2であることを特
徴とする特許請求の範囲第3項に記載の超音波ドップラ
ー診断装置。 - 【請求項8】前記第1の時間間隔と前記第2の時間間隔
の時間差が前記参照波の周期の整数倍であることを特徴
とする特許請求の範囲第3項に記載の超音波ドップラー
診断装置。 - 【請求項9】一定の繰返し周期の超音波を被検体内に放
射し送信信号と受信信号とを比較して運動反射体の距離
および速度を検出する超音波ドップラー診断装置におい
て、2個の異なる繰返し周期の超音波を発生させ、この
超音波を切り替えて前記被検体内の同一方向に向けて出
力する送信回路部と、前記2個の超音波ドップラー受信
信号からそれぞれ運動反射体の速度を演算する速度演算
器と、同一方向に向けて後に放射された超音波に基づい
て前記速度演算器から得た第2の速度信号と同一方向に
向けて先に放射された超音波に基づいて前記速度演算器
から得た第1の速度信号との差を演算してこの差の速度
信号から運動反射体の速度を求める減算器と、を備え、
運動反射体の速度を求めることを特徴とする超音波ドッ
プラー診断装置。 - 【請求項10】一定の繰返し周期の超音波を被検体内に
放射し送信信号と受信信号とを比較して運動反射体の距
離および速度を検出する超音波ドップラー診断装置にお
いて、2個の異なる繰返し周期の超音波を発生させ、こ
の超音波を切り替えて前記被検体内の同一方向に向けて
出力する送信回路部と、被検体内から得られたドップラ
ー信号と複素参照波とを混合検波して複素信号に変換す
る複素信号変換器と、前記複素信号の自己相関を演算す
る自己相関器と、同一方向に向けて後に放射された超音
波に基づいて前記自己相関器から得た第2の自己相関信
号と同一方向に向けて先に放射された超音波に基づいて
前記自己相関器から得た第1の自己相関信号との共役積
を演算する複素演算器及び算出された共役積の偏角を算
出する偏角演算器から成り前記偏角演算器の出力に基づ
いて運動反射体の速度を求める速度演算器と、を備え、
運動反射体の速度を求めることを特徴とする超音波ドッ
プラー診断装置。 - 【請求項11】パルス状の音波を被検体に繰返し送波
し、該被検体からの反射波の位相変化から前記被検体内
部の反射体の運動を検出する超音波ドップラー診断装置
において、前記パルス状の音波を被検体に繰返し送波す
る送波手段であり、その送波のパルス間隔が、互いに異
なる第1、第2の時間間隔である送波手段と、前記パル
ス状の音波により生じる前記被検体からの反射波を検出
する受波手段と、第1の時間間隔で送波された複数の超
音波パルスのそれぞれにより生じた複数の反射波同士の
間での第1の位相差と、第2の時間間隔で送波された複
数の超音波パルスのそれぞれにより生じた複数の反射波
同士の間での第2の位相差とを順次検出する第1の位相
差検出手段と、該第1の位相差検出手段により検出され
た、前記第1、第2の位相差の間での位相差を検出する
第2の位相差検出手段とを有し、該第2の位相差検出手
段から順次得る位相差を示すベクトルを累積して乗算
し、乗算結果の周波数変換された結果を表示することを
特徴とする超音波ドップラー診断装置。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61010117A JP2544342B2 (ja) | 1986-01-22 | 1986-01-22 | 超音波ドップラ―診断装置 |
DE3701786A DE3701786C2 (de) | 1986-01-22 | 1987-01-22 | Ultraschall-Geschwindigkeitsmeßvorrichtung |
US07/005,900 US4751847A (en) | 1986-01-22 | 1987-01-22 | Ultrasonic velocity meter |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61010117A JP2544342B2 (ja) | 1986-01-22 | 1986-01-22 | 超音波ドップラ―診断装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS62169073A JPS62169073A (ja) | 1987-07-25 |
JP2544342B2 true JP2544342B2 (ja) | 1996-10-16 |
Family
ID=11741357
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP61010117A Expired - Lifetime JP2544342B2 (ja) | 1986-01-22 | 1986-01-22 | 超音波ドップラ―診断装置 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4751847A (ja) |
JP (1) | JP2544342B2 (ja) |
DE (1) | DE3701786C2 (ja) |
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---|---|---|---|---|
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JP2640657B2 (ja) * | 1987-09-24 | 1997-08-13 | 株式会社日立メディコ | 超音波ドプラ計 |
US4955386A (en) * | 1987-11-27 | 1990-09-11 | Hitachi, Ltd. | Pulse doppler flow speed meter |
JPH01270859A (ja) * | 1988-04-22 | 1989-10-30 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 超音波ドップラ血流計および血流速度測定法 |
US4905206A (en) * | 1988-06-22 | 1990-02-27 | Hitachi Medical Corporation | Ultrasonic doppler flow meter |
US4995397A (en) * | 1988-09-30 | 1991-02-26 | Hitachi, Ltd. | Pulse doppler flow speed meter |
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US5088498A (en) * | 1988-10-17 | 1992-02-18 | The Board Of Regents Of The University Of Washington | Ultrasonic plethysmograph |
JPH07106202B2 (ja) * | 1988-12-21 | 1995-11-15 | 松下電器産業株式会社 | 超音波ドップラ血流計 |
JPH03228752A (ja) * | 1990-02-05 | 1991-10-09 | Hitachi Ltd | 高限界速パルスドプラ計測装置 |
JP2759710B2 (ja) * | 1990-08-09 | 1998-05-28 | 古野電気株式会社 | 水中探知装置 |
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AU652699B2 (en) * | 1990-09-26 | 1994-09-01 | Rowe, Deines Instruments Incorporated | Broadband acoustic doppler current profiler |
EP0546623B1 (fr) * | 1991-12-11 | 1997-09-24 | Laboratoires D'electronique Philips S.A.S. | Echographe ultrasonore pour la mesure de vitesses élevées d'écoulements sanguins |
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US6052334A (en) * | 1998-08-04 | 2000-04-18 | Rowe-Deines Instruments | System and method for measuring wave directional spectrum and wave height |
US6262942B1 (en) | 1999-03-26 | 2001-07-17 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Turbulence-resolving coherent acoustic sediment flux probe device and method for using |
EP1480056A1 (de) * | 2003-05-22 | 2004-11-24 | Delphi Technologies, Inc. | Verfahren zur Bereichsüberwachung |
JP4504004B2 (ja) * | 2003-12-17 | 2010-07-14 | 株式会社東芝 | 超音波診断装置 |
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US8254208B2 (en) * | 2008-12-08 | 2012-08-28 | Teledyne Rd Instruments, Inc. | Multi-state beamforming array |
US8654607B2 (en) * | 2009-05-27 | 2014-02-18 | Teledyne Rd Instruments, Inc. | System and method for determining wave characteristics from a moving platform |
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---|---|---|---|---|
JPS50129063A (ja) * | 1974-03-29 | 1975-10-11 | ||
FR2440002A1 (fr) * | 1978-10-24 | 1980-05-23 | Thomson Csf | Procede et dispositif de visualisation de cibles mobiles, notamment dans un equipement radar a periode de repetition variable |
JPS6048734A (ja) * | 1983-08-25 | 1985-03-16 | 株式会社東芝 | 超音波流体観測装置 |
CA1246732A (en) * | 1984-06-23 | 1988-12-13 | Aloka Co., Ltd. | Doppler signal frequency converter |
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-
1986
- 1986-01-22 JP JP61010117A patent/JP2544342B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1987
- 1987-01-22 DE DE3701786A patent/DE3701786C2/de not_active Expired - Fee Related
- 1987-01-22 US US07/005,900 patent/US4751847A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS62169073A (ja) | 1987-07-25 |
US4751847A (en) | 1988-06-21 |
DE3701786A1 (de) | 1987-08-06 |
DE3701786C2 (de) | 1997-06-05 |
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