JP2640657B2 - 超音波ドプラ計 - Google Patents
超音波ドプラ計Info
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- JP2640657B2 JP2640657B2 JP62237211A JP23721187A JP2640657B2 JP 2640657 B2 JP2640657 B2 JP 2640657B2 JP 62237211 A JP62237211 A JP 62237211A JP 23721187 A JP23721187 A JP 23721187A JP 2640657 B2 JP2640657 B2 JP 2640657B2
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- doppler
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- 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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- G—PHYSICS
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- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P5/00—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft
- G01P5/24—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring the direct influence of the streaming fluid on the properties of a detecting acoustical wave
- G01P5/241—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring the direct influence of the streaming fluid on the properties of a detecting acoustical wave by using reflection of acoustical waves, i.e. Doppler-effect
- G01P5/244—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring the direct influence of the streaming fluid on the properties of a detecting acoustical wave by using reflection of acoustical waves, i.e. Doppler-effect involving pulsed waves
-
- G—PHYSICS
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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
装置に関する。
し、とくに生体内の血流速度をリアルタイムで計測する
装置に関する。
音波のドプラ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、位相差検出によるパル
スドプラ法（例えば、Brandestini.M:Aapplication of
the phase etection principle in a transutanious ve
locity profile meter.Proc.of the Second European C
ongrass on Ulrtasonics in Medicine,P.144,1975.）を
用いる装置では、送波パルスをバースト状のものとし、
送波パルス間隔毎の受信信号の位相差を計測することに
より全計測深度の各部位の速度を実時間で計測すること
が可能である。このような装置は、例えばプロシーディ
ングス・オブ・セカンド・ヨーロピアン・コングレス・
オン・ウルトラソニックス・イン・メディシン（Proe.o
f the Second European Congress on Ulrtasonics in M
edicine.）,1975,第144頁に記載されている。
のものが知られている。とくに、位相差検出によるパル
スドプラ法（例えば、Brandestini.M:Aapplication of
the phase etection principle in a transutanious ve
locity profile meter.Proc.of the Second European C
ongrass on Ulrtasonics in Medicine,P.144,1975.）を
用いる装置では、送波パルスをバースト状のものとし、
送波パルス間隔毎の受信信号の位相差を計測することに
より全計測深度の各部位の速度を実時間で計測すること
が可能である。このような装置は、例えばプロシーディ
ングス・オブ・セカンド・ヨーロピアン・コングレス・
オン・ウルトラソニックス・イン・メディシン（Proe.o
f the Second European Congress on Ulrtasonics in M
edicine.）,1975,第144頁に記載されている。
上記のパルスドプラ法では、送波の繰り返し周期をＴ
とすれば、測定可能な最高ドプラ変位周波数Fdは1/2Tと
なり、一方、音波伝播速度（音速）をＣとすれば計測可
能深度ＤはTC/2となる。したがって、FdとＤの積はC/4
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。
とすれば、測定可能な最高ドプラ変位周波数Fdは1/2Tと
なり、一方、音波伝播速度（音速）をＣとすれば計測可
能深度ＤはTC/2となる。したがって、FdとＤの積はC/4
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。
そこで、本発明の目的は、上記の限界を除去し、深部
に於いても高速の物体速度を測定可能とする超音波ドプ
ラ計を提供することにある。
に於いても高速の物体速度を測定可能とする超音波ドプ
ラ計を提供することにある。
本発明ではあらかじめ連続する送波パルス間の受信信
号の位相差ベクトル（ドプラ周波数または速度に対応）
を求め、さらに、連続する二個の位相差ベクトルから位
相差の差、（ドプラ周波数の差（以下、差分ドプラ周波
数とよぶ）または物体の加速度に対応）を計測すること
により、速度を演算により求めるものである。これによ
り高速速度を正確に計測することが可能となる。
号の位相差ベクトル（ドプラ周波数または速度に対応）
を求め、さらに、連続する二個の位相差ベクトルから位
相差の差、（ドプラ周波数の差（以下、差分ドプラ周波
数とよぶ）または物体の加速度に対応）を計測すること
により、速度を演算により求めるものである。これによ
り高速速度を正確に計測することが可能となる。
以下、図を用いて本発明の作用を説明する。第２図は
本発明の説明図である。送波パルスを繰り返し周期Ｔで
等時間間隔に送波するとし、移動血球からの受波信号の
ベクトルをVi、位相をθｉ、とする。次に、時間Ｔ内の
位相変化（位相差）Δθｉを求めると、これはドプラ周
波数ωdiと次式の関係がある。すなわち、 ωdi＝［２ω0/C］・Ｖ （１） ＝Δθi/T （２） ＝（θi+1−θｉ）/T,（ｉ＝0,1,2,…） （３） ただし、 T:パルス繰り返し周期 V:血球速度 ω0:超音波周波数 C:音速 である。
本発明の説明図である。送波パルスを繰り返し周期Ｔで
等時間間隔に送波するとし、移動血球からの受波信号の
ベクトルをVi、位相をθｉ、とする。次に、時間Ｔ内の
位相変化（位相差）Δθｉを求めると、これはドプラ周
波数ωdiと次式の関係がある。すなわち、 ωdi＝［２ω0/C］・Ｖ （１） ＝Δθi/T （２） ＝（θi+1−θｉ）/T,（ｉ＝0,1,2,…） （３） ただし、 T:パルス繰り返し周期 V:血球速度 ω0:超音波周波数 C:音速 である。
以上は従来技術による速度計測である。本発明ではさ
らにドプラ周波数ωdiの差（差分ドプラ周波数）Δωｉ
を計測する。第２図に示すように、ドプラ周波数ωdiと
差分ドプラ周波数Δωｉとの間には次式の関係 Δωｉ＝ωdi+1−ωdi,（ｉ＝0,1,2,…） （４） がある。したがって、初期条件としてドプラ周波数ωd0
が与えられれば、逐次各時刻のドプラ周波数ωdiを得る
ことが出来る。
らにドプラ周波数ωdiの差（差分ドプラ周波数）Δωｉ
を計測する。第２図に示すように、ドプラ周波数ωdiと
差分ドプラ周波数Δωｉとの間には次式の関係 Δωｉ＝ωdi+1−ωdi,（ｉ＝0,1,2,…） （４） がある。したがって、初期条件としてドプラ周波数ωd0
が与えられれば、逐次各時刻のドプラ周波数ωdiを得る
ことが出来る。
第１図は本発明の実施例であり、10は復調器、11はA/
D変換器、12はMTI（Movinng Target Indicator移動物体
表示器）フィルター、13−1,13−2,13−３は遅延素子、
14−1,14−２は第１および第２自己相関演算器、15は差
分ドプラ周波数Δωｉ演算器、16は加算器、17は切換
器、18はドプラ周波数ωdi演算器である。なお、第１の
自己相関演算器14−１の出力は通常、累加処理により、
信号対雑音比を向上させているが、この累加処理を第１
の自己相関演算器14−１に含ませても以下の説明は同一
である。端子Ａは受波信号入力端子、端子Ｂは従来技術
によるドプラ周波数出力端子、端子Ｃは本発明によるド
プラ周波数出力端子、端子Ｄは切換器17の制御信号入力
端子であり、制御信号有りのときはドプラ周波数演算器
18の出力が、制御信号無しのときは遅延素子13−３の出
力が加算器16に入力するように切換えられる。またドプ
ラ周波数演算器18の出力は切換器17の一方の入力とな
り、加算器16の出力は遅延素子13−３をへて、切換器17
の他方の入力となる。
D変換器、12はMTI（Movinng Target Indicator移動物体
表示器）フィルター、13−1,13−2,13−３は遅延素子、
14−1,14−２は第１および第２自己相関演算器、15は差
分ドプラ周波数Δωｉ演算器、16は加算器、17は切換
器、18はドプラ周波数ωdi演算器である。なお、第１の
自己相関演算器14−１の出力は通常、累加処理により、
信号対雑音比を向上させているが、この累加処理を第１
の自己相関演算器14−１に含ませても以下の説明は同一
である。端子Ａは受波信号入力端子、端子Ｂは従来技術
によるドプラ周波数出力端子、端子Ｃは本発明によるド
プラ周波数出力端子、端子Ｄは切換器17の制御信号入力
端子であり、制御信号有りのときはドプラ周波数演算器
18の出力が、制御信号無しのときは遅延素子13−３の出
力が加算器16に入力するように切換えられる。またドプ
ラ周波数演算器18の出力は切換器17の一方の入力とな
り、加算器16の出力は遅延素子13−３をへて、切換器17
の他方の入力となる。
かかる構成によれば、受波信号は端子Ａから入力し復
調器10により実部（REAL PART）と虚部（IMAGINARY P
ART）と各々復調される。復調信号はA/D変換器11により
デジタル化され、MTIフィルターに入力する。すでに知
られているように、MTIフィルターにより固定物体から
の強力な受波信号は除去され、血球からの微弱な受波信
号のみ出力する。第２図および第５図に示したように、
ｉ番目の繰り返しパルスの時刻の受波信号のベクトルVi
は Vi＝exp（ｊθｉ） （５） ただし、θｉは位相であり、振幅項は除外である（第５
図（ａ））。
調器10により実部（REAL PART）と虚部（IMAGINARY P
ART）と各々復調される。復調信号はA/D変換器11により
デジタル化され、MTIフィルターに入力する。すでに知
られているように、MTIフィルターにより固定物体から
の強力な受波信号は除去され、血球からの微弱な受波信
号のみ出力する。第２図および第５図に示したように、
ｉ番目の繰り返しパルスの時刻の受波信号のベクトルVi
は Vi＝exp（ｊθｉ） （５） ただし、θｉは位相であり、振幅項は除外である（第５
図（ａ））。
遅延素子13−１および第１の自己相関器14−１により
位相差ベクトルUiが次式のようにもとまる。
位相差ベクトルUiが次式のようにもとまる。
Ui＝Vi+1・Vi ＊（＊：複素共役） （６） ＝exp（ｊΔθｉ），（Δθｉ＝θi+1−θｉ） （７） ＝UR＋jUI,（UR:実部,UI:虚部） （８） （第５図（ｂ）参照） この位相差ベクトルUiは遅延素子13−２をへて、ドプ
ラ周波数演算器18に入力し、ドプラ周波数ωdiが次式に
より 求められ、端子Ｂより出力する。これは従来法によるド
プラ周波数の計測であり、探触子に近づく場合は０〜π
/Tの範囲で表示し、遠ざかる場合は、０〜−π/Tの範囲
で表示されるため、この範囲を超えたドプラ周波数はい
わゆるエリアシング（aliasing）し、誤動作を生ずる。
ラ周波数演算器18に入力し、ドプラ周波数ωdiが次式に
より 求められ、端子Ｂより出力する。これは従来法によるド
プラ周波数の計測であり、探触子に近づく場合は０〜π
/Tの範囲で表示し、遠ざかる場合は、０〜−π/Tの範囲
で表示されるため、この範囲を超えたドプラ周波数はい
わゆるエリアシング（aliasing）し、誤動作を生ずる。
本発明はドプラ周波数演算器18を用いず、位相差ベク
トルから以下の処理を実行するものである。
トルから以下の処理を実行するものである。
すなわち、遅延素子13−２および第２の自己相関器14
−２により位相差の差分ベクトルSiが次式のようにもと
まる。
−２により位相差の差分ベクトルSiが次式のようにもと
まる。
Si＝Ui+1・Ui ＊ （10） ＝exp（ｊΔΔθｉ），（ΔΔθｉ＝Δθi+1−Δθｉ）
（11） ＝SR＋jSI （11） （第５図（ｃ）参照） この位相差の差分ベクトルSiは差分ドプラ周波数演算
器15に入力し、差分ドプラ周波数Δωｉが次式により 求められ、加算器16の一方の入力となる。
（11） ＝SR＋jSI （11） （第５図（ｃ）参照） この位相差の差分ベクトルSiは差分ドプラ周波数演算
器15に入力し、差分ドプラ周波数Δωｉが次式により 求められ、加算器16の一方の入力となる。
切換器17の動作は以下の通りである。まず、端子Ｄに
制御信号を入力し、ドプラ周波数演算器18の出力（初期
値）ωd0を切換器17をへて、加算器16において、差分ド
プラ周波数演算器15の出力Δω０と加算することによ
り、ドプラ周波数ωd1をもとめる。
制御信号を入力し、ドプラ周波数演算器18の出力（初期
値）ωd0を切換器17をへて、加算器16において、差分ド
プラ周波数演算器15の出力Δω０と加算することによ
り、ドプラ周波数ωd1をもとめる。
ωd1＝Δω０＋ωd0 ついで、端子Ｄの制御信号を無しとして、加算器16の出
力を遅延素子13−３、および切換器17をへて加算器16に
入力し、差分ドプラ周波数Δω１と加算することにより
ドプラ周波数ωd2を求める。すなわち、 ωd2＝Δω１＋ωd1 である。
力を遅延素子13−３、および切換器17をへて加算器16に
入力し、差分ドプラ周波数Δω１と加算することにより
ドプラ周波数ωd2を求める。すなわち、 ωd2＝Δω１＋ωd1 である。
以下、同様の処理を繰り返すことにより、逐次、ドプ
ラ周波数ωdiを求めることができる。すなわち、ｉ番目
の繰り返しパルスにおけるドプラ周波数ωdiと差分ドプ
ラ周波数Δωｉとから（ｉ＋１）番目の繰り返しパルス
におけるドプラ周波数ωd,i+1が次式のようにもとめら
れる。
ラ周波数ωdiを求めることができる。すなわち、ｉ番目
の繰り返しパルスにおけるドプラ周波数ωdiと差分ドプ
ラ周波数Δωｉとから（ｉ＋１）番目の繰り返しパルス
におけるドプラ周波数ωd,i+1が次式のようにもとめら
れる。
ωd,i+1＝Δωｉ＋ωdi （14） 本発明の実施例を第３図を用いて、さらに詳細に説明
する。
する。
同図（ａ）は血流速度計測の模式図であり、１は超音
波探触子、２はビーム方向、Ｐは注目する計測点、LAは
左房、LVは左室、RVは右室、Aoは動脈、IVSは中隔、矢
印は血流方向である。第４図（ａ−１）は点Ｐにおける
速度の時間変化を表わし、高速であるため、ドプラ周波
数ωdiがπ/Tを超え、エリアシングしていることを示し
ている。
波探触子、２はビーム方向、Ｐは注目する計測点、LAは
左房、LVは左室、RVは右室、Aoは動脈、IVSは中隔、矢
印は血流方向である。第４図（ａ−１）は点Ｐにおける
速度の時間変化を表わし、高速であるため、ドプラ周波
数ωdiがπ/Tを超え、エリアシングしていることを示し
ている。
同図（ｂ−１）は、点Ｐにおける差分ドプラ周波数の
時間変化を表わし、エリアシングしていない状態であ
る。前述の式（４）により差分ドプラ周波数より求めた
ドプラ周波数は同図（ａ−１）に点線で示すようにエリ
アシングしていない。
時間変化を表わし、エリアシングしていない状態であ
る。前述の式（４）により差分ドプラ周波数より求めた
ドプラ周波数は同図（ａ−１）に点線で示すようにエリ
アシングしていない。
一方、エリアシングしておらず、異常血流が存在する
場合を第３図（ｂ）に示す。この場合は中隔欠損により
逆流が発生している場合である。このときのドプラ周波
数および差分ドプラ周波数の時間変化をそれぞれ第４図
（ａ−２）および（ｂ−２）に示す。この場合は、ドプ
ラ周波数はエリアシングしておらず、差分ドプラ周波数
からもとめたドプラ周波数と一致する。
場合を第３図（ｂ）に示す。この場合は中隔欠損により
逆流が発生している場合である。このときのドプラ周波
数および差分ドプラ周波数の時間変化をそれぞれ第４図
（ａ−２）および（ｂ−２）に示す。この場合は、ドプ
ラ周波数はエリアシングしておらず、差分ドプラ周波数
からもとめたドプラ周波数と一致する。
以上の説明ではドプラ周波数および差分ドプラ周波数
の演算は自己相関によりもとめているが種々の演算方式
（例えば、特願昭61−230887）を適用した場合も本発明
は有効である。また、加速度として差分ドプラ周波数を
用いる場合について説明したが、複数個のドプラ周波数
から一次近似により直線を求め、その勾配から加速度を
求めることも可能である。また以上の説明では超音波診
断装置の全体構成例えばセクタスキャナの送受偏向回
路，前置増幅器，探触子，表示器などを省略した。
の演算は自己相関によりもとめているが種々の演算方式
（例えば、特願昭61−230887）を適用した場合も本発明
は有効である。また、加速度として差分ドプラ周波数を
用いる場合について説明したが、複数個のドプラ周波数
から一次近似により直線を求め、その勾配から加速度を
求めることも可能である。また以上の説明では超音波診
断装置の全体構成例えばセクタスキャナの送受偏向回
路，前置増幅器，探触子，表示器などを省略した。
本発明は平板探触子およびそれを用いたメカニカルス
キャナや、セクタおよびリニア電子走査型装置などにお
けるドプラ流速計測に有効である。
キャナや、セクタおよびリニア電子走査型装置などにお
けるドプラ流速計測に有効である。
また、以上の説明では、超音波について説明したが、
光，電磁波，レーザなどの一般の波動に対しても本発明
は有効である。
光，電磁波，レーザなどの一般の波動に対しても本発明
は有効である。
このように、本発明によれば、送波パルス間隔できま
る限界以上の高速血流速度を正確に計測することが可能
となり、臨床上、益する所大である。
る限界以上の高速血流速度を正確に計測することが可能
となり、臨床上、益する所大である。
また、他の効果として、加速度パラメータは左室収縮
性など心機能評価に有効である。
性など心機能評価に有効である。
第１図は本発明の実施例、第２図，第３図，第４図及び
第５図はその説明図である。 符号の説明 10……復調器、11……A/D変換器、12……MTIフィルタ
ー、13……遅延素子、14……自己相関器、15……差分ド
プラ周波数演算器、 16……加算器、17……切換器、18……ドプラ周波数演算
器。
第５図はその説明図である。 符号の説明 10……復調器、11……A/D変換器、12……MTIフィルタ
ー、13……遅延素子、14……自己相関器、15……差分ド
プラ周波数演算器、 16……加算器、17……切換器、18……ドプラ周波数演算
器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石川 静夫 東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭61−25527（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−98243（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−16746（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−34538（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】検査対象に一定の繰り返し周期を有する超
音波パルスを送信し、前記検査対象からの反射信号を受
信する送受信手段と、受信信号を複素信号に変換する手
段と、前記検査対象中の固定物に基づく受信信号を除去
するフイルターと、時間的に隣接して先と後に受信され
た受信信号の間で位相差ベクトルを求める第１の自己相
関器と、隣接する前記位相差ベクトルの差ベクトルを求
める第２の自己相関器とを具備する超音波ドプラ計にお
いて、前記第２の自己相関器の出力である前記差ベクト
ルから、時間的に隣接して先と後に得られる前記位相差
ベクトルにそれぞれ対応するドプラ周波数の差を表わす
差分ドプラ周波数を求める手段と、前記の先に得られる
前記位相差ベクトルに対応する前記ドプラ周波数に前記
差分ドプラ周波数を加算して、前記の後に得られる前記
位相差ベクトルに対応する前記ドプラ周波数を求める手
段とを有することを特徴とする超音波ドプラ計。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62237211A JP2640657B2 (ja) | 1987-09-24 | 1987-09-24 | 超音波ドプラ計 |
| US07/230,972 US4884448A (en) | 1987-09-24 | 1988-08-11 | Ultrasonic doppler meter |
| DE3828398A DE3828398C2 (de) | 1987-09-24 | 1988-08-20 | Doppler-Meßgerät |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62237211A JP2640657B2 (ja) | 1987-09-24 | 1987-09-24 | 超音波ドプラ計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6480351A JPS6480351A (en) | 1989-03-27 |
| JP2640657B2 true JP2640657B2 (ja) | 1997-08-13 |
Family
ID=17012029
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62237211A Expired - Fee Related JP2640657B2 (ja) | 1987-09-24 | 1987-09-24 | 超音波ドプラ計 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4884448A (ja) |
| JP (1) | JP2640657B2 (ja) |
| DE (1) | DE3828398C2 (ja) |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03228752A (ja) * | 1990-02-05 | 1991-10-09 | Hitachi Ltd | 高限界速パルスドプラ計測装置 |
| US5062088A (en) * | 1990-10-09 | 1991-10-29 | Lundahl Instruments, Inc. | Acoustic measuring system |
| JPH0839831A (ja) * | 1994-05-23 | 1996-02-13 | Canon Inc | インクタンクカートリッジ及び該タンクに対するインク充填器 |
| US5669386A (en) * | 1996-07-31 | 1997-09-23 | Hewlett-Packard Company | Ultrasonic flow measurement system employing cross-correlation of baseband reflection data |
| US6537222B1 (en) * | 1997-08-26 | 2003-03-25 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Methods for the detection of contrast agents in ultrasonic imaging |
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