DE102009019497A1

DE102009019497A1 - Verfahren zur Untersuchung eines Mediums

Info

Publication number: DE102009019497A1
Application number: DE102009019497A
Authority: DE
Inventors: Miroslaw Wrobel
Original assignee: Wittenstein SE
Current assignee: Passerro De GmbH
Priority date: 2009-05-04
Filing date: 2009-05-04
Publication date: 2010-11-11
Anticipated expiration: 2029-05-05
Also published as: US8272269B2; US20100275690A1; DE102009019497B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Untersuchung eines Mediums (19), aufweisend die Schritte:
- Senden eines Messeingangssignals (4), umfassend zumindest eine Messfrequenz, wobei das Messeingangssignal (4) in ein Medium (19) eingekoppelt wird;
- Empfang eines aus dem Medium (19) heraustretenden Messausgangssignals (9);
- Senden eines Gegenmesseingangssignals (13), umfassend zumindest eine Gegenmessfrequenz, wobei die Gegenmessfrequenz im Wesentlichen der Messfrequenz entspricht, und wobei das Gegenmesseingangssignal (13) gleichzeitig und gegenläufig zum Messeingangssignal (4) in das Medium (19) eingekoppelt wird;
- Empfang eines aus dem Medium (19) heraustretenden Gegenmessausgangssignals (16);
- Berechnung einer Dopplerkorrektur durch Vergleich des Gegenmesseingangssignals (13) mit dem Gegenmessausgangssignal (16) bezüglich der Gegenmessfrequenz und durch Vergleich des Messeingangssignals (4) mit dem Messausgangssignal (9) bezüglich der Messfrequenz;
- Berechnung einer Phasenverschiebung zwischen der zumindest einen Messfrequenz des Messeingangssignals (4) und der korrespondierenden Messfrequenz des Messausgangssignals (9);
- Korrektur der Phasenverschiebung um die Dopplerkorrektur.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Untersuchung eines Mediums nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der WO 2007/000047 ist ein Ultraschallinterferometer bekannt, welches nach dem Konzept der gleichzeitigen mehrfachen Frequenzen arbeitet. Dabei wird ein zu klassifizierendes Medium von Ultraschallwellen von diesen mehrfachen Frequenzen durchlaufen und danach wird für jede dieser Frequenzen eine Phasenverschiebung bestimmt. Aufgrund dieser Gruppe an Phasenverschiebungen kann das Medium verschiedenartig klassifiziert werden, weil bestimmte Eigenschaften bestimmter Medien bestimmte Phasenverschiebungen an Wellen mit bestimmten durch das Medium laufenden Frequenzen hervorrufen. Weiterhin kann mit dieser Vorrichtung auch der Zustand eines Prozesses ermittelt werden.
Bei der beschriebenen Vorrichtung bleibt jedoch eine Phasenverschiebung, die durch dynamische Prozesse im Medium, wie beispielsweise Bewegungen, unbeachtet und diese auch Dopplerverschiebung genannte Phasenverschiebung verfälscht die aufgrund beispielsweise von Materialkonstanten erwünschte zu bestimmende Phasenverschiebung.
Mit anderen Worten ist es mit dem bekannten Ultraschallinterferometer nicht möglich die eigentliche zur Klassifizierung des Mediums notwendige Phasenverschiebung unabhängig von einer gegebenenfalls durch Bewegung im Medium erzeugten Dopplerverschiebung zu erhalten.
Damit besteht bei der bekannten Vorrichtung die Gefahr einer Fehlklassifikation durch die Verfälschung der zur korrekten Klassifikation notwendigen Phasenverschiebung durch die Dopplerverschiebung.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die oben genannten Nachteile zu vermeiden und bei der Bestimmung einer Phasenverschiebung nach Durchlauf durch das Medium eine Dopplerverschiebung zu berücksichtigen.
Diese Aufgabe wird durch die vorliegende Erfindung nach der Lehre des Hauptanspruchs gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Erfindungsgemäß wird das Problem dadurch gelöst, dass das Verfahren zur Untersuchung eines Mediums die folgenden Schritte aufweist:

– Senden eines Messeingangssignals umfassend zumindest eine Messfrequenz, wobei das Messeingangssignal in ein Medium eingekoppelt wird;
– Empfang eines aus dem Medium heraustretenden Messausgangssignals;
– Senden eines Gegenmesseingangssignals umfassend zumindest eine Gegenmessfrequenz, wobei die Gegenmessfrequenz im Wesentlichen der Messfrequenz entspricht, und wobei das Gegenmesseingangssignal gleichzeitig und gegenläufig zum Messeingangssignal in das Medium eingekoppelt wird;
– Empfang eines aus dem Medium heraustretenden Gegenmessausgangssignals;
– Berechnung einer Dopplerkorrektur durch Vergleich des Gegenmesseingangssignals mit dem Gegenmessausgangssignal bezüglich der Ge genmessfrequenz und durch Vergleich des Messeingangssignals mit dem Messausgangssignal bezüglich der Messfrequenz;
– Berechnung einer Phasenverschiebung zwischen der zumindest einen Messfrequenz des Messeingangssignals und der korrespondierenden Messfrequenz des Messausgangssignals;
– Korrektur der Phasenverschiebung um die Dopplerkorrektur.

Bei der Untersuchung eines Mediums auf bestimmte beispielsweise physikalische oder chemikalische Eigenschaften kommen häufig konstante Messfrequenzen zum Einsatz, die in Form eines Messeingangssignals in das zu untersuchende Medium eingekoppelt werden. Dabei ist die Anzahl der Messfrequenzen grundsätzlich ohne Belang. Einfach gesagt kann mit jeder zusätzlichen Messfrequenz eine zusätzliche Eigenschaft bestimmt werden und die Untersuchung wird somit vereinfacht. Im Folgenden wird zunächst zumindest von einer solchen Messfrequenz ausgegangen.
Die Messfrequenz im Messeingangssignal ist grundsätzlich frei wählbar, kann aber beispielsweise von der zu bestimmenden Eigenschaft abhängig sein. Während eines Messdurchlaufs ist die Messfrequenz aber insbesondere konstant, kann aber von Messdurchlauf zu Messdurchlauf verändert werden.
Das Messeingangssignal wird sodann in das zu untersuchende Medium eingekoppelt. Danach durchläuft das eingekoppelte Messeingangssignal das Medium und tritt beispielsweise an einer gegenüberliegenden Stelle als Messausgangssignal aus dem Medium heraus. Dort wird das aus dem Medium heraustretende Messausgangssignal abgegriffen und empfangen.
Gleichzeitig zur Aussendung bzw. Einkopplung des Messeingangssignals wird ein Gegenmesseingangssignal gesendet. Dieses Gegenmesseingangssignal muss die Messfrequenz des Messeingangssignals im Wesentlichen als Gegenmessfrequenz umfassen. Diese wird bevorzugt fest gewählt. Bei Vorhandensein mehrerer Messfrequenzen im Messeingangs signal muss das Gegenmesseingangssignal zumindest eine davon als Gegenmessfrequenz umfassen. Durch die im Wesentliche identische Frequenz im Gegenmesseingangssignal und im Messeingangssignal kann sichergestellt werden, dass beide Signale einer vergleichbaren Dopplerverschiebung unterliegen.
Weiterhin wird das Gegenmesseingangssignal gegenläufig zum Messeingangssignal in das Medium eingekoppelt. Damit durchlaufen im Ergebnis zwei vergleichbare Frequenzen – nämlich die Messfrequenz und die Gegenmessfrequenz – das zu untersuchende Medium in umgekehrter Richtung. Richtungsabhängige Eigenschaften des zu untersuchenden Mediums können durch Nutzung dieser genau genommen zwei Messabläufe bestimmt werden.
Das in das Medium eingekoppelte Gegenmesseingangssignal durchläuft das zu untersuchende Medium und tritt beispielsweise an der gegenüberliegenden Seite aus dem Medium als Gegenmessausgangssignal aus. Dort kann es als Gegenmessausgangssignal abgegriffen bzw. empfangen werden.
Im Ergebnis sind also vier Signale vorhanden, nämlich das Gegenmesseingangssignal, das Gegenmessausgangssignal, das Messeingangssignal und Messausgangssignal. Anzumerken ist jedoch, dass das Messeingangssignal und das Gegenmesseingangssignal sich gleichen können, sofern beide nur die eine Frequenz als Messfrequenz bzw. Gegenmessfrequenz umfassen.
Zur Bestimmung der interessierenden Eigenschaften wird – wie bereits aus dem Stand der Technik bekannt – eine Bestimmung der Phasenverschiebung zwischen der zumindest einen Messfrequenz des Messeingangssignals und der korrespondierenden Messfrequenz des Messausgangssignals durchgeführt. Damit lassen sich phasenabhängige Eigenschaften bestimmen bzw. das Medium klassifizieren.
Diese bezüglich der Messfrequenz berechnete Phasenverschiebung allein betrachtet enthält zwei Phasenverschiebungskomponenten, nämlich zumindest eine Materialkonstanten-abhängige und eine strömungsabhängige Komponente. Die Materialkonstanten-abhängige Komponente wird dabei beispielsweise hervorgerufen durch Dichteveränderung im Medium und die strömungsabhängige Komponente wird beispielsweise durch eine Dopplerverschiebung durch eine Strömungsgeschwindigkeit hervorgerufen. Bei den bisherigen Verfahren waren diese Komponenten nicht trennbar und die strömungsabhängige Komponente bzw. Dopplerkomponente verfälschte die eigentlich nur interessierende Materialkonstanten-abhängige Komponente.
Deshalb wird beim Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung eine Dopplerkorrektur durch Vergleich des Gegenmesseingangssignals mit dem Gegenmessausgangssignal bezüglich der Gegenmessfrequenz und durch Vergleich des Messeingangssignals mit dem Messausgangssignal bezüglich der Messfrequenz berechnet. Danach wird die Phasenverschiebung um die Dopplerkorrektur korrigiert. Im Ergebnis wird also nur die interessierende Materialkonstanten-abhängige Komponente der Phasenverschiebung erhalten.
Der Wirkungshintergrund dieses Vorgehens wird dadurch bevorteilt, dass die dopplerabhängige Komponente der Phasenverschiebung im Medium richtungsabhängig ist, weil die ihr zugrunde liegende Größe Geschwindigkeit eine gerichtete Größe ist, und dadurch dass die Materialkonstanten-abhängige Komponente der Phasenverschiebung im Medium nicht richtungsabhängig ist. Damit lässt sich die dopplerabhängige Komponente der Phasenverschiebung durch Bestimmung aus verschiedenen Richtungen separat bestimmen, und dann als dopplerabhängige Phasenverschiebung bestimmen oder auch in einen Geschwindigkeitswert der verursachenden Strömung überführen und weiterverarbeiten.
Im Ergebnis wird somit für die eigentliche Bestimmung der interessierenden Eigenschaft bzw. der interessierenden Eigenschaften des Medi ums eine genauere Phasenverschiebung erhalten, aus welcher die phasenverschiebungsabhängige interessierende Größe erhältlich ist, weil diese Phasenverschiebung nicht mehr die strömungsabhängige bzw. dopplerabhängige Komponente enthält. Damit wird auch eine aufgrund der Messergebnisse vorgenommene Klassifikation des Mediums genauer. Bei Messwertmittelung und Aufnahme einer Vielzahl von Messwerten wird die Streuung geringer und ein erhaltener Messwert genauer. Die Gefahr von Fehlklassifikationen nimmt dadurch ab.
Weiterhin bietet dieses Verfahren den Vorteil, dass falls das Messeingangssignal mehrere Messfrequenzen zur simultanen Bestimmung mehrerer Eigenschaften des zu untersuchenden Mediums enthält die Dopplerkorrektur nur einmal anhand einer der im Messeingangssignal enthaltenen Messfrequenzen durchgeführt werden muss. In der erhaltenen Dopplerkorrektur ist nämlich die Geschwindigkeit der die Dopplerverschiebung verursachenden Strömung enthalten. Mit dieser erhaltenen Geschwindigkeit lassen sich dann sämtliche aus der Messung aufgrund der mehrfachen im Messeingangssignal enthaltenen Messfrequenzen erhaltenen Phasenverschiebungen korrigieren.
Die Art der Signale ist grundsätzlich beliebig. In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Signale in Form von Ultraschallwellen gebildet und in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden die Signale in Form von elektromagnetischen Wellen gebildet. Es können aber auch beide Wellenarten gemeinsam Verwendung finden.
Um bei Verwendung von Ultraschallwellen ein gutes Ansprechverhalten eines Ultraschallsenders zu erhalten, folgen bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform die Ultraschallwellen einer im mathematischen Sinne glatten Funktion.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erfolgen das Senden des Gegenmesseingangssignals und das Senden des Messeingangssignals gleichzeitig und kontinuierlich mit verschiedenen Sendern. Dadurch lassen sich die Sender speziell für den jeweiligen Einsatz dimensionieren, beispielsweise als Schmalband- oder als Breitbandsender und es entstehen keine Totzeiten bei der Bestimmung der strömungsabhängigen Dopplerverschiebung. Bei dynamischen Prozessen bietet dies besondere Vorteile. Es stehen nämlich sowohl für die Berechnung der Phasenverschiebung als auch für die Berechnung der Dopplerkorrektur kontinuierlich fortlaufend und jederzeit Messdaten zur Verfügung.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Senden bzw. Empfangen des Gegenmesseingangssignals, des Gegenmessausgangssignals, des Messeingangssignals und des Messausgangssignals mit einem umschaltbaren Sender-Empfänger-Paar. Bei einer gegenüberliegenden Anordnung jeweils eines kombinierten Sendeempfängers können wenn beide Sendeempfänger sich im Sendestatus befinden das Gegenmesseingangssignal und das Messeingangssignal zeitgleich gegenläufig gesendet bzw. in das Medium eingekoppelt werden. Nach geeigneter Zeit werden die zwei Sendeempfänger in den Empfangsmodus geschaltet und können das vom jeweils gegenüberliegend zuvor als Sender konfigurierten Sendeempfänger ausgesendete Signal empfangen. Damit lassen sich Bauelemente für eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens einsparen und diese wird dadurch kompakter.
Im weiteren Verlauf dieser Verfahrensvariante wird nach Empfang der Signale wieder in den Sendemodus umgeschaltet und der Zyklus beginnt von vorn.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das Sender-Empfänger-Paar spätestens umgeschaltet, wenn eines der Signale die gegenseitige Empfangsstelle erreicht. Damit kann einerseits sichergestellt werden, dass die gesamte Laufstrecke zwischen den zwei Sendeempfängern für die Messung benutzt wird, und andererseits sichergestellt werden, dass die Intervalle der Umschaltung möglichst kurz bleiben, um die Gesamtdauer der Messung kurz zu halten.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform folgen die Signale innerhalb des Mediums einer im Wesentlichen gemeinsamen oder zumindest benachbarten Trajektorie. Damit kann erreicht werden, dass sowohl das als Messeingangssignal als auch das als Gegenmesseingangssignal eingekoppelte Signal ungefähr den gleichen Weg innerhalb des Mediums zurücklegen. Damit erfahren auch beide Signale bestmöglichst die gleichen Veränderungen insbesondere Strömungen.
Grundsätzlich würde zur Erzielung dieser Wirkung eine Nähe der Signaltrajektorien ausreichen. Eine bestmögliche Optimierung kann beispielsweise aber bei vollkommen identischer Trajektorie durch Sendung mittels umschaltbarem Sender-Empfänger-Paar erfolgen.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird das Verfahren zur Erkennung einer Dichteveränderung, insbesondere bei einem Schlaganfall, verwendet. Schlaganfälle können nämlich beispielsweise einerseits durch Gefäßverstopfung im Kopfbereich oder durch Platzen eines Gefäßes im Kopfbereich entstehen. Beim Platzen eines Blutgefäßes im Kopfbereich vermischt sich daher beispielsweise das ausfließende Blut mit Gehirnflüssigkeit. In beiden Fällen kommt es zu Dichteänderungen, die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens phasenabhängig ermittelbar sind.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird das Verfahren zur vom Dopplereffekt bereinigten Klassifikation des Mediums verwendet.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird das Verfahren zur Bestimmung von physikalischen Bewegungen im Medium verwendet. So kann beispielsweise über die erhaltene Dopplerkorrektur bzw. Dopplergeschwindigkeit die Reaktivität des Mediums, insbesondere Strömungsverhältnisse, bestimmt werden.
Bei Vorliegen eines Schlaganfalls ist häufig ein Ast der Karotiden verstopft und blockiert, was im Ergebnis bei einer Messung innerhalb der Ebene der Karotiden gemäß der vorliegenden Erfindung zu einer resultierenden Geschwindigkeit ≠0 führen wird und somit eine Dopplerkorrektur ≠0 erhalten wird. Beim gesunden Menschen würden sich nämlich die zwei Teilgeschwindigkeiten der rechten und linken Karotidenäste in der Ebene gegenläufig zu 0 summieren und im Ergebnis zu einer Dopplerkorrektur von näherungsweise 0 führen.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird das Verfahren zur Bestimmung der Flussmenge verwendet.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird das Verfahren zur Charakterisierung der Dispersivität des Mediums verwendet.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird das Verfahren zur tomographischen Abbildung des zu untersuchenden Mediums verwendet.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird das Verfahren zur Helix-3D-tomographischen Abbildung des zu untersuchenden Mediums verwendet.
Mehrere Ausführungsformen sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend beispielhaft erläutert und beschränken die vorliegende Erfindung nicht.
Es zeigen:
1 eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens mit gleichzeitig kontinuierlich fortlaufender gegenläufiger Aussendung von Gegensignal und Messsignal;
2 eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens mit gleichzeitig kontinuierlich fortlaufender gegenläufiger Aussendung von Gegensignal und Messsignal;
3 eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens mittels umschaltbarem Sender-Empfänger-Paar, wenn diese als Sender arbeiten;
4 die dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens mittels umschaltbarem Sender-Empfänger-Paar, wenn diese als Empfänger arbeiten;
5 die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens bei der Detektion eines Schlaganfalls.
1 zeigt eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens mit gleichzeitiger gegenläufiger kontinuierlicher Aussendung von Gegensignal und Messsignal.
Eine Vorrichtung 1 zur Durchführung des Verfahrens umfasst Einzelsignalgeneratoren 2, welche jeweils ein Signal konstanter Frequenz erzeugen. Diese werden mittels eines Mischelements 3 zu dem Messeingangssignal Signal 4 zusammengemischt und mit dem Verstärker 5 verstärkt, um dann an den Sender 6 geleitet zu werden.
Somit enthält das vom Sender 6 ankommende Messeingangssignal 4 mehrere konstante Messfrequenzen zur gleichzeitigen Untersuchung des Mediums 19 auf verschiedene Eigenschaften. Damit kann beispielsweise bei Vorliegen verschiedener Phasenverschiebungen zu verschiedenen Frequenzen eine Klassifizierung anhand dieses Profils durchgeführt werden.
Mittels des Senders 6 wird das Messeingangssignal 4 in das Medium 19 eingekoppelt, durchläuft das Medium 19 und wird gegenüberliegend vom Empfänger 7 als Messausgangssignal 9 empfangen. Dann wird das Messausgangssignal 9 an Filterelemente 10 geleitet und darin bezüglich der von den Einzelsignalgeneratoren 2 vorgegebenen Frequenzen gefiltert.
Die bezüglich der Einzelfrequenzen aufgesplitteten Signale werden an Berechnungselemente 11 geleitet und mit der jeweils korrespondierenden vom Einzelsignalgenerator 2 vorgegebenen Frequenz im Messeingangssignal verglichen. Somit wird zu jeder Messfrequenz eine Phasenverschiebung erhalten.
Die Phasenverschiebungen unterliegen jeweils sowohl dem Einfluss der zu untersuchenden Eigenschaften des Mediums 19, als aber auch einer Dopplerverschiebung, die im Medium 19 durch Strömungen hervorgerufen wird. Weil die Dopplerverschiebung auch als Phasenverschiebung aufgefasst wird verfälscht diese die interessierenden Phasenverschiebungen, welche durch die interessierenden Eigenschaften, wie beispielsweise der Dichte, Viskosität und/oder Elastizität, hervorgerufen werden. Im Ergebnis enthalten die vom Berechnungselement 11 erhaltenen Phasenverschiebungen zwei Komponenten: nämlich die Komponente, die durch die zu untersuchende Eigenschaft hervorgerufen wird und die Komponente, die durch die Strömungen im Medium 19 hervorgerufen wird.
Somit wird im Ergebnis zunächst eine Kombination beider Komponenten in Summe durch die Berechnungselemente 11 berechnet. Ohne weitere Korrektur führen diese verfälschten Werte beispielsweise zu einer Fehlklassifikation.
Deshalb umfasst die Vorrichtung 1 weiterhin einen Sender 12 zur Aussendung eines Gegenmesseingangssignals 13. Das Gegenmesseingangssignal 13 enthält nach Verstärkung mit dem Verstärker 14 ein von einem Einzelsignalgenerator 2 generiertes Einzelsignal mit konstanter Gegenmessfrequenz. Dieses Einzelsignal wurde mit dem Mischelement 3 auch schon als eine Messfrequenz in das Messeingangssignal 4 eingemischt.
Nach Einkopplung des Gegenmesseingangssignals 13 in das Medium 19 mittels des Senders 12 durchläuft das Gegenmesseingangssignal 13 das Medium 19, um gegenüberliegend vom Empfänger 15 als Gegenmessausgangssignal 16 empfangen zu werden. Die Übertragungsstrecke zwischen Sender 12 und Empfänger 15 sowie Sender 6 und Empfänger 7 sind dabei derart benachbart, dass die diese Strecken durchlaufenden Signale innerhalb des Mediums einer im Wesentlichen gemeinsamen oder zumindest benachbarten Trajektorie folgen. Somit erfahren beide Signale – nämlich Gegensignal und Messsignal – und somit auch Gegenmessfrequenz und Messfrequenz annähernd dieselben Einflüsse.
Weiterhin sind die Sender 6 und 12 sowie Empfänger 7 und 15 derart angeordnet, dass das Messsignal und das Gegensignal das Medium 19 gegenläufig durchlaufen, um die gerichtete Größe Dopplergeschwindigkeit aus verschiedenen Richtungen zu messen und dadurch bestimmen zu können.
Weiterhin kann durch die separat vorgesehenen Übertragungsstrecken Sender 6-Empfänger 7 für das Messsignal und Sender 12-Empfänger 15 für das Gegensignal eine kontinuierliche Übertragung beider Signale gewährleistet werden damit bei der Messung keine Totzeiten entstehen.
Diese gleichzeitige sowie kontinuierliche Aussendung bietet insbesondere bei dynamischen Prozessen besondere Vorteile.
Das Gegenmesseingangssignal 13 und das Gegenmessausgangssignal 16 werden einem Berechnungselement 17 zugeleitet und dort bezüglich der Gegenmessfrequenz verglichen. Das Berechnungselement 17 berechnet eine Phasenverschiebung Δλ₁, welche die Gegenmessfrequenz beim Durchlaufen des Mediums 19 erfahren hat.
Die aus dem Vergleich des Messeingangssignals 4 mit dem Messausgangssignal 9 bezüglich der der Gegenmessfrequenz im Wesentlichen entsprechenden Messfrequenz erhaltene Phasenverschiebung Δλ₂ und die aus dem Vergleich des Gegenmesseingangssignals 13 mit dem Gegenmessausgangssignal 16 bezüglich der Gegenmessfrequenz erhaltene Phasenverschiebung Δλ₁ werden einem Berechnungselement 18 zugelei tet. Beide Phasenverschiebungen Δλ₁ und Δλ₂ enthalten über ein Kompressionsmodul eine von der Dichte des Mediums 19 abhängige Phasenverschiebung
und eine von der Strömungsgeschwindigkeit im Medium 19 abhängige Phasenverschiebung (also Dopplerverschiebung) Δλv = νf . Somit gilt: Δλ_i = Δλ_c ± Δλ_v.
Bei der Dopplermessung ist nur die Geschwindigkeitskomponente innerhalb der Messebene detektierbar. Diese Geschwindigkeitskomponente ist – sofern sie nicht 0 ist – entweder zur Seite des Senders 6 und Empfängers 15 oder zur Seite des Empfängers 7 und Senders 12 gerichtet. Damit geht die Dopplerverschiebung in die zwei Phasenverschiebungen Δλ₁ und Δλ₂ mit umgekehrtem Vorzeichen ein und es gilt: Δλ1 = Δλc + Δλv und Δλ2 = Δλc – Δλv oder umgekehrt.
Im Berechnungselement 18 werden nun die Phasenverschiebungen Δλ₁ und Δλ₂ in einem Gleichungssystem einmal miteinander addiert und einmal voneinander subtrahiert, so dass sich nach Auflösung zur Dopplergeschwindigkeit v im Ergebnis ergibt:
Damit wurde die Dopplergeschwindigkeit durch zwei gegenläufige Dopplermessungen im Berechnungselement 18 bestimmt und kann einerseits als physikalische Größe zur Bestimmung der Reaktivität des Mediums 19 benutzt werden oder andererseits auch zur Korrektur sämtlicher aus den Berechnungselementen 11 erhaltenen Phasenverschiebungen benutzt werden.
Obwohl die Dopplermessung nur unter Benutzung einer ausgewählten Messfrequenz durchgeführt wurde, können trotzdem sämtliche auch mit anderen Messfrequenzen korrespondierende Phasenverschiebungen aus den Berechnungselementen 11 dopplerkorrigiert werden weil dazu die Kenntnis der Dopplergeschwindigkeit v ausreichend ist.
2 zeigt eine zweite Ausführungsform, bei welcher die von den Einzelsignalgeneratoren 2 generierten Einzelsignale im Wesentlichen gleichmäßig auf die Übertragungsstrecken Sender 6-Empfänger 7 und Sender 12-Empfänger 15 aufgeteilt werden, dann entsprechend abgegriffen werden und den weiteren Filterelementen 10 zugeleitet werden. Dadurch kann eine höhere Leistungsfähigkeit des Systems erreicht werden.
Es werden jeweils 4 von den Einzelsignalgeneratoren 2 generierte Einzelsignale mit je einem Mischelement 3 zum Messeingangssignal 4 und zum Gegenmesseingangssignal 13 zusammen gemischt. Dabei wird beiden Signalen (4, 13) jeweils noch ein fünftes Einzelsignal, nämlich dem Messeingangssignal 4 als Messfrequenz und dem Gegenmesseingangssignal 13 als Gegenmessfrequenz, zugemischt. Dadurch dass die Messfrequenz und die Gegenmessfrequenz dem gleichen Einzelsignalgenerator 2a entspringen sind sie im Wesentlichen gleich.
Im Unterschied zur ersten Ausführungsform gemäß 1 wird das empfangene Gegenmessausgangssignal 16 zunächst den Filterelementen 10 zugeleitet. Das bezüglich der Gegenmessfrequenz gefilterte Teilsignal wird dann (wie bei der ersten Ausführungsform) einem Berechnungselement 17 aus den Berechnungselementen 11 zugeleitet und die erhaltene Phasenverschiebung Δλ₁ wird (wie bei der ersten Ausführungsform) dem Berechnungselement 18 zugeleitet, welches dann die Dopplerkorrektur berechnet.
3 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens mit umschaltbarem Sender-Empfänger-Paar. Das Sender-Empfänger-Paar ist hier im Sendemodus befindlich und sowohl der erste Sendeempfänger 20 als auch der zweite Sendeempfänger 21 sind als Sender geschaltet. Der Sendeempfänger 20 sendet das Messeingangssignal 4 und koppelt es in das Medium 19 ein. Der Sendeempfänger 21 sendet das Gegenmesseingangssignal 13 und koppelt es in das Medium 19 ein. Beide Signale durchlaufen dann das Medium 19 gegenläufig und bewegen sich in ihm fort.
4 zeigt die Ausführungsform aus 2 in einem späteren Stadium. Die Sendeempfänger 20 und 21 sind als Empfänger geschaltet. In der Zwischenzeit haben sich die Signale fortbewegt und das Gegenmessausgangssignal 16 wird mit dem Sendeempfänger 20 empfangen. Das Messausgangssignal 9 wird mit dem Sendeempfänger 21 empfangen. Der Umschaltzeitpunkt der Sendeempfänger 20, 21 in den Empfangsbetrieb wurde dabei so gewählt, dass die Umschaltung erfolgt wenn die Signale jeweils am gegenüberliegenden Sendeempfänger angekommen sind.
5 zeigt die Möglichkeit einer Schlaganfalldetektion mit dem erfindungsgemäßen Verfahren.
Dabei erfolgt die Messung in der Ebene E, in welcher die zwei Karotidenbereiche A und B liegen.
Beim gesunden Patienten ist die Geschwindigkeitskomponente im Bereich A und die Geschwindigkeitskomponente im Bereich B entgegengesetzt gerichtet und summiert sich zu 0.
Bei einem Schlaganfall ist häufig aufgrund Gefäßverstopfung bzw. Gefäßverengung der Blutfluss in einem der Bereiche gehemmt bzw. kommt zum Erliegen. In diesem Fall summieren sich die Geschwindigkeiten aus den zwei Bereichen nicht zu 0 und eine resultierende Dopplergeschwindigkeit ist mittels des oben beschriebenen Verfahrens detektierbar.
Mit anderen Worten ist aus einer mit dem oben genannten Verfahren erhaltenen Dopplergeschwindigkeit v ≠ 0 folgerbar, dass in einem der Bereiche A oder B ein geringerer Blutfluss herrschen muss als im anderen Bereich, was auf eine Verstopfung des Gefäßes und demzufolge auf einen Schlaganfall hindeutet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- WO 2007/000047 [0002]

Claims

Verfahren zur Untersuchung eines Mediums (19), aufweisend die Schritte: – Senden eines Messeingangssignals (4) umfassend zumindest eine Messfrequenz, wobei das Messeingangssignal (4) in ein Medium (19) eingekoppelt wird; – Empfang eines aus dem Medium (19) heraustretenden Messausgangssignals (9); – Senden eines Gegenmesseingangssignals (13) umfassend zumindest eine Gegenmessfrequenz, wobei die Gegenmessfrequenz im Wesentlichen der Messfrequenz entspricht, und wobei das Gegenmesseingangssignal (13) gleichzeitig und gegenläufig zum Messeingangssignal (4) in das Medium (19) eingekoppelt wird; – Empfang eines aus dem Medium (19) heraustretenden Gegenmessausgangssignals (16); – Berechnung einer Dopplerkorrektur durch Vergleich des Gegenmesseingangssignals (13) mit dem Gegenmessausgangssignal (16) bezüglich der Gegenmessfrequenz und durch Vergleich des Messeingangssignals (4) mit dem Messausgangssignal (9) bezüglich der Messfrequenz; – Berechnung einer Phasenverschiebung zwischen der zumindest einen Messfrequenz des Messeingangssignals (4) und der korrespondieren den Messfrequenz des Messausgangssignals (9); – Korrektur der Phasenverschiebung um die Dopplerkorrektur.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Signale in Form von Ultraschallwellen gebildet sind.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ultraschallwellen einer im mathematischen Sinne glatten Funktion folgen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Signale in Form von elektromagnetischen Wellen gebildet sind.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Signale sowohl in Form von Ultraschallwellen als auch in Form von elektromagnetischen Wellen gebildet sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Senden des Gegenmesseingangssignals (13) und das Senden des Messeingangssignals (4) gleichzeitig und kontinuierlich mit verschiedenen Sendern (6, 12) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Senden bzw. Empfangen des Gegenmesseingangssignals (13), des Gegenmessausgangssignals (16), des Messeingangssignals (4) und des Messausgangssignals (9) mit einem umschaltbaren Sender-Empfänger-Paar (20, 21) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Sender-Empfänger-Paar (20, 21) spätestens umgeschaltet wird wenn eines der Signale die gegenseitige Empfangsstelle (21, 20) erreicht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Signale innerhalb des Mediums (19) einer im Wesentlichen gemeinsamen oder zumindest benachbarten Trajektorie folgen.
Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Erkennung einer Dichteveränderung, insbesondere bei einem Schlaganfall.
Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur vom Dopplereffekt bereinigten Klassifikation des Mediums (19).
Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Bestimmung von physikalischen Bewegungen im Medium (19).
Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Bestimmung der Flussmenge.
Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Charakterisierung der Dispersivität des Mediums.
Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur tomographischen Abbildung des zu untersuchenden Mediums.
Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Helix-3D-tomographischen Abbildung des zu untersuchenden Mediums.
Computerlesbarer Datenträger der Instruktionen umfasst, die einen Computer veranlassen, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16 auszuführen.
Computer mit einem computerlesbaren Datenträger nach Anspruch 17.