DE3146543A1 - Method for measuring flow parameters which can be recorded by means of ultrasonic pulse Doppler methods, and device for carrying out this method - Google Patents
Method for measuring flow parameters which can be recorded by means of ultrasonic pulse Doppler methods, and device for carrying out this methodInfo
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Abstract
Description
Verfahren zur Messung von Strömungsparametern, dieMethod for measuring flow parameters that
mittels Ultraschall-Puls-Doppler-Methoden erfaßbar sind, sowie Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Messung von Strömungsparametern, die mittels Ultraschall-Puls-Doppler-Verfahren erfaßbar sind, wobei gepulster Ultraschall unter vorgegebenen Winkel in ein schalleitendes Medium mit diskreten Bereichen strömender Flüssigkeit eingeschallt wird und die Echo signale gemessen und wenigstens hinsichtlich der Frequenzverschiebung ausgewertet werden, sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.can be detected by means of ultrasonic pulse Doppler methods, as well as device for carrying out this method The invention relates to a method for the measurement of flow parameters using the ultrasonic pulse Doppler method are detectable, with pulsed ultrasound at a predetermined angle in a sound-conducting Medium is sonicated with discrete areas of flowing liquid and the Echo signals measured and evaluated at least with regard to the frequency shift as well as a device for performing this method.
Ultraschall-Doppler-Verfahren werden in der medizinischen Diagnostik insbesondere zur nichtinvasiven Bestimmung von Strömungsparametern des Blutes in körperinternen Gefäßen bzw. Organen, beispielsweise des menschlichen Herzens, verwendet. Dabei interessiert neben der Strömungsgeschwindigkeit weiterhin in Verbindung mit dem Gefäßquerschnitt auch der Volumenstrom Vorrichtungen zur Volumenstrommessung mittels Doppler-Technik sind vom Stand der Technik be kannt. Mit der DE-AS 24 61 264 wurde ein solches Gerät zur Volumenstrommessung vorgeschlagen, uei dem neben dem Frequenz inhalt der Dopplersignale auch deren Leistung bewertet und in die Auswertung eingeschlossen wird. Um den unbekannten Ein- fluß der Gewebedämpfung auf die gemessene Leistung auszuschalten, werden dabei speziell zwei Leistungsmessungen gemacht: Eine erste bei voller Durchschallung des zu untersuchenden Körpergefäßes und eine zweite aus einem bekannten Signaleinzugsgebiet innerhalb des Körpergefäßes. Bei einer gestreckten Ader des Körpergefäßes dient dabei die Pulstechnik zur Definition eines Signaleinzugsgebietes für die Leistung; die dann für eine Volumenstrombestimmung noch notwendige Geschwindigkeitsmessung kommt dagegen prinzipiell auch ohne Pulstechnik aus.Ultrasonic Doppler procedures are used in medical diagnostics especially for the non-invasive determination of blood flow parameters in internal body vessels or organs, such as the human heart, used. In addition to the flow velocity, we are still interested in connection with the vessel cross-section also the volume flow Devices for volume flow measurement by means of Doppler technology are known from the prior art. With DE-AS 24 61 264 such a device for volume flow measurement was proposed, including the one next to the frequency content of the Doppler signals and their performance assessed and included in the evaluation is included. To the unknown flow of tissue damping To switch off the measured power, two power measurements are specifically made done: A first with full sonication of the body vessel to be examined and a second from a known signal catchment area within the body vessel. In the case of a stretched vein of the body vessel, the pulse technique is used for definition a signal catchment area for power; which is then used to determine the volume flow Any speed measurement that is still required, on the other hand, can in principle also be made without pulse technology the end.
Bei den Puls-Doppler-Meßverfahren ist die Puls-Wiederholfrequenz fp durch die Beziehung c (1) afp p z vorgegeben, wenn die Tiefenlage z bis maximal z ohne Doppeldeutigkeiten gemessen werden soll, wobei c die Schallgeschwindigkeit darstellt. Anhand einer Zeit-und Frequenzbereichsbetrachtung, wie sie beispielsweise im Zeitschriftenartikel "IEE Transaction on Sonics & Ultrasonics" Vol. SU 28, 2(1981), 69-75 ausgeführt ist, läßt sich zeigen, daß die Unbestimmtheitsrelation gilt. Diese Beziehung drückt aus, daß bei Vorgabe der Schallgeschwindigkeit c, der Sendefrequenz f5 sowie des eindeutig ausmeßbaren Tiefenbereichs z die maximal eindeutig erfaßbare Strömungsgeschwindigkeit f nach oben ebenfalls begrenzt ist.In the pulse Doppler measuring method, the pulse repetition frequency fp is given by the relationship c (1) afp pz if the depth z up to a maximum of z is to be measured without ambiguities, where c represents the speed of sound. On the basis of a time and frequency domain observation, as it is carried out, for example, in the journal article "IEE Transaction on Sonics &Ultrasonics" Vol. SU 28, 2 (1981), 69-75, it can be shown that the uncertainty relation is applicable. This relationship expresses that if the speed of sound c, the transmission frequency f5 and the clearly measurable depth range z are specified, the maximum clearly detectable flow velocity f is also limited upwards.
Für die praktische Anwendung in der Kardiologie bedeutet dies, daß bei Verwendung noch ausreichend ein- dringfähiger Ultraschall-Sendefrequenzen f5 und unter Berücksichtigung der maximal vorkommenden Geschitldigkeiten f in den Körpergefäßen der erreichbare eindeutig meßbare Tiefenbereich M um den Faktor von etwa zwei zu klein ist.For practical use in cardiology this means that if used, still sufficiently more urgent ultrasonic transmission frequencies f5 and taking into account the maximum possible history f in the Body vessels the achievable, clearly measurable depth range M by a factor of about two is too small.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren sowie eine entsprechende Vorrichtung anzugeben, mit denen bei der Messung von Strömungsparametern mittels Puls-Doppler-Verfahren der Meßbereich erweitert werden kann.The object of the invention is therefore to provide a method and a corresponding one Specify device with which to measure flow parameters by means of Pulse Doppler method the measuring range can be extended.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß außer der Frequenzverschiebung auch in an sich bekannter Weise die Leistung der Dopplersignale erfaßt wird, wobei aber diese Messung speziell im invertierten Spektrum erfolgt.The object is achieved according to the invention in that, in addition to the frequency shift the power of the Doppler signals is also detected in a manner known per se, with but this measurement is made specifically in the inverted spectrum.
Gemäß der Erfindung wird also die Geschwindigkeit mit einem Dopplersystem gemessen, welches einen ausreichend großen Eindeutigkeitsbereich für die Geschwindigkeitsmessung aufweist, aber dafür keine oder keine eindeutige Tiefenmessung zuläßt (Dauerschall- oder Puls-Doppler-Messung mit hoher variabler Pulswiederholfrequenz), und bei dem die zur Volumenstrommessung notwendige Leistungsmessung des Dopplersignals mit einem System durchgeführt wird, welches eine eindeutige Tiefenmessung zuläßt (Puls-Doppler-Messung mit ausreichend niedriger Pulswiederholfrequenz). Bei der Leistungsmessung kann auf eine Frequenzmessung verzichtet werden, so daß der kleine Eindeutigkeitsbereich für die Frequen;h bzw.Thus, according to the invention, the speed is determined with a Doppler system measured, which has a sufficiently large range of unambiguity for the speed measurement but does not allow any or no clear depth measurement (continuous sound or pulse Doppler measurement with high variable pulse repetition frequency), and in the the power measurement of the Doppler signal necessary for volume flow measurement with a System is carried out, which allows a clear depth measurement (pulse Doppler measurement with a sufficiently low pulse repetition frequency). When measuring performance, can a frequency measurement can be dispensed with, so that the small uniqueness range for the frequencies; h resp.
Geschwindigkeitsmessung nicht von Bedeutung ist.Speed measurement is not important.
Ein Doppler-Gerät, welches nach obigem Grundprinzip arbeitet, unterscheidet sich von den bereits bekannten Geräten im wesentlichen in folgenden Punkten: a) die Pulswiederholfrequenz fp ist variabel, b) die zeitliche Empfangstorlänge TE ist variabel un'd c) das Demodulationsfilter weist einen Amplitudengang auf, der ganz spezifischen Kriterien genügt. Insbesondere ist das Demodulationsfilter ein Tiefpaßfilter, dessen Ubertragungsverhalten im Sperrbereich spiegelsymmetrisch zu einem solchen Frequenzwert verläuft, der im Bereich der Eckfrequenz liegt, so daß beim Übergang eines Signals von der nicht invertierten in die invertierte Lage ein frequenzunabhängiger Amplitudengang zustande kommt; vorzugsweise ist dieser Frequenzwert der (-6)-dB-Wert des Filters.A Doppler device, which works according to the above basic principle, differentiates differs from the already known devices essentially in the following points: a) the pulse repetition frequency fp is variable, b) the temporal receiving gate length TE is variable and c) the demodulation filter has an amplitude response that very specific criteria are sufficient. In particular, the demodulation filter is a Low-pass filter, whose transmission behavior is mirror-symmetrical in the stop band such a frequency value which lies in the range of the corner frequency, so that when a signal changes from the non-inverted to the inverted position frequency-independent amplitude response comes about; this is preferably a frequency value the (-6) -dB value of the filter.
Bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung kann zur Geschwindigkeitsmessung beispielsweise Dauerschallbetrieb gewählt werden (fp = 0; TE = tt ) oder eine Frep TE quenz fp, bei der der Eindeutigkeitsbereich f großgenug ist und die Torlänge TE die Erfassung der ganzen Ader erlaubt. Die Parameter können bei Pulsbetrieb so gewählt werden, daß während des Sendens nicht gleichzeitig empfangen werden muß. Die Tiefenlage des Signalentstehungsortes in der Ader kann dann um n.c mit n = 0, 1, 2, 77 f c mit n = O, 1, 2, ... fehlerhaft gemessen werden.In a device according to the invention, for speed measurement For example, continuous sound operation can be selected (fp = 0; TE = tt) or a Frep TE sequence fp, for which the uniqueness area f is large enough and the gate length TE allows the entire core to be recorded. The parameters can be like this in pulse mode be chosen so that it does not have to be received at the same time during transmission. The depth of the point of origin of the signal in the vein can then be increased by n.c with n = 0, 1, 2, 77 f c with n = O, 1, 2, ... are measured incorrectly.
p Zur Leistungsmessung wird fp gerade halb so groß gewählt, wie es zur eindeutigen Geschwindigkeitsmessung erforderlich ist. Dadurch erreicht man eine Verdopplung des Eindeutigkeitsbereiches für die Tiefenmessung. p To measure power, fp is chosen to be just half as large as es is required for clear speed measurement. This achieves a Doubling of the uniqueness range for the depth measurement.
Bei welchen Bedingungen für den Amplitudengang des Demodulationsfilters dennoch richtig gemessen wird, kann im einzelnen aus der Figurenbeschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung entnommen werden.Under which conditions for the amplitude response of the demodulation filter is nevertheless measured correctly, one can in detail from the description of the figures Exemplary embodiment can be taken from the drawing.
Es zeigen: die Fig. 1 ein die Erfindung erläuterndes Amplituden-Frequenzdiagramm und die Fig. 2 ein entsprechend ausgeführtes Puls-Doppler-Gerät. 1 shows an amplitude-frequency diagram which explains the invention and FIG. 2 shows a correspondingly designed pulse Doppler device.
In der Fig. 1 ist als Abszisse die Frequenz bzw. Kreisfrequenz und als Ordinate logarithmisch die Signalamplitude aufgetragen. Dargestellt ist ein Doppler-Spektrum zusammen mit dem Sende spektrum. Dabei bedeuten die großen Nadeln die Sendefrequenzen O-ter bis n-ter Ordnung und die kleinen Nadeln die ztlgehörigen Echo-Signale eines bewegten Punktreflektors mit Doppler-Frequenzen 1-ter und (-1)-ter Ordnung Es sind jeweils die Bereiche B1 bis Bn gekennzeichnet. Im einzelnen haben die Indices der Frequenzen folgende Bedeutung: = = 2f 2#fp : Kreisfrequenz des Tastsignals p p # = 2 8ffs : Grundkreisfrequenz des getasteten Sendesignals = = 2# fD : Kreisfrequenz des Doppler-Signals B1, B2, ... Bn: Bandbereiche des Spektrums Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird in üblicher Weise über den Meßbereich B1 gemessen, wobei die Doppler-Frequenzen allerdings auch in den Bereich /26 uD < Wip kommen können. Dann liegt die Doppler-Spektralnadel des Bereiches B4 (oberes Seitenband) im Sperrbereich des Demodulationsfilters und wird nicht registriert. An deren Stelle tritt aber die Doppler-Spektralnadel des Bereiches 35 (unteres Seitenband) in den Durchlaßbereich des Filters. Wenn das Filter mit seinem wirksamen Amplitudengang A so ausgelegt ist, daß'beim übertritt von wD( wp/2 nach wD > wp/2 keine Lücke bzw. keine merkliche Unstetigkeit entsteht, wird die Leistung richtig gemessen, obwohl die Frequenz verändert ist. The abscissa in FIG. 1 is the frequency or angular frequency and the signal amplitude is plotted logarithmically as the ordinate. Shown is a Doppler spectrum together with the transmission spectrum. The big needles mean the transmission frequencies from the 0th to the nth order and the small needles the associated ones Echo signals from a moving point reflector with Doppler frequencies 1st and (-1) -th Order The areas B1 to Bn are marked in each case. Have in detail the indices of the frequencies have the following meaning: = = 2f 2 # fp: circular frequency of the key signal p p # = 2 8ffs: basic angular frequency of the sampled transmit signal = = 2 # fD: angular frequency of the Doppler signal B1, B2, ... Bn: band regions of the spectrum with the inventive The device is measured in the usual way over the measuring range B1, the Doppler frequencies but can also come in the range / 26 uD <Wip. Then the Doppler spectral needle lies of the range B4 (upper sideband) in the stop range of the demodulation filter and is not registered. Instead, however, the Doppler spectral needle of the Area 35 (lower sideband) in the pass band of the filter. When the filter with its effective amplitude response A is designed so that'beim crossing from wD (wp / 2 to wD> wp / 2 no gap or no noticeable discontinuity arises, the power is measured correctly even though the frequency has changed.
In der Fig. 2 bedeuten 1 einen üblichen Ultraschall-Sende-Empfangswandler, mit dem eine diskrete Strömung im Bereich 2 detektiert werden soll. Der Sende-Empfangswandler 1 wird von einem Hochfrequenzsender 2 mit der Frequenz fs betrieben, dessen Signal über eine Tasteinheit 3 mit variierbarer Frequenz fp und Sendezeit T5 gepulst wird. über eine Signalweiche wird der Signalwandler 1 z.B. alternativ auf Senden oder Empfangen umgeschaltet; 5 bedeutet im Falle einer Brückenschaltung für gleichzeitigen Sende-Empfangs-Betrieb den Symmetriewiderstand.In Fig. 2, 1 denotes a conventional ultrasonic transmit / receive transducer, with which a discrete flow in area 2 is to be detected. The transmit / receive converter 1 is operated by a high-frequency transmitter 2 with the frequency fs, whose signal is pulsed via a button unit 3 with a variable frequency fp and transmission time T5. Via a signal switch, the signal converter 1 is switched to e.g. send or Receiving switched; In the case of a bridge circuit, 5 means for simultaneous Transmit-receive operation the symmetry resistor.
Auf der Empfangsseite ist mit 6 ein Empfangverstärker bezeichnet, der ein Empfangstor 7 mit variabler zeitlicher Länge TE nachgeschaltet ist. Anschließend folgt ein Bandfilter 8 und ein Demodulator 9. Vom Demodulator 9 gelangt das Signal über ein weiteres Filter 10 und von dort auf einen Leistungsmesser 11.On the receiving side, 6 denotes a receiving amplifier, which is followed by a receiving gate 7 with a variable temporal length TE. Afterward This is followed by a band filter 8 and a demodulator 9. The signal arrives from the demodulator 9 via a further filter 10 and from there to a power meter 11.
Der Sendeseite und Empfangsseite sind eine gemeinsame Einheit 12 zur Torsteuerung zugeordnet, an der die veränderbare Pulswiederholfrequenz fp und die Sendetorlänge T5 einerseits sowie die Empfangstorlänge TE sowie ein Tiefenempfangsbereich CJ eingestellt werden könnn. Das Filter 10 ist ein sogenanntes Butterworth-Filter, das folgendes Ubertragung-sverhalten aufweist: Dabei bedeuten #° :(-3)-dB-Eckkreisfrequenz, : : Kreisfrequenz des Tastsignals, #M : Kreisfrequenz des Uberganges vom Sperr- zum Durchlaßbereich.A common unit 12 for gate control is assigned to the sending side and receiving side, on which the variable pulse repetition frequency fp and the sending gate length T5 as well as the receiving gate length TE and a depth receiving range CJ can be set. The filter 10 is a so-called Butterworth filter, which has the following transmission behavior: # °: (- 3) -dB corner frequency,:: angular frequency of the key signal, #M: angular frequency of the transition from the blocking to the pass band.
Für # = #M soll gelten: 2 | F ( ) = 1 Daraus folgt: Man kann zeigen, daß für ein solches Filter das aber tragungsverhalten bezüglich der beiden gleichzeitig vorhandenen Dopplerfrequenzen 9 und (f - f Anp den forderungen genügt. Wenn für u M WM gilt: # = #M # ## so folgt unter der Nebenbedingung ## /## M «1 für das Übertragungsverhalten: Const d.h. also, daß vernachlässigbare Unstetigkeiten auftreten, wenn der Filtergrad niedrig, z.B. n = 2 gewählt wird.For # = #M the following should apply: 2 | F () = 1 It follows from this: It can be shown that for such a filter the wear behavior with regard to the two simultaneously existing Doppler frequencies 9 and (f - f Anp meets the requirements. If for u M WM applies: # = #M # ## then follows under the secondary condition / ## M «1 for the transfer behavior: Const means that negligible discontinuities occur if the filter degree is selected to be low, for example n = 2.
Das nach den Gleichungen (3) und (4) dimensionierte Filter 10 erlaubt in einem konventionellen Puls-Doppler-Gerät eine Leistungsmessung des Dopplersignals bis zur doppelten Grenze nach Gleichung (1).The filter 10 dimensioned according to equations (3) and (4) allows a power measurement of the Doppler signal in a conventional pulse Doppler device up to twice the limit according to equation (1).
Es hat sich.gezeigt, daß ein Butterworth-Filter in guter Näherung die geforderte Symmetrie im Sperrbereich erfüllt, wobei der Symmetriepunkt etwa der (-6)-dB-Wert ist. Damit ist beim Übergang eines Signals von der nichtinvertierten in die invertierte Lage der frequenzunabhängige Amplitudengang gegeben.It has been shown that a Butterworth filter is a good approximation fulfills the required symmetry in the restricted area, the symmetry point being approximately is the (-6) -dB value. This is when a signal changes from the non-inverted one the frequency-independent amplitude response is given in the inverted position.
Mit einem, mit dem beschriebenen Butterworth-Filter komplettierten Doppler-Gerät ist das erfindungsgemäße Verfahren realisierbar, wodurch sich der Meßbereich im gewünschten Maße erweitern läßt.With one, completed with the Butterworth filter described Doppler device, the method according to the invention can be implemented, whereby the Can expand the measuring range to the desired extent.
2 Figuren 6 Patentansprüche2 figures 6 claims
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19813146543 DE3146543A1 (en) | 1981-11-24 | 1981-11-24 | Method for measuring flow parameters which can be recorded by means of ultrasonic pulse Doppler methods, and device for carrying out this method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19813146543 DE3146543A1 (en) | 1981-11-24 | 1981-11-24 | Method for measuring flow parameters which can be recorded by means of ultrasonic pulse Doppler methods, and device for carrying out this method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE3146543A1 true DE3146543A1 (en) | 1983-06-09 |
Family
ID=6147076
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19813146543 Withdrawn DE3146543A1 (en) | 1981-11-24 | 1981-11-24 | Method for measuring flow parameters which can be recorded by means of ultrasonic pulse Doppler methods, and device for carrying out this method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE3146543A1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| USRE37474E1 (en) | 1991-05-23 | 2001-12-18 | Adac Laboratories | Adjustable dual-detector image data acquisition system |
| US8535230B2 (en) | 2007-09-28 | 2013-09-17 | Siemens Aktiengesellschaft | Ultrasound device |
-
1981
- 1981-11-24 DE DE19813146543 patent/DE3146543A1/en not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| USRE37474E1 (en) | 1991-05-23 | 2001-12-18 | Adac Laboratories | Adjustable dual-detector image data acquisition system |
| US8535230B2 (en) | 2007-09-28 | 2013-09-17 | Siemens Aktiengesellschaft | Ultrasound device |
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|---|---|---|---|
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| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |