DE4206570A1

DE4206570A1 - Ultraschall-flussmesser

Info

Publication number: DE4206570A1
Application number: DE4206570A
Authority: DE
Inventors: Kageyoshi Katakura
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Healthcare Manufacturing Ltd
Priority date: 1991-03-04
Filing date: 1992-03-02
Publication date: 1992-09-10
Anticipated expiration: 2012-03-03
Also published as: JPH05146438A; DE4206570C2; JP3018300B2

Description

Die Erfindung betrifft einen gepulsten Ultraschall-Flußmesser, d. h. einen Doppler-Flußmesser, wie er auf dem Gebiet der klinischen Medizin, bei Unterwassermessungen und dergleichen verwendet wird. Die Erfindung betrifft insbesondere einen Flußmesser, der mit guter Wirkung zum Messen des Blutflusses im Herz eingesetzt werden kann.

Allgemein gesagt ermitteln Verfahren zum Messen der Geschwindigkeit eines Objekts auf Grundlage der Dopplerverschiebung reflektierter Schallwellen die Geschwindigkeitskomponente in Richtung der Schallwellen. Dagegen berechnet ein in Japanese Journal of Medical Ultrasonics, 14-A-56 (Mai 1982), S. 395-396 beschriebenes Verfahren Vektorkomponenten der Geschwindigkeit aus gemessenen Werten auf Grundlage mehrerer Sonden durch Benutzen sich überkreuzender Strahlwinkel.

Da die oben genannte herkömmliche Technik auf der Berechnung der gemessenen Geschwindigkeiten basiert, kann nur ein Mittelwert der Geschwindigkeit erhalten werden, wenn eine Geschwindigkeit mit Verteilung gemessen wird, und es ist nicht möglich, die räumliche Verteilung der Flußrichtung zu berechnen.

Ein Verfahren zum Messen der Geschwindigkeit unter rechtem Winkel mit Ultraschallwellen ist in einem Artikel mit dem Titel "Transverse Doppler Summary" von V. L. Newhouse beschrieben. Bei diesem Verfahren wird eine reflektierte Welle von der Meßposition aus mit einem Übertrager detektiert, der eine große Apertur aufweist, die die Meßposition unter relativ großem Winkel abdeckt; die Fließgeschwindigkeit in Querrichtung wird aus dem Frequenzspektrum des detektierten Signals abgeleitet. Dieses Verfahren kann jedoch nicht Fließrichtungen in Querrichtung, d. h. die Polarität der Geschwindigkeit unterscheiden. Darüber hinaus kann sich das Spektrum auch dadurch verbreitern, daß Teilchen außerhalb des Hauptflusses vorhanden sind. Die Genauigkeit der Fließgeschwindigkeitsmessung ist nicht ausreichend genau für medizinische Verwendung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Ultraschall-Flußmesser mit einfachem Aufbau anzugeben, der dazu in der Lage ist, die Verteilung der Fließgeschwindigkeit zu messen.

Eine andere Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Ultraschall- Flußmesser anzugeben, der die Größe und Richtung eines Flusses genau angibt.

Der Flußmesser der vorliegenden Erfindung ist so ausgebildet, daß er die Signale von einem Array von Übertragerelementen verarbeitet, wodurch die Geschwindigkeitsverteilung für alle Richtungen geliefert wird.

Die Erfindung ist durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand abhängiger Ansprüche.

Die Erfindung sowie Vorteile und Wirkungen derselben gehen aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen hervor, die durch Figuren veranschaulicht werden.

Fig. 1 bis 13 sind Diagramme, die zum Erläutern der Funktion der vorliegenden Erfindung dienen;

Fig. 14 bis 18 und Fig. 20 bis 26 sind Blockdiagramme, die Ausführungsbeispiele der Erfindung zeigen; und

Fig. 19 ist ein Diagramm, das das Konzept eines Anzeigeverfahrens als ein Beispiel darstellt.

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, das eine Anordnung von Übertragerelementen bei der Erfindung zeigt, wobei das Bezugszeichen P ein sich bewegendes Objekt bezeichnet, das Bezugssymbol Q ein Array von Übertragerelementen bezeichnet, die Bezugssymbole q₁ bis q_n die Übertragerelemente bezeichnen und das Bezugssymbol B eine Parallelstrahlformeinrichtung für mehrere Empfangsstrahlen bildet. Im Array der Übertragerelemente Q in Fig. 1 senden alle Elemente oder ein Teil davon Ultraschallwellen aus, die in einem Zeitintervall t_k (k=0, 1, . . . , K) auf den Punkt P fokussiert sind. Die Entfernung vom Array Q zum Brennpunkt P ist L. Die Ultraschallwellen werden am Punkt P reflektiert und von den Elementen q_n (n=1, 2, . . . , N) des Arrays Q empfangen, das Signale a_kn(t) erzeugt.

Die Signale a_kn(t) werden der Parallelstrahlformeinrichtung B zugeführt. Fig. 2 ist eine Darstellung, die ein Strahlmuster für individuelle Empfangssignale der Einrichtung B gestellt zum Bilden paralleler Strahlen zeigt, wie sie in Fig. 1 dargestellt ist.

Die Einrichtung B erzeugt gleichzeitig Empfangssignale b_km(t) (wobei m=1 bis M) auf Grundlage der Empfangssignale a_kn(t) für die jeweiligen empfangenen Ultraschallstrahlen, die in Fig. 2 mit B₁, B₂, . . . B_m, . . . B_M bezeichnet sind und einen Strahlabstand ε aufweisen. Es ist auch möglich, den signifikanten Bereich auf R zu beschränken.

Die Fig. 3A und 3B betreffen graphische Darstellungen für den Fall, das das reflektierende Objekt in Ruhe ist bzw. daß es sich bewegt.

In dieser Beschreibung bedeutet der Index k den jeweiligen Zeitpunkt, wenn die Ultraschallwelle vom gesamten Array der Übertragerelemente Q oder einem Teil derselben erzeugt wird, was mit vorgegebenem Intervall wiederholt erfolgt. Der Index k betrifft also die Zeitbasis. Der Index m zeigt die Ausgangssignale von der Parallelstrahlformeinrichtung B für jeden der empfangenen Ultraschallwellenstrahlen B₁, B₂, . . . B_m, . . . B_M an, wie in Fig. 2 dargestellt; der Index m bezieht sich also auf die Richtung der Anordnung der Übertragerelemente. In der folgenden Beschreibung wird der Kürze halber die Signalübertragungslinie, die sich auf k bezieht, in Form der Richtung der Zeitbasis oder der k-Richtung bezeichnet. Was den Bezug der Signaldatenlinie auf den Index m betrifft, wird dies der Kürze halber in Form der Richtung der Anordnung der Übertragerelemente, oder m-Richtung, beschrieben.

Wenn ein reflektierendes Objekt im Punkt P Ruhe ist, erscheint das Signal b_km(t) als Reflexionssignal, das am Ausgang des Kanals m_p in Richtung P erzeugt wird, wie in Fig. 3A dargestellt, und die Position des Ausgangskanals ändert sich nicht mit der Anzahl von Sendewiederholungen. Die Zeitdauer ab dem Senden bis zum Auftreten des Reflexionssignals ist die Ausbreitungszeit der Ultraschallwelle, die den Wert 2L/C aufweist, wobei C die Schallgeschwindigkeit ist. Die Ultraschallwelle wird zu Zeitpositionen gesendet, die durch die Striche k=0, k=1, . . . gekennzeichnet sind, und die reflektierte Welle tritt in der Zeitposition 2L/C auf.

Fig. 4 veranschaulicht den Zustand, bei dem sich das reflektierende Objekt parallel zur Position Q bewegt. Die Fig. 5 und 6 sind Darstellungen zum Veranschaulichen der Signalverarbeitung für die Bewegung gemäß Fig. 4.

Wenn sich das reflektierende Objekt zu den Sendezeiten t₀, t₁ und t₃ in Positionen A, B bzw. C parallel zu Ort Q bewegt, wie in Fig. 4 dargestellt, ändert sich das Empfangssignal b_km(t) für den Kanal, bei dem das Empfangssignal auftritt, von m_A über m_B zu m_C, wie in Fig. 3B dargestellt. Durch Messen der Amplitude und der Phase von b_km(t) zu den Zeitpunkten t_e (t_e=2L/C) des Auftretens der Empfangssignale und durch Bewerten derselben als komplexe Werte C_km, werden diese Werte in bezug auf die Strahlpositionen m aufgetragen, wie in Fig. 5 dargestellt. Das heißt, daß in Fig. 5 der komplexe Wert, der dem Empfangssignal entspricht, aufeinanderfolgend von der rechten Position m_A über die mittlere Position m_q zur linken Seite bewegt wird. In diesem Zusammenhang kann C_km als Funktion von m angesehen werden, d. h. es gilt die Beziehung C_km=C_k(m). Es wird nun angenommen, daß die Bewegungsabschnitte der Querbewegung von Sendesignal zu Sendesignal Δm ist, daß der Kanal m ist und daß die Anzahl von Sendesignalen k ist. Wenn dann der komplexe Wert C₀(m) für k=0 verwendet wird, liefert Fig. 5 die folgende Beziehung:

C_km=C₀(m+kΔm) (1)

Wenn das Empfangssignal _km(t_e) zum Zeitpunkt t_e die Amplitude b_km und die Phase Φ_km aufweist, gilt auf Grundlage von Fig. 3B für C_km:

C_km=_km · e^j ^Φkm=_km · e^j ^Φ (2)

Die Bewegung des Falls von Fig. 4 ergibt dieselbe Phase für alle Lagen.

Komponenten, die in Fig. 5 mit gestrichelten Pfeilen eingezeichnet sind, sind Reflexionssignale von einem ruhenden Objekt, die alle am gleichen Ort erscheinen. Wenn dann die Differenz zwischen benachbarten Signalen im selben Kanal für wiederholte Sendevorgänge gebildet werden, d. h. für C_1m und C_2m, für C_2m und C_3m usw., erhält man eine Anzeige dafür daß sich das Objekt bewegt. Die Differenzbildung liefert ein Ausgangssignal d_km (d_km=C_km-C_(k+1)m), wie in Fig. 6 dargestellt. Die von einem ruhenden Objekt herrührenden Signale sind nicht mehr vorhanden.

Die Fig. 7 und 8 sind Darstellungen für eine Bewegungsrichtung bzw. ein reflektiertes Signal für den Fall, daß sich das reflektierende Objekt diagonal gegenüber Q bewegt.

In Fig. 4 ist der Einfachheit halber eine reine Querbewegung des Objekts angenommen, jedoch ist dieser in den meisten praktischen Fällen eine Bewegung in Tiefenrichtung überlagert, wie in Fig. 7 dargestellt. Das Objekt bewegt sich z. B. zum Zeitpunkt t₁ in eine Position B′ und zu einem Zeitpunkt t₂ in eine Position C′. In diesem Fall ändert sich die Phase des Signals für den Zeitpunkt t_e mit der aktuellen Entfernung des reflektierenden Objekts, wie in Fig. 8 dargestellt. Das heißt, daß in der durch die gestrichelte Linie für k=0 angezeigten Position das Signal eine Phase aufweist, die um 1/4 der Wellenlänge voreilt, daß es in der durch die gestrichelte Linie für k=1 angezeigte Position eine Phase aufweist, die um 3/8 der Wellenlänge voreilt, und daß es in der durch die gestrichelte Linie für k=2 angezeigten Position eine Phase aufweist, die um 1/2 der Wellenlänge voreilt. Die Änderung R_d ergibt sich ausgedrückt mit der axialen Geschwindigkeitskomponente Vr zu:

wobei λ die Wellenlänge, t₀ das Sendeintervall (t₀=t_k+1-t_k) und Δx die Bewegungsstrecke in Tiefenrichtung ist. Wenn C_km für allgemeine Bewegungen berechnet wird, die durch den Wert _km repräsentiert werden, gilt:

_km=C_km · e^jk ^Rd (4)

In diesem Fall gilt für die Differenz _km:

Die Positionen des Auftretens des Signals _km in Richtung m sind dieselben wie in Fig. 6 dargestellt. Das Ausmaß Δm der Bewegung in Richtung m in Fig. 6 steht wie folgt mit der Objektgeschwindigkeit V_ρ in Querrichtung in Verbindung:

Nach Fouriertransformation für _km in Richtung m, welches die Richtung der Ausrichtung der Empfangsstrahlen ist, gilt für das Ergebnis _k(σ) das Folgende:

wobei D_RΔ(σ) die Fouriertransformierte von d_RΔ(m) wie folgt bedeutet:

Eine andere Fouriertransformation von _k(σ) bezogen k, d. h. für die Richtung der wiederholten Sendesignale, liefert (σ, ρ) wie folgt:

Fig. 9 ist eine Darstellung komplexer Werte und Differenzbildungsergebnisse. Fig. 10 stellt ein Leistungsspektrum dar, und Fig. 11 ist eine graphische Wiedergabe für den Summenterm E für das Differenzbildungsergebnis, nachdem dieses der Fouriertransformation unterzogen wurde.

D_RΔ(σ) ist das Ergebnis der Fouriertransformation für die Größe d_RΔ(m), die sich von C_0m und C_1m gemäß (a) von Fig. 9 nach dem in (b) in Fig. 9 dargestellten Wert ändert. Da C_0m die Amplitude 1 im Kanal m aufweist und C_1m die Amplitude exp(jRd) in der Position aufweist, in der das Bewegungsmaß Δm zum Signal m addiert ist, weist das Differenzbildungsergebnis d_RΔ(m) (C_0m-C_1m) eine Amplitude auf, die dadurch erhalten wird, daß der negative Wert (-exp(jR_d)) für die Position (m+Δm) vom positiven Wert 1 für die Position m abgezogen wird. Das Ergebnis der Fouriertransformation ist das folgende:

D_RΔ(σ)=1-e^j(^σA ^m+ ^R ^d) (10)

Das Leistungsspektrum | D_RΔ(σ) |² ist das folgende:

| D_RΔ(σ) |²=2{1-cos (σΔm+R_d)} (11)

Dieses ist in Fig. 10 dargestellt. Das Leistungsspektrum weist, wie aus der Fig. ersichtlich, einen Spitzenwert für die Position (π-R_d)/Δm auf, welche Position sich abhängig von der Quergeschwindigkeit Δm und der Axialgeschwindigkeit R_d ändert. Das Leistungsspektrum weist einen Nullpunkt in derjenigen Position auf, für die σ₀Δm+R_d=0 gilt, mit σ₀=-R_d/Δm.

Nun wird der Summationsterm E(σ, ρ) des Wertes (σ, ρ) untersucht:

Die vorstehende Gleichung gibt allgemein die Summe irregulärer Phasenkomponenten an, die einen kleinen Wert aufweist.

Dies kann unter Verwendung von Polarkoordinaten wie folgt erklärt werden. Da die Bewegungsgeschwindigkeit des reflektierenden Objekts in jedem Meßpunkt einen konstanten Wert aufweist, sind die Geschwindigkeitskomponenten, d. h. Δm und Rd konstant, so daß k=1, k=2 . . . Vektoren bilden, die mit jeweils gleichem Intervallwinkel rotieren. Dementsprechend wird die Summe von k=1, k=2, . . . Null:

R_d+σΔm-ρ≒0 (13)

Im obigen Sonderfall wird die Summe der in Phase befindlichen Komponenten repräsentiert, wodurch E(σ, ρ) einen großen Wert aufweist. Wenn die Gleichung für die σ-ρ-Ebene aufgetragen wird, ergibt sich ein großer Ausgangswert nur für eine besondere Linie, wie in Fig. 11 dargestellt. Der Gradient der Linie gilt für die Quergeschwindigkeit Δm(Vρ); der Schnittpunkt mit der ρ-Achse entspricht der Axialgeschwindigkeit R_d(V_r).

Fig. 12 ist eine Draufsicht auf ein Diagramm zum Darstellen des Wertes (σ, ρ), der dadurch erhalten wird, daß das Ausgangssignal der Differenzverarbeitung einer zweifachen Fouriertransformation unterzogen wird. Fig. 13 ist eine Draufsicht zum Darstellen der Quergeschwindigkeit und der Axialgeschwindigkeit des reflektierenden Objekts. Gemäß der obigen Erläuterungen ergibt sich (σ, ρ), das als Produkt von D_RΔ(σ) und E(σ, ρ) gegeben ist, wie in Fig. 12 dargestellt, und mit Hilfe der aus dem Diagramm gemessenen Werte von Δm und R_d werden die Quergeschwindigkeit V_ρ und die Axialgeschwindigkeit V_r des reflektierenden Objekts unabhängig voneinander gemessen, um die vektorielle Geschwindigkeit zu liefern.

σ₀=-R_d/Δm (14)

R_d+σ₀Δm-ρ₀=0 (15)

Wenn die Beziehung, die für den Nullpunkt von D_RΔ(σ) gemäß Gleichung (14) gilt, und die Beziehung, die für den Maximalwert von E(σ, ρ) gemäß Gleichung (15) gilt, gleichzeitig erfüllt sind, wird ρ₀ Null, und der Nullpunkt von D_RΔ(σ) für einen Ort, an dem E(σ, ρ) vorhanden ist, gilt:

σ=-R_d/Δm

ρ=0

Dementsprechend existiert ein Nullpunkt immer am Schnitt der Linie für für R_d+σΔm-ρ=0 mit der Achse ρ=0, wie in Fig. 12 dargestellt.

D_RΔ(σ), das auch eine Funktion von R_d und Δm ist, wird ausschließlich aus den Werten für R_d und Δm bestimmt. Zu diesem Zweck wird in der Nähe der durch Gleichung (16) gegebenen Linie, auf der E(σ, ρ) existiert, die Konvolution von (σ, ρ) und der bekannten Funktion D_RΔ(σ) ausgeführt, um einen optimierenden Filterprozeß zu erhalten, durch den das Detektorausgangssignal erhalten wird, das das größte Signal/Rausch-Verhältnis als Funktion von R_d und Δm liefert und der Objektgeschwindigkeit entspricht.

R_d+σΔm-ρ=0 (16)

Anschließend wird der optimierende Filterprozeß mit Hilfe des angepaßten Filters ausgeführt. Wenn eine Integration entlang jeder geraden Linie, die sich in der Ebene von Fig. 12 erstreckt, ausgeführt wird, verläuft die Kurve des in Fig. 10 dargestellten Leistungsspektrums oberhalb der geraden Linie. Daher wird für den Teil des Spektrums mit niedriger Leistung die Integration so ausgeführt, daß die Gewichtung verringert wird, um das Rauschen zu erniedrigen. Integration wird der Einfachheit halber entlang der Linie wie folgt ausgeführt:

mit ρ=R_d+σΔm

Das Ergebnis liefert einen Spitzenwert in der Position, die der Objektgeschwindigkeit entspricht, wie in Fig. 13 dargestellt. Die Werte für R_de und Δ_me, die diese Position liefern, sind die Meßwerte, die die Quer- und Axialgeschwindigkeit angeben.

Da dieses Verfahren ausschließlich auf linearen Prozessen basiert, unterliegt der Wert R(R_d, Δ) einer Verteilung, wenn die Objektgeschwindigkeit einer Verteilung unterliegt, entsprechend der Verteilung der Fließgeschwindigkeit.

Die Auflösung mit dem vorliegenden Verfahren, insbesondere die Richtungsauflösung, nimmt zu, wenn ε kleiner und R größer wird. Insbesondere mit zunehmender Anzahl vom Empfangssignalen wird die Geschwindigkeitsauflösung größer. Zu diesem Zweck ist es wünschenswert, den Empfangsbereich für die Ultraschallwellen größer und den auf B wirkenden Empfangsstrahl enger zu machen. Eine effektive Maßnahme zum Einhalten dieser Bedingungen besteht darin, die Übertragerapertur kleiner zu machen als die Gesamtapertur, wie sie für den Empfang genutzt wird.

Für die axiale Auflösung beim vorliegenden Verfahren ist es von guter Wirkung, das Wiederholintervall für die gesendeten Ultraschallwellen zu vergrößern, wodurch die Anzahl von Sendewiederholungen erhöht wird.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden im einzelnen unter Bezugnahme auf die Fig. 14 bis 19 beschrieben.

In Fig. 14 ist mit Q ein Übertrager bezeichnet, der aus N Elementen besteht, die in einem Array angeordnet sind. Ein Teil T der Elemente wird durch eine Treiberquelle DR so angesteuert, daß eine gepulste Ultraschallwelle wiederholt mit einem Sendeintervall t_R in einen großen Raum gesendet wird (unter dem in Fig. 2 dargestellten Winkel R oder einem noch größeren Winkel).

In der Anordnung des Ausführungsbeispiels von Fig. 14 sind 64 Übertragerelemente mit einem gegenseitigen Abstand von 0,25 mm angeordnet. Von diesen werden zwei Elemente angesteuert. Eine Ultraschallwelle mit einer Frequenz von 3,5 MHz wird wiederholt 20mal mit einem Sendeintervall von 1 msec in einen weiten Raum mit einem Winkel gesendet, der um 36 Grad größer ist als R=30 Grad des Beobachtungsbereichs, so daß ein Strahlauswähler BL Empfangssignale b_km (k=1, k=2 bis 20; m=1, 2 bis 30) innerhalb des Bereichs des Winkels R von 30 Grad empfängt. Der Index k zeigt die Nummer des interessierenden Sendevorgangs auf Grundlage des Zählwerts der wiederholten Sendevorgänge an.

Vom Übertrager Q wird das Reflexionssignal von einem Objekt auf Grundlage der gesendeten Ultraschallwelle empfangen. Die resultierenden N Signale werden von einer Einrichtung B zum Bilden eines parallelen Empfangsstrahles verarbeitet, die Empfangssignale erzeugt, die den Ultraschallstrahlen entsprechen. Die Parallelempfangsstrahlformeinrichtung kann durch eine Parallelintegration wohlbekannter Strahlformeinrichtungen gebildet sein, die Signale der Übertragerelemente individuell verzögern und die Summe der Signale bilden, um dadurch Empfangssignale für die Empfangsstrahlen zu bilden, die in den gewünschten Richtungen ausgerichtet sind. Die einzelnen Strahlen weisen einen Richtungsunterschied von einem Winkel ε gegeneinander auf, wie in Fig. 2 dargestellt.

Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel weisen die Strahlen im wesentlichen die gleiche Brennpunkttiefe auf, um eine hochgenaue Fließgeschwindigkeitsmessung für eine besondere Tiefe ausführen zu können. Der Strahlwähler BL wählt die M Empfangssignale b_km(t) (mit m=1 bis M) aus, bei denen es sich um M Empfangssignale im Bereich des Winkels R handelt, wie in Fig. 2 dargestellt; die Auswahl erfolgt aus allen Empfangssignalen. Der Index k zeigt die Nummer des Empfangssignals auf Grundlage des Zählwerts der wiederholten Sendesignale an. Die Variable t zeigt die seit dem Sendevorgang verstrichene Zeitspanne an.

Die Signale werden durch eine Abtasteinrichtung SPL abgetastet und gespeichert. Das SPL-Ausgangssignal C_km für jeden Sende- und Empfangsvorgang wird als zeitliche Funktion angenommen. Die Empfangssignale von feststehenden Objekten werden mit Hilfe eines Anzeigefilters MTI (Moving Target Integration) für bewegte Objekte unterdrückt, das eine Differenzbildung für k für mehrere Daten mit dem gleichen Wert für t ausführt. Das MTI-Ausgangssignal d_km wird als Funktion von m behandelt und einer Fouriertransformation durch eine Transformationseinrichtung F_m für eine eindimensionale Fouriertransformation unterzogen. Das F_m-Ausgangssignal _k(σ) wird in einer Bewegungsgeschwindigkeitsanalysiereinrichtung u einer Fouriertransformation als Funktion von k mit Hilfe einer ähnlichen Transformationseinrichtung F_k für eindimensionale Fouriertransformation unterzogen, um den Wert (σ, ρ) zu erhalten. Der Wert (σ, ρ) repräsentiert die Intensitätsverteilung n der σ-ρ-Ebene, wie es in Fig. 12 dargestellt ist und wie es in Zusammenhang mit den Formeln (9) bis (13) erläutert wurde; er gibt die axiale Geschwindigkeitskomponente R_d des bewegten Objekts gemäß dem ρ-Schnitt der Linie für die Verteilung, und die Quergeschwindigkeitskomponente Δm aus dem Gradienten der Linie wieder. Das Ausgangssignal (σ, ρ) der Fouriertransformationseinrichtung F_k kann in einer zweidimensionalen Ebene dargestellt werden, jedoch geht das vorliegende Ausführungsbeispiel zu einer Berechnung einer zweidimensionalen Korrelationsfunktion R(R, Δ) über, die zwischen (σ, ρ) und D_RΔ(σ) gilt, wie sie für alle Geschwindigkeitskomponenten gilt, was mit Hilfe einer zweidimensionalen Korrelationseinrichtung COR erfolgt. Ein Funktionsgenerator GEN erzeugt Werte D_RΔ(σ) abhängig von Werten R_d und Δm. Die Position (R_de, Δ_me) des Spitzenwertes von R(R_d, Δm) repräsentiert die Querschnittsgeschwindigkeit V_ρ und die Axialgeschwindigkeit V_r des bewegten Objekts, wie es in Zusammenhang mit Fig. 13 erläutert wurde. Eine Anzeigeeinheit DISP stellt die Werte R(R_d, Δm) in der zweidimensionalen Ebene dar oder liest die Meßwerte für die Position (R_de, Δ_me) des Spitzenwertes von R(R_d, Δm) aus. Dies ist die Grundanordnung des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 14.

Fig. 15 zeigt ein Blockdiagramm für eine Abänderung des Ausführungsbeispiels von Fig. 14. Der Strahlformprozeß durch die Parallelempfangsstrahlformeinrichtung B ist als raumbezogene Fouriertransformation bekannt. Dementsprechend ist es möglich, die Einrichtung B von Fig. 14 durch eine Fouriertransformationseinrichtung F_R für eindimensionale Fouriertransformation zu ersetzen. In diesem Fall wird der Fouriertransformationsablauf allgemein für abgetastete Werte ausgeführt, und die Abtasteinrichtung SPL, die die Empfangssignale abtastet und abspeichert, ist vor der Fouriertransformationseinrichtung F_R für eindimensionale Fouriertransformation angeordnet, wie in Fig. 15 dargestellt. Das heißt, daß die Anordnung von Fig. 15 so gewählt ist, daß Empfangssignale a_nk(t) von N Übertragerelementen durch die Abtasteinrichtung abgetastet werden und der Fouriertransformation durch die Einrichtung F_R in Richtung n unterzogen werden und durch den Strahlauswähler BL geleitet werden, wodurch Ausgangssignale erzeugt werden, die den Ausgangssignalen C_km der Abtasteinrichtung SPL von Fig. 14 entsprechen. In Fig. 15 ist die Anordnung der Geschwindigkeitsanalysiereinrichtung U an der Ausgangsseite der Fouriertransformationseinrichtung F_m für eindimensionale Fouriertransformation und die Fouriertransformationseinrichtung F_k für eindimensionale Fouriertransformation identisch mit dem, was für Fig. 14 gilt.

Fig. 16 ist ein Blockdiagramm, das eine weitere Abänderung der Anordnung von Fig. 15 zeigt.

Es macht keinen Unterschied, ob der MTI-Prozeß von Fig. 15 vor oder nach dem Prozeß durch die Einrichtung F_m erfolgt. Selbst wenn also die Fouriertransformationseinrichtung F_m für eindimensionale Fouriertransformation mit der Eingangsseite des MTI für bewegte Objekte angeordnet ist, wie in Fig. 16 dargestellt, erfolgt derselbe Ablauf wie im Fall von Fig. 15. Aus dieser Fig. 16 ist ersichtlich, daß der mit "*" markierte Abschnitt eine doppelte Fouriertransformation ist und daher im wesentlichen mit keinem Ablauf übereinstimmt, sondern lediglich den Auswertebereich auf den Bereich des Winkels R beschränkt, wie er für den Strahlauswähler BL gilt.

Fig. 17 ist ein Blockdiagramm, das eine weitere Abänderung gegenüber Fig. 16 zeigt. Das Ausführungsbeispiel von Fig. 17 ist in einfacher Weise so angeordnet, daß es nur das Array der Übertragerelemente Q, die Abtasteinrichtung SPL, das Anzeigefilter MTI für bewegte Objekte und die Bewegungsgeschwindigkeitsanalysiereinrichtung U enthält, was dadurch der Fall ist, daß der mit "*" in Fig. 16 markierte Abschnitt entfernt ist. In diesem Fall kann die Funktion des Strahlauswählers BL weggelassen werden, indem ein anderes Verfahren ausgeführt wird. Es wird nämlich eine Teilelementgruppe T′ der Übertragerelemente aktiviert, um eine Ultraschallwelle in den Bereich R zu senden, und die aus diesem Bereich reflektierten Signale werden empfangen, wie in Fig. 17 dargestellt, wodurch der Strahlauswähler BL weggelassen werden kann.

In der Anordnung des Ausführungsbeispiels von Fig. 17 sind 32 Übertragerelemente mit einem gegenseitigen Abstand von 0,25 mm angeordnet. Von ihnen werden nur zwei Elemente betrieben. Es wird dann eine Ultraschallwelle einer Frequenz von 3,5 MHz 10mal mit einem Sendeintervall von 1 msec in den großen Raum des Untersuchungsbereichs R=30 Grad gesendet, wodurch Empfangssignale a_kn (k=1, k=2 bis 10; n=1, n=2 bis 32) aus dem Bereich des Winkels R=30 Grad empfangen werden. Dabei zeigt der Index k die gerade interessierende Sendenummer auf Grundlage des Zählwertes der wiederholten Sendevorgänge an.

Die Anordnung von Fig. 17 ist so ausgebildet, daß die Empfangssignale a_k1, . . . a_kN von den Übertragerelementen durch die Abtasteinrichtung SPL abgetastet werden und dann in das Anzeigefilter MTI für bewegte Objekte eingegeben werden. Die Ausgangssignale dieses Filters MTI werden direkt an die Fouriertransformationseinrichtung F_k für eindimensionale Fouriertransformation im Block U gegeben. Das mit dieser Anordnung erhaltene Meßergebnis ist bei der vorliegenden Ausführungsform dasselbe, wie das gemäß Fig. 12, jedoch sind die Empfangselemente auf der Ordinatenachse angeordnet.

Fig. 18 ist ein Blockdiagramm, das die Anordnung einer weiteren Abänderung von Fig. 17 zeigt. Die Anordnung ist, wie dies in Fig. 18 dargestellt ist, so gewählt, daß die Empfangssignale a_kn . . . , a_kN von den Übertragerelementen durch Teilaperturen in Gruppen unterteilt werden; wobei diese Gruppen mit jeweiligen Strahlformphaseneinrichtungen R₁, . . . , R_M verbunden sind, die dazu dienen, den Strahlformablauf auszuführen. Ausgangssignale r_R1, . . . , r_RM, die mehrere Strahlen im Bereich des Gebiets R anzeigen, werden mit der Abtasteinrichtung SPL auf dieselbe Weise wie im Fall von Fig. 17 abgetastet, bevor die anschließende Verarbeitung ausgeführt wird.

In der Anordnung des Ausführungsbeispiels von Fig. 18 sind 64 Übertragerelemente mit einem gegenseitigen Abstand von 0,25 mm vorhanden. Bei der gewählten Anschlußart ist das Array der Übertragerelemente in 16 Gruppen unterteilt. Eine Ultraschallwelle mit einer Frequenz von 3,5 MHz wird 10mal mit einem Sendeintervall von 1 msec gesendet, wodurch Empfangssignale b_km (k=1, k=2 bis 10; m=1, m=2 bis 16) im Raum des Beobachtungsgebiets R=30 Grad erhalten werden. Der Index k zeigt die interessierende Sendenummer auf Grundlage des Zählwertes der wiederholten Sendeereignisse an.

Auch bei den Ausführungsbeispielen der Fig. 16 bis 18 stimmt die Anordnung der Geschwindigkeitsanalysiereinrichtung U, die die Quergeschwindigkeit V_ρ und die entfernte Geschwindigkeit V_r berechnet, völlig mit dem Ausführungsbeispiel von Fig. 14 überein. Die Reihenfolge von Anordnungen in der Anordnung kann willkürlich geändert werden. Anstatt den zweidimensionalen Korrelator COR zu verwenden, kann die Verteilung (σ, ρ) angezeigt werden. Die Abtasteinrichtung SPL ist so ausgeführt, daß sie eine übliche Abtast/Halte-Schaltung, einen A/D-Wandler und dergleichen verwendet. Eine mögliche alternative Anordnung ist eine Abtasteinrichtung vom Phasenvergleichstyp, die Multiplikation mit einem Bezugssignal und Tiefpaßfilterung ausführt, wodurch ein verbessertes S/N-Verhältnis erwartet werden kann.

Fig. 19 ist eine Darstellung, die den Fluß von Blut in einem lebenden Körper veranschaulicht. Da mit den Ausführungsbeispielen gemäß den Fig. 14 bis 18 Geschwindigkeitskomponenten für zwei Richtungen erhalten werden, können z. B. die Richtung, die Fließgeschwindigkeit und die Verteilung der Richtungen des Blutflusses im lebenden Körper ausgewertet werden. Demgemäß wird es auch möglich, einen Meßpunkt in einer zweidimensionalen Tomographieebene mit der Fließgeschwindigkeit, der Richtung und der Verteilung im Meßpunkt darzustellen, wie in Fig. 19 gezeigt.

Was Fig. 19 betrifft, ist in bezug auf die Tiefenrichtung des lebenden Körpers die Richtung des Blutflusses, die Richtung des Ultraschallstrahls und der Meßpunkt eingezeichnet.

Das Verfahren zum Integrieren von (σ, ρ) (in Fig. 12 dargestellt), wie es dadurch erhalten wird, daß das Ausgangssignal der Differenzbildung zweifach einer Fouriertransformation unterzogen wird, um eine Anzeige zu liefern, in der das Meßergebnis für eine große Skala für eine Position ausgegeben wird, die der Geschwindigkeit des reflektierenden Objekts entspricht, wie in Fig. 13 dargestellt, ist nicht auf die Korrelationsverarbeitung durch den zweidimensionalen Korrelator COR beschränkt, wie in Fig. 14 dargestellt.

Fig. 20 ist ein Blockdiagramm, das eine Anordnung des Ausführungsbeipiels der Bewegungsgeschwindigkeitsanalysiereinrichtung U gemäß der Erfindung zeigt, die ein anderes Verfahren verwendet. Die Fig. 21A, 21B und 21C sind Darstellungen, die das Ausgangssignal F₁ eines Fouriertransformators für zweidimensionale Fouriertransformation gemäß Fig. 20, das Ausgangssignal F₂ eines richtungsbezogenen Fouriertransformators gemäß Fig. 20 bzw. ein Beispiel für eine Koordinatentransformation darstellen. Die Bewegungsgeschwindigkeit der Analysiereinrichtung U besteht aus einem eindimensionalen Fouriertransformator F_k, einem eindimensionalen Fouriertransformator 2DFT, einem richtungsabhängigen Fouriertransformator PFT, einem Koordinatentransformator PRC und einer Bildanzeigeeinrichtung DISP. Der eindimensionale Fouriertransformator F_k unterzieht die Ausgangssignale des Anzeigefilters MTI für bewegte Objekte, die z. B. mit einer der Anordnungen gemäß Fig. 17 oder Fig. 18 erhalten wurden, einer Fouriertransformation in bezug auf die Richtung der Zeitbasis (k-Richtung), um dadurch die Werte (m, ρ) zu erhalten, der das Ergebnis der zweidimensionalen Fouriertransformation darstellt und dadurch definiert ist, daß die Achse der Ordinate von Fig. 12 als m behandelt wird. Wenn die Werte (m, ρ) zweidimensionaler Fouriertransformation durch den zweidimensionalen Fouriertransformator 2DFT in bezug auf die Richtung der Zeitfrequenzachse (ρ-Richtung) und die Richtung der Anordnung der Übertragerelemente (m-Richtung) unterzogen werden, erfolgt eine Transformation in die Ausgangsverteilung einer geraden Linie, die mit der Ursprungsdiagonalen übereinstimmt, wie mit F₁ in Fig. 21A dargestellt. Dieses Ergebnis ist leicht zu verstehen, wenn man die Beziehung zwischen einem projizierten Bild in einem Röntgenstrahl-CT und einem zweidimensionalen Fouriertransformationsbild berücksichtigt.

Die Charakteristikkurve F₁ von Fig. 21A erstreckt sich in einer Richtung rechtwinklig zu (σ, ρ), wie in Fig. 12 dargestellt, und die Amplitude des einer geraden Linie ähnlichen Bereichs ist gleichförmig, jedoch mit geänderter Phase. Die Phasenrotationsgeschwindigkeit ist proportional zu einer Entfernung zwischen dem Ursprung in Fig. 12 und D(σ, ρ). In Fig. 21A ist der Realteil Re[F₁] auf der geraden Linie dargestellt, die durch den Ursprung geht. Die Charakteristikkurve F₁ von Fig. 21A wird durch den richtungsabhängigen Fouriertransformator PFT von Fig. 20 in die Charakteristikkurve F₂ von Fig. 20B transformiert. Das heißt, daß der richtungsabhängige Fouriertransformator PFT eine Fouriertransformation dadurch ausführt, daß er die Werte auf der geraden Linie, die unter einem Winkel R durch den Ursprung O in Fig. 21 geht, als eindimensionale Folge von Zahlen verarbeitet und eine solche Verarbeitung für jeden Winkel vornimmt. Da eine Fouriertransformation für jede der genannten Richtungen ausgeführt wird, wird eine Konturanzeige erhalten, die richtungsmäßig mit der Richtung von F₁ in Fig. 21A übereinstimmt und um den Ursprung O herum mit Entfernungen r verläuft, die einen Winkel R zur y-Achse bilden, wobei große Signalintensität vorliegt. Die Entfernung r in Fig. 21B ist die Entfernung, die proportional zu γ in Richtung eines Winkels ist, der Δm entspricht. Die folgenden Beziehungen sind aus den Fig. 12 und 21A ableitbar.

(A: konstanter Wert)

Mit Hilfe des Koordinatentransformators PRC ist es unter Ausnutzung der vorstehenden Beziehungen möglich, eine Charakteristikkurve in der Form (Rd, Δm) zu erhalten, die da durch erzielt wird, daß die Charakteristikkurve in der Form (r, R) von Fig. 21B der durch Fig. 21C veranschaulichten Koordinatentransformation unterzogen wird, auf dieselbe Weise wie im Fall von Fig. 23. Die Konstante ist durch Anordnungsfaktoren des Systems bestimmt, wie die Frequenz der verwendeten Ultraschallquelle und das Anordnungsintervall der Übertragerelemente.

Fig. 22 ist eine Ansicht, die dazu dient, eine Anordnung zu erläutern, die zur Fouriertransformation von Fig. 20 äquivalent wirkt. Fig. 23 ist ein Blockdiagramm, das die Anordnung der besten Objektgeschwindigkeitanalyseeinrichtung gemäß der Erfindung zeigt. Die Anordnungen des eindimensionalen Fouriertransformators Fk und des zweidimensionalen Fouriertransformators 2DFT, wie in Fig. 20 dargestellt, entsprechen demjenigen des eindimensionalen Fouriertransformators Fm von Fig. 22. Das heißt, daß, weil die zweidimensionale Fouriertransformation eine Kombination für die k-Richtung (Richtung der Zeitbasis) und die m-Richtung (Richtung der Anordnung der Übertragerelemente) ist, die Bearbeitung durch den eindimensionalen Fouriertransformator Fk und den zweidimensionalen Fouriertransformator 2DFT der einmaligen Fouriertransformation in bezug auf die Richtung durch den eindimensionalen Fouriertransformator Fm entspricht. Infolgedessen kann die Anordnung der Bewegungsgeschwindigkeitanalysiereinrichtung U von Fig. 20 vereinfacht werden, wie in Fig. 23 dargestellt. Das heißt, daß die Bewegungsgeschwindigkeitanalysiereinrichtung U von Fig. 23 aus einem eindimensionalen Fouriertransformator Fm, einem richtungsabhängigen Fouriertransformator PFT, einem Koordinatentransformator PRC und einer Bildanzeigeeinrichtung DIPS besteht. Nachdem die Ausgangsverteilung der geraden Linie F₁ gemäß Fig. 21A durch den eindimensionalen Fouriertransformator Fm erhalten wurde, wird das Transformationsausgangssignal F₂, wie in Fig. 21B dargestellt, durch den richtungsabhängigen Fouriertransformator PFT erhalten, das dann in das Koordinatensystem (Rd, Δm) transformiert wird, wie in Fig. 21C dargestellt, was durch den Koordinatentransformator PRC erfolgt, so daß die resultierenden Daten auf der Bildanzeigeeinrichtung DISP ausgegeben werden können.

In der Objektgeschwindigkeitanalysiereinrichtung der Erfindung wird die vektorielle Bewegungsgeschwindigkeit von Blut in solcher Weise gemessen, daß die Ultraschallwellen von den Übertragerelementen zu jedem der Zeitpunkte t_k (k=0, 2, . . . , K) gesendet werden und die Empfangssignale, die der spezifizierten Tiefe entsprechen, einer Fouriertransformation in bezug auf die Richtung der Anordnung der Übertragerelemente (m-Richtung) durch den eindimensionalen Fouriertransformator Fm unterzogen werden, mehrere Frequenzspektren als Ergebnis in zeitlicher Folge erzeugt werden, entsprechend den Sendezeitpunkten t_k (k=0, 2, . . . , K) der Ultraschallwellen, um die Frequenzspektren zeitmäßig zu begutachten, welches Ergebnis zweidimensionalen Signalen entspricht, die im (k, σ) Koordinatensystem dargestellt werden, wobei die Werte auf jeder der mehreren geraden Linien, die unter jeweiligen Winkeln mit dem Ursprung des (k, σ)-Koordinatensystems übereinstimmen, einer Fouriertransformation durch den richtungsabhängigen Fouriertransformator PFT unterzogen werden, wobei sie als eindimensionale Folge von Zahlen behandelt werden. Die resultierenden Daten werden durch den Koordinatentransformator PRC in das (R_d, Δm)-Koordinatensystem transformiert, wie in Fig. 21 dargestellt.

Fig. 24 ist ein Bockdiagramm, das die Anordnung einer Bewegungsgeschwindigkeitsanalysiereinrichtung zeigt, bei der das Anzeigefilter MTI für bewegte Objekte in der Endstufe des eindimensionalen Fouriertransformators Fm angeordnet ist. Weiter oben wurde beschrieben, daß der Verarbeitungsablauf im Anzeigefilter MTI für bewegte Objekte die Tatsache nutzt, daß vor und nach der Verarbeitung durch den eindimensionalen Fouriertransformator Fm kein Unterschied besteht. wenn jedoch das Anzeigefilter MTI für bewegte Objekte in der Endstufe des eindimensionalen Fouriertransformators Fm angeordnet ist, kann ein Signal mit höherem S/N-Verhältnis erzielt werden. Die Fig. 25 und 26 sind Blockdiagramme, die Anordnungen von Ausführungsformen eines Ultraschallflußmessers zeigen, die die Bewegungsgeschwindigkeitanalysiereinrichtung gemäß Fig. 24 verwenden. In jeder der Ausführungsformen der Fig. 25 und 26 stimmen die Bedingungen für das Senden und den Empfang der Ultraschallwellen (der Beobachtungsbereich, die Frequenz, das Sendeintervall, die Anzahl von Wiederholungen der Sendesignale und dergleichen) sowie die Anordnung der Abtasteinrichtung SPL mit den Gegebenheiten für die Ausführungsbeispiele der Fig. 17 und 18 überein.

Wie es in den Fig. 25 und 26 deutlich gezeigt ist, ist es leicht zu verstehen, daß Blutfluß in einem lebenden Körper dargestellt werden kann.

Wie vorstehend im Detail dargelegt, ist es mit der Erfindung möglich, einen Ultraschallflußmesser mit einfachem Aufbau zu schaffen. Da alle Verarbeitungen linear erfolgen, kann dann, wenn die von einem reflektierenden Objekt gelieferten Geschwindigkeitssignale eine Verteilung zeigen, diese Verteilung gemessen werden, selbst dann, wenn die Querschnittsgeschwindigkeit einen Fluß in positiver und negativer Richtung aufweist, können beide Flüsse gemessen werden. Selbst wenn mehrere reflektierende Objekte vorhanden sind und diese unterschiedliche Flußrichtungen und Geschwindigkeitsverteilungen aufweisen, ist es möglich, die Flußrichtung und die Geschwindigkeitsverteilung für jedes reflektierende Objekt zu messen. Dadurch kann die Geschwindigkeit des reflektierenden Objekts als Vektorgröße gemessen werden, wobei deren Richtung und Größe nicht von der Bewegungsrichtung des reflektierenden Objekts abhängen.

Gemäß der Erfindung kann nicht nur Blut, sondern jeder Gegenstand gemessen werden, solange er Ultraschallwellen reflektiert. Darüber hinaus ist es möglich, die Erfindung in der Navigation oder dergleichen zu verwenden.

Die Fließgeschwindigkeit und die Flußrichtung in einer zweidimensionalen Ebene, d. h. der zweidimensionale Flußvektor, können genau gemessen werden. Darüber hinaus kann auch ein dreidimensionaler Flußvektor dadurch gemessen werden, daß ein zweidimensionales Übertragerarray und zweidimensionale Fouriertransformatoren verwendet werden.

Claims

1. Ultraschall-Flußmesser, dadurch gekennzeichnet, daß er so ausgebildet ist, daß er reflektierte Ultraschallsignale mit einem Array von Übertragerelementen (Q) empfängt, Phasenrotationsgeschwindigkeiten der Signale berechnet, Winkelgeschwindigkeiten richtungsabhängig auf Grundlage von Beziehungen zwischen Phasenrotationsgeschwindigkeiten ermittelt und eine Geschwindigkeitskomponente eines reflektierenden Objekts rechtwinklig zur Strahlrichtung bestimmt.

2. Ultraschall-Flußmesser mit:

- einem Übertrager, der aus einem Elementarray (Q) besteht;
- einem Mittel (DR) zum wiederholten Ansteuern eines Teils der Übertragerelemente (Q) mit vorgegebenem zeitlichen Abstand, um dadurch wiederholt eine Ultraschallwelle an ein Ziel zu übertragen;
- einer Parallelempfangsstrahlformeinrichtung (B), die Phasen der Signale von den Übertragerelementen (Q) gleichgerichtete und parallele Empfangssignale erzeugt, die aus Empfangsstrahlen mit unterschiedlicher Richtungsabhängigkeit gewonnen werden;
- einer Abtasteinrichtung (SPL) die jedes der parallelen Empfangssignale abtastet und abgetastete Signale speichert;
- einer Anzeigefiltereinrichtung (MTI) zum Anzeigen bewegter Objekte mit Hilfe eines Differenzbildungsverfahrens für Signale mit vorgegebener Zeitdauer seit dem Sendevorgang;
- einer ersten eindimensionalen Fouriertransformationseinrichtung (Fm), die eine Fouriertransformation in bezug auf die Ausrichtungsrichtung der Empfangsstrahlen ausführt; und
- einem zweiten Fouriertransformationsmittel (Fk) zum Ausführen einer Fouriertransformation aufeinanderfolgend für die Ausgangssignale der ersten Fouriertransformationseinrichtung (Fm) hinsichtlich der Richtung der wiederholten Sendevorgänge;
- wobei die Quer- und die Axialgeschwindigkeit eines sich im Ziel bewegenden Objektes aus der zweidimensionalen Verteilung der Ausgangssignale der zweiten Fouriertransformationseinrichtung (Fk) erhalten werden.

3. Ultraschall-Flußmesser nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch ein Mittel (DISP) zum Erhalten einer Verteilung von Geschwindigkeitsvektoren in einer zweidimensionalen Ebene aus Ausgangssignalen des zweiten Fouriertransformationsmittels (Fk) und zum Darstellen der Verteilung auf einem zweidimensionalen Schirm.

4. Ultraschall-Flußmesser mit:

- einem Übertrager, der aus einem Elementarray (Q) besteht;
- einem Mittel (DR) zum wiederholten Ansteuern eines Teils der Übertragerelemente (Q) mit vorgegebenem zeitlichen Abstand, um dadurch wiederholt eine Ultraschallwelle an ein Ziel zu übertragen;
- einer Parallelempfangsstrahlformeinrichtung (B), die Phasen der Signale von den Übertragerelementen (Q) gleichgerichtete und parallele Empfangssignale erzeugt, die aus Empfangsstrahlen mit unterschiedlicher Richtungsabhängigkeit gewonnen werden;
- einer Abtasteinrichtung (SPL) die jedes der parallelen Empfangssignale abtastet und abgetastete Signale speichert;
- einer Anzeigefiltereinrichtung (MTI) zum Anzeigen bewegter Objekte mit Hilfe eines Differenzbildungsverfahrens für Signale mit vorgegebener Zeitdauer seit dem Sendevorgang;
- einer ersten eindimensionalen Fouriertransformationseinrichtung (Fm), die eine Fouriertransformation in bezug auf die Ausrichtungsrichtung der Empfangsstrahlen ausführt;
- einem zweiten Fouriertransformationsmittel (Fk) zum Ausführen einer Fouriertransformation aufeinanderfolgend für die Ausgangssignale der ersten Fouriertransformationseinrichtung (Fm) hinsichtlich der Richtung der wiederholten Sendevorgänge;
- einem Funktionserzeugungsmittel (GEN) zum Erzeugen einer vorgegebenen Raumfrequenzfunktion (σ) für alle meßbaren Quer- und Axialgeschwindigkeiten; und
- einer zweidimensionalen Korrelationseinrichtung (COR), die eine zweidimensionale Korrelationsfunktion für die Ausgangssignale des zweiten Fouriertransformationsmittels (Fk) und des Funktionserzeugungsmittels (GEN) erzeugt;
- wobei die Axialgeschwindigkeit und die Entfernungsgeschwindigkeit aus der Position eines Spitzenwertes der Ausgangssignalverteilung von der zweidimensionalen Korrelationseinrichtung (COR) erhalten werden.

5. Ultraschall-Flußmesser nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch ein Mittel (DISP) zum Erhalten einer Verteilung von Geschwindigkeitsvektoren in einer zweidimensionalen Ebene aus Ausgangssignalen der zweidimensionalen Korrelationseinrichtung (COR) und zum Darstellen der Verteilung auf einem zweidimensionalen Schirm.

6. Ultraschall-Flußmesser mit:

- einer Einrichtung (DR) zum wiederholten Senden einer Ultraschallwelle auf ein Ziel;
- einem Übertrager aus einem Array von Übertragerelementen (Q) zum Empfangen von Ultraschallwellen, wie sie vom Ziel reflektiert werden;
- einer Abtasteinrichtung (SPL), die Signale von den Übertragerelementen (Q) abtastet;
- einem Fouriertransformator (Fm), der eine Fouriertransformation in bezug auf eine Richtung wiederholter Sendevorgänge mit den Signalen ausführt, die von den Übertragerelementen (Q) geliefert werden und abzutasten sind; und
- einer Einrichtung (U) zum Bestimmen der Fließgeschwindigkeit und der Richtung eines Objekts im Zielgebiet dadurch, daß die Ausgangssignale vom Fouriertransformator (Fm) in einer Ebene analysiert wird, die eine erste Achse aufweist, die Orte der Ausgangssignale vom Fouriertransformator (Fm) anzeigt, und eine zweite Achse aufweist, die die Orte der Übertragerelemente (Q) anzeigt.

7. Ultraschall-Flußmesser mit:

- einem Übertrager, der aus einem Elementarray (Q) besteht;
- einem Mittel (DR) zum wiederholten Ansteuern eines Teils der Übertragerelemente (Q) mit vorgegebenem zeitlichen Abstand, um dadurch wiederholt eine Ultraschallwelle an ein Ziel zu übertragen;
- einer Parallelempfangsstrahlformeinrichtung (B), die Phasen der Signale von den Übertragerelementen (Q) gleichgerichtete und parallele Empfangssignale erzeugt, die aus Empfangsstrahlen mit unterschiedlicher Richtungsabhängigkeit gewonnen werden;
- einer Abtasteinrichtung (SPL) die jedes der parallelen Empfangssignale abtastet und abgetastete Signale speichert;
- einer Anzeigefiltereinrichtung (MTI) zum Anzeigen bewegter Objekte mit Hilfe eines Differenzbildungsverfahrens für Signale mit vorgegebener Zeitdauer seit dem Sendevorgang;
- einer ersten eindimensionalen Fouriertransformationseinrichtung (Fm), die eine Fouriertransformation in bezug auf die Ausrichtungsrichtung der Empfangsstrahlen ausführt; und
- einer zweiten eindimensionalen Fouriertransformationseinrichtung (PFT), die die Ausgangssignale von der ersten eindimensionalen Fouriertransformationseinrichtung (Fm) als zweidimensionale Signale einer zeitlichen Folge behandelt, die den Sendevorgängen der Ultraschallwelle entspricht, und die für mehrere gerade Linien, die unter jeweiligen Winkeln durch den Ursprung eines Koordinatensystems laufen, Signalwerte auf jeder der geraden Linien als eindimensionale Zahlenfolge behandelt, um die Fouriertransformation auszuführen;
- wobei die Quer- und die Axialgeschwindigkeit eines sich im Ziel bewegenden Objekts aus der zweidimensionalen Verteilung der Ausgangssignale der zweiten eindimensionalen Fouriertransformationseinrichtung (PFT) erhalten werden.

8. Ultraschall-Flußmesser nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch ein Mittel (DISP) zum Erhalten einer Verteilung von Geschwindigkeitsvektoren in einer zweidimensionalen Ebene aus den Ausgangssignalen der zweiten eindimensionalen Fouriertransformationseinrichtung (PFT), und zum Darstellen der Verteilung auf einem zweidimensionalen Schirm.

9. Ultraschall-Flußmesser nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch

- eine Koordinatentransformationseinrichtung (PRC), die die Ausgangssignale von der zweiten eindimensionalen Fouriertransformationseinrichtung (PFT) in eine Quergeschwindigkeit und eine Axialgeschwindigkeit eines sich bewegenden Objektes transformiert;
- wobei die Quer- und die Axialgeschwindigkeit des sich bewegenden Objektes im Ziel erhalten werden.

10. Ultraschall-Flußmesser nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch ein Mittel (DISP) zum Erhalten einer Verteilung von Geschwindigkeitsvektoren in einer zweidimensionalen Ebene aus Ausgangssignalen der Koordinatentransformationseinrichtung (PRC), und zum Darstellen der Verteilung auf einem zweidimensionalen Schirm.

11. Ultraschall-Flußmesser nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Parallelempfangsstrahlformeinrichtung (B) mehrere Empfangsstrahlen mit unterschiedlichen Richtungen gleichzeitig formt.

12. Ultraschall-Flußmesser nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Parallelempfangstrahlformeinrichtung (B) mehrere Empfangsstrahlen mit im wesentlichen jeweils gleichem Brennpunktabstand und unterschiedlichen Brennpunktrichtungen gleichzeitig formt.

13. Ultraschall-Flußmesser nach einem der Ansprüche 2 bis 12, dadurch geklennzeichnet, daß die Parallelempfangstrahlformeinrichtung (B) über eine eindimensionale Fouriertransformationseinrichtung (F_R) verfügt, die eine Fouriertransformation für jedes von den Übertragerelementen (Q) empfangene Empfangssignal betreffend die Ausrichtungsrichtung der Übertragerelemente (Q) ausführt.

14. Ultraschall-Flußmesser nach einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Anzeigefiltermittel (MTI) für sich bewegende Objekte die Anzeige für sich bewegende Objekte für Signale für die Abtasteinrichtung (SPL) oder für Ausgangssignale von der ersten eindimensionalen Fouriertransformationseinrichtung (Fm) ausführt.

15. Ultraschall-Flußmesser nach einem der Ansprüche 2 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die erste eindimensionale Fouriertransformationseinrichtung (Fm) eine eindimensionale Fouriertransformation mit den Ausgangssignalen der Abtasteinrichtung (SPL) ausführt.

16. Ultraschall-Flußmesser nach einem der Ansprüche 2 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die erste eindimensionale Fouriertransformationseinrichtung (Fm) eine eindimensionale Fouriertransformation mit den Ausgangssignalen des Anzeigefiltermittels (MTI) für sich bewegende Objekte ausführt.