JP2840864B2 - パルスドプラ計測装置 - Google Patents
パルスドプラ計測装置Info
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- G01F1/66—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by measuring frequency, phase shift or propagation time of electromagnetic or other waves, e.g. using ultrasonic flowmeters
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- G01P5/00—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft
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- G01S15/58—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はパルスドプラ計測装置に関し、特に超音波に
より物体の速度を検出する装置、例えば、生体内の血流
速度をリアルタイムで測定する場合に、高い信号対雑音
比で計測が可能なパルスドプラ計測装置に関する。
より物体の速度を検出する装置、例えば、生体内の血流
速度をリアルタイムで測定する場合に、高い信号対雑音
比で計測が可能なパルスドプラ計測装置に関する。
音波のドプラ効果により物体の流速を知る装置として
は、従来から種々のものが知られている。特に、パルス
ドプラ法を用いる装置（例えば、「日本音響学会誌」第
29巻 第６号（1973年）pp351〜352参照）では、超音波
パルス（pulsed continous wave）を繰り返し送波し、
受波信号に計測部位までの距離に対応したタイムゲート
をかけることにより、測定部位を特定するきとが可能で
あることが知られている。
は、従来から種々のものが知られている。特に、パルス
ドプラ法を用いる装置（例えば、「日本音響学会誌」第
29巻 第６号（1973年）pp351〜352参照）では、超音波
パルス（pulsed continous wave）を繰り返し送波し、
受波信号に計測部位までの距離に対応したタイムゲート
をかけることにより、測定部位を特定するきとが可能で
あることが知られている。
従来の超音波ドプラ血流計測装置として、例えば、特
開昭58−188433号公報、同60−119929号公報，同61−25
527号公報に開示されている如く、血管に向けて超音波
を送信し、血管中の血液で反射した超音波のドプラ偏移
周波数を測定して、血液の流れの方向と超音波送信方向
となす角度をθ、血流の速度をｖとしたときvcosθを測
定することにより、血流を計測する装置が知られてい
る。
開昭58−188433号公報、同60−119929号公報，同61−25
527号公報に開示されている如く、血管に向けて超音波
を送信し、血管中の血液で反射した超音波のドプラ偏移
周波数を測定して、血液の流れの方向と超音波送信方向
となす角度をθ、血流の速度をｖとしたときvcosθを測
定することにより、血流を計測する装置が知られてい
る。
上述の如く、ドプラ周波数を測定することにより、物
体または血流等の速度を知ることが可能である。ところ
が、人体内の血流を計測するには、血管壁，心臓壁等の
壁の動きと血流とを分離するため、MTI（固定物除去）
フィルタを用いる必要がある。このMTIフィルタにより
血流速度が遅い場合、ドプラ信号の利得が低下するた
め、ドプラ速度計測部に誤差をもたらし、真の血流速度
とは異なる速度として測定するという問題がある。
体または血流等の速度を知ることが可能である。ところ
が、人体内の血流を計測するには、血管壁，心臓壁等の
壁の動きと血流とを分離するため、MTI（固定物除去）
フィルタを用いる必要がある。このMTIフィルタにより
血流速度が遅い場合、ドプラ信号の利得が低下するた
め、ドプラ速度計測部に誤差をもたらし、真の血流速度
とは異なる速度として測定するという問題がある。
以下、これにつき、図面に基づいて説明する。
第５図は、従来の、各種のドプラ計測装置の特性を示
すものであり、横軸は真の血流速度に対応する入力位
相、縦軸は測定された速度に対応する出力位相であり、
シミュレーションにより得た結果である。その際、ドプ
ラ信号である位相比較器の出力信号のモデルとして、 Xn＝Anexp（ｊωdt）＋Bn（Wn′＋jWn″） を用いている。但し、ここで位相雑音Wn′,Wn″は白色
雑音であるとし、正規分布Ｎ（0,1）に従う正規乱数を
用いている。
すものであり、横軸は真の血流速度に対応する入力位
相、縦軸は測定された速度に対応する出力位相であり、
シミュレーションにより得た結果である。その際、ドプ
ラ信号である位相比較器の出力信号のモデルとして、 Xn＝Anexp（ｊωdt）＋Bn（Wn′＋jWn″） を用いている。但し、ここで位相雑音Wn′,Wn″は白色
雑音であるとし、正規分布Ｎ（0,1）に従う正規乱数を
用いている。
Wn″はWn′とは乱数の初期値を違えて発生させること
により、無相関のものを用いている。この雑音の発生要
因としては、血流の微視的な変動による反射信号の毎回
ごとの変化や、音波の伝播過程における組織の不均一さ
から生ずる音響的雑音と、測定装置における信号増幅に
用いている増幅器における電気的雑音等を考慮してい
る。なお、Wn′は実部における雑音、Wn″は虚数部にお
ける雑音を表わしている。なお、ωｄはドプラ周波数で
ある。
により、無相関のものを用いている。この雑音の発生要
因としては、血流の微視的な変動による反射信号の毎回
ごとの変化や、音波の伝播過程における組織の不均一さ
から生ずる音響的雑音と、測定装置における信号増幅に
用いている増幅器における電気的雑音等を考慮してい
る。なお、Wn′は実部における雑音、Wn″は虚数部にお
ける雑音を表わしている。なお、ωｄはドプラ周波数で
ある。
例えば、米国特許第4583409号に示された自己相関法
と呼ばれる種類の従来のパルスドプラ計測では、低速血
流に対しては誤差を生じ、真の速度と大きく異なる速度
が推定されるという問題があったことは前述の通りであ
る。この理由は、自己相関法において、ドプラ信号同志
の位相差を検出する際に生じるものである。すなわち、
パルスくり返し周期ごとにMTIを介して得たドプラ信号
同志の自己相関をとって得た位相差ベクトルを加算する
演算において、雑音振幅Bnが小さい（Bn《１）ときに
は、位相差ベクトルの位相項において、雑音が互いに打
消し合う効果がある。そのため、位相差ωdT（Ｔ＝tn+1
−tn）が正確に求まるが、雑音振幅Bnが大きい（Bn》
１）ときには、位相項において雑音が打消されず、加算
増大するため、位相差が （Ｎは加算回数）となり、不正確なものとなる。また、
位相差ベクトルを加算するのに代えて、ドプラ信号位相
（角度）を検出し、毎回の計測くり返しごとの角度差Δ
θを得、その角度差をcos成分、sin成分に分け、この２
成分を加算平均した後に２成分の示す位相差を求める２
軸成分法と呼ばれる方法（特開昭63−84553号）におい
ても、上記の自己相関法と全く同様の誤差が生じる。第
５図はこれらの自己相関法もしくは２軸成分法における
計測速度に対応する出力位相を真の血流速度に対応する
入力位相に対して前述のシミュレーションで求めた曲線
であり、低速領域にて大きな検出誤差があることが明ら
かにされている。
と呼ばれる種類の従来のパルスドプラ計測では、低速血
流に対しては誤差を生じ、真の速度と大きく異なる速度
が推定されるという問題があったことは前述の通りであ
る。この理由は、自己相関法において、ドプラ信号同志
の位相差を検出する際に生じるものである。すなわち、
パルスくり返し周期ごとにMTIを介して得たドプラ信号
同志の自己相関をとって得た位相差ベクトルを加算する
演算において、雑音振幅Bnが小さい（Bn《１）ときに
は、位相差ベクトルの位相項において、雑音が互いに打
消し合う効果がある。そのため、位相差ωdT（Ｔ＝tn+1
−tn）が正確に求まるが、雑音振幅Bnが大きい（Bn》
１）ときには、位相項において雑音が打消されず、加算
増大するため、位相差が （Ｎは加算回数）となり、不正確なものとなる。また、
位相差ベクトルを加算するのに代えて、ドプラ信号位相
（角度）を検出し、毎回の計測くり返しごとの角度差Δ
θを得、その角度差をcos成分、sin成分に分け、この２
成分を加算平均した後に２成分の示す位相差を求める２
軸成分法と呼ばれる方法（特開昭63−84553号）におい
ても、上記の自己相関法と全く同様の誤差が生じる。第
５図はこれらの自己相関法もしくは２軸成分法における
計測速度に対応する出力位相を真の血流速度に対応する
入力位相に対して前述のシミュレーションで求めた曲線
であり、低速領域にて大きな検出誤差があることが明ら
かにされている。
一方、計測くり返しごとのドプラ信号の位相差を得、
この位相差の値を直接複数回加算して平均化した位相差
を得、これを速度に変換する方法が1978ウルトラソニッ
クス・シンポジウム・プロシーディングス（Ultrasonic
Symposium Proceedings）第348〜352頁に示されてい
る。以下これを位相差平均法と呼ぶ。この方法では、真
の血流速度に対応する位相差がπもしくは−π近くであ
れば、雑音による検出位相差の変動により毎回の検出位
相差はπもしくは−πを越える場合が生じ、πおよび−
πにおける値の折り返しにより加算総和がゼロ付近にな
る現象が生じる。したがって高速領域における計測範囲
が限られているとの欠点を有する。
この位相差の値を直接複数回加算して平均化した位相差
を得、これを速度に変換する方法が1978ウルトラソニッ
クス・シンポジウム・プロシーディングス（Ultrasonic
Symposium Proceedings）第348〜352頁に示されてい
る。以下これを位相差平均法と呼ぶ。この方法では、真
の血流速度に対応する位相差がπもしくは−π近くであ
れば、雑音による検出位相差の変動により毎回の検出位
相差はπもしくは−πを越える場合が生じ、πおよび−
πにおける値の折り返しにより加算総和がゼロ付近にな
る現象が生じる。したがって高速領域における計測範囲
が限られているとの欠点を有する。
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的
とするところは高速領域にも十分な計測範囲を有し、か
つ低速領域における雑音による測定誤差の少ないパルス
ドプラ流速計を提供するにある。
とするところは高速領域にも十分な計測範囲を有し、か
つ低速領域における雑音による測定誤差の少ないパルス
ドプラ流速計を提供するにある。
上記目的を達成するため、本発明のパルスドプラ計測
装置は、低速の物体を測定するには、位相差平均法、中
高速の物体を測定するには自己相関法の出力を用いる。
すなわち、順次得られる位相ベクトル信号同志の自己相
関を取り、得られる位相差ベクトルを複数回加算し、加
算された位相差ベクトルの偏角を算出する自己相関法に
よる第１の位相差検出手段と、順次得られる位相ベクト
ル信号同志の位相差を複数回加算する位相差平均法及び
前記位相差で得た平均位相差を修正することによる第２
の位相差検出手段と、第1,第２の位相差検出手段の出力
の一方を選択する手段を有する。上記選択する手段は、
第１の位相差検出手段の出力が所定の閾値より小さな場
合には第２の位相差検出力を選択して血流速度とする。
また上記閾値を越えた場合にはその第１の位相差検出手
段を出力を血流速度とする。
装置は、低速の物体を測定するには、位相差平均法、中
高速の物体を測定するには自己相関法の出力を用いる。
すなわち、順次得られる位相ベクトル信号同志の自己相
関を取り、得られる位相差ベクトルを複数回加算し、加
算された位相差ベクトルの偏角を算出する自己相関法に
よる第１の位相差検出手段と、順次得られる位相ベクト
ル信号同志の位相差を複数回加算する位相差平均法及び
前記位相差で得た平均位相差を修正することによる第２
の位相差検出手段と、第1,第２の位相差検出手段の出力
の一方を選択する手段を有する。上記選択する手段は、
第１の位相差検出手段の出力が所定の閾値より小さな場
合には第２の位相差検出力を選択して血流速度とする。
また上記閾値を越えた場合にはその第１の位相差検出手
段を出力を血流速度とする。
また本発明の別の特徴によれば、上記構成に加えて更
に上記位相差ベクトルの示す速度の分散を検出する手段
と、反射信号の反射強度を検出する手段とを備え、これ
らの速度分散、及び反射強度をも血流速度決定のパラメ
ータとする。すなわち速度分散、反射強度がともにある
閾値より大きい場合は、乱流の状態であるので上記第１
の位相差検出手段の出力を血流速度として選択し、速度
分散が閾値より大、反射強度が閾値より小の場合は速度
ゼロ、もしくは不定とする。
に上記位相差ベクトルの示す速度の分散を検出する手段
と、反射信号の反射強度を検出する手段とを備え、これ
らの速度分散、及び反射強度をも血流速度決定のパラメ
ータとする。すなわち速度分散、反射強度がともにある
閾値より大きい場合は、乱流の状態であるので上記第１
の位相差検出手段の出力を血流速度として選択し、速度
分散が閾値より大、反射強度が閾値より小の場合は速度
ゼロ、もしくは不定とする。
本発明では、中高速の物体については、従来の自己相
関法の利点を生かし、従来どおりの速度の計測が可能で
ある。低速の物体については位相差平均法による位相差
の演算値を用いるので、雑音成分が1/N（N:加算回数）
倍に抑圧されるため、高S/Nの速度計測が達成される。
速度零近辺においては、出力値を零又は空白として出力
するので、誤表示が無くなる。
関法の利点を生かし、従来どおりの速度の計測が可能で
ある。低速の物体については位相差平均法による位相差
の演算値を用いるので、雑音成分が1/N（N:加算回数）
倍に抑圧されるため、高S/Nの速度計測が達成される。
速度零近辺においては、出力値を零又は空白として出力
するので、誤表示が無くなる。
以下、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。
る。
第１図は本発明の一実施例を示すパルスドプラ計測装
置のブロック構成図である。図において、12は超音波ト
ランスデューサ、２は送波回路、３は受波回路、４は位
相比較器、５はA/D変換器、６はMTIフィルタ、７は速度
演算検出部８は位相修正器、10は制御部、11は操作卓を
示している。
置のブロック構成図である。図において、12は超音波ト
ランスデューサ、２は送波回路、３は受波回路、４は位
相比較器、５はA/D変換器、６はMTIフィルタ、７は速度
演算検出部８は位相修正器、10は制御部、11は操作卓を
示している。
本実施例に示すパルスドプラ計測装置は、信号対雑音
比が向上する位相差平均法を基本とし、ドプラ速度の小
さいときは位相差平均法の出力、ドプラ速度が中以上の
とき、自己相関法の出力を選択することを特徴とする。
その動作の概要は、以下の通りである。
比が向上する位相差平均法を基本とし、ドプラ速度の小
さいときは位相差平均法の出力、ドプラ速度が中以上の
とき、自己相関法の出力を選択することを特徴とする。
その動作の概要は、以下の通りである。
送波回路２で送出された超音波パルスを、超音波トラ
ンスデューサ１から反射物体13に向けて、等間隔Ｔで繰
り返し送波する。反射物体13により反射された超音波パ
ルスは、受波回路３により受波され、位相比較器４にお
いて、参照信号 α＝Acosω0t と、 α′＝Asinω0t との位相比較が行われ、それぞれの出力VR,VIが得られ
る。
ンスデューサ１から反射物体13に向けて、等間隔Ｔで繰
り返し送波する。反射物体13により反射された超音波パ
ルスは、受波回路３により受波され、位相比較器４にお
いて、参照信号 α＝Acosω0t と、 α′＝Asinω0t との位相比較が行われ、それぞれの出力VR,VIが得られ
る。
今、反射体13についての位相比較器４の出力をVRn,V
In（ここで、ｎ＝1,2,……）と表わすと、VRn,VInは次
式で示すことができる。
In（ここで、ｎ＝1,2,……）と表わすと、VRn,VInは次
式で示すことができる。
VRn＝Ancosθｎ （１） VIn＝Ansinθｎ （２） 簡単のため、上式（１），（２）を次式でまとめて、
下記の如く記述するものとする。
下記の如く記述するものとする。
Vn′＝Anexp（j θｎ） （３） Vn′はA/D変換器の出力である。Vn′がMTIフィルタ６に
入力されると、MTIフィルタ６の出力Vnを得る。MITフィ
ルタが一次差分回路なので、 Vn＝Vn′−Vn-1′ （４） である。以後、Vnを位相ベクトルと呼ぶ。
入力されると、MTIフィルタ６の出力Vnを得る。MITフィ
ルタが一次差分回路なので、 Vn＝Vn′−Vn-1′ （４） である。以後、Vnを位相ベクトルと呼ぶ。
自己相関器（位相差検出器）701に、まず位相ベクト
ルが入力される。自己相関器701では位相ベクトルVnと
一時刻前のベクトルVn-1の複数共役ベクトルであるVn-1
＊との複素乗算が実施される。複素乗算の結果出力をYn
とすると、Ynは次式で示される。
ルが入力される。自己相関器701では位相ベクトルVnと
一時刻前のベクトルVn-1の複数共役ベクトルであるVn-1
＊との複素乗算が実施される。複素乗算の結果出力をYn
とすると、Ynは次式で示される。
Yn＝Vn・Vn-1 ＊＝Rn＋jIn （５） 複素加算器702は、自己相関器701の出力であるRn＋jIn
を任意回数、加算平均する。その結果出力をＲ＋jIで示
すと、Ｒ＋jIは次式で示される。
を任意回数、加算平均する。その結果出力をＲ＋jIで示
すと、Ｒ＋jIは次式で示される。
ATANメモリ703は複素加算器の出力Ｒ＋jIを偏角Δθ
Ａに変換する。以上は自己相関法による連度演算の主た
る構成である。
Ａに変換する。以上は自己相関法による連度演算の主た
る構成である。
つぎに速度分散を検出する部分を説明する。自己相関
器701の出力Rn＋jInをATANメモリ704に入力することに
より、偏角ΔθＡが出力される。分散演算器705は、ATA
Nメモリ703の出力すなわち速度の平均値ΔθAnと個々の
偏角ΔθAnから速度分散σ2 Sを算出し、出力する。しか
し三角関数の制約（｜Δθ｜＜π）があるため分散演算
器705は以下のように条件分けを行ない分散を演算す
る。演算結果の出力をσＳとすれば、σｓは以下の如く
である。
器701の出力Rn＋jInをATANメモリ704に入力することに
より、偏角ΔθＡが出力される。分散演算器705は、ATA
Nメモリ703の出力すなわち速度の平均値ΔθAnと個々の
偏角ΔθAnから速度分散σ2 Sを算出し、出力する。しか
し三角関数の制約（｜Δθ｜＜π）があるため分散演算
器705は以下のように条件分けを行ない分散を演算す
る。演算結果の出力をσＳとすれば、σｓは以下の如く
である。
一方パワー演算器706はVnの実部VRnと虚数部VInとの
自乗和を演算検出後、更に任意回それらを加算する。加
算結果をPSとすればPSは次式で示される。
自乗和を演算検出後、更に任意回それらを加算する。加
算結果をPSとすればPSは次式で示される。
PSは選択器709へ入力される。
速度演算部７において、点線で示した部分今回追加さ
れた回路を示している。それらは位相差平均法による速
度演算部（8,709,713,714）と選択器709から成る。位相
差平均法は高S/Nで速度の計測可能な方法である。位相
差平均法ではまず、位相ベクトルVnをATANメモリ707に
入力することにより偏角θｎの結果出力を得る。位相差
検出器713によれば、現在の偏角θｎと一時刻前の偏角
θn-1との差出力が得られる。位相差検出器713の出力を
Δθｎとおけば、Δθｎは各条件に対応して演算され次
式で示される。
れた回路を示している。それらは位相差平均法による速
度演算部（8,709,713,714）と選択器709から成る。位相
差平均法は高S/Nで速度の計測可能な方法である。位相
差平均法ではまず、位相ベクトルVnをATANメモリ707に
入力することにより偏角θｎの結果出力を得る。位相差
検出器713によれば、現在の偏角θｎと一時刻前の偏角
θn-1との差出力が得られる。位相差検出器713の出力を
Δθｎとおけば、Δθｎは各条件に対応して演算され次
式で示される。
Δθ＝θｎ−θn-1 for|θｎ−θn-1|＜180゜ ＝θｎ−θn-1 −360゜for|θｎ−θn-1＞180゜ ＝θｎ−θn-1 ＋360゜for|θｎ−θn-1＜180゜ （９） 重心演算器714は各位相差Δθｎと各位相差の振幅Pn
を積和演算し、積和演算結果を振幅値Pnの総和で除算す
る。その結果をΔθＴ′とおけばΔθＴ′は次式で示さ
れる。
を積和演算し、積和演算結果を振幅値Pnの総和で除算す
る。その結果をΔθＴ′とおけばΔθＴ′は次式で示さ
れる。
位相差平均法による位相差を得たい場合、パワ演算器
の第２の出力Pnをすべて１に設定して重心演算器に入力
すれば可能である。位相差を得るか重心を得るかは上記
処理により容易に選択可能である。
の第２の出力Pnをすべて１に設定して重心演算器に入力
すれば可能である。位相差を得るか重心を得るかは上記
処理により容易に選択可能である。
位相修正器８は上記位相差を修正するディジタル処理
装置である。そこでまず、修正の必要性及び修正方法に
ついて図面により説明する。位相修正工程のためのフロ
ーチャート（PAD:Problem Analysis Diagram）を第３図
に示す。第４図は，位相修正の原理を示している。
装置である。そこでまず、修正の必要性及び修正方法に
ついて図面により説明する。位相修正工程のためのフロ
ーチャート（PAD:Problem Analysis Diagram）を第３図
に示す。第４図は，位相修正の原理を示している。
位相差修正アルゴリズムは位相差平均法で発生する誤
差を補正するものであり、各種位相差平均法に共通して
適用できる基本のアルゴリズムである。
差を補正するものであり、各種位相差平均法に共通して
適用できる基本のアルゴリズムである。
パケット内で位相差をＮ回加算する際、折り返しがあ
る場合、誤差となる。すなわち、位相差が一度、＋180
゜あるいは−180゜を越えると、加算Ｎ回に付き＋360゜
あるいは−360゜の誤差を生じる。したがって、加算平
均結果として、＋360/N,あるいは−360゜/Nの誤差とな
る。位相差が同一方向に二度、＋180゜、あるいは−180
゜を越えると、加算Ｎ回に付き、計＋720゜あるいは計
−720゜の誤差を生じる。そのため、加算平均結果とし
て、＋720゜/N,あるいは−720゜/Nの誤差となる。対策
としては、折り返しを検知し、補正を行えばよい。しか
し、折り返しは容易には検知できないので、つぎの方式
を取る。
る場合、誤差となる。すなわち、位相差が一度、＋180
゜あるいは−180゜を越えると、加算Ｎ回に付き＋360゜
あるいは−360゜の誤差を生じる。したがって、加算平
均結果として、＋360/N,あるいは−360゜/Nの誤差とな
る。位相差が同一方向に二度、＋180゜、あるいは−180
゜を越えると、加算Ｎ回に付き、計＋720゜あるいは計
−720゜の誤差を生じる。そのため、加算平均結果とし
て、＋720゜/N,あるいは−720゜/Nの誤差となる。対策
としては、折り返しを検知し、補正を行えばよい。しか
し、折り返しは容易には検知できないので、つぎの方式
を取る。
第４図を用いて説明する。理想的定常血流として、単
一ドプラ周波数を持ち、雑音のない場合を想定する。そ
のとき、位相変化はパルス送波時間に比例する。真値の
一点鎖線に対し、一回折り返しが発生すると本来より下
の一点鎖線あるいは本来より上の一点鎖線（真値の−36
0゜あるいは真値の＋360゜）に一致する。そこで、各位
相値θｉと式の位相値（一点鎖線）との差を取り、パワ
ー最小となるように、各位相値を修正する。
一ドプラ周波数を持ち、雑音のない場合を想定する。そ
のとき、位相変化はパルス送波時間に比例する。真値の
一点鎖線に対し、一回折り返しが発生すると本来より下
の一点鎖線あるいは本来より上の一点鎖線（真値の−36
0゜あるいは真値の＋360゜）に一致する。そこで、各位
相値θｉと式の位相値（一点鎖線）との差を取り、パワ
ー最小となるように、各位相値を修正する。
以下第３図のフローチャートを用い説明する。
START801後、繰り返し工程802でｋ＝1,Mとし、各理想
的位相変化に対する全位相誤差を工程826でＡ（１）〜
Ａ（Ｍ）を演算する。そのためには、まず工程803で総
位相誤差の変数Ｓの初期値と工程804で位相の初期値θ
3lとをそれぞれ零に設定する。繰返し工程805はｌ＝1,N
と設定し、各位相誤差，位相修正，位相誤差の絶対値の
積算（工程823）及び修正位相値の演算をＮ回繰返し実
施する。
的位相変化に対する全位相誤差を工程826でＡ（１）〜
Ａ（Ｍ）を演算する。そのためには、まず工程803で総
位相誤差の変数Ｓの初期値と工程804で位相の初期値θ
3lとをそれぞれ零に設定する。繰返し工程805はｌ＝1,N
と設定し、各位相誤差，位相修正，位相誤差の絶対値の
積算（工程823）及び修正位相値の演算をＮ回繰返し実
施する。
工程806では位相差Δθｉから位相値θ3l（第４図θ
ｉに相当）を演算する。工程807では位相の真値に対す
る位相値θ3lとの差を演算する。位相修正工程808〜822
では例えば第４図点線の如く位相を修正する。工程811
〜816では位相θ3lが真値に比べ大きく、差D1が360゜以
上のとき、360゜を減算することにより、差D1が360゜以
内となるまで減算する。工程817〜822は位相値θ3lが真
値に比べ小さく，差D1が−360゜以下のとき,360゜を加
算することにより，差D1が−360゜以上となるまで360゜
を加算する。工程823では総位相誤差の変数Ｓに差D1の
絶対値を積算する。工程824,825では修正された位相差
θklを得る。工程805における繰返し数Ｎはパケット内
のデータ数（位相差Δθｉ）である。工程802における
繰返し数Ｍを５とおけば、位相の真値の＋360゜，＋720
゜，−360゜，−720゜の誤差まで対応できる。工程826
は各位相値に対する全位相誤差を演算する。工程827〜8
30は全位相誤差最小の位相値θkminNを選択する。真値
＋360゜の位相値の全位相誤差が最小ならばk min＝４で
ありθ4Nが選択される。このとき、平均位相差▲▼
Ｔは ▲▼Ｔ＝θkminN/N で示される。工程831でこれらの処理は終了する。Δθ
Ｔは選択器709へ入力される。
ｉに相当）を演算する。工程807では位相の真値に対す
る位相値θ3lとの差を演算する。位相修正工程808〜822
では例えば第４図点線の如く位相を修正する。工程811
〜816では位相θ3lが真値に比べ大きく、差D1が360゜以
上のとき、360゜を減算することにより、差D1が360゜以
内となるまで減算する。工程817〜822は位相値θ3lが真
値に比べ小さく，差D1が−360゜以下のとき,360゜を加
算することにより，差D1が−360゜以上となるまで360゜
を加算する。工程823では総位相誤差の変数Ｓに差D1の
絶対値を積算する。工程824,825では修正された位相差
θklを得る。工程805における繰返し数Ｎはパケット内
のデータ数（位相差Δθｉ）である。工程802における
繰返し数Ｍを５とおけば、位相の真値の＋360゜，＋720
゜，−360゜，−720゜の誤差まで対応できる。工程826
は各位相値に対する全位相誤差を演算する。工程827〜8
30は全位相誤差最小の位相値θkminNを選択する。真値
＋360゜の位相値の全位相誤差が最小ならばk min＝４で
ありθ4Nが選択される。このとき、平均位相差▲▼
Ｔは ▲▼Ｔ＝θkminN/N で示される。工程831でこれらの処理は終了する。Δθ
Ｔは選択器709へ入力される。
選択器709においては、自己相関法により得た偏角
（平均位相差）ΔθA,角度分散σｓと、パワー演算器70
6により得た反射強度Psをパラメータとし血流速度 としてΔθＴかΔθＡかのいずれを選択するかを判別す
る演算が実施される。第２図に選択アルゴリズムのPAD
フローチャート（以後PADと略称する）を示したのでそ
れに従い説明する。σｃは角度分散の閾値であり、まず
σｓがσｃより小さいかどうか判定される。真（YES）
ならば、つぎにΔθＡの絶対値が角度の閾値 より小かどうか判定される。真ならば、ΔθＴを血流速
度とし、為ならば、ΔθＡを血流速度と決定する。又σ
ｓがσｃより大または等しい場合、反射強度Psが反射強
度の閾値より大かどうか判定される。真ならば、ΔθＡ
を血流速度とし、為ならば血流速度はブランク（値な
し）又は速度零と決定される。ΔθＴと判定される場
合、その血流は低速、ΔθＡと判定される場合、その血
流は、中高速度か乱流、ブランク又は零と判定される場
合は、雑音（装置の電気雑音から音響雑音）を想定して
いる。三つの閾値σc, Pnは操作パネル上から変更可能である。σｃの値として
は66゜ないし86゜を用いる。MTIフィルタが一時の場合
σｃとしては、約76゜が適当であり、MTIフィルタの次
数に応じて変更する。
（平均位相差）ΔθA,角度分散σｓと、パワー演算器70
6により得た反射強度Psをパラメータとし血流速度 としてΔθＴかΔθＡかのいずれを選択するかを判別す
る演算が実施される。第２図に選択アルゴリズムのPAD
フローチャート（以後PADと略称する）を示したのでそ
れに従い説明する。σｃは角度分散の閾値であり、まず
σｓがσｃより小さいかどうか判定される。真（YES）
ならば、つぎにΔθＡの絶対値が角度の閾値 より小かどうか判定される。真ならば、ΔθＴを血流速
度とし、為ならば、ΔθＡを血流速度と決定する。又σ
ｓがσｃより大または等しい場合、反射強度Psが反射強
度の閾値より大かどうか判定される。真ならば、ΔθＡ
を血流速度とし、為ならば血流速度はブランク（値な
し）又は速度零と決定される。ΔθＴと判定される場
合、その血流は低速、ΔθＡと判定される場合、その血
流は、中高速度か乱流、ブランク又は零と判定される場
合は、雑音（装置の電気雑音から音響雑音）を想定して
いる。三つの閾値σc, Pnは操作パネル上から変更可能である。σｃの値として
は66゜ないし86゜を用いる。MTIフィルタが一時の場合
σｃとしては、約76゜が適当であり、MTIフィルタの次
数に応じて変更する。
としてはπ/6〜π/2（30゜〜90゜）の範囲内の角度が適
当である。Pnは装置の電気雑音パワー等の測定で決まる
数値である。
当である。Pnは装置の電気雑音パワー等の測定で決まる
数値である。
操作卓11の操作により制御部10を介して選択アルゴリ
ズムのスイッチSW＝０と設定したときには、反射強度の
値に依らずΔθＡと判定される。スイッチSW≠０（例え
ばSW＝１）と設定したとき初めてブランク又は零と判定
される。SW＝０は従来装置に対応した出力をディスプレ
イするためのスイッチである。この場合白色雑様の表示
が見られる。SW≠０は新表示であり、操作卓11のゲイン
を増大させても、雑音は除去され、ディスプレイ画面に
は白色雑音が表われず、S/Nの良い表示が可能となる。
このようにスイッチSWの切換により、新モードと従来モ
ードの両方の表示が可能である。
ズムのスイッチSW＝０と設定したときには、反射強度の
値に依らずΔθＡと判定される。スイッチSW≠０（例え
ばSW＝１）と設定したとき初めてブランク又は零と判定
される。SW＝０は従来装置に対応した出力をディスプレ
イするためのスイッチである。この場合白色雑様の表示
が見られる。SW≠０は新表示であり、操作卓11のゲイン
を増大させても、雑音は除去され、ディスプレイ画面に
は白色雑音が表われず、S/Nの良い表示が可能となる。
このようにスイッチSWの切換により、新モードと従来モ
ードの両方の表示が可能である。
選択器709は上記選択アルゴリズムを介さず、操作パ
ネル上のスイッチにより、常に、血流速度としてΔθＡ
を表示したり、ΔθＴを表示することは容易である。な
お、上記のごとく選択されたΔθＡもしくはΔθＴはそ
れ自体血流速度 を示す信号として表示器等に入力すれば良いが、ドップ
ラ周波数に正確に換算するにはΔθＡもしくはΔθＴの
値を時間間隔Ｔで除算する。すなわち、計測の時間間隔
Ｔを何通りかに変更できる装置であれば、選択器709の
出力を割算器（図示せず）に入力し、割算器により出力
をＴで割り算してその出力を血流速度 とする必要がある。
ネル上のスイッチにより、常に、血流速度としてΔθＡ
を表示したり、ΔθＴを表示することは容易である。な
お、上記のごとく選択されたΔθＡもしくはΔθＴはそ
れ自体血流速度 を示す信号として表示器等に入力すれば良いが、ドップ
ラ周波数に正確に換算するにはΔθＡもしくはΔθＴの
値を時間間隔Ｔで除算する。すなわち、計測の時間間隔
Ｔを何通りかに変更できる装置であれば、選択器709の
出力を割算器（図示せず）に入力し、割算器により出力
をＴで割り算してその出力を血流速度 とする必要がある。
以上説明したように本発明によれば、S/N改善効果に
より低速血流測定性能が増す。具体的には従来よりおよ
そ50％程度遅い血流のS/Nの良い測定が可能である。速
度零付近での誤測定（高速と誤る）も無くなり、さらに
速度分散及び反射強度の導入により速度零は正しく測定
される。
より低速血流測定性能が増す。具体的には従来よりおよ
そ50％程度遅い血流のS/Nの良い測定が可能である。速
度零付近での誤測定（高速と誤る）も無くなり、さらに
速度分散及び反射強度の導入により速度零は正しく測定
される。
第１図は本発明の一実施例を示すドプラ速度検出演算部
の構成、第２図は速度演算結果の選択アルゴリズム、第
３図は位相修正工程のためのフローチャート、第４図
は、位相修正の原理を示している。第５図はシミュレー
ション実験による入力位相と計測結果（出力位相）を示
す図である。 7:ドプラ速度演算検出部、701:自己相関器（位相差検出
器）、702:複素加算器、703,704,707:ATANメモリ、705:
分散演算器、706:パワー演算器、713:位相差検出器、70
9:選択器、8:位相修正器、10:付加部分、12:プローブ、
13:目標物体。
の構成、第２図は速度演算結果の選択アルゴリズム、第
３図は位相修正工程のためのフローチャート、第４図
は、位相修正の原理を示している。第５図はシミュレー
ション実験による入力位相と計測結果（出力位相）を示
す図である。 7:ドプラ速度演算検出部、701:自己相関器（位相差検出
器）、702:複素加算器、703,704,707:ATANメモリ、705:
分散演算器、706:パワー演算器、713:位相差検出器、70
9:選択器、8:位相修正器、10:付加部分、12:プローブ、
13:目標物体。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) A61B 8/06 G01P 5/00 G01F 1/66
Claims (2)
- 【請求項１】所定の間隔で検査対象に繰り返し超音波パ
ルスを送波し、前記検査対象からの反射波を受信信号と
して受信する送受波手段と、記受信信号を得る毎に前記
受信信号の位相を表わす位相ベクトルを生成する位相検
出手段と、自己相関プロセスにより、現在の前記位相ベ
クトルと先に生成された前記位相ベクトルとの間の位相
差ベクトルを計算し、複数の前記位相差ベクトルの和ベ
クトルの偏角から第１の平均位相差を求める第１の平均
位相差検出手段と、現在の前記位相ベクトルと先に求め
られた前記位相クトルとの間の位相差値を検出し、複数
の前記位相差値を加算、平均して第２の平均位相差を求
める第２の平均位相差検出手段と、該第２の平均位相差
から複数の仮の平均位相差を求め、順次前記位相値を加
算して得られる位相変化と、前記仮の平均位相差値の各
々に基づく位相変化との一致の程度を表わす全誤差を計
算して、最も小さい前記全誤差を補正された第２の平均
位相差として生成して、前記仮の平均位相差値の１つを
選択する位相差補正手段と、前記第１の平均位相差と前
記の補正された第２の平均位相差との一方を検査対象の
平均速度として選択する選択手段とを有することを特徴
とするパルスドプラ計測装置。 - 【請求項２】所定の間隔で検査対象に繰り返し超音波パ
ルスを送波し、前記検査対象からの反射波を受信信号と
して受信する送受波手段と、前記受信信号を得る毎に前
記受信信号の位相を表わす位相ベクトルを生成する位相
検出手段と、前記受信信号を得る毎に現在の前記位相ベ
クトルと先に生成された前記位相ベクトルとの間の位相
差値を検出する位相差検出手段と、該位相差検出手段か
ら出力される複数の前記位相差値を加算、平均して、平
均位相差値を求める手段と、前記平均位相差値から複数
の仮の平均位相差を求め、順次前記位相差値を加算して
得られる位相変化と、前記仮の平均位相差値の各々に基
づく位相変化との一致の程度を表わす全誤差を計算し
て、最も小さい前記全誤差を補正された平均位相差とし
て生成して、前記仮の平均位相差値の１つを選択する手
段と、前記検査対象の平均速度として前記の補正された
平均位相差を表示する表示手段とを有することを特徴と
するパルスドプラ計測装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1292338A JP2840864B2 (ja) | 1989-11-13 | 1989-11-13 | パルスドプラ計測装置 |
| US07/611,541 US5107466A (en) | 1989-11-13 | 1990-11-13 | Ultrasonic doppler flow meter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1292338A JP2840864B2 (ja) | 1989-11-13 | 1989-11-13 | パルスドプラ計測装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03155846A JPH03155846A (ja) | 1991-07-03 |
| JP2840864B2 true JP2840864B2 (ja) | 1998-12-24 |
Family
ID=17780506
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1292338A Expired - Fee Related JP2840864B2 (ja) | 1989-11-13 | 1989-11-13 | パルスドプラ計測装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5107466A (ja) |
| JP (1) | JP2840864B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006080182A1 (ja) * | 2005-01-31 | 2006-08-03 | Fuji Electric Systems Co., Ltd. | 超音波流量計、２方式併用型超音波流量計 |
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|---|---|---|---|---|
| JP3160428B2 (ja) * | 1993-07-12 | 2001-04-25 | 株式会社東芝 | 濃度計 |
| EP0757260B1 (en) * | 1995-08-02 | 2001-09-26 | Ge Yokogawa Medical Systems, Ltd. | Method of detecting moving velocity of tissue or blood and ultrasonic diagnosing apparatus |
| US6626838B2 (en) | 1996-11-07 | 2003-09-30 | Transoma Medical, Inc. | Blood flow meter apparatus and method of use |
| US5865749A (en) * | 1996-11-07 | 1999-02-02 | Data Sciences International, Inc. | Blood flow meter apparatus and method of use |
| US6370264B1 (en) * | 1999-04-07 | 2002-04-09 | Steven C Leavitt | Method and apparatus for ultrasonic color flow imaging |
| JP4195155B2 (ja) * | 1999-08-31 | 2008-12-10 | ソニーマニュファクチュアリングシステムズ株式会社 | 位置検出装置 |
| JP4338532B2 (ja) * | 2003-02-21 | 2009-10-07 | 富士通株式会社 | 通信装置 |
| JP4562656B2 (ja) * | 2003-10-17 | 2010-10-13 | パナソニック株式会社 | 超音波ドプラ血流測定装置 |
| JP5269439B2 (ja) * | 2008-03-03 | 2013-08-21 | 株式会社東芝 | 超音波診断装置および超音波診断装置のデータ処理プログラム |
| CN102793566B (zh) * | 2011-05-24 | 2014-04-16 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | 声辐射力的产生系统及方法 |
| US20190216430A1 (en) * | 2018-01-15 | 2019-07-18 | General Electric Company | System and method for ultrasound flow imaging |
| CN110824193A (zh) * | 2019-11-11 | 2020-02-21 | 南京世海声学科技有限公司 | 一种基于多波束径向流速测量的非均匀水流速度估计方法 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58188433A (ja) * | 1982-04-28 | 1983-11-02 | アロカ株式会社 | 超音波診断装置 |
| JPS60119929A (ja) * | 1983-12-05 | 1985-06-27 | アロカ株式会社 | 超音波診断装置 |
| JPS6125527A (ja) * | 1984-07-13 | 1986-02-04 | 富士通株式会社 | 超音波ドプラ血流計 |
| JPH07100064B2 (ja) * | 1986-09-29 | 1995-11-01 | 株式会社日立メデイコ | 超音波ドプラ流速計 |
| US4905206A (en) * | 1988-06-22 | 1990-02-27 | Hitachi Medical Corporation | Ultrasonic doppler flow meter |
-
1989
- 1989-11-13 JP JP1292338A patent/JP2840864B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
1990
- 1990-11-13 US US07/611,541 patent/US5107466A/en not_active Expired - Lifetime
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006080182A1 (ja) * | 2005-01-31 | 2006-08-03 | Fuji Electric Systems Co., Ltd. | 超音波流量計、２方式併用型超音波流量計 |
| JPWO2006080182A1 (ja) * | 2005-01-31 | 2008-08-07 | 富士電機システムズ株式会社 | 超音波流量計、２方式併用型超音波流量計 |
| JP4548482B2 (ja) * | 2005-01-31 | 2010-09-22 | 富士電機システムズ株式会社 | 超音波流量計、２方式併用型超音波流量計 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5107466A (en) | 1992-04-21 |
| JPH03155846A (ja) | 1991-07-03 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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