JP3483970B2 - 超音波流速計測装置 - Google Patents
超音波流速計測装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本装置は超音波ビームと直交する
方向に運動する物体の速度を三次元的に計測する流速計
測装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】流体の速度成分のうち、超音波ビームの
軸方向だけでなく、ビーム軸と直交する方向の成分を計
測する方法としていくつかの方法が提案されている。 【０００３】ウィルソン（L. S. Wilson）らは連続的に
取得した一連の二次元画像を時間軸に沿って並べ、ビー
ム軸に垂直な面およびビームに対して直交する方向に垂
直な面へのスペックルの投影の傾きから各方向の流速を
求める方法を提案している（ウルトラソニック・イメー
ジング 15，pp.286〜303，1993年，Ultrasonic Imagin
g 15，pp286〜303，1993)。 【０００４】トラヘイ（G. E. Trahey）らは連続的に取
得した画像の中でターゲットとした領域の周辺で相関係
数を計算し、その相関係数が最大となる位置から、ター
ゲットの移動速度方向および大きさを求める方法を提案
している（アイイーイーイー・トランザクション・オン
・バイオメディカル・エンジニアリング vol. BME-3
4，No.12，pp.965〜967，1987年，IEEE Transactions o
n Biomedical Engineering，vol.BME-34，No.12，pp.96
5〜967，1987）。 【０００５】ボーンフォウス（O. Bonnefous）らはビー
ム軸と直交する方向に関して信号の相関関数を計算し、
その最大値を得る時刻からビーム軸と直交する方向の速
度成分を求める方法を提案している（ウルトラソニック
ス・シンポジウム，pp.795〜799，1988年，Ultrasonics
Symposium，pp.795〜799，1988）。 【０００６】センサー(D. Censor）らは相反定理よりエ
コー信号のスペクトルがトランスデューサの開口径およ
び指向性の関数の畳み込みとなることを利用し、エコー
信号のスペクトルの包絡線の端の周波数からビーム軸と
直交する方向の速度成分を求める方法を提案している
（アイイーイーイー・トランザクション・オン・バイオ
メディカル・エンジニアリング，vol.35，No.9，pp740
〜751，1988，IEEETransactions on Biomedical Engine
ering，vol.35，No.9，pp740〜751，1988）。 【０００７】一方、片倉らは一次元に配列された素子を
用いてそれらの素子が受信する信号の位相回転速度から
ビームと直交する方向の流速成分を求める方法を提案し
ている（特願平1−227360号，特願平3−62719号，特願
平5−82941号明細書）。 【０００８】 【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は二次元
的に連続配列された素子を利用することにより、異なる
速度分布を持つ反射体の三次元の血流速分布を計測可能
とすることにある。 【０００９】 【課題を解決するための手段】本発明では、二次元的に
連続配列された複数個の素子によって得た受信信号を線
形処理することにより、反射体の三次元方向の速度成分
を求め、その速度分布を導出することを可能とする。 【００１０】 【作用】図１に示すように二次元配列された素子Ｑを用
いるとする。二次元配列された素子Ｑにおけるｍ方向お
よびｎ方向の各素子間の間隔はΔｘおよびΔｙである。
この二次元配列された素子Ｑの全体あるいは一部の素子
から時刻ｐｋごとに点Ｐに集束する音波を送出する。ｋ
は送波の番号であり、ｐは送波の時間間隔である。この
音波により得られる点Ｐの反射信号はＱ内の位置（ｍ，
ｎ）における素子ｑ(ｍ，ｎ)により受信される。送波か
ら一定時間Ｓを経過した時刻で信号を観測すると、ｋ番
目の送波直後の観測時刻はｔ＝ｋｐ＋Ｓとなる。ここで
ｋ番目の送波による時刻ｔにおける受信信号をｓ(ｋ，
ｍ，ｎ)とする。 【００１１】受信信号ｓ(ｋ，ｍ，ｎ)には運動する反射
体からの信号だけではなく静止物体からの反射信号も含
まれているのでこれを除去する必要がある。そこで受信
信号の差分ｓ(ｋ，ｍ，ｎ)−ｓ(ｋ＋１，ｍ，ｎ）を計
算し、この結果ｓｄ(ｍ，ｎ，ｔ）を出力とし、静止物
体からの信号を除去する。 【００１２】さてここで、反射体が図１に示すように極
座標における半径方向の速度をδ0,ｘ方向およびｙ方向
における極座標の天頂角方向の角速度をε0，γ0とする
と、時刻ｔにおける反射体の半径方向、ｘ方向およびｙ
方向における極座標の天頂角方向の位置ｒθ，θｘ、お
よびθｙは数１，数２，数３となる。 【００１３】 【数１】 【００１４】 【数２】 【００１５】 【数３】 【００１６】このとき、波面は遅延回路により平面に補
正するので、素子ｑ(ｍ，ｎ)の位置を(ｘｍ，ｙｎ)とす
ると、図１に示すｒｘｙは数４となるので、素子ｑ
(ｍ，ｎ)までの超音波伝搬距離ｒは数５となり、素子ｑ
(ｍ，ｎ)が受信する信号の位相回転量Ψｍｎは数６とな
る。 【００１７】 【数４】 【００１８】 【数５】 【００１９】 【数６】 【００２０】Ｋは波数を示し、その値は２πｆ／ｃであ
る。ｃは音速、ｆは周波数である。Ψｍｎの定数項は無
視できるのでこれを取り除き、数７とおくことができ
る。従って、受信信号ｓｄ(ｍ，ｎ，ｔ)は数８となる。 【００２１】 【数７】 【００２２】 【数８】 【００２３】ａ(ｍ，ｎ)は送受信器の開口径関数であ
り、ａ(ｍ，ｎ)はａ1(ｍ）とａ2(ｎ）の積である。ま
た、ｂ（ｔ）は計測時間方向の重み関数である。 【００２４】そこで、ｓｄ(ｍ，ｎ，ｔ)をｍ方向および
ｎ方向に関して二次元フーリエ変換を行うと、数９とな
る。 【００２５】 【数９】 【００２６】Ψｘｙ{ }はｍ方向およびｎ方向に関する
二次元フーリエ変換を示すオペレータである。ここで、
Ａ(ｗｘ，ｗｙ)はａ(ｍ，ｎ)のｍ方向およびｎ方向に関
する二次元フーリエ変換である。数９から明らかなこと
は、Ｒ2が平面ωｘ＝ｋε0ｔと平面ωｙ＝ｋγ0ｔが交
差する直線上において極大値を得ることである。 【００２７】ここで、数１０，数１１とおいて変数変換
を行うと、数１２，数１３となるので、Ｒ2は数１４と
書き換えられる。 【００２８】 【数１０】 【００２９】 【数１１】 【００３０】 【数１２】 【００３１】 【数１３】 【００３２】 【数１４】 【００３３】ここで、χおよびγは数１５および数１６
である。 【００３４】 【数１５】 【００３５】 【数１６】 【００３６】さらに、Ｒ2′をｔに関してフーリエ変換
を行うと、数１７を得る。 【００３７】 【数１７】 【００３８】Ｆｔ{ }はｔに関するフーリエ変換を示す
オペレータである。従って、Ｒ3 が極大値を得る点
(ξ0，η0，μ0）は数１８，数１９および数２０に示す
条件を満たすので、求めるべき対象の速度δ0 、および
角速度ε0，γ0は数２１，数２２および数２３から求め
られる。 【００３９】 【数１８】 【００４０】 【数１９】 【００４１】 【数２０】 【００４２】 【数２１】 【００４３】 【数２２】 【００４４】 【数２３】 【００４５】なお並列ビーム形成器によるビーム形成は
空間に関するフーリエ変換と等価である。したがって、
ｍ方向およびｎ方向に関する二次元フーリエ変換は図２
に示すように、受信信号ｓ(ｋ，ｍ，ｎ)を図３に示す複
数の受信用超音波ビームｓｂ(ｋ，ｍ，ｎ)によって得る
受信信号ｓｃ(ｋ，ｍ，ｎ)のすべてを同時に出力すると
いう複数受信ビームの並列形成を行うことに置き換える
ことができる。 【００４６】 【実施例】以下、本発明の１実施例を図４により説明す
る。Ｑは二次元に配列されたＭ×Ｎ個のトランスデュー
サ素子であり、二次元配列された素子Ｑにおけるｍ方向
およびｎ方向の各素子間の間隔はΔｘおよびΔｙであ
る。Ｑの一部の素子Ｖに接続された駆動源によりＶを駆
動して、送波間隔ｐとしてＱの前面に繰り返し、パルス
状音波を送信する。この音波により得られる点Ｐの反射
信号はＱ内の位置(ｍ,ｎ）における素子ｑ(ｍ，ｎ)によ
り受信される。送波から一定時間Ｓを経過した時刻で信
号を観測すると、ｋ番目の送波直後の観測時刻はｔ＝ｋ
ｐ＋Ｓとなる。 【００４７】ここでｋ番目の送波による時刻ｔにおける
反射信号をｓ(ｋ，ｍ，ｎ)（ｍ＝１，…，Ｍ，ｎ＝１，
…，Ｎ）をＱにより受信し、これらをＡＤ変換器により
離散化し、Ｃ(ｋ，ｍ，ｎ)とする。ここでｔ＝ｋＴで、
ＴはＡＤ変換器のサンプリング間隔である。さらに静止
物体からの反射信号を除去するために、フィルタにより
ｋに関して複数個のＣ(ｋ，ｍ，ｎ）について差分処
理、すなわちＣ(ｋ，ｍ，ｎ）−Ｃ(ｋ＋１，ｍ，ｎ)を
求めることを行い、その出力をｄ(ｋ，ｍ，ｎ)とする。
そして、この信号ｄ(ｋ，ｍ，ｎ)をまず、一次元フーリ
エ変換器によりｍに関してフーリエ変換を行い、数２４
に示す出力ＤＲ1(ωｘ，ｎ，ｋ）を得る。 【００４８】数２４におけるＤＡ１は数２５に示すよう
に開口径関数ａ1(ｍ）のｍ方向の離散フーリエ変換であ
る。 【００４９】 【数２４】【００５０】 【数２５】 【００５１】さらにＤＲ1(ωｘ，ｎ，ｋ）を一次元フー
リエ変換器によりｎに関してフーリエ変換を行い、数２
６に示す出力ＤＲ2(ωｘ，ωｙ，ｋ）とする。数２６に
おけるＤＡ２は数２７に示すように開口径関数ａ2(ｎ）
のｎ方向の離散フーリエ変換である。 【００５２】 【数２６】 【００５３】 【数２７】 【００５４】ＤＲ2(ωｘ，ωｙ，ｋ）を直交座標空間
（ωｘ，ωｙ，ｋ）において表すと、その値は平面ωｘ
＝Ｋε0ｔと平面ωｙ＝Ｋγ0ｔが交差する直線上におい
て極大値を得る。Ｋは波数を示す。これらの平面の傾き
は前記数１０および数１１であるので、それらの平面の
傾きの値を最小二乗法により求め、数２１および数２２
を計算し、ｘ方向およびｙ方向における極座標の天頂角
方向すなわちθ方向の角速度ε0，γ0の値を得る。 【００５５】さらにＤＲ2(ωｘ，ωｙ，ｋ）を一次元フ
ーリエ変換器によりｋに関してフーリエ変換を行い、数
２８に示す出力ＤＲ3(ξ，η，μ）を得る。数２８にお
けるＤＢは数２９に示すように重み関数ｂ(ｋＴ)のｋ方
向の離散フーリエ変換である。 【００５６】 【数２８】 【００５７】 【数２９】 【００５８】この最終出力ＤＲ3(ξ，η，μ）は直交座
標空間（ξ，η，μ）において、極大値を得る点から前
記数２３を計算し、半径方向の速度δ0 の値を得る。そ
して得られたδ0 ，ε0 ，γ0 の値を三次元の極座標空
間としてディスプレイ上に表示するか、δ0 ，ε0 ，γ
0 の値から数３０，数３１，数３２により直交座標系に
おけるｘ、ｙ、およびｚ方向の速度成分ｖｘ，ｖｙ，ｖ
ｚを計算し、三次元の直交座標空間としてディスプレイ
上に表示する。 【００５９】 【数３０】 【００６０】 【数３１】 【００６１】 【数３２】 【００６２】なお、静止物体からの信号を除去するため
の差分処理はｍおよびｎに関するフーリエ変換を行った
あとでもよいので、図５に示すように一次元フーリエ変
換器２の後に差分処理フィルタを接続してもよい。ま
た、時間方向のフーリエ変換を行ったあとに差分処理を
行ってもよいので、図６に示すように一次元フーリエ変
換器３の後に差分処理フィルタを接続してもよい。 【００６３】なお、空間に関するフーリエ変換は並列ビ
ーム形成器によるビーム形成と等価であることが知られ
ている。そこで、図７に示すようにｍおよびｎに関する
フーリエ変換を行う一次元フーリエ変換器１および一次
元フーリエ変換器２を並列ビーム形成器に置き換えるこ
とができる。すなわち、ｍ方向およびｎ方向に関する一
次元フーリエ変換を図２に示すように、受信信号ｓ
(ｋ，ｍ，ｎ)を図３に示す複数の受信用超音波ビームＢ
ｍｎによって得る受信信号ｓｂ(ｋ，ｍ，ｎ)のすべてを
同時に出力するという複数受信ビームの並列形成を行う
ことに置き換えることができる。 【００６４】具体的な手順としては、測定対象とする反
射体からの反射信号ｓ(ｋ，ｍ，ｎ)（ｍ＝１，…，Ｍ，
ｎ＝１，…，Ｎ）をＱにより受信し、並列受信ビーム形
成器によりＭ×Ｎ個の各信号にそれぞれ遅延をかけ、加
算して目的とする方向に指向性を有する受波ビームの受
信信号ｓｂ(ｋ，ｈ，ｌ)（ｈ＝１，…，Ｈ，ｌ＝１，
…，Ｌ）を作る。 【００６５】得られた複数のビームは図３に示すように
それぞれ隣り合ったビームは角度εの方位差を有する。
そこで、これらの受信信号のうち図３に示すように角度
Θの範囲内のＨ×Ｌ本の受信ビームｓｄ(ｋ，ｈ，ｌ)を
選択する。そして、この信号をＡＤ変換器により離散化
する。その出力を差分処理フィルタを通過させ、その出
力を一次元フーリエ変換器３によりｋに関するフーリエ
変換を行い、三次元方向の速度成分を求める。 【００６６】さて、ディスプレイに表示する方法として
は二次元的に表示する方法と三次元的に表示する方法が
考えられる。例えば、図８に示すように任意の二次元面
を選択し、その面に平行な速度成分の方向を矢印で表示
する。各速度成分の大きさは矢印の大きさあるいは太さ
で表示する。あるいは図９に示すように速度成分の方向
を色別で表し、各速度成分の大きさは色の濃淡または輝
度の高低で表示する。 【００６７】三次元的に表示する方法は、図１０に示す
ように各速度成分の方向を矢印で表示する。各速度成分
の大きさは矢印の大きさあるいは太さで表示する。ある
いは図１１に示すように速度成分の方向を色別で表し、
各速度成分の大きさは色の濃淡または輝度の高低で表示
する。 【００６８】 【発明の効果】本発明により異なる流速を持つ反射体の
速度を三次元的に計測することが可能になる。
方向に運動する物体の速度を三次元的に計測する流速計
測装置に関する。 【０００２】 【従来の技術】流体の速度成分のうち、超音波ビームの
軸方向だけでなく、ビーム軸と直交する方向の成分を計
測する方法としていくつかの方法が提案されている。 【０００３】ウィルソン（L. S. Wilson）らは連続的に
取得した一連の二次元画像を時間軸に沿って並べ、ビー
ム軸に垂直な面およびビームに対して直交する方向に垂
直な面へのスペックルの投影の傾きから各方向の流速を
求める方法を提案している（ウルトラソニック・イメー
ジング 15，pp.286〜303，1993年，Ultrasonic Imagin
g 15，pp286〜303，1993)。 【０００４】トラヘイ（G. E. Trahey）らは連続的に取
得した画像の中でターゲットとした領域の周辺で相関係
数を計算し、その相関係数が最大となる位置から、ター
ゲットの移動速度方向および大きさを求める方法を提案
している（アイイーイーイー・トランザクション・オン
・バイオメディカル・エンジニアリング vol. BME-3
4，No.12，pp.965〜967，1987年，IEEE Transactions o
n Biomedical Engineering，vol.BME-34，No.12，pp.96
5〜967，1987）。 【０００５】ボーンフォウス（O. Bonnefous）らはビー
ム軸と直交する方向に関して信号の相関関数を計算し、
その最大値を得る時刻からビーム軸と直交する方向の速
度成分を求める方法を提案している（ウルトラソニック
ス・シンポジウム，pp.795〜799，1988年，Ultrasonics
Symposium，pp.795〜799，1988）。 【０００６】センサー(D. Censor）らは相反定理よりエ
コー信号のスペクトルがトランスデューサの開口径およ
び指向性の関数の畳み込みとなることを利用し、エコー
信号のスペクトルの包絡線の端の周波数からビーム軸と
直交する方向の速度成分を求める方法を提案している
（アイイーイーイー・トランザクション・オン・バイオ
メディカル・エンジニアリング，vol.35，No.9，pp740
〜751，1988，IEEETransactions on Biomedical Engine
ering，vol.35，No.9，pp740〜751，1988）。 【０００７】一方、片倉らは一次元に配列された素子を
用いてそれらの素子が受信する信号の位相回転速度から
ビームと直交する方向の流速成分を求める方法を提案し
ている（特願平1−227360号，特願平3−62719号，特願
平5−82941号明細書）。 【０００８】 【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は二次元
的に連続配列された素子を利用することにより、異なる
速度分布を持つ反射体の三次元の血流速分布を計測可能
とすることにある。 【０００９】 【課題を解決するための手段】本発明では、二次元的に
連続配列された複数個の素子によって得た受信信号を線
形処理することにより、反射体の三次元方向の速度成分
を求め、その速度分布を導出することを可能とする。 【００１０】 【作用】図１に示すように二次元配列された素子Ｑを用
いるとする。二次元配列された素子Ｑにおけるｍ方向お
よびｎ方向の各素子間の間隔はΔｘおよびΔｙである。
この二次元配列された素子Ｑの全体あるいは一部の素子
から時刻ｐｋごとに点Ｐに集束する音波を送出する。ｋ
は送波の番号であり、ｐは送波の時間間隔である。この
音波により得られる点Ｐの反射信号はＱ内の位置（ｍ，
ｎ）における素子ｑ(ｍ，ｎ)により受信される。送波か
ら一定時間Ｓを経過した時刻で信号を観測すると、ｋ番
目の送波直後の観測時刻はｔ＝ｋｐ＋Ｓとなる。ここで
ｋ番目の送波による時刻ｔにおける受信信号をｓ(ｋ，
ｍ，ｎ)とする。 【００１１】受信信号ｓ(ｋ，ｍ，ｎ)には運動する反射
体からの信号だけではなく静止物体からの反射信号も含
まれているのでこれを除去する必要がある。そこで受信
信号の差分ｓ(ｋ，ｍ，ｎ)−ｓ(ｋ＋１，ｍ，ｎ）を計
算し、この結果ｓｄ(ｍ，ｎ，ｔ）を出力とし、静止物
体からの信号を除去する。 【００１２】さてここで、反射体が図１に示すように極
座標における半径方向の速度をδ0,ｘ方向およびｙ方向
における極座標の天頂角方向の角速度をε0，γ0とする
と、時刻ｔにおける反射体の半径方向、ｘ方向およびｙ
方向における極座標の天頂角方向の位置ｒθ，θｘ、お
よびθｙは数１，数２，数３となる。 【００１３】 【数１】 【００１４】 【数２】 【００１５】 【数３】 【００１６】このとき、波面は遅延回路により平面に補
正するので、素子ｑ(ｍ，ｎ)の位置を(ｘｍ，ｙｎ)とす
ると、図１に示すｒｘｙは数４となるので、素子ｑ
(ｍ，ｎ)までの超音波伝搬距離ｒは数５となり、素子ｑ
(ｍ，ｎ)が受信する信号の位相回転量Ψｍｎは数６とな
る。 【００１７】 【数４】 【００１８】 【数５】 【００１９】 【数６】 【００２０】Ｋは波数を示し、その値は２πｆ／ｃであ
る。ｃは音速、ｆは周波数である。Ψｍｎの定数項は無
視できるのでこれを取り除き、数７とおくことができ
る。従って、受信信号ｓｄ(ｍ，ｎ，ｔ)は数８となる。 【００２１】 【数７】 【００２２】 【数８】 【００２３】ａ(ｍ，ｎ)は送受信器の開口径関数であ
り、ａ(ｍ，ｎ)はａ1(ｍ）とａ2(ｎ）の積である。ま
た、ｂ（ｔ）は計測時間方向の重み関数である。 【００２４】そこで、ｓｄ(ｍ，ｎ，ｔ)をｍ方向および
ｎ方向に関して二次元フーリエ変換を行うと、数９とな
る。 【００２５】 【数９】 【００２６】Ψｘｙ{ }はｍ方向およびｎ方向に関する
二次元フーリエ変換を示すオペレータである。ここで、
Ａ(ｗｘ，ｗｙ)はａ(ｍ，ｎ)のｍ方向およびｎ方向に関
する二次元フーリエ変換である。数９から明らかなこと
は、Ｒ2が平面ωｘ＝ｋε0ｔと平面ωｙ＝ｋγ0ｔが交
差する直線上において極大値を得ることである。 【００２７】ここで、数１０，数１１とおいて変数変換
を行うと、数１２，数１３となるので、Ｒ2は数１４と
書き換えられる。 【００２８】 【数１０】 【００２９】 【数１１】 【００３０】 【数１２】 【００３１】 【数１３】 【００３２】 【数１４】 【００３３】ここで、χおよびγは数１５および数１６
である。 【００３４】 【数１５】 【００３５】 【数１６】 【００３６】さらに、Ｒ2′をｔに関してフーリエ変換
を行うと、数１７を得る。 【００３７】 【数１７】 【００３８】Ｆｔ{ }はｔに関するフーリエ変換を示す
オペレータである。従って、Ｒ3 が極大値を得る点
(ξ0，η0，μ0）は数１８，数１９および数２０に示す
条件を満たすので、求めるべき対象の速度δ0 、および
角速度ε0，γ0は数２１，数２２および数２３から求め
られる。 【００３９】 【数１８】 【００４０】 【数１９】 【００４１】 【数２０】 【００４２】 【数２１】 【００４３】 【数２２】 【００４４】 【数２３】 【００４５】なお並列ビーム形成器によるビーム形成は
空間に関するフーリエ変換と等価である。したがって、
ｍ方向およびｎ方向に関する二次元フーリエ変換は図２
に示すように、受信信号ｓ(ｋ，ｍ，ｎ)を図３に示す複
数の受信用超音波ビームｓｂ(ｋ，ｍ，ｎ)によって得る
受信信号ｓｃ(ｋ，ｍ，ｎ)のすべてを同時に出力すると
いう複数受信ビームの並列形成を行うことに置き換える
ことができる。 【００４６】 【実施例】以下、本発明の１実施例を図４により説明す
る。Ｑは二次元に配列されたＭ×Ｎ個のトランスデュー
サ素子であり、二次元配列された素子Ｑにおけるｍ方向
およびｎ方向の各素子間の間隔はΔｘおよびΔｙであ
る。Ｑの一部の素子Ｖに接続された駆動源によりＶを駆
動して、送波間隔ｐとしてＱの前面に繰り返し、パルス
状音波を送信する。この音波により得られる点Ｐの反射
信号はＱ内の位置(ｍ,ｎ）における素子ｑ(ｍ，ｎ)によ
り受信される。送波から一定時間Ｓを経過した時刻で信
号を観測すると、ｋ番目の送波直後の観測時刻はｔ＝ｋ
ｐ＋Ｓとなる。 【００４７】ここでｋ番目の送波による時刻ｔにおける
反射信号をｓ(ｋ，ｍ，ｎ)（ｍ＝１，…，Ｍ，ｎ＝１，
…，Ｎ）をＱにより受信し、これらをＡＤ変換器により
離散化し、Ｃ(ｋ，ｍ，ｎ)とする。ここでｔ＝ｋＴで、
ＴはＡＤ変換器のサンプリング間隔である。さらに静止
物体からの反射信号を除去するために、フィルタにより
ｋに関して複数個のＣ(ｋ，ｍ，ｎ）について差分処
理、すなわちＣ(ｋ，ｍ，ｎ）−Ｃ(ｋ＋１，ｍ，ｎ)を
求めることを行い、その出力をｄ(ｋ，ｍ，ｎ)とする。
そして、この信号ｄ(ｋ，ｍ，ｎ)をまず、一次元フーリ
エ変換器によりｍに関してフーリエ変換を行い、数２４
に示す出力ＤＲ1(ωｘ，ｎ，ｋ）を得る。 【００４８】数２４におけるＤＡ１は数２５に示すよう
に開口径関数ａ1(ｍ）のｍ方向の離散フーリエ変換であ
る。 【００４９】 【数２４】【００５０】 【数２５】 【００５１】さらにＤＲ1(ωｘ，ｎ，ｋ）を一次元フー
リエ変換器によりｎに関してフーリエ変換を行い、数２
６に示す出力ＤＲ2(ωｘ，ωｙ，ｋ）とする。数２６に
おけるＤＡ２は数２７に示すように開口径関数ａ2(ｎ）
のｎ方向の離散フーリエ変換である。 【００５２】 【数２６】 【００５３】 【数２７】 【００５４】ＤＲ2(ωｘ，ωｙ，ｋ）を直交座標空間
（ωｘ，ωｙ，ｋ）において表すと、その値は平面ωｘ
＝Ｋε0ｔと平面ωｙ＝Ｋγ0ｔが交差する直線上におい
て極大値を得る。Ｋは波数を示す。これらの平面の傾き
は前記数１０および数１１であるので、それらの平面の
傾きの値を最小二乗法により求め、数２１および数２２
を計算し、ｘ方向およびｙ方向における極座標の天頂角
方向すなわちθ方向の角速度ε0，γ0の値を得る。 【００５５】さらにＤＲ2(ωｘ，ωｙ，ｋ）を一次元フ
ーリエ変換器によりｋに関してフーリエ変換を行い、数
２８に示す出力ＤＲ3(ξ，η，μ）を得る。数２８にお
けるＤＢは数２９に示すように重み関数ｂ(ｋＴ)のｋ方
向の離散フーリエ変換である。 【００５６】 【数２８】 【００５７】 【数２９】 【００５８】この最終出力ＤＲ3(ξ，η，μ）は直交座
標空間（ξ，η，μ）において、極大値を得る点から前
記数２３を計算し、半径方向の速度δ0 の値を得る。そ
して得られたδ0 ，ε0 ，γ0 の値を三次元の極座標空
間としてディスプレイ上に表示するか、δ0 ，ε0 ，γ
0 の値から数３０，数３１，数３２により直交座標系に
おけるｘ、ｙ、およびｚ方向の速度成分ｖｘ，ｖｙ，ｖ
ｚを計算し、三次元の直交座標空間としてディスプレイ
上に表示する。 【００５９】 【数３０】 【００６０】 【数３１】 【００６１】 【数３２】 【００６２】なお、静止物体からの信号を除去するため
の差分処理はｍおよびｎに関するフーリエ変換を行った
あとでもよいので、図５に示すように一次元フーリエ変
換器２の後に差分処理フィルタを接続してもよい。ま
た、時間方向のフーリエ変換を行ったあとに差分処理を
行ってもよいので、図６に示すように一次元フーリエ変
換器３の後に差分処理フィルタを接続してもよい。 【００６３】なお、空間に関するフーリエ変換は並列ビ
ーム形成器によるビーム形成と等価であることが知られ
ている。そこで、図７に示すようにｍおよびｎに関する
フーリエ変換を行う一次元フーリエ変換器１および一次
元フーリエ変換器２を並列ビーム形成器に置き換えるこ
とができる。すなわち、ｍ方向およびｎ方向に関する一
次元フーリエ変換を図２に示すように、受信信号ｓ
(ｋ，ｍ，ｎ)を図３に示す複数の受信用超音波ビームＢ
ｍｎによって得る受信信号ｓｂ(ｋ，ｍ，ｎ)のすべてを
同時に出力するという複数受信ビームの並列形成を行う
ことに置き換えることができる。 【００６４】具体的な手順としては、測定対象とする反
射体からの反射信号ｓ(ｋ，ｍ，ｎ)（ｍ＝１，…，Ｍ，
ｎ＝１，…，Ｎ）をＱにより受信し、並列受信ビーム形
成器によりＭ×Ｎ個の各信号にそれぞれ遅延をかけ、加
算して目的とする方向に指向性を有する受波ビームの受
信信号ｓｂ(ｋ，ｈ，ｌ)（ｈ＝１，…，Ｈ，ｌ＝１，
…，Ｌ）を作る。 【００６５】得られた複数のビームは図３に示すように
それぞれ隣り合ったビームは角度εの方位差を有する。
そこで、これらの受信信号のうち図３に示すように角度
Θの範囲内のＨ×Ｌ本の受信ビームｓｄ(ｋ，ｈ，ｌ)を
選択する。そして、この信号をＡＤ変換器により離散化
する。その出力を差分処理フィルタを通過させ、その出
力を一次元フーリエ変換器３によりｋに関するフーリエ
変換を行い、三次元方向の速度成分を求める。 【００６６】さて、ディスプレイに表示する方法として
は二次元的に表示する方法と三次元的に表示する方法が
考えられる。例えば、図８に示すように任意の二次元面
を選択し、その面に平行な速度成分の方向を矢印で表示
する。各速度成分の大きさは矢印の大きさあるいは太さ
で表示する。あるいは図９に示すように速度成分の方向
を色別で表し、各速度成分の大きさは色の濃淡または輝
度の高低で表示する。 【００６７】三次元的に表示する方法は、図１０に示す
ように各速度成分の方向を矢印で表示する。各速度成分
の大きさは矢印の大きさあるいは太さで表示する。ある
いは図１１に示すように速度成分の方向を色別で表し、
各速度成分の大きさは色の濃淡または輝度の高低で表示
する。 【００６８】 【発明の効果】本発明により異なる流速を持つ反射体の
速度を三次元的に計測することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の動作の説明図。
【図２】本発明の空間におけるフーリエ変換を行う代わ
りに並列受波ビーム形成器を用いる場合の動作の説明
図。 【図３】本発明の空間におけるフーリエ変換を行う代わ
りに並列受波ビーム形成器を用いる場合の動作の説明
図。 【図４】本発明の実施例の構成を示すブロック図。 【図５】本発明の実施例の構成を示すブロック図。 【図６】本発明の実施例の構成を示すブロック図。 【図７】本発明の実施例の構成を示すブロック図。 【図８】本発明の実施例におけるディスプレイ方法の説
明図。 【図９】本発明の実施例におけるディスプレイ方法の説
明図。 【図１０】本発明の実施例におけるディスプレイ方法の
説明図。 【図１１】本発明の実施例におけるディスプレイ方法の
説明図。 【符号の説明】 Ｑ…二次元配列素子、ｑ（ｍ，ｎ）…Ｑ内の位置（ｍ，
ｎ）における素子、Ｐ…反射体、Ｂ…並列ビーム形成
器、δ0…半径方向の速度成分、ε0…ｘ方向における天
頂角方向の角速度成分、γ0 …ｙ方向における天頂角方
向の角速度成分。
りに並列受波ビーム形成器を用いる場合の動作の説明
図。 【図３】本発明の空間におけるフーリエ変換を行う代わ
りに並列受波ビーム形成器を用いる場合の動作の説明
図。 【図４】本発明の実施例の構成を示すブロック図。 【図５】本発明の実施例の構成を示すブロック図。 【図６】本発明の実施例の構成を示すブロック図。 【図７】本発明の実施例の構成を示すブロック図。 【図８】本発明の実施例におけるディスプレイ方法の説
明図。 【図９】本発明の実施例におけるディスプレイ方法の説
明図。 【図１０】本発明の実施例におけるディスプレイ方法の
説明図。 【図１１】本発明の実施例におけるディスプレイ方法の
説明図。 【符号の説明】 Ｑ…二次元配列素子、ｑ（ｍ，ｎ）…Ｑ内の位置（ｍ，
ｎ）における素子、Ｐ…反射体、Ｂ…並列ビーム形成
器、δ0…半径方向の速度成分、ε0…ｘ方向における天
頂角方向の角速度成分、γ0 …ｙ方向における天頂角方
向の角速度成分。
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フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平３−188377（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−146438（ＪＰ，Ａ)
特開 平５−209890（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−292668（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−146304（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01P 5/00
A61B 8/00
A61B 8/06
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】直交するｘ及びｙ方向に２次元に配列され
超音波の送受を行なう複数の素子と、前記複数の素子の
全部又は１部の素子を所定周期で繰り返し駆動して測定
対象に超音波を送波する手段と、前記測定対象からの反
射信号を離散化して受信信号とするＡＤ変換器と、前記
所定周期の時間離れた２つの送波により得られた離散化
された前記受信信号の間の差をとり静止物体からの反射
信号を除去する差分処理フイルタと、前記静止物体から
の反射信号が除去された信号に対して前記ｘ方向に関す
るフーリエ変換を行なう第１の１次元フーリエ変換器
と、該第１の１次元フーリエ変換器の出力に対して前記
ｙ方向に関するフーリエ変換を行なう第２の１次元フー
リエ変換器と、該第２の１次元フーリエ変換器の出力に
対して前記送波の繰り返しの時間方向に関してフーリエ
変換を行なう第３の１次元フーリエ変換器と、該第３の
１次元フーリエ変換器の出力の３次元分布に於いて極大
値を得る点から求められた前記測定対象内の流速をもつ
反射体の極座標に於ける半径方向の速度成分、前記ｘ及
びｙ方向に於ける前記極座標の天頂角方向の角速度成分
を表示するか、前記半径方向の速度成分、前記角速度成
分から求められた前記ｘ及びｙ方向の速度成分、前記ｘ
及びｙ方向に直交するｚ方向の速度成分を３次元表示す
るディスプレイとを有することを特徴とする超音波流速
計測装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3042395A JP3483970B2 (ja) | 1995-02-20 | 1995-02-20 | 超音波流速計測装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3042395A JP3483970B2 (ja) | 1995-02-20 | 1995-02-20 | 超音波流速計測装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08220124A JPH08220124A (ja) | 1996-08-30 |
| JP3483970B2 true JP3483970B2 (ja) | 2004-01-06 |
Family
ID=12303556
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3042395A Expired - Fee Related JP3483970B2 (ja) | 1995-02-20 | 1995-02-20 | 超音波流速計測装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3483970B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9380992B2 (en) * | 2007-03-30 | 2016-07-05 | General Electric Company | Method and apparatus for measuring flow in multi-dimensional ultrasound |
| JP5478814B2 (ja) * | 2007-06-05 | 2014-04-23 | 株式会社東芝 | 超音波診断装置及び超音波による速度測定方法 |
| JP7166186B2 (ja) * | 2019-02-07 | 2022-11-07 | 日本無線株式会社 | 水温測定装置、及び水温測定方法 |
-
1995
- 1995-02-20 JP JP3042395A patent/JP3483970B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH08220124A (ja) | 1996-08-30 |
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