JPH03155846A - 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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- JPH03155846A JPH03155846A JP1292338A JP29233889A JPH03155846A JP H03155846 A JPH03155846 A JP H03155846A JP 1292338 A JP1292338 A JP 1292338A JP 29233889 A JP29233889 A JP 29233889A JP H03155846 A JPH03155846 A JP H03155846A
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- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
- 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
- G01F1/663—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 by measuring Doppler frequency shift
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- G01P5/244—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring the direct influence of the streaming fluid on the properties of a detecting acoustical wave by using reflection of acoustical waves, i.e. Doppler-effect involving pulsed waves
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- G—PHYSICS
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- G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
- G01S15/02—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems using reflection of acoustic waves
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- G01S15/582—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems using transmission of interrupted pulse-modulated waves and based upon the Doppler effect resulting from movement of targets
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
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。
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。
、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）ｐ
ｐ３５１〜３５２参照）では、超音波パルス（ｐｕｌｓ
ｅｄ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｗａｖｅ）を繰り返し送
波し。
ｐ３５１〜３５２参照）では、超音波パルス（ｐｕｌｓ
ｅｄ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ 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。
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装置として、例えば、特開昭
５８−１８８４３３号公報、同６〇−１１９９２９号公
報、同６１−２５５２７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のなす角度をθ、血流の速度をＶ
としたときｖ ｃｏｓθ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。
５８−１８８４３３号公報、同６〇−１１９９２９号公
報、同６１−２５５２７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のなす角度をθ、血流の速度をＶ
としたときｖ ｃｏｓθ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。
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１！壁等の壁の動きと血流とを分離するため
、ＭＴＩ（固体物除去）フィルタを用いる必要がある。
、ＭＴＩ（固体物除去）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。
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１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（ｊ（１） ａ ｔ ） ＋ Ｂ ｎ
（Ｗｎ’ ＋ Ｊ Ｗｎ’ ）を用いている。但し、
ここで位相雑音Ｗｎ’Ｗ ｎ′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。
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（ｊ（１） ａ ｔ ） ＋ Ｂ ｎ
（Ｗｎ’ ＋ Ｊ Ｗｎ’ ）を用いている。但し、
ここで位相雑音Ｗｎ’Ｗ ｎ′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Ｗ ｎ ’ 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。
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、Ｗ０′は虚数部における雑
音を表わしている。なお、ω６はドプラ周波数である。
音を表わしている。なお、ω６はドプラ周波数である。
例えば、米国特許第４５８３４０９号に示される自己相
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、パルスくり返し同期ごとに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１１ｉＢ、が小さい（Ｂ、
（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。
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、パルスくり返し同期ごとに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１１ｉＢ、が小さい（Ｂ、
（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１位相差ω−Ｔ （Ｔ ＝ ｔ ｎ＋□−１ｎ
）が正確に求まるが、雑音振幅Ｂｎが大きい（Ｂ、＞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ω６Ｔ＋Σ Ａ Ｗ ＜ 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Δθ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。
）が正確に求まるが、雑音振幅Ｂｎが大きい（Ｂ、＞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ω６Ｔ＋Σ Ａ Ｗ ＜ 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Δθ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
ツクス・シンポジウム・プロシーデインゲス（Ｕｌｔｒ
ａｓｏｎｉｃ ＳｙｍｐｏｓｉｕｍＰｒｏｃｅｅｄｉｎ
ｇｓ ）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もしくは一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
くは一方を越える場合が生じ、πおよび一方における値
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。
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
ツクス・シンポジウム・プロシーデインゲス（Ｕｌｔｒ
ａｓｏｎｉｃ ＳｙｍｐｏｓｉｕｍＰｒｏｃｅｅｄｉｎ
ｇｓ ）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もしくは一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
くは一方を越える場合が生じ、πおよび一方における値
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。
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。
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、ｊ項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
手段の出力を血流速度とする。
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、ｊ項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
手段の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
１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。
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
１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。
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
。
。
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。
のブロック構成図である。図において。
８は超音波トランスデユーサ、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。
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。
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
スデユーサ１から反射物体１１に向けて、等間隔Ｔで繰
り返し送波する。反射物体１１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１位相比較器４に
おいて、参照信号α＝Ａｃｏｓω、１ と、 ａ’ ＝Ａｓｉｎωｏｔ との位相比較が行われ、それぞれの出力ＶＲ，Ｖｔが得
られる。
スデユーサ１から反射物体１１に向けて、等間隔Ｔで繰
り返し送波する。反射物体１１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１位相比較器４に
おいて、参照信号α＝Ａｃｏｓω、１ と、 ａ’ ＝Ａｓｉｎωｏｔ との位相比較が行われ、それぞれの出力ＶＲ，Ｖｔが得
られる。
今、反射体１１についての位相比較器４の出力をＶ Ｒ
ｎ ＋ Ｖ Ｉ ｎ （ココｉ’、ｎ ＝ １．２ 、
−−） ト表わすと、Ｖ Ｒｎ Ｉ Ｖ １ ｎは次式
で示すことができる。
ｎ ＋ Ｖ Ｉ ｎ （ココｉ’、ｎ ＝ １．２ 、
−−） ト表わすと、Ｖ Ｒｎ Ｉ Ｖ １ ｎは次式
で示すことができる。
ＶＲｎ ＝ＡｎｃＯ８θｎ
Ｖ＋ｎ＝Ａｎｓｉｒｌｎ
の出力ｖｎを得る。ＭＩＴフィルタが一次差分回路なの
で、 ｖｎ＝ｖｎ’ −ｖ、。
で、 ｖｎ＝ｖｎ’ −ｖ、。
（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ｖ
ｎと一時刻前のベクトルＶ ｎ−１の複数共役ベクトル
であるＶ ｎ ＋ 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ｖ
ｎと一時刻前のベクトルＶ ｎ−１の複数共役ベクトル
であるＶ ｎ ＋ 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。
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。
記の如く記述するものとする。
Ｖｎ’ ＝Ａｎｅｘｐ（ｊ （ｌＪｎ）
（３）■ｎ′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＊ Ｙｎ＝Ｖｎ” Ｖｎ−、＝Ｒｎ＋ｊ Ｉｎ （
５）複素加算器７０２は、自己相関器７０１の出力であ
るＲｎ＋ｊｌｎ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。
（３）■ｎ′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＊ Ｙｎ＝Ｖｎ” Ｖｎ−、＝Ｒｎ＋ｊ Ｉｎ （
５）複素加算器７０２は、自己相関器７０１の出力であ
るＲｎ＋ｊｌｎ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＋ｊ工を偏
角Δθ＾に変換する２以上は自己相関法による速度演算
の主たる構成である。
角Δθ＾に変換する２以上は自己相関法による速度演算
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＋ｊＴ−をＡＴＡＮメモリ７０４に入
力することにより、偏角Δθ＾が出力される。分散演算
器７０５は、ＡＴＡＮメモリ７０３の出力すなわち速度
の平均値Δθ＾。と個々の偏角ΔＯ＾８．から速度分散
σ２ｓを算出し、出力する。しかし三角関数の制約（１
Δθ１〈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。
７０１の出力Ｒｎ＋ｊＴ−をＡＴＡＮメモリ７０４に入
力することにより、偏角Δθ＾が出力される。分散演算
器７０５は、ＡＴＡＮメモリ７０３の出力すなわち速度
の平均値Δθ＾。と個々の偏角ΔＯ＾８．から速度分散
σ２ｓを算出し、出力する。しかし三角関数の制約（１
Δθ１〈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。
Ｎ
＝−Σ（Δ０Ａｎ−ΔθＡ＋３６０’ ）”ｆｏｒΔθ
Ａｎ−ΔθＡ＜−１８０°（７）一方パワー演算器７０
６はｖｎの実部Ｖ ｎ ｎと虚数部Ｖ Ｉ ｎ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。
Ａｎ−ΔθＡ＜−１８０°（７）一方パワー演算器７０
６はｖｎの実部Ｖ ｎ ｎと虚数部Ｖ Ｉ ｎ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。
Ｐｓは選択器７１０へ入力される。
速度演算部７において１点線で示した部分が今回追加さ
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（７０７，７０８，７０９゜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１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θ。の結果出力を得る。位相差検出器７１３
によれば、現在の偏角θ。と−時刻前の偏角ｏｎ−ｌと
の差出力が得られる。位相差検出器７１３の出力をΔＯ
ｎとおけば、Δθ。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（７０７，７０８，７０９゜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１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θ。の結果出力を得る。位相差検出器７１３
によれば、現在の偏角θ。と−時刻前の偏角ｏｎ−ｌと
の差出力が得られる。位相差検出器７１３の出力をΔＯ
ｎとおけば、Δθ。は各条件に対応して演算され次式で
示される。
Δθ＝θ。−θ。−０ｆｏｒｌθ。−〇、−、ｌ＜１８
０″＝θ−θ、、−３６０°ｆｏｒｏｎ−０、−１）１
８０’ （９）＝θ、−ｏｎ−１＋３６０’ ｆｏｒ
θ□−〇、−，＜−１８０’重心演算器８は各位相差
Δθ１．と各位相差の振幅ｐ、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。
０″＝θ−θ、、−３６０°ｆｏｒｏｎ−０、−１）１
８０’ （９）＝θ、−ｏｎ−１＋３６０’ ｆｏｒ
θ□−〇、−，＜−１８０’重心演算器８は各位相差
Δθ１．と各位相差の振幅ｐ、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Ｐ。をすべで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。
第２の出力Ｐ。をすべで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（Ｐ Ａ Ｄ ： ＰｒｏｂｌｅｍＡｎａｌｙ
ｓｉｓ Ｄｉａｇｒａｍ）を第３図に示す。第４図は。
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（Ｐ Ａ Ｄ ： ＰｒｏｂｌｅｍＡｎａｌｙ
ｓｉｓ 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。
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＋３
６０＠あるいは一３６０°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一度、
＋１８０’あるいは一１８０°を越えると、加算Ｎ回に
付き。
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＋３
６０＠あるいは一３６０°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一度、
＋１８０’あるいは一１８０°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。
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９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、−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（真値の一３６
０°あるいは真値の＋３６０°）に一致する。そこで、
各位相値θ１と真の位相値（−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。
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９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、−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（真値の一３６
０°あるいは真値の＋３６０°）に一致する。そこで、
各位相値θ１と真の位相値（−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図フローチャートを用い説明する。
５ＴＡＲＴ８０１後、繰返シ工程８ｏ２でに＝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。
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。とをそれぞれ零
に設定する。繰返し工程８０５は２＝１．Ｎと設定し、
各位相誤差２位相修正１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。
初期値と工程８０４で位相の初期値θ。とをそれぞれ零
に設定する。繰返し工程８０５は２＝１．Ｎと設定し、
各位相誤差２位相修正１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Δθ１から位相値θ、（第４図０
１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θ、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。
１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θ、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θ３．が真値に比べ大きく
、差Ｄ工が３６０°以上のとき、３６０６を減算するこ
とにより、差Ｄ□が３６０′以内となるまで減算する。
、差Ｄ工が３６０°以上のとき、３６０６を減算するこ
とにより、差Ｄ□が３６０′以内となるまで減算する。
工程８１７〜８２２は位相値θ、露が真値に比べ小さく
、差Ｄ工が一３６０°以下のとき、３６０゜を加算する
ことにより、差Ｄ工が一３６０°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
り、の絶対値を積算する。
、差Ｄ工が一３６０°以下のとき、３６０゜を加算する
ことにより、差Ｄ工が一３６０°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
り、の絶対値を積算する。
工程８２４，８２５では修正された位相差θＩ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８２７〜８３０は全位相誤差最小の位相値θ１．１ｎ
Ｎを選択する。真値＋３６０°の位相値の全位相誤差が
最小ならばｋｍｉｎ＝４であり０４Ｎが選択される。こ
のとき、平均位相差６０丁は Δθ丁＝θ口ｔｎＮ／Ｎ で示される。工程８３１でこれらの処理は終了する。Δ
θＴは選択器７０９へ入力される。
（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８２７〜８３０は全位相誤差最小の位相値θ１．１ｎ
Ｎを選択する。真値＋３６０°の位相値の全位相誤差が
最小ならばｋｍｉｎ＝４であり０４Ｎが選択される。こ
のとき、平均位相差６０丁は Δθ丁＝θ口ｔｎＮ／Ｎ で示される。工程８３１でこれらの処理は終了する。Δ
θＴ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）Δθ＾、角度分散０５と、パワー演算器７
０６により得た反射強度Ｐｓをパラメータとし血流速度
ωｄとしてΔθＴかΔθ＾かのいずれを選択するかを判
別する演算が実施される。
平均位相差）Δθ＾、角度分散０５と、パワー演算器７
０６により得た反射強度Ｐｓをパラメータとし血流速度
ωｄとしてΔθＴかΔθ＾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
。σ０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
Δθ＾の絶対値が角度の閾値θ より小かどうか判定さ
れる。真ならば、審 ΔＯＴを血流速度とし、為ならば、ΔθΔを血流速度と
決定する。又σＳ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。
後ＰＡＤと略称する）を示したのでそれに従い説明する
。σ０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
Δθ＾の絶対値が角度の閾値θ より小かどうか判定さ
れる。真ならば、審 ΔＯＴを血流速度とし、為ならば、ΔθΔを血流速度と
決定する。又σＳ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、Δθ＾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、Δθ＾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σａｔ Ｏ、Ｐ、は操作
パネル上から変更可能である。σＣの値とじては６６°
ないし８６＠を用いる。ＭＴＩフィルタが一次の場合σ
（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。
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、Δθ＾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σａｔ Ｏ、Ｐ、は操作
パネル上から変更可能である。σＣの値とじては６６°
ないし８６＠を用いる。ＭＴＩフィルタが一次の場合σ
（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。
θ としてはπ／６〜π／２（３，０＠〜９０″′）信
の範囲内の角度が適当である。Ｐ４は装置の電気雑音パ
ワー等の測定で決まる数値である。
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１ｏを介して選択アルゴ
リズムのスイッチ５Ｗ＝Ｏと設定したときには１反射強
度の値に依らずΔθ＾と判定される。スイッチＳＷ≠０
（例えば５Ｗ＝１）と設定したとき初めてブランク又は
零と判定される。
リズムのスイッチ５Ｗ＝Ｏと設定したときには１反射強
度の値に依らずΔθ＾と判定される。スイッチＳＷ≠０
（例えば５Ｗ＝１）と設定したとき初めてブランク又は
零と判定される。
５Ｗ＝Ｏは従来装置に対応した出力をデイスプレィする
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、デイプレイ画面には白
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。
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、デイプレイ画面には白
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Δθ＾
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Δθ＾もしくは６０丁はそ
れ自体血流速度ω、を示す信号として表示器等に入力す
れば良いが、ドツプラ周波数に正確に換算するにはΔθ
＾もしくは６０丁の値を時間間隔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ω−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Δθ＾
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Δθ＾もしくは６０丁はそ
れ自体血流速度ω、を示す信号として表示器等に入力す
れば良いが、ドツプラ周波数に正確に換算するにはΔθ
＾もしくは６０丁の値を時間間隔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ω−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
ミ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゜７０４．７
０７：ＡＴＡＮメモリ、７０５：分散演算器、７０６：
パワー演算器、７０８：加算平均器、７１３：位相差検
出器、７０９：逍択器、８：位相修正器、１０：付加部
分、１２ニブローブ、１３：目標物体。 牛 ５ 図 入切 ４立相
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
ミ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゜７０４．７
０７：ＡＴＡＮメモリ、７０５：分散演算器、７０６：
パワー演算器、７０８：加算平均器、７１３：位相差検
出器、７０９：逍択器、８：位相修正器、１０：付加部
分、１２ニブローブ、１３：目標物体。 牛 ５ 図 入切 ４立相
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、所定の送波間隔により物体に繰返し超音波パルスを
送波して得られる反射信号の位相ベクトルの示すドプラ
周波数から前記物体の速度を算出するパルスドプラ計測
装置において、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、順次得られる位相差ベ
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
及び前記位相差平均法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、速度の大小により前記
第１、第２の位相差検出手段のいずれか一方の出力を選
択して前記物体の速度を示す信号とする選択手段とを有
してなることを特徴とするパルスドプラ計測装置。 ２、所定の送波間隔により物体に繰返し超音波パルスを
送波して得られる反射信号の位相ベクトルの示すドプラ
周波数から前記物体の速度を算出するパルスドプラ計測
装置において、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と振幅値から重心角度を検出する
ことによる第２の位相差検出手段と、速度の大小により
前記第１、第２の位相差検出手段のいずれか一方の出力
を選択して前記物体の速度を示す信号とする選択手段と
を有してな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 true JPH03155846A (ja) | 1991-07-03 |
| JP2840864B2 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) |
Families Citing this family (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
| EP1683486B1 (en) * | 2003-10-17 | 2009-08-19 | Panasonic Corporation | Ultrasonic doppler blood flow measuring device |
| 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 |
| 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 |
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| 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
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2840864B2 (ja) | 1998-12-24 |
| US5107466A (en) | 1992-04-21 |
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