JPH0318458B2 - - Google Patents
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- JPH0318458B2 JPH0318458B2 JP59210800A JP21080084A JPH0318458B2 JP H0318458 B2 JPH0318458 B2 JP H0318458B2 JP 59210800 A JP59210800 A JP 59210800A JP 21080084 A JP21080084 A JP 21080084A JP H0318458 B2 JPH0318458 B2 JP H0318458B2
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- circuit
- sample
- correlation
- amplitude value
- range gate
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- 230000017531 blood circulation Effects 0.000 claims description 14
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 claims description 5
- 210000000601 blood cell Anatomy 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
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- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
- G01S15/88—Sonar systems specially adapted for specific applications
- G01S15/89—Sonar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
- G01S15/8906—Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques
- G01S15/8979—Combined Doppler and pulse-echo imaging systems
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
- A61B8/06—Measuring blood flow
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
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- General Physics & Mathematics (AREA)
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- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Radiology & Medical Imaging (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Hematology (AREA)
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- Surgery (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、レンジ・ゲート回路を用いることに
よりサンプル・ボリユームを実質的に超音波ビー
ム方向に長くした相関検出型超音波血流計に関す
るものである。
よりサンプル・ボリユームを実質的に超音波ビー
ム方向に長くした相関検出型超音波血流計に関す
るものである。
第3図は従来の超音波パルス流速計(特開昭58
−71464号参照)を示す図でつて、11はコント
ロール回路、12は超音波ドライブ回路、13は
トランスデユーサ、14はスイツチ、15は増幅
器、16と17は遅延回路、18と19は加算
器、20と21は受信増幅器、22は第1振幅値
サンプル・ホールド回路、23を第2振幅値サン
プル・ホールド回路、24は相互相関ピーク時間
差検出回路、25は速度算出回路、31は超音波
パルスドプラ流速計、32はベクトル算出回路を
それぞれ示している。
−71464号参照)を示す図でつて、11はコント
ロール回路、12は超音波ドライブ回路、13は
トランスデユーサ、14はスイツチ、15は増幅
器、16と17は遅延回路、18と19は加算
器、20と21は受信増幅器、22は第1振幅値
サンプル・ホールド回路、23を第2振幅値サン
プル・ホールド回路、24は相互相関ピーク時間
差検出回路、25は速度算出回路、31は超音波
パルスドプラ流速計、32はベクトル算出回路を
それぞれ示している。
コントロール回路11から送られて来たスター
ト信号により超音波ドライブ回路12はスイツチ
14を介してトランスデユーサ13を駆動し、超
音波パルス又はバースト波を外部に送信する。外
部から戻つて来た反射波は、トランスデユーサ1
3で受信されスイツチ14を介して増幅器15へ
供給され、増幅される。増幅器15で増幅された
出力は、複数の遅延回路16及び17の組に加え
られ、フエイズ・アレイ・アンテナと同様な原理
に基づき、各遅延回路の組を構成する遅延回路の
遅延時間を所定時間に設定することによつて、受
信超音波に指向性を持たせることができる。従つ
て遅延回路16の組及び17の組は、それぞれ異
なる指向性を有する反射波を取出し、各組ごとに
加算器18又は19に加えられる。加算器18の
出力は受信増幅器20へ加えられて増幅され、振
幅サンプル回路としての第1振幅値サンプル・ホ
ールド回路22へ供給される。第1振幅値サンプ
ル・ホールド回路22においては、同時刻、即ち
同距離長のサンプル点の振幅データをコントロー
ル回路11からのサンプル・ポジシヨン指示によ
りサンプル・ホールドする。加算器19に加えら
れた他の1つの指向性を有する反射波出力は受信
増幅器21へ加えられて増幅され、第2振幅値サ
ンプル・ホールド回路23に供給される。第2振
幅値サンプル・ホールド回路23においては、同
時刻、即ち同距離長のサンプル点の振幅データを
コントロール回路11からのサンプル・ポジシヨ
ン指示によりサンプル・ホールドする。前述の振
幅値サンプル・ホールドによつて発生した2つの
データ列を相互相関ピーク時間差検出回路24に
加え、2つのデータ列の相互相関がピークとなる
時間差を求める。相互相関ピーク時間差検出回路
24の出力は速度算出回路25へ加えられ、これ
を2つのサンプル・ホールド間隔及びパルス送信
間隔で割り、ビーム方向と垂直な流速を算出す
る。なお、サンプル・ホールド間隔は、2つの指
向方向の角度と、トランスデユーサから各サンプ
ル・ポイントまでの距離により求まる。超音波パ
ルス・ドプラ流速計31は超音波ビーム方向の流
速を測定するものである。速度算出回路25から
出力される流速度と超音波パルス・ドプラ流速計
31から出力される流速度はベクトル算出回路3
2に入力され、ベクトル的に加算される。
ト信号により超音波ドライブ回路12はスイツチ
14を介してトランスデユーサ13を駆動し、超
音波パルス又はバースト波を外部に送信する。外
部から戻つて来た反射波は、トランスデユーサ1
3で受信されスイツチ14を介して増幅器15へ
供給され、増幅される。増幅器15で増幅された
出力は、複数の遅延回路16及び17の組に加え
られ、フエイズ・アレイ・アンテナと同様な原理
に基づき、各遅延回路の組を構成する遅延回路の
遅延時間を所定時間に設定することによつて、受
信超音波に指向性を持たせることができる。従つ
て遅延回路16の組及び17の組は、それぞれ異
なる指向性を有する反射波を取出し、各組ごとに
加算器18又は19に加えられる。加算器18の
出力は受信増幅器20へ加えられて増幅され、振
幅サンプル回路としての第1振幅値サンプル・ホ
ールド回路22へ供給される。第1振幅値サンプ
ル・ホールド回路22においては、同時刻、即ち
同距離長のサンプル点の振幅データをコントロー
ル回路11からのサンプル・ポジシヨン指示によ
りサンプル・ホールドする。加算器19に加えら
れた他の1つの指向性を有する反射波出力は受信
増幅器21へ加えられて増幅され、第2振幅値サ
ンプル・ホールド回路23に供給される。第2振
幅値サンプル・ホールド回路23においては、同
時刻、即ち同距離長のサンプル点の振幅データを
コントロール回路11からのサンプル・ポジシヨ
ン指示によりサンプル・ホールドする。前述の振
幅値サンプル・ホールドによつて発生した2つの
データ列を相互相関ピーク時間差検出回路24に
加え、2つのデータ列の相互相関がピークとなる
時間差を求める。相互相関ピーク時間差検出回路
24の出力は速度算出回路25へ加えられ、これ
を2つのサンプル・ホールド間隔及びパルス送信
間隔で割り、ビーム方向と垂直な流速を算出す
る。なお、サンプル・ホールド間隔は、2つの指
向方向の角度と、トランスデユーサから各サンプ
ル・ポイントまでの距離により求まる。超音波パ
ルス・ドプラ流速計31は超音波ビーム方向の流
速を測定するものである。速度算出回路25から
出力される流速度と超音波パルス・ドプラ流速計
31から出力される流速度はベクトル算出回路3
2に入力され、ベクトル的に加算される。
第4図は第3図の超音波パルス流速計において
第1振幅値サンプル・ホールド回路22及び第2
振幅値サンプル・ホールド回路23として単なる
サンプル・ホールド回路を使用したときの問題点
を説明する図である。第4図において、TDはト
ランスデユーサ列、B1とB2は超音波ビーム、
SV1とSV2はサンプル・ボリユームをそれぞれ
示している。また、矢印は血球の流れを示してい
る。第4図のように、血球の流れが超音波ビーム
の方向と垂直でない場合にはサンプル・ボリユー
ムSV1とSV2を共通に通過する血球数が減少
し、両サンプル・ボリユームから得た信号間の相
関が少なくなり、正確な血流速度検出を行うこと
が出来ない。
第1振幅値サンプル・ホールド回路22及び第2
振幅値サンプル・ホールド回路23として単なる
サンプル・ホールド回路を使用したときの問題点
を説明する図である。第4図において、TDはト
ランスデユーサ列、B1とB2は超音波ビーム、
SV1とSV2はサンプル・ボリユームをそれぞれ
示している。また、矢印は血球の流れを示してい
る。第4図のように、血球の流れが超音波ビーム
の方向と垂直でない場合にはサンプル・ボリユー
ムSV1とSV2を共通に通過する血球数が減少
し、両サンプル・ボリユームから得た信号間の相
関が少なくなり、正確な血流速度検出を行うこと
が出来ない。
本発明は、上記の考案に基づくものであつて、
血球の流れの方向に影響されることなく常に正確
な血流速度測定を行うことが出来る相関検出型超
音波血流計を提供することを目的としている。
血球の流れの方向に影響されることなく常に正確
な血流速度測定を行うことが出来る相関検出型超
音波血流計を提供することを目的としている。
そしてそのため、本発明の相関検出型超音波血
流計は、超音波の反射波信号をそれぞれ正弦波及
び余弦波の参照波を用いて検出する直交検波器
と、該直交検波器の正弦波側及び余弦波側の直交
検波出力をそれぞれ入力とする2つのレンジ・ゲ
ート回路と、該2つのレンジ・ゲート回路の出力
側にそれぞれ接続された高域フイルタと、該2つ
の高域フイルタの出力信号の二乗和を求める回路
と、2個の二乗和信号の相互相関を算出する回路
とを具備することを特徴とするものである。
流計は、超音波の反射波信号をそれぞれ正弦波及
び余弦波の参照波を用いて検出する直交検波器
と、該直交検波器の正弦波側及び余弦波側の直交
検波出力をそれぞれ入力とする2つのレンジ・ゲ
ート回路と、該2つのレンジ・ゲート回路の出力
側にそれぞれ接続された高域フイルタと、該2つ
の高域フイルタの出力信号の二乗和を求める回路
と、2個の二乗和信号の相互相関を算出する回路
とを具備することを特徴とするものである。
以下、本発明を図面を参照しつつ説明する。
第1図は本発明の第1振幅値サンプル・ホール
ド回路の1例を示す図である。第1図において、
41Aと41Bは掛算器、42Aと42Bは低域
フイルタ、43Aと43Bはレンジ・ゲート回
路、44Aと44Bは高域フイルタ、45Aと4
5Bは自乗回路、46は加算器、47は入力線、
48は出力線、49と50は多重化されたブロツ
ク、51は遅延回路をそれぞれ示す。ここで、4
1A,41B,42A,42Bは直交検波器を構
成している。レンジ・ゲート回路43Aは、サン
プル・ホールド回路の一種であるが、第2図のよ
うな構成をしている。第2図において、52は演
算増幅器、53は抵抗、54はコンデンサ、S1
とS2はスイツチを示している。第2図におい
て、スイツチS1がオフ(開)の状態の下でスイ
ツチS2がオン(閉)すると、出力は0レベルに
低下し、スイツチS2がオフ(開)の状態の下で
スイツチS1が時刻tでオン(閉)すると、レン
ジ・ゲート回路43Aは積分器として動作し、時
刻t+ΔtでスイツチS1及びスイツチS2がオ
フすると、出力は時刻t+Δtの時の値を保つ。
レンジ・ゲート回路43Bはレンジ・ゲート回路
43Aと同じ構成をしている。
ド回路の1例を示す図である。第1図において、
41Aと41Bは掛算器、42Aと42Bは低域
フイルタ、43Aと43Bはレンジ・ゲート回
路、44Aと44Bは高域フイルタ、45Aと4
5Bは自乗回路、46は加算器、47は入力線、
48は出力線、49と50は多重化されたブロツ
ク、51は遅延回路をそれぞれ示す。ここで、4
1A,41B,42A,42Bは直交検波器を構
成している。レンジ・ゲート回路43Aは、サン
プル・ホールド回路の一種であるが、第2図のよ
うな構成をしている。第2図において、52は演
算増幅器、53は抵抗、54はコンデンサ、S1
とS2はスイツチを示している。第2図におい
て、スイツチS1がオフ(開)の状態の下でスイ
ツチS2がオン(閉)すると、出力は0レベルに
低下し、スイツチS2がオフ(開)の状態の下で
スイツチS1が時刻tでオン(閉)すると、レン
ジ・ゲート回路43Aは積分器として動作し、時
刻t+ΔtでスイツチS1及びスイツチS2がオ
フすると、出力は時刻t+Δtの時の値を保つ。
レンジ・ゲート回路43Bはレンジ・ゲート回路
43Aと同じ構成をしている。
いま、血管壁からの固定位相の反射波をA(t)
sin(ωt+θ)とし、血液からのドプラ効果による
位相変化を含む反射波をB(t−an)sin(ω+
bn)とする。なお、nは送信繰返し番号、b=
−ωaである。
sin(ωt+θ)とし、血液からのドプラ効果による
位相変化を含む反射波をB(t−an)sin(ω+
bn)とする。なお、nは送信繰返し番号、b=
−ωaである。
ここで、上記2つの波が重なつたとすると、入
力信号C(t)は、 C(t)=A(t)sin(ωt+θ)+B(t−an)sin
(ωt+bn) となり、単にこの信号を検波しただけではB(t
−an)のt=t0の点をサンプルすることが出来な
い。そこで、掛算器41A及び41BよりC(t)
にsin、cos信号を掛算し、D1(t)およびD2(t)
を作る。
力信号C(t)は、 C(t)=A(t)sin(ωt+θ)+B(t−an)sin
(ωt+bn) となり、単にこの信号を検波しただけではB(t
−an)のt=t0の点をサンプルすることが出来な
い。そこで、掛算器41A及び41BよりC(t)
にsin、cos信号を掛算し、D1(t)およびD2(t)
を作る。
D1(t)=C(t)sin ωt=A(t)sin(ωt+θ)
・sin ωt+B(t−an)sin(ωt+bn)・sun ωt =A(t)(−1/2(cos(2ωt+θ)−cos θ)
)+B(t−an)(−1/2(cos(2ωt+bn)−cosbn
)) D2(t)=C(t)cos ωt=A(t)sin(ωt+θ)
・cos ωt+B(t−an)sin(ωt+bn)・cos ωt =A(t)(1/2(sin(2ωt+θ)+sin θ))
+B(t−an)(1/2(sin(2ωt+bn)+sinbn))
ここで低域フイルタ42A,42Bでω及び
2ω成分を除去し、それ以下の成分だけを通過さ
せると、 E1(t)=1/2A(t)・cos θ+1
/2B(t−an)cosbn E2(t)=1/2A(t)・sin θ+1
/2B(t−an)sinbn となる。ここで、レンジ・ゲート回路43A,4
3Bにより各nに対してt=t0でサンプルした時
系列データを高域フイルタ44A,44Bに通す
と、E1(t)、E2(t)の各第1項は消え、nが増
加している第2項のみが残る。
・sin ωt+B(t−an)sin(ωt+bn)・sun ωt =A(t)(−1/2(cos(2ωt+θ)−cos θ)
)+B(t−an)(−1/2(cos(2ωt+bn)−cosbn
)) D2(t)=C(t)cos ωt=A(t)sin(ωt+θ)
・cos ωt+B(t−an)sin(ωt+bn)・cos ωt =A(t)(1/2(sin(2ωt+θ)+sin θ))
+B(t−an)(1/2(sin(2ωt+bn)+sinbn))
ここで低域フイルタ42A,42Bでω及び
2ω成分を除去し、それ以下の成分だけを通過さ
せると、 E1(t)=1/2A(t)・cos θ+1
/2B(t−an)cosbn E2(t)=1/2A(t)・sin θ+1
/2B(t−an)sinbn となる。ここで、レンジ・ゲート回路43A,4
3Bにより各nに対してt=t0でサンプルした時
系列データを高域フイルタ44A,44Bに通す
と、E1(t)、E2(t)の各第1項は消え、nが増
加している第2項のみが残る。
F1(n)=1/2B(t−an)cosbn
F2(n)=1/2B(t−an)sinbn
これを自乗回路45A,45Bでそれぞれ自乗
し、加算器36で二乗和を求めると、 G(n)=1/4B2(t−an) となり、所望のB(t0−an)のみを含む値を求め
ることが出来る。
し、加算器36で二乗和を求めると、 G(n)=1/4B2(t−an) となり、所望のB(t0−an)のみを含む値を求め
ることが出来る。
第3図の第1振幅値サンプル・ホールド回路2
2及び第2振幅値サンプル・ホールド回路23と
して、第1図の部分41A,41B,42A,4
2Bよりなる直交検波器及びブロツク49により
構成された振幅値サンプル・ホールド回路を使用
すると、第4図のサンプル・ボリユームSV1,
SV2の超音波ビーム方向の長さを実質的に長く
することが出来、第4図のような血球の流れが存
在した時でも、2つのサンプル・ボリユームSV
1,SW2に共通に通過する血球数を従来方式よ
り増加することが出来る。
2及び第2振幅値サンプル・ホールド回路23と
して、第1図の部分41A,41B,42A,4
2Bよりなる直交検波器及びブロツク49により
構成された振幅値サンプル・ホールド回路を使用
すると、第4図のサンプル・ボリユームSV1,
SV2の超音波ビーム方向の長さを実質的に長く
することが出来、第4図のような血球の流れが存
在した時でも、2つのサンプル・ボリユームSV
1,SW2に共通に通過する血球数を従来方式よ
り増加することが出来る。
第3図の従来例では、超音波ビーム方向の血流
速度を測定するために、超音波パルス・ドプラ流
速計31を使用しているが、超音波パルス・ドプ
ラ流速計31の代わりに相関検出型超音波血流計
を使用することも出来る。この場合には、第1図
の直交検波器、ブロツク49と50及び第3図の
相互相関ピーク時間差検出回路24等でビーム方
向の相関検出型超音波血流計を構成し、直交検波
器からの信号E1及びE2をブロツク50に入力し、
ブロツク49の出力及びブロツク50の出力を相
互相関ピーク時間差検出回路24に入力すれば良
い。即ち、ビーム方向に沿つて隔たつた2点から
の信号の相関を取つてビーム方向の血流速度を得
ればよい。ビーム方向の相関検出型超音波血流計
の場合は、レンジ・ゲート回路のスイツチS1が
オンしているの時間を短くする。勿論、この代わ
りに通常のサンプル・ホールド回路を使用するこ
とも出来る。
速度を測定するために、超音波パルス・ドプラ流
速計31を使用しているが、超音波パルス・ドプ
ラ流速計31の代わりに相関検出型超音波血流計
を使用することも出来る。この場合には、第1図
の直交検波器、ブロツク49と50及び第3図の
相互相関ピーク時間差検出回路24等でビーム方
向の相関検出型超音波血流計を構成し、直交検波
器からの信号E1及びE2をブロツク50に入力し、
ブロツク49の出力及びブロツク50の出力を相
互相関ピーク時間差検出回路24に入力すれば良
い。即ち、ビーム方向に沿つて隔たつた2点から
の信号の相関を取つてビーム方向の血流速度を得
ればよい。ビーム方向の相関検出型超音波血流計
の場合は、レンジ・ゲート回路のスイツチS1が
オンしているの時間を短くする。勿論、この代わ
りに通常のサンプル・ホールド回路を使用するこ
とも出来る。
以上の説明から明らかなように、本発明によれ
ば、血球の流れの方向に影響されることなく常に
正確な血流速度検出を行うことが出来る相関検出
型超音波血流計を得ることができる。
ば、血球の流れの方向に影響されることなく常に
正確な血流速度検出を行うことが出来る相関検出
型超音波血流計を得ることができる。
第1図は本発明の振幅値サンプル・ホールド回
路の1例を示す図、第2図はるレンジ・ゲート回
路の構成例を示す図、第3図は従来の超音波パル
ス流速計を示す図、第4図は第3図の超音波パル
ス流速計において第1振幅値サンプル・ホールド
回路22及び第2振幅値サンプル・ホールド回路
23として単なるサンプル・ホールド回路を使用
したときの問題点を説明する図である。 11……コントロール回路、12……超音波ド
ライブ回路、13……トランスデユーサ、14…
…スイツチ、15……増幅器、16……17は遅
延回路、18と19……加算器、20と21……
受信増幅器、22……第1振幅値サンプル・ホー
ルド回路、23……第2振幅値サンプル・ホール
ド回路、24……相互相関ピーク時間差検出回
路、25……速度算出回路、31……超音波パル
ス・ドプラ流速計、32……ベクトル算出回路、
41Aと41B……掛算器、42Aと42B……
低域フイルタ、43Aと43B……レンジ・ゲー
ト回路、44Aと44B……高域フイルタ、45
Aと45B……自乗回路、46……加算器、47
……入力線、48……出力線、49と50……多
重化されたブロツク、51……遅延回路、52…
…演算増幅器、53……抵抗、54……コンデン
サ、S1とS2……スイツチ。
路の1例を示す図、第2図はるレンジ・ゲート回
路の構成例を示す図、第3図は従来の超音波パル
ス流速計を示す図、第4図は第3図の超音波パル
ス流速計において第1振幅値サンプル・ホールド
回路22及び第2振幅値サンプル・ホールド回路
23として単なるサンプル・ホールド回路を使用
したときの問題点を説明する図である。 11……コントロール回路、12……超音波ド
ライブ回路、13……トランスデユーサ、14…
…スイツチ、15……増幅器、16……17は遅
延回路、18と19……加算器、20と21……
受信増幅器、22……第1振幅値サンプル・ホー
ルド回路、23……第2振幅値サンプル・ホール
ド回路、24……相互相関ピーク時間差検出回
路、25……速度算出回路、31……超音波パル
ス・ドプラ流速計、32……ベクトル算出回路、
41Aと41B……掛算器、42Aと42B……
低域フイルタ、43Aと43B……レンジ・ゲー
ト回路、44Aと44B……高域フイルタ、45
Aと45B……自乗回路、46……加算器、47
……入力線、48……出力線、49と50……多
重化されたブロツク、51……遅延回路、52…
…演算増幅器、53……抵抗、54……コンデン
サ、S1とS2……スイツチ。
Claims (1)
- 1 相関検出型超音波血流計において、超音波の
反射波信号をそれぞれ正弦波及び余弦波の参照波
を用いて検波する直交検波器と、該直交検波器の
正弦波側及び余弦波側の直交検波出力をそれぞれ
入力とする2つのレンジ・ゲート回路と、該2つ
のレンジ・ゲート回路の出力側にそれぞれ接続さ
れた高域フイルタと、該2つの高域フイルタの出
力信号の二乗和を求める回路と、2個の二乗和信
号の相互相関を算出する回路とを具備することを
特徴とする相関検出型超音波血流計。
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JP59210800A JPS61100236A (ja) | 1984-10-08 | 1984-10-08 | 相関検出型超音波血流計 |
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JP59210800A JPS61100236A (ja) | 1984-10-08 | 1984-10-08 | 相関検出型超音波血流計 |
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