JPH0933553A - 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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- JPH0933553A JPH0933553A JP18243495A JP18243495A JPH0933553A JP H0933553 A JPH0933553 A JP H0933553A JP 18243495 A JP18243495 A JP 18243495A JP 18243495 A JP18243495 A JP 18243495A JP H0933553 A JPH0933553 A JP H0933553A
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- JP
- Japan
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- signal
- dimensional
- measuring device
- velocity component
- integrator
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Abstract
(57)【要約】
【構成】２次元配列されたトランスデューサ素子の一部
から超音波を送波し、運動する反射体からの反射信号を
２次元配列素子により受信し、測定すべき反射体の速度
成分を極座標における半径方向の速度をｄ＿０，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ｅ
＿０，ｇ＿０と設定し、図６に示す構成に従い、数８で
表わされる受信信号を計測時間方向に関してフーリエ変
換を行い、その出力をトランスデューサの配列方向の一
方を含む平面において各方向への投影を求め、数２７に
示される出力ＤＲ３を得、ＤＲ３は数１８〜数２０を満
足する点で極大値を得るので、その極点の座標から数２
１〜数２３を用いて、反射体の速度の３次元ベクトル成
分ｄ＿０，ｅ＿０，ｇ＿０を得る。 【効果】異なる流速を持つ反射体の速度の３次元ベクト
ル成分を計測することが可能になる。
から超音波を送波し、運動する反射体からの反射信号を
２次元配列素子により受信し、測定すべき反射体の速度
成分を極座標における半径方向の速度をｄ＿０，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ｅ
＿０，ｇ＿０と設定し、図６に示す構成に従い、数８で
表わされる受信信号を計測時間方向に関してフーリエ変
換を行い、その出力をトランスデューサの配列方向の一
方を含む平面において各方向への投影を求め、数２７に
示される出力ＤＲ３を得、ＤＲ３は数１８〜数２０を満
足する点で極大値を得るので、その極点の座標から数２
１〜数２３を用いて、反射体の速度の３次元ベクトル成
分ｄ＿０，ｅ＿０，ｇ＿０を得る。 【効果】異なる流速を持つ反射体の速度の３次元ベクト
ル成分を計測することが可能になる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は超音波ビームを用いた流
速計測装置に関する。
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。L.
S.Wilsonらは連続的に取得した一連の２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.２８６〜３０
３，１９９３年，Ultrasonic Imaging １５，pp.２８６
〜３０３,１９９３）。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，IEEET
ransactions on Biomedical Engineering，Ｖol.ＢＭＥ
−３４，Ｎo.１２，pp.９６５〜９６７，１９８７)。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.７９５〜７９
９，１９８８年，Ultrasonics Symposium，pp.７９５〜
７９９，１９８８）。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，pp.７
４０〜７５１,1988、IEEE Transactions on Biomedical
Engineering，Ｖol.３５，Ｎo.９,pp.７４０〜７５
１，１９８８）。
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。L.
S.Wilsonらは連続的に取得した一連の２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.２８６〜３０
３，１９９３年，Ultrasonic Imaging １５，pp.２８６
〜３０３,１９９３）。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，IEEET
ransactions on Biomedical Engineering，Ｖol.ＢＭＥ
−３４，Ｎo.１２，pp.９６５〜９６７，１９８７)。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.７９５〜７９
９，１９８８年，Ultrasonics Symposium，pp.７９５〜
７９９，１９８８）。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，pp.７
４０〜７５１,1988、IEEE Transactions on Biomedical
Engineering，Ｖol.３５，Ｎo.９,pp.７４０〜７５
１，１９８８）。
【０００３】一方、片倉らは１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）。
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）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明では２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３次元の血流速分布を計測可能とす
る際に、放射状のフーリエ変換を行うことの代わりによ
り簡便な構成で同等の効果を得ることを目的とする。
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３次元の血流速分布を計測可能とす
る際に、放射状のフーリエ変換を行うことの代わりによ
り簡便な構成で同等の効果を得ることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明では、２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ま
ず時系列方向にフーリエ変換し、さらにその結果を素子
の２つの配列方向のそれぞれを含む平面において投影処
理を行うことにより、反射体の速度の３次元ベクトル成
分を求め、その速度分布を導出することを可能とする。
連続配列された複数個の素子によって得た受信信号をま
ず時系列方向にフーリエ変換し、さらにその結果を素子
の２つの配列方向のそれぞれを含む平面において投影処
理を行うことにより、反射体の速度の３次元ベクトル成
分を求め、その速度分布を導出することを可能とする。
【０００６】
【作用】本発明では図１に示すようにＭ×Ｎの２次元配
列された素子Ｑを用いることとする。図２に示すよう
に、この２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ｐ・Ｔごとに点Ｐに集束する音波を送出す
る。ｐは送波の番号であり、Ｔ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。これらの信号は反射体までの距離に依存する波面の
曲率を凹面遅延回路により平面波として補正する。送波
から一定時間Ｓを経過した時間で信号を観測すると、ｐ
番目の送波直後の観測時間はｔ＝ｐ・Ｔ＋Ｓとなるの
で、ｐ番目の送波による時刻ｔにおける補正後の受信信
号をｓ（ｐ，ｍ，ｎ）とする。
列された素子Ｑを用いることとする。図２に示すよう
に、この２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ｐ・Ｔごとに点Ｐに集束する音波を送出す
る。ｐは送波の番号であり、Ｔ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。これらの信号は反射体までの距離に依存する波面の
曲率を凹面遅延回路により平面波として補正する。送波
から一定時間Ｓを経過した時間で信号を観測すると、ｐ
番目の送波直後の観測時間はｔ＝ｐ・Ｔ＋Ｓとなるの
で、ｐ番目の送波による時刻ｔにおける補正後の受信信
号をｓ（ｐ，ｍ，ｎ）とする。
【０００７】受信信号ｓ（ｐ，ｍ，ｎ）は図２に示すよ
うに、時間と共に移動する反射体位置に対応してａ，
ｂ，ｃと変化する。そこで、３つの軸のうち１つを時間
方向とし、２つの軸を素子の配列された２次元の方向と
する３次元空間において前記受信信号ｓ（ｐ，ｍ，ｎ）
を並べると、図３に示すようになる。このとき、静止物
体からの信号は除去しておく必要があるので、前記受信
信号ｓ（ｐ，ｍ，ｎ）に対して差分処理を施し、その出
力をｓｄ（ｐ，ｍ，ｎ）とする。
うに、時間と共に移動する反射体位置に対応してａ，
ｂ，ｃと変化する。そこで、３つの軸のうち１つを時間
方向とし、２つの軸を素子の配列された２次元の方向と
する３次元空間において前記受信信号ｓ（ｐ，ｍ，ｎ）
を並べると、図３に示すようになる。このとき、静止物
体からの信号は除去しておく必要があるので、前記受信
信号ｓ（ｐ，ｍ，ｎ）に対して差分処理を施し、その出
力をｓｄ（ｐ，ｍ，ｎ）とする。
【０００８】本発明は図３に示すように配列された信号
ｓｄ（ｐ，ｍ，ｎ）を処理することにより、反射体の速
度を求めることである。
ｓｄ（ｐ，ｍ，ｎ）を処理することにより、反射体の速
度を求めることである。
【０００９】まず、受信信号ｓ（ｐ，ｍ，ｎ）すなわち
信号ｓｄ（ｐ，ｍ，ｎ）と反射体の速度との関係を求め
る。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ｄ＿０、ｘ方向およびｙ方向における
極座標の天頂角方向のｑ方向の角速度をｅ＿０，ｇ＿０
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ｒ＿ｑ，
ｑ＿ｘ、およびｑ＿ｙは数１〜数３となる。
信号ｓｄ（ｐ，ｍ，ｎ）と反射体の速度との関係を求め
る。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ｄ＿０、ｘ方向およびｙ方向における
極座標の天頂角方向のｑ方向の角速度をｅ＿０，ｇ＿０
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ｒ＿ｑ，
ｑ＿ｘ、およびｑ＿ｙは数１〜数３となる。
【００１０】
【数１】 ｒ＿ｑ＝Ｒ＋ｄ＿０・ｔ …（１）
【００１１】
【数２】 ｑ＿ｘ＝ｅ＿０・ｔ …（２）
【００１２】
【数３】 ｑ＿ｙ＝ｇ＿０・ｔ …（３） 波面は前記遅延回路により平面に補正しているので、素
子ｑ（ｍ，ｎ）の位置を（ｘ＿ｍ，ｙ＿ｎ）とすると、
図４に示すｒ＿ｘｙ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Ｆ＿ｍｎは数６
となる。
子ｑ（ｍ，ｎ）の位置を（ｘ＿ｍ，ｙ＿ｎ）とすると、
図４に示すｒ＿ｘｙ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Ｆ＿ｍｎは数６
となる。
【００１３】
【数４】 ｒ＿ｘｙ＝ｒ＿ｑ−(ｘ＿ｍ・sinｆ＋ｙ＿ｎ・cosｆ）sinｑ≒ｒ＿ｑ −（ｘ＿ｍ・ｑ＿ｘ＋ｙ＿ｎ・ｑ＿ｙ） …（４）
【００１４】
【数５】 ｒ＝ｒ＿ｑ＋ｒ＿ｘｙ＝２・ｒ＿ｑ−（ｘ＿ｍ・ｑ＿ｘ＋ｙ＿ｎ・ｑ＿ｙ） …（５）
【００１５】
【数６】 Ｆ＿ｍｎ＝ｋ・ｒ＝ｋ［２(Ｒ＋ｄ＿０・ｔ)−(ｘ＿ｍ・ｅ＿０・ｔ ＋ｙ＿ｎ・ｇ＿０・ｔ）］ …（６） ここで、ｋは波数を示し、その値はｃ／ｆである。ｃは
音速、ｆは周波数である。
音速、ｆは周波数である。
【００１６】Ｆ＿ｍｎの定数項２ｋＲは無視できるの
で、これを取り除いた値Ｙ＿ｍｎすなわち、数７を取り
扱えばよい。
で、これを取り除いた値Ｙ＿ｍｎすなわち、数７を取り
扱えばよい。
【００１７】
【数７】 Ｙ＿ｍｎ＝ｋ［２ｄ＿０・ｔ−(ｘ＿ｍ・ｅ＿０・ｔ＋ｙ＿ｎ・ｇ＿０・ｔ)］ ＝ｋ［２ｄ＿０・ｔ−ｘ＿ｍ・ｅ＿０・ｔ−ｙ＿ｎ・ｇ＿０・ｔ］ …（７） 従って、受信信号ｓｄ（ｍ，ｎ，ｔ）は数８となる。
【００１８】
【数８】 ｓｄ（ｍ，ｎ，ｔ） ＝ｅｘｐ（−ｊＹ＿ｍｎ） ＝ａ(ｍ，ｎ)・exp｛−ｊ２ｋ・ｄ＿０・ｔ＋ｊｋ・ｘ＿ｍ・ｅ＿０・ｔ ＋ｊｋ・ｙ＿ｎ・ｇ＿０・ｔ｝・ｂ（ｔ） …（８） 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。
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。
【００１９】受信信号ｓｄ（ｍ，ｎ，ｔ）から反射体の
速度の３次元ベクトル成分は以下の処理を行うことによ
って求める。まずｓｄ（ｍ，ｎ，ｔ）をｔに関してフー
リエ変換を行うと、数９となる。
速度の３次元ベクトル成分は以下の処理を行うことによ
って求める。まずｓｄ（ｍ，ｎ，ｔ）をｔに関してフー
リエ変換を行うと、数９となる。
【００２０】
【数９】 Ｄ１(ｍ，ｎ，ｗ)＝Ｆ＿ｔ｛ｓｄ(ｍ，ｎ，ｔ)｝ ＝ａ(ｍ，ｎ)・Ｂ（ｗ−２ｋ・ｄ＿０＋ｋ・ｅ＿０ ・ｘ＿ｍ＋ｋ・ｇ＿０・ｙ＿ｎ） …（９） ここで、Ｆ＿ｔ｛ ｝はｔに関するフーリエ変換を示す
オペレータである。数９から明らかなことは、図５に示
すようにＤ１（ｍ，ｎ，ｗ）の出力が直線ｗ−２ｋ・ｄ
＿０＋ｋ・ｅ＿０・ｘ＿ｍ＋ｋ・ｇ＿０・ｙ＿ｎ＝０ 近傍
に現われることである。すなわち、直線ｗ−２ｋ・ｄ＿
０＋ｋ・ｅ＿０・ｘ＿ｍ＋ｋ・ｇ＿０・ｙ＿ｎ＝０のｘ方向
およびｙ方向に関する勾配ｘ＿ｑおよびｙ＿ｑがｘ方向
およびｙ方向の方位方向速度に対応することになる。
オペレータである。数９から明らかなことは、図５に示
すようにＤ１（ｍ，ｎ，ｗ）の出力が直線ｗ−２ｋ・ｄ
＿０＋ｋ・ｅ＿０・ｘ＿ｍ＋ｋ・ｇ＿０・ｙ＿ｎ＝０ 近傍
に現われることである。すなわち、直線ｗ−２ｋ・ｄ＿
０＋ｋ・ｅ＿０・ｘ＿ｍ＋ｋ・ｇ＿０・ｙ＿ｎ＝０のｘ方向
およびｙ方向に関する勾配ｘ＿ｑおよびｙ＿ｑがｘ方向
およびｙ方向の方位方向速度に対応することになる。
【００２１】そこで、ｗ−ｍ＋ｘ・ｘ＿ｍ＋ｈ・ｙ＿ｎ＝
０なる直線を考えることとし、図５に示すようにＤ１
（ｍ，ｎ，ｗ）を種々の方向から投影し、その最大値を
得る点を求めることにより、前記勾配ｘ＿ｑおよびｙ＿
ｑを得ることになる。
０なる直線を考えることとし、図５に示すようにＤ１
（ｍ，ｎ，ｗ）を種々の方向から投影し、その最大値を
得る点を求めることにより、前記勾配ｘ＿ｑおよびｙ＿
ｑを得ることになる。
【００２２】これを数式で説明すると、以下のようにな
る。まず、数１０〜数１２とおくと数９は数１３とな
る。
る。まず、数１０〜数１２とおくと数９は数１３とな
る。
【００２３】
【数１０】 ２ｋ・ｄ＿０＝ｍ＿０ …（１０）
【００２４】
【数１１】 ｋ・ｅ＿０＝ｘ＿０ …（１１）
【００２５】
【数１２】 ｋ・ｇ＿０＝ｈ＿０ …（１２）
【００２６】
【数１３】 Ｄ１′(ｍ，ｎ，ｍ)＝Ｄ１(ｍ，ｎ，ｗ） ＝ａ(ｍ，ｎ)・Ｂ(ｍ−ｘ・ｘ＿ｍ−ｈ・ｙ＿ｎ−ｍ＿０ ＋ｘ＿０・ｘ＿ｍ＋ｈ＿０・ｙ＿ｎ） ＝ａ(ｍ，ｎ)・Ｂ［(ｍ−ｍ＿０)＋(ｘ−ｘ＿０)・ｘ＿ｍ ＋(ｈ−ｈ＿０)・ｙ＿ｎ］ ＝ａ(ｍ，ｎ)・Ｂ［(ｍ−ｍ＿０)＋ｇ＿１・ｘ＿ｍ ＋ｇ＿２・ｙ＿ｎ］ …（１３） ここでｇ＿１＝ｘ−ｘ＿０，ｇ＿２＝ｈ−ｈ＿０であ
る。
る。
【００２７】さらに、Ｄ１（ｍ，ｎ，ｗ）を種々の方向
から投影することはＤ１′(ｍ，ｎ,ｍ）をｘ＿ｍおよび
ｙ＿ｎについて積分することになるので、数１４とな
る。ここで、数１５，数１６と変数変換を行うと、数１
４は数１７となる。
から投影することはＤ１′(ｍ，ｎ,ｍ）をｘ＿ｍおよび
ｙ＿ｎについて積分することになるので、数１４とな
る。ここで、数１５，数１６と変数変換を行うと、数１
４は数１７となる。
【００２８】
【数１４】 Ｄ３(ｍ，ｘ，ｈ)＝∫Ｄ１′(ｍ，ｎ，ｍ)ｄｘ＿ｍ・ｄｙ＿ｎ ＝∫ａ(ｍ，ｎ)・Ｂ［(ｍ−ｍ＿０)＋ｇ＿１・ｘ＿ｍ ＋ｇ＿２・ｙ＿ｎ］ｄｘ＿ｍ・ｄｙ＿ｎ …（１４）
【００２９】
【数１５】 ｇ＿１・ｘ＿ｍ＝−Ｘ …（１５）
【００３０】
【数１６】 ｇ＿２・ｙ＿ｎ＝−Ｙ …（１６）
【００３１】
【数１７】 Ｄ３(ｍ，ｘ，ｈ)＝１／(｜ｇ＿１｜・｜ｇ＿２｜)∫ａ(−Ｘ／ｇ＿１，−Ｙ ／ｇ＿２)Ｂ［(ｍ−ｍ＿０)−Ｘ−Ｙ］ｄＸｄＹ ＝１／(｜ｇ＿１｜・｜ｇ＿２｜)・ａ(−Ｘ／ｇ＿１，−Ｙ ／ｇ＿２)＊Ｂ(ｍ−ｍ＿０) …（１７） Ｄ３（ｍ，ｘ，ｈ）が極大値を得る点（ｘ＿０，ｈ＿
０，ｍ＿０）は数１８〜数２０に示す条件を満たすの
で、求めるべき対象の速度ｄ＿０、および角速度ｅ＿
０，ｇ＿０は数２１〜数２３から求められることにな
る。
０，ｍ＿０）は数１８〜数２０に示す条件を満たすの
で、求めるべき対象の速度ｄ＿０、および角速度ｅ＿
０，ｇ＿０は数２１〜数２３から求められることにな
る。
【００３２】
【数１８】 ｇ＿１＝１／tanｈ−ｋ・ｇ＿０＝０ …（１８）
【００３３】
【数１９】 ｇ＿２＝１／tanｘ−ｋ・ｅ＿０＝０ …（１９）
【００３４】
【数２０】 ｍ−ｍ＿０＝ｍ−２ｋ・ｄ＿０＝０ …（２０）
【００３５】
【数２１】 ｅ＿０＝１／(ｋ・tanｘ＿０） …（２１）
【００３６】
【数２２】 ！ｚｇ＿０＝１／(ｋ・tanｈ＿０） …（２２）
【００３７】
【数２３】 ｄ＿０＝ｍ＿０／(２ｋ） …（２３）
【００３８】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図６により説明す
る。Ｑは２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、２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ＤｘおよびＤｙ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Ｔ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を経過した時間
で信号を観測すると、ｐ番目の送波直後の観測時間はｔ
＝ｐ・Ｔ＋Ｓ となる。ここでｐ番目の送波による時刻ｔ
における反射信号をｓ（ｐ，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(ｐ，ｍ，ｎ）とする。ここ
でｔ＝ｐ・Ｔ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ｐに関して複数個のＣ（ｐ，ｍ，
ｎ）について差分処理、すなわちＣ（ｐ，ｍ，ｎ）−Ｃ
（ｐ＋１，ｍ，ｎ）を求めることを行い、その出力をｄ
（ｐ，ｍ，ｎ）とする。
る。Ｑは２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、２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ＤｘおよびＤｙ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Ｔ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を経過した時間
で信号を観測すると、ｐ番目の送波直後の観測時間はｔ
＝ｐ・Ｔ＋Ｓ となる。ここでｐ番目の送波による時刻ｔ
における反射信号をｓ（ｐ，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(ｐ，ｍ，ｎ）とする。ここ
でｔ＝ｐ・Ｔ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ｐに関して複数個のＣ（ｐ，ｍ，
ｎ）について差分処理、すなわちＣ（ｐ，ｍ，ｎ）−Ｃ
（ｐ＋１，ｍ，ｎ）を求めることを行い、その出力をｄ
（ｐ，ｍ，ｎ）とする。
【００３９】まず、この信号ｄ（ｐ，ｍ，ｎ）を１次元
フーリエ変換器によりｐに関してフーリエ変換を行い、
数２４に示す出力ＤＲ１（ｍ，ｎ，ｗ）を得る。
フーリエ変換器によりｐに関してフーリエ変換を行い、
数２４に示す出力ＤＲ１（ｍ，ｎ，ｗ）を得る。
【００４０】
【数２４】 ＤＲ１(ｍ，ｎ，ｗ)＝Ｆ＿ｐ｛ｄ(ｐ，ｍ，ｎ)｝ ＝ａ(ｍ，ｎ)・ＤＢ(ｗ−２ｋ・ｄ＿０＋ｋ・ｅ＿０・ｘ＿ｍ ＋ｋ・ｇ＿０・ｙ＿ｎ） …（２４） 数２４におけるＤＢ（ ）は数２５に示すようにｂ（ｐ
Ｔ）のｐ方向に関する離散フーリエ変換である。
Ｔ）のｐ方向に関する離散フーリエ変換である。
【００４１】
【数２５】 ＤＢ(ｗ)＝Ｓｐｂ(ｐＴ)・exp(−ｊｐｍ） …（２５） 次に、ＤＲ１（ｍ，ｎ，ｗ）においてｗ＝ｍ＋ｘ・ｘ＿
ｍ＋ｈ・ｙ＿ｎとおき、さらに数１０，数１１，数１２
とおき、数２６に示すＤＲ１′(ｍ，ｎ，ｍ)をｘ＿ｍに
ついて積分を行う。すなわち、勾配ｘの方向についてＤ
Ｒ１′(ｍ，ｎ,ｍ）の投影を求める。
ｍ＋ｈ・ｙ＿ｎとおき、さらに数１０，数１１，数１２
とおき、数２６に示すＤＲ１′(ｍ，ｎ，ｍ)をｘ＿ｍに
ついて積分を行う。すなわち、勾配ｘの方向についてＤ
Ｒ１′(ｍ，ｎ,ｍ）の投影を求める。
【００４２】
【数２６】 ＤＲ１′(ｍ，ｎ，ｍ)＝ＤＲ１(ｍ，ｎ，ｗ） ＝ａ(ｍ，ｎ)・ＤＢ［(ｍ−ｍ＿０)＋(ｘ−ｘ＿０) ・ｘ＿ｍ＋(ｈ−ｈ＿０)・ｙ＿ｎ］ …（２６） さらにその出力をｙ＿ｎについて積分を行う。すなわ
ち、勾配ｈの方向についてＤＲ１′（ｍ，ｎ，ｍ）の投
影を求める。その結果、数２７に示す最終出力ＤＲ３
（ｍ，ｘ，ｈ）を得る。
ち、勾配ｈの方向についてＤＲ１′（ｍ，ｎ，ｍ）の投
影を求める。その結果、数２７に示す最終出力ＤＲ３
（ｍ，ｘ，ｈ）を得る。
【００４３】
【数２７】 ＤＲ３(ｍ，ｘ，ｈ)＝ＳｍＳｎＤＲ１′(ｍ，ｎ，ｍ） ＝１／(｜ｇ＿１｜・｜ｇ＿２｜)・ａ(−Ｘ／ｇ＿１， −Ｙ／ｇ＿２)＊Ｂ（ｍ−ｍ＿０） …（２７） ここで、ＤＲ１′(ｍ，ｎ，ｍ）＝ＤＲ１(ｍ，ｎ，ｗ）
である。
である。
【００４４】この最終出力ＤＲ３（ｘ，ｈ，ｍ）は直交
座標空間（ｘ，ｈ，ｍ）において、極大値を得る点（ｘ
＿０，ｈ＿０，ｍ＿０）は数１８，数１９，数２０を満
たすので、数２１，数２２，数２３から計算し、対象の
速度ｄ＿０，ｅ＿０，ｇ＿０の値を得る。そして得られ
たｄ＿０，ｅ＿０，ｇ＿０の値を３次元の極座標空間と
してディスプレイ上に表示するか、ｄ＿０，ｅ＿０，ｇ
＿０の値から数２８〜数３０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ｖ＿ｘ，ｖ＿ｙ，ｖ＿
ｚを計算し、３次元の直交座標空間としてディスプレイ
上に表示する。
座標空間（ｘ，ｈ，ｍ）において、極大値を得る点（ｘ
＿０，ｈ＿０，ｍ＿０）は数１８，数１９，数２０を満
たすので、数２１，数２２，数２３から計算し、対象の
速度ｄ＿０，ｅ＿０，ｇ＿０の値を得る。そして得られ
たｄ＿０，ｅ＿０，ｇ＿０の値を３次元の極座標空間と
してディスプレイ上に表示するか、ｄ＿０，ｅ＿０，ｇ
＿０の値から数２８〜数３０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ｖ＿ｘ，ｖ＿ｙ，ｖ＿
ｚを計算し、３次元の直交座標空間としてディスプレイ
上に表示する。
【００４５】
【数２８】 ｖ＿ｘ＝(Ｒ＋ｄ＿０）・ｅ＿０ …（２８）
【００４６】
【数２９】 ｖ＿ｘ＝(Ｒ＋ｄ＿０）・ｇ＿０ …（２９）
【００４７】
【数３０】 ｖ＿ｚ＝ｄ＿０ …（３０） なお、静止物体からの信号を除去するための差分処理は
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７および図８に示すように１次元フー
リエ変換器の後に差分処理フィルタを接続してもよい。
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７および図８に示すように１次元フー
リエ変換器の後に差分処理フィルタを接続してもよい。
【００４８】さて、ディスプレイに表示する方法として
は２次元的に表示する方法と３次元的に表示する方法が
考えられる。例えば、図９に示すように任意の２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１０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。３次元的に表示する方法として
は、図１１に示すように速度ベクトルを矢印で示す。あ
るいは図１２に示すように速度成分の方向を色別で表わ
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。
は２次元的に表示する方法と３次元的に表示する方法が
考えられる。例えば、図９に示すように任意の２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１０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。３次元的に表示する方法として
は、図１１に示すように速度ベクトルを矢印で示す。あ
るいは図１２に示すように速度成分の方向を色別で表わ
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。
【００４９】
【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３次元的に計測することが可能になる。
速度を３次元的に計測することが可能になる。
【図１】本発明の動作の説明図。
【図２】本発明の動作の説明図。
【図３】本発明の動作の説明図。
【図４】本発明の動作の説明図。
【図５】本発明の動作の説明図。
【図６】本発明の一実施例の構成を示すブロック図。
【図７】本発明の一実施例の構成を示すブロック図。
【図８】本発明の一実施例の構成を示すブロック図。
【図９】本発明の一実施例におけるディスプレイ方法の
説明図。
説明図。
【図１０】本発明の一実施例におけるディスプレイ方法
の説明図。
の説明図。
【図１１】本発明の一実施例におけるディスプレイ方法
の説明図。
の説明図。
【図１２】本発明の一実施例におけるディスプレイ方法
の説明図。
の説明図。
Ｑ…２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、ｑ０…半径方向の速度
成分、ｅ０…ｘ方向における天頂角方向の角速度成分、
ｇ０…ｙ方向における天頂角方向の角速度成分。
ｎ）における素子、Ｐ…反射体、ｑ０…半径方向の速度
成分、ｅ０…ｘ方向における天頂角方向の角速度成分、
ｇ０…ｙ方向における天頂角方向の角速度成分。
Claims (7)
- 【請求項１】２次元の配列を有する送受波器と、前記送
受波器の一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、測定対象からの反射信
号を離散化して記憶する離散化装置と、それらの信号に
対し、繰り返し送波する時間方向についてフーリエ変換
するフーリエ変換手段を有し、その出力のうち２次元の
配列方向のうちの１つの方向を含む平面において、各方
向への投影値を求める第１の積分器と、受波ビームの２
次元の配列方向のうちの前記１つの方向と異なる方向を
含む平面において、前記第１の積分器の出力の各方向へ
の投影値を求める第２の積分器を有し、前記第２の積分
器の出力の３次元分布において極大値を得る点から測定
対象内の移動物体の極座標における半径方向の速度成
分、および２次元配列素子に平行な面内の直交する２つ
の方向における天頂角方向の角速度成分を求め、これら
求めた速度成分の値から３次元表示を行うことを特徴と
する超音波流速計測装置。 - 【請求項２】送波からの所定経過時刻の各信号同士を差
分処理して静止物体からの信号の除去を行う手段を、前
記フーリエ変換器の前段に配置することを特徴とする請
求項１に記載の超音波流速計測装置。 - 【請求項３】送波からの所定経過時刻の各信号同士を差
分処理して静止物体からの信号の除去を行う手段を、前
記第１の積分器の前段に配置することを特徴とする請求
項１に記載の超音波流速計測装置。 - 【請求項４】送波からの所定経過時刻の各信号同士を差
分処理して静止物体からの信号の除去を行う手段を、前
記第２の積分器の前段に配置することを特徴とする請求
項１に記載の超音波流速計測装置。 - 【請求項５】送波からの所定経過時刻の各信号同士を差
分処理して静止物体からの信号の除去を行う手段を、前
記第２の積分器の後段に配置することを特徴とする請求
項１に記載の超音波流速計測装置。 - 【請求項６】計測データから計算して求めた前記極座標
における半径方向の速度成分、および前記２次元配列素
子に平行な面内の直交する２つの方向における天頂角方
向の角速度成分から、３次元画像表示を行うことを特徴
とする請求項１記載の超音波流速計測装置。 - 【請求項７】計測データから計算して求めた前記極座標
における半径方向の速度成分、および前記２次元配列素
子に平行な面内の直交する２つの方向における天頂角方
向の角速度成分から、座標変換を行い、直交座標におけ
る３次元の方向の速度成分を計算し、それらの値から３
次元画像表示を行うことを特徴とする請求項１記載の超
音波流速計測装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18243495A JPH0933553A (ja) | 1995-07-19 | 1995-07-19 | 超音波流速計測装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18243495A JPH0933553A (ja) | 1995-07-19 | 1995-07-19 | 超音波流速計測装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0933553A true JPH0933553A (ja) | 1997-02-07 |
Family
ID=16118207
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18243495A Pending JPH0933553A (ja) | 1995-07-19 | 1995-07-19 | 超音波流速計測装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0933553A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010075636A (ja) * | 2008-09-29 | 2010-04-08 | Toshiba Corp | 超音波診断装置及び超音波画像表示方法 |
| JP2017051424A (ja) * | 2015-09-09 | 2017-03-16 | 東芝メディカルシステムズ株式会社 | 超音波診断装置、医用画像処理装置および医用画像処理プログラム |
| CN110678128A (zh) * | 2017-03-30 | 2020-01-10 | 皇家飞利浦有限公司 | 用于使用超声矢量流成像的血流的同时的可视化和量化的系统和方法 |
-
1995
- 1995-07-19 JP JP18243495A patent/JPH0933553A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2010075636A (ja) * | 2008-09-29 | 2010-04-08 | Toshiba Corp | 超音波診断装置及び超音波画像表示方法 |
| JP2017051424A (ja) * | 2015-09-09 | 2017-03-16 | 東芝メディカルシステムズ株式会社 | 超音波診断装置、医用画像処理装置および医用画像処理プログラム |
| CN110678128A (zh) * | 2017-03-30 | 2020-01-10 | 皇家飞利浦有限公司 | 用于使用超声矢量流成像的血流的同时的可视化和量化的系统和方法 |
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