JPS59171866A - 超音波流速検出方式 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、パルストシラ型流速検出装置に関し、特にそ
の流速検出範囲を拡大するために、異なる２つ以上のキ
ャリヤ周波数を用い、それぞれの復調周波数の値から唯
一の流速を決定する流速検出方式に関する。

〔技術の背景〕

最近、生体内の血流速度の測定に、・ぐルスドプラ型流
速検出装置が利用されるようになっている。

パルスドプラ型流速検出装置は、その検出可能な最大流
速が原理的に制約されており、送信バーストパルスの繰
り返し周波数をｆγ、バースト波の中心キャリヤ周波数
をｆｃ、音速をＣとした場合、鰍大流速ｖ７ＩＬａ、２
１−の制約条件は、次式によって与えられる。

従来、この制約条件の中でノｅルスドプラ厖流速検出装
置を使い易くする一つの試みがなされている（日本超音
波医学講演論文策４０−Ａ−６０（ＰＰ４０３−４０４
　）　１９８２参照）。この試みでは、ドプラ信号の復
調時に、２種類の復調用信号参照波を使いうるようにし
、血流測定部位および病態に応じて切換えるようにして
いる。

すなわち、たとえばｆＣ７〈ｆＣ２とするとき、大きい
Ｖｍａｘが必要なときにはキャリヤ周波数を低くとり、
ｆＣ＝　ｆＣ，として空間分解能を犠牲にし、また高い
空間分解能が必要なときには、キャリヤ周波数を高＜　
ｆＣ＝　ｆ（’２として、■７７１αＸの万を犠牲にす
るものである。

この試みは、Ｖｍａｘと空間分解能の性能を選択的に優
先させることにより、測定範囲の拡大を可能にしている
が、 を超える流速については、原理的に正確な計測値を提供
できないという問題があった。　　゛この問題は、第１
図に示すように、復調周波数すなわちドプラ周波数ｆｄ
が、サンプリング定理によりパルス繰シ返し周波数ｆｒ
の２分の１以上が検出不能となるととに基づいている。

〔発明の目的および構成〕

本発明の目的は、従来、パルストシラ型流速検出装置に
おいて原理的制約条件と考えられていた検出可能な最大
流速Ｖｍａｘを、従来と同じ条件下で大幅に拡大すると
とにある。

本発明は、そのため、流速Ｖが検出限界を超えた場合で
も、異なる２つのキャリヤ周波数、７’　Ｃ＋、ｆｃ、
を使用すれば、それぞれから化られる復調周波数ｆｄ、
いｆｄ、、の間にノギスと同様な原理に基づく所定の関
係が存在し、ある一定の拡大された範囲内で一義的に正
しい流速を求めることができることに着目してなされた
ものであり、その構成は、超音波パルスを繰シ返し送信
し、反射波のドプラ変調周波数を検出することによ多流
体等の速度を計測するパルストシラ型流速検出装置にお
いて、複数の異なる周波数をもつキャリヤ信号を用いて
超音波パルスを送信し、それぞれのキャリヤ信号につい
て得られる反射波のドプラ変調周波数を検出し、該複数
のドプラ変調周波数のそれぞれと流速との間に存在する
一定の関係に基ついて唯゛−の流速値を決定することを
特徴とするものである。

〔発明の実施例〕

はじめに、本発明の動作原理を第２図にしたがって説明
する。同図は、キャリヤ周波数ｆ’ｌ　１．７”２が３
：４の場合の、流速Ｖとドプラ復調周波数ｆｄ　との関
係を示したものであるっ実線で示される２つの鋸歯状波
形は、ｆ’ｌ　、ｆ’２について実際に測定される復調
周波数と流速との関係を示し、また原点からｆｃ、　、
ｆＣ２に沿って延長された点線で示す直線は、唯一の正
しい流速を与える修正された復調周波数のグラフを表わ
している。

修正された復調周波数は、次のようにして求められる。

まずｆｃ、にっｂて復調周波数ｆ’＋　を求めるＯｆｄ
、は、図示の流速範囲では、○印で示すように３箇所で
異々る値の流速に対応する。次に、ｆＣ２についてｆｃ
ｔ、を求める。、７’ｄ、２はΔ印で示すように、４箇
所で異なる流速に対応する。このように、ｆ’ｌとｆｃ
、の比３：４と○印およびΔ印の数の比とは対応する。

これらの○印およびΔ印を付した流速の中で、■印とΔ
印とが一致する流速を求める七、それが真の流速を表わ
している。このため、図示の例では、流速の検出限界が
ｆｃ、からみて３倍、ｆＣ２がらみて４倍に拡大された
ことになる。なお、図示の検出限界を超えると、唯一の
流速を決定することが不可能となる。

第３図は、本発明実施例において使用される修正復調周
波数を簡牟に求めることのできる他のグラフの例を示し
、規格化周波数ｆｃｔｏ　−ｉｒ／ｚ　として、ｆｄｏ
でｆｄ、１を規格化した復調周波数Ｆ、を縦軸とし、ｆ
ｄｏでｆＬｉｔを規格化した復調周波数Ｆ２を横軸にと
った直交座標系において、原点からの距離を流速Ｖの大
きさで表わした、グラフである。

第２図で説明した修正された復調周波数の決定方法は、
第３図を用いて、次のように＆現することができる。

まず測定値（Ｆ’ｌ＝　ｓ　Ｆ２ｍ　）が得られたとき
の、この測定値からもっとも近いグラフ直線、すなわち
各直線までの水平距離がもっとも短い直線を選び出す。

各グラフ直線上には、Ｆｌについて修正復調周波数を求
めるのに必要な規格化周波数修正量＜ｋ＞が記されてい
る。

２Ｖ ＝　（Ｘ　ｆｃ、　−ｆｃＬ＋　）／７ｄ０であり、ｋ
／２はいわゆるアライアシング（折シ返し）の回数を表
わす。図示の例では、測定値（Ｆ　１ｍＸＦ　２ｒｎ　
）が、黒丸で示す位置（０，５、−０，５）にあるもの
とする。この場合、規格化周波数修正量は〈２〉であり
、この直線上で、測定値（０，５、−０，５）から最短
距離にある点（０，６、−０，６）であるから、規格化
修正復調周波数は、はぼ０．６　　＋　２　＝　　２．
６ となシ、絶対流速は、 として得られる。すなわち、最大流速Ｖ　ｍａｘは、を
２．６倍超えても測定可能であることがわかる。

本発明の効果を一般化して述べると、２つのキャリヤ周
波数ｆ　Ｃ，、ｆｃ２の比をｎｌ　：　ｎ、　（ｒＬ、
　〈ｎ、で、’ｌ　＋　ｎ２は互いに素の整数）とすれ
ば、従来の方法にくらべて、本発明によシ流速測足可能
範囲はル。

倍に拡大できる。

次に、本発明の実施例システムを、第４図乃至第６図に
より説明する。

第４図は実施例システムの全体構成図であり、図中、１
はドプラ信号検出部、２はキャリヤ信号制御部、３は修
正復調周波数計算部、４は流速計算部、５は繰り返し送
信パルス源、６は送信アンプ、７は受信アンプ、８はミ
キサ、９はサンゾル・ホールド回路、１０は周波数解析
部、１１および１２はそれぞれキャリヤ周波数ｆ’＋、
ｆ’２のキャリヤ信号源、１３および１４はそれぞれ復
調周波数ｆ’＋　、ｆ”２のレジスタ、１５は制御部、
１６ａおよび１６　ｂは周波数切換スイッチを表わす。

ドプラ信号検出部１の構成は従来からよく知られている
ものである。なお、ミキサ８以降を多重化すれば、復調
キャリヤ信号制御部２における切換えは不要となる。修
正復調周波数計算部３は、本発明の主要部であシ、その
詳細構成は、第５図にしたがって後述される。

この修正復調周波数計算部３の出力は、修正復調周波数
Ｆ、′であり、流速計算部４に供給される０最終的な流
速値Ｖを出力する。なお、Ｆ、′：Ｆ２′＝ルｊ：ｒＬ
２であり、Ｆ、′がわかればＦ、′は不要である。

第５図は第４図の修正復調周波数計算部３の実施例であ
る。３１および３２は規格化回路、３３は直交関数発生
部、３４は基準関数発生部、３５は修正量記憶部、３６
は距離計算部、３７は最小値検出部、３８は加算部を表
わす。

復調周波数ｆｄｌ　、ｆｄ２は、それぞれ規格化回路３
１．３２に入力され、規格化されるＯ得られた規格化周
波数Ｆ、　、Ｆ、は、直交関数発生部３３によシ使用さ
れ、座標（Ｆ２．　、　Ｆ、□）を通シ、かつ第３図に
示したようにキャリヤ周波数ｆ’ｌ、ｆ’２の比がｒＬ
、：ｎｌであるときのグラフ直線 と直交する直線 が発生される。これは、測定点（２２ｍ　ｓＦｌｍ）に
もつとも近いグラフ直線を求めるのに必要な処理の一つ
である。

基準関数発生部３４は、第３図に示す直線関数Ｌ２ Ｙ−一・Ｘ＋βｉ　（ｉ　＝　１．２．・・・）ｎ＋ を発生する。他方、修正量記憶部３５は、βｔに対応す
る各直線ごとに規格化周波数修正量ＺＦを記憶している
（記憶される修正量は、ＺＦ、あるいはＺＦ　のいずれ
か一方でよい）。

距離計算部３６は、直交する２直線の交点（Ｘ　ｏ　ｉ
、Ｙｏｉ）を求め、この点とＣ２２ｍ　％　Ｆ　Ｉｍ）
間の距離△７ｚ−（（Ｘｏｉ　　２２ｍ）２＋（ＹｏＬ
Ｆｔｍ）２）”を計算し、最小値検出部３７に与える。

最小値検出部３７は、距離△ｉｉの中の最小値△Ｌｍｉ
ｎを検出し、その直線番号りを修正量記憶うに、イＵら
れた直線番号乙に対応する修正量ｚ右を決定し、加算部
３８の一万の入力に与える。

修正＃ＺＦを与える直線上においての交点ＣＸｏｉ、Ｙ
ｏｉ）の値をＣＦ２ｊ、Ｆｌｉ）としたとき、加算部３
８は、Ｆｌｉを距離計算部３６から取シ出し、これとＺ
Ｆ、とを加算し、加算結果（ＺＦ、＋Ｆ１ｉ）を用いて
修正復調周波数ｆｄを生成し、出力する。

第６図（α）、（ｈ）は、第３図とは異なる他の実施例
を示す。

第６図（ａ）は、ル、ニル２＝１：２の場合を示し、こ
れによれば、修正復調周波数の計算が簡単になる。

すなわち、ｆ　ｃ、を用いた測定では値は不要であシ、
牟に符号（■の方向）を知れはよく、ｆｃ、を用いたと
きのｆｄ、で流速を決定できる。

また第６図（ｈ）は、ル１　：　ｎ２−７　：　８の例
である。

時間的流速変化が小さい場合には、周波数解析部出力は
正確に得られるから、測定値がグラフのどの線上にある
かを正確に決定することができる。

したがって、ル、ニル、ニア：８程度でも、実用上の問
題はない。

さらにキャリヤ周波数の数は２箇に限られるものでは々
く、任意複数個使用することができる。

なお、流速に空間分布があるときには、周波数解析部出
力の平均値を計算してｆｇ、　、ｆｄ２とすればよい。

〔発明の効果〕

最近のＩＣの進歩により、修正復調周波数計算部３およ
び流速計算部４の計算を、たとえばＩＱ　ｍ　ｓ程度の
高速で計算することが容易にできるようになっている。

したがって、人体血管内の血流値をリアルタイムで測定
するとき、各計算部を並行して動作させ、流速修正を行
なうことは容易であり、血管狭窄のように血流速が正常
人の２〜３倍に上昇している場合でも、本発明装置の測
定限度内で有効に測定することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は流速検出限界の説明図、第２図は本発明の詳細
な説明図、第３図は修正復調周波数を求めるグラフの１
例を示す図、第４図は本発明実施例の全体構成図、第５
図は修正復調周波数計算部の細部構成図、第６図（α）
、（ｈ）は他の実施例のための修正復調周波数を求める
グラフを示す図であるＯ 図中、１はドゾラ信号検出部、２はキャリヤ信号制御部
、３（は修正復調周波数計算部、４け流速計０部、５は
繰り返し送信ｉ４ルス源、６は送信アンプ０．７は受信
アンプ、８はミキサ、９はサンプル・ホールド回路、１
０は周波数解析部、１１　、１２はキャリヤ信号源、１
６ａ、１６ｂは周波数切換スイッチを表わす。 特許出願人　富士通株式会社 代理人井理士　　長　谷　川　　文　廣（外１名） 第　１　図 第　２　　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 超音波パルスを繰シ返し送信し、反射波のドプラ変調周
   波数を検出することにより流体等の速度を計測するパル
   ストシラ型流速検出装置において、複数の異なる周波数
   をもつキャリヤ信号を用いて超音波・ぐルスを送信し、
   それぞれのキャリヤ信号について得られる反射波のドプ
   ラ変調周波数を検出し、該複数のドプラ変調周波数のそ
   れぞれと流速との間に存在する一定の関係に基づいて唯
   一の流速値を決定することを特徴とする超音波流速検出
   方式。