DE68920015T2

DE68920015T2 - Doppler-gerät zur messung der verteilung der strömungsgeschwindigkeit.

Info

Publication number: DE68920015T2
Application number: DE68920015T
Authority: DE
Inventors: Shigeo Ohtsuki; Motonao Tanaka
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1988-06-30
Filing date: 1989-06-30
Publication date: 1995-05-18
Anticipated expiration: 2009-07-01
Also published as: DE68920015D1; EP0379593B1; EP0379593A1; US5010528A; EP0379593A4; WO1990000033A1

Description

Technischer Bereich

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Doppler- Gerät zur Messung der Strömungsgeschwindigkeitsverteilung, genauer gesagt, ein Doppler- Gerät zur Messung der Strömungsgeschwindigkeitsverteilung, das in der Lage ist, die zweidimensionale Geschwindigkeitsverteilung einer Flüssigkeit auf einem vorbetimmten Querabschnitt durch Einzelstrahlabtastung des Querabschnittes darzustellen, d.h., linear in einer Richtung abzustasten, die senkrecht zu der Richtung des Strahls steht, oder einen Sektor abzutasten.

Stand der Technik

Ein Doppler- Geschwindigkeitsmeßgerät zur Darstellung der Strömung einer Flüssigkeit oder der Bewegung oder eines Bewegungsteiles in einem Gegenstand, der durch Anwendung eines Dopplereffekts untersucht wird, ist bekannt. Von diesem Gerät wird eine Ultraschall- oder eine elektmagnetische Welle, insbes. eine pulsierender Burst- Welle zu dem zu untersuchenden Objekt ausgesandt, und ein reflektiertes Echo wird zu einem Punkt in der Richtung des Strahls empfangen, um so einen Dopplereffekt zu nutzen. Dieses Verfahren ist weit verbreitet und wird als Impuls- Doppler- Verfahren bezeichnet.
Solch ein Geschwindigkeitsmeßverfahren ist nützlich, um die Strömungsgeschwindigkeits- Vektorverteilung in einem zu untersuchenden, aus einer Ebene oder einer gekrümmten Oberfläche bestehenden Querabschnitt durch Abtastung desselben mit dem gesendeten Strahl kennen zu lernen. Dieses Verfahren ist sehr elektomagnetischen Welle in Erfahrung zu bringen, und die Geschwindigkeitsverteilung des Blutes im Herzen eines Lebewesens unter Verwedung einer Ultraschallwelle. Insbesondere im letzteren Fall ist es möglich, die Strömungsverteilung des Blutes nicht- invasiv zu beobachteten und Diagnoseergebnisse zur Funktion des Herzens und dgl. in hervorragender Qualität festzustellen.
Wie allgemein bekannt ist, weiht bei dieser Art des Dopplerverfahrens die Frequenz eines empfangenen Signals abhängig von der Bewegung eines reflektierenden Körpers ab, wobei die Geschwindigkeitsverteilung einer Flüssigkeit entlang eines jeden Punktes eines Ultraschallstrahles aus der Abweichungsfrequenz (Dopplerfrequenz) gewonnen wird, die durch Vergleich zwischen den Frequenzen des gesendeten und des empfangenen Signals gewonnen wird. Das Impuls- Doppler- Verfahren leidet jedoch unter dem schwerwiegenden Problem, daß die Geschwindigkeitsinformation, die man nach dem Impuls- Doppler- Verfahren gewinnt, nur eine Gewschwindigkeitskomponente in Richtung des Strahls aufweist.
Wenn folglich eine zweidimensionale Geschwindigkeits- Verteilungsinformationen durch Bewegung des Impulsstrahls entlang eines vorbestimmten Querabschnitts durch die mechanische Bewegung einer Sonde oder durch elektronische Linear- oder Schnittabtastung gewonnen wird, unterliegt die Geschwindigkeits- und die Beschleunigungsverteilung in dem dargestellten Bild, das aus der Information und der Druckverteilung in dem geschlossenen Gebiet gewonnen wird, einem großen, nicht zu vernachlässigenden Fehler bei der Geschwindigkeitsverteilung eines jeden Pixels, da die gewonnenen Informationen nur die Komponente in Richtung des Strahls enthalten.
Um nun eine Komponente in einer von der Richtung des Strahls verschiedenen Richtung in der Querabschnittsebene zu erhalten, die von dem Strahl abgetastet wird, ist ein Verfahren untersucht worden, die Korrelation der Daten in den Richtungen benachbarter Strahlen zu erreichen. Derartige Rechnungen zur Korrelation machen das Gerät kompliziert, und da die Verarbeitungsgeschwindigkeit herabgesetzt wird, ist die Menge der beobachtbaren Daten pro Zeiteinheit vermindert.
Die hiesigen Erfinder haben in den japanischen Patentanmeldungen Nr. 236919 / 1987 und 236920 / 1987 ein Verfahren vorgeschlagen, eine advektive Beschleunigungskomponente einer Flüssigkeit zu verwenden, um die Daten der Geschwindigkeitskomponente in einer anderen Richtung als der Richtung der Ultraschallwelle zu überlagern, und zwar ganz allgemein die senkrechte Richtung dazu.
Gemäß dem oben benannten zugehörigen Stand der Technik wird eine Vielzahl von Burst- Wellen aus einer Ultraschallsonde an eine Flüssigkeit zu vorbestimmten Wiederholperioden gesendet, das aus der Flüssigkeit gewonnene Echo wird von der Ultraschallsonde empfangen, und das Datum der Fließgeschwindigkeitskomponente (nachstehend als "Doppler- Geschwindigkeit" bezeichnet) wird zu jedem Punkt in Richtung des Strahls aus dem empfangenen Signal in jedem Moment unter Verwendung des oben beschriebenen Dopplereffekts gebildet.
Die erhaltenen Dopplergeschwindigkeiten werden sequentiell in einem Speicher abgelegt, und die Punkte, die zu den Bedingungen zur Gewinnung der advektiven Beschleunigungskomponente gehören, werden aus den derart gespeicherten zweidimensionalen Informationen gewonnen. An den Punkten, die diesen Bedingungen genügen, wird die advektive Beschleunigungskomponente errechnet, und zu den anderen Punkten wird die advektive Beschleunigungskomponente durch Interpolation errechnet.
Die Strömungsgeschwindigkeitskomponente in einer von der Richtung des Strahls unterschiedlichen Richtung wird gewonnen sowohl aus der auf diese Weise gewonnenen advektiven Beschleunigungskomponente als auch aus der gespeicherten Doppler- Geschwindigkeitsverteilung.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG

Jedoch selbst in dem oben beschriebenen Gerät zur Messung der Strömungsgeschwindigkeitsverteilung unter Anwendung eines Dopplerverfahrens und Verwendung der advektiven Beschleunigungsgeschwindigkeit wird die arithmetische Operation kompliziert wie in anderen Systemen, und es ist nicht möglich, das Problem des Anwachsens der Gerätegröße und der langen Meßzeit zu lösen.
Demgemäß ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die oben beschriebenen Probleme des Standes der Technik zu beseitigen und ein verbessertes Gerät zur Messung der Geschwindigkeitsverteilung unter Anwendung eines Doppler- Verfahrens zu schaffen, das in der Lage ist, eine Geschwindigkeitskomponente in einer von der Richtung des Strahls verschiedenen Richtung zu gewinnen, indem eine einfache arithmetische Operation mit hoher Geschwindigkeit durchgeführt wird.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß nach der Doppler- Geschwindigkeit in der Richtung eines Ultraschallstrahls, der durch die gesendeten und empfangenen Wellen des Strahles gewonnen wird, eine Komponente in einer sich von der Richtung des Strahls unterscheiden Richtung aus den Dopplergeschwindigkeitsdaten durch einen Integrationsschritt und einen Differenziationsschritt ermittelt wird, der längs des beobachteten Querabschnitts beobachtet wird.
Genauer gesagt, wird die Dopplergeschwindigkeitsverteilung als zweidimensionale Information gewonnen, die zuerst in einem ersten Speicher gespeichert wird. Die gespeicherten Daten der Dopplergeschwindigkeit werden dann sequentiell in einer Richtung ausgelesen, die sich von der Richtung der Ultraschallwelle unterscheidet, der zu dieser senkrecht verlaufenden Richtung, und werden im allgemeinen Falle in Ausleserichtung akkumuliert, und die Inhalte der Daten werden in einem zweiten Speicher für die betreffenden Pixel gespeichert.
In der vorliegenden Erfindung stimmt der aus der Akkumulation gewonnene Wert, nämlich der Wert eines jeden Pixels in der Richtung, in der die Daten ausgelesen werden, mit einem bekannten Wert überein, der als eine Strömungsfunktion bekannt ist, wie aus der nachstehenden Erläuterung hervorgehen wird.
In der vorliegenden Erfindung werden des weiteren alle Strömungsfunktionen längs des Querabschnitts zweidimensional gespeichert und dann in Richtung des Strahls differenziert.
Die hiesigen Erfinder haben herausgefunden, daß die auf diese Weise differenzierten Werte eines jeden Pixels eine Geschwindigkeitskomponente in einer Richtung bilden, die von der Richtung des Strahls verschieden ist, z. B. die dazu senkrechte Richtung, und die zur Messung der Strömungsgeschwindigkeitsverteilung nützlich ist, wie aus den folgenden Erläuterungen detailliert hervorgeht. Die Doppler- Geschwindigkeit hat in dem aktuell untersuchten Gegenstand oft eine dreidimensionale Ausdehnung. Da in diesem Falle die kumulative integrierte Dopplergeschwindigkeit eine Komponente in senkrechter Richtung zu der Strahlabtastebene aufweist, wird die Kompensationsrechnung vorzugsweise durchgeführt, wenn eine Strömungfunktion gewonnen wird, um diese Komponente zu kompensieren. Die vorliegende Erfindung ermöglicht des weiteren Messungen der genauen Geschwindigkeitsverteilung durch die Kompensationsrechnung.
Nach der vorliegenden Erfindung befähigt die derart gemessene zweidimensionale Komponente die Rechnung der Geschwindigkeitsverteilung entlang des untersuchten Querausschnitts, die Beschleunigungverteilung und den Druck in der geschlossen Zone usw..
Nach der vorliegenden Erfindung wird die Dopplergeschwindigkeit einer inkompressiblen Flüssigkeit in der Richtung eines Ultraschallstrahls aus dem Strahl erzeugt, der zur linearen oder zur Sektorabtastung in gleicher Weise wie nach dem Stand der Technik verwendet wird, und die auf diese Weise erzeugten Dopplergeschwindigkeiten werden in einem ersten Speicher gespeichert.
Die Dopplergeschwindigkeiten werden dann in einer Richtung ausgelesen, die sich von der Richtung des Strahls unterscheidet, und die kumulativen integrierten Werten zu jedem Pixel werden durch kumulative Integration der Dopplergeschwindigkeiten in der Richtung des Auslesens gewonnen, und werden in einem zweiten Speicher als kumulative integrierte Werteverteilung gespeichert.
Die kumulative integrierte Wertverteilung repräsentiert die Strömungsfunktionsverteilung in der Flüssigkeit.
Nach der vorliegenden Erfindung werden die Strömungsfunktionen wieder sequentiell in Richtung des Ultraschallstrahls differenziert und werden in einem dritten Speicher als eine Diffenrentialwertverteilung gespeichert, die eine Doppler- Geschwindigkeitskomponente in Ausleserichtung darstellt.
Folgerichtig ist es möglich, die tatsächliche Dopplergeschwindigkeit bei jedem Pixel aus der Komponente in Richtung des im ersten Speicher gespeicherten Strahls und die Komponente der Richtung des Auslesens, die in dem dritten Speicher gespeichert ist. Der Doppler- Vektor wir visuell auf einem zweidimensionalen Farbschirmbild oder dgl. angezeigt, und es ist möglich, die Beschleunigungsverteilung und die Druckverteilung in dem geschlossenen Bereich darzustellen, falls dies notwendig ist.
Es braucht nicht gesagt zu werden, daß die Ergebnisse der Beobachtung gemäß der vorliegenden Erfindung nicht nur zur Beobachtung der Verteilung in der Form einer Bildanzeige verwendet werden, sondern auch für verschiedene Analysen in Form numerischer Informationen.
Nach der vorliegenden Erfindung ist es auch vorzuziehen, nicht nur die beobachtete Doppler- Geschwindigkeitskomponente in der Richtung des Strahls zu beobachten, sondern auch die durch Überlagerung und Entfernen der Komponente in senkrechter Richtung zur Abtastebene der Doppler- Geschwindigkeitskomponente. Eine derartige Kompensationsrechnung ist aus verschiedenen Daten auf dem zu untersuchenden Gegenstand möglich. Im Falle des Beobachtens einer Blutströmung im Herzen wird die Kompensation aus der Rechnung der Modellbedingungen, die vom Druck an jeder einzelnen Stelle des Herzens, der Gestalt des Herzens und dgl. überlagert sind.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine erläuternde Ansicht einer Strömungsfunktion in dem Strömungsfeld, auf das die vorliegende Erfindung angewandt wird;
Fig. 2 ist eine erläuternde Ansicht der Beziehung zwischen dem gemessenen Wert und der Strömungsfunktion, die aus der linearen Abtastung eines untersuchten Objekts mit einem Ultraschallstrahl gewonnen werden, der zum Gegenstand gesendet und vom Gegenstand empfangen wird;
Fig. 3 ist eine erläuternde Ansicht einer Strömungsfunktion in Polarkoordinaten im Falle des Anwendens der vorliegenden Erfindung auf die Sektorabtastung in einem Ultraschall- Diagnosegerät;
Fig. 4 ist ein Blockschaltbild eines bevorzugten Ausführungsbeispiels einer Dopplergeschwindigkeit- Meßeinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, die auf ein Sektor- Abtast- Ultraschalldiagnosegerät angewandt wird;
Figuren 5 bis 9 sind erläuternde Ansichten des Zustands, in dem die Blutströmungsverteilung im Herzen in Fig. 4 gemessen wird;
Figuren 10 und 11 sind erläuternde Ansichten des Meßprinzips in der vorliegenden Erfindung in einer dreidimensionalen Strömung; und die Figuren 12 und 13 sind Blockschaltbilder der Hauptabschnitte bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung in einer dreidimensionalen Strömung.

Bestmodus zur Ausführung der Erfindung

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden hiernach unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung erläutert.

Prinzip der Erfindung

Die Bewegungsgleichung hinsichtlich einer allgemeinen Strömung wird unter Bezug auf Fig. 1 erläutert.
Um das Strömungsfeld zu einem bestimmten Moment visuell zu erfassen, wird eine Strömungslinie verwendet. Wenn allgemein die Richtungen aller Tangenten an eine Kurve in einem Strömungsfeld mit der Richtung eines Strömungslinienvektors hinsichtlich der Kurve eines jeden Punktes der Kurve übereinstimmen, wird diese Kurve eine Strömungslinie genannt, die durch das Bezugszeichen 1 in Fig. 1 bedeutet ist.
Wenn beispielsweise ein großer Betrag von dispergiertem Aluminiumpuder auf der Oberfläche einer geschlossenen Kanalströmung mit geringer Verschlußgeschwindigkeit fotografiert wird, dann werden die Bewegung des Aluminiumpuders zu kurzen Linien auf dem Film, und eine Vielzahl von Linien verbindet diese kurzen Linien, die als die Strömungslinien 1 in Fig. 1 hervortreten. Obwohl die Strömungslinie 1 in einer gleichmäßigen Strömung zeitweise konstant ist, so ändert sich doch die Strömungslinie 1 in jedem Moment zu einer ungleichmäßigen Strömung, so daß es möglich ist, die Strömung in einem vorbestimmten Abschnitt zu beobachten, in dem man sich die Änderung der Strömungslinie anschaut.
Es ist möglich, das Strömungsfeld durch die Bewegungsgleichung auf der Grundlage der Strömungslinie zu analysieren, und eine wichtige Funktion für diese Analyse ist als Strömungsfunktion bekannt.
Das heißt, wenn eine gewisse Funktion S (x, y) die folgende Beziehung aufweist, wird diese Funktion Strömungsfunktion genannt: δS / δx = -v δS / δy = u ...(1)
Die durch die Gleichung (1) repräsentierte Strömungsfunktion ist eine Strömungsfunktion in einer zweidimensionalen Strömung. In der vorliegenden Erfindung kann die Strömung durch eine derartige zweidimensionale Analyse befriedigend gemessen werden. Es braucht nicht gesagt zu werden, daß die Verarbeitung einer dreidimensionalen Strömung genauere Messungen bei der Messung von Blutströmen oder dgl. ermöglicht; dies wird später noch genauer beschrieben.
Die Symbole u und v repräsentieren in einer zweidimensionalen Strömung die Geschwindigkeitskomponente der Richtung des Strahls bzw. die Geschwindigkeitskomponente senkrecht dazu, gemessen durch das Impuls- Doppler- Verfahren.
Die Richtung eines Strahls ist eine Richtung der x- Achse in Richtung auf die senkrecht dazu stehende y- Achse. Das grundlegende Prinzip der vorliegenden Erfindung besteht darin, die unbekannte Komponente v zu ermitteln.
Die Beziehung zwischen der Strömungsfunktion S (x, y) und die Strömungslinie wird nachstehend unter Verwendung der Komponenten u und v erläutert.
Wenn die Strömungsfunktion S (x, y) konstant ist, wenn die Funktion total differenziert wird, erhält man die Gleichung
dS = (δS/δx) dx + (δS/δy) dy = 0 ...(2)
Diese Beziehung genügt der Kontinuitätsgleichung in zwei Dimensionen.
Die durch die Gleichung (1) dargestellte Beziehung wird in Gleichung (2) substituiert, wodurch sich man die folgende Gleichung ergibt:
- vdx + udy = 0 ...(3)
d.h., dy / dx = v/u ...(4)
Das bedeutet, daß die Richtung dx /dy einer Tangente an eine Kurve, bei der S (x, y) konstant ist, mit der in Fig. 1 dargestellten Strömungslinie 1 übereinstimmt, in der die x- Komponente u ist und die y- Komponente v ist.
Mit anderen Worten, es ist offensichtlich, daß der Ort der Punkte, in denen die Strömungslinienfunktion konstant ist, und daß die in den Gleichungen (1) bis (4) angegebenen Beziehungen in einer zweidimensionalen Strömung konstant gehalten werden.
Aus der obigen Analyse geht klar hervor, daß es möglich ist, aufgrund der Dopplergeschwindigkeit, die durch ein Ultraschall- Impuls- Dopplerverfahren gewonnen wird, eine Geschwindigkeitskomponente u in Richtung der x- Achse, die Strömungsfunktion S (x, y) durch Integration der Dopplergeschwindigkeitskomponente u in Richtung der y- Achse zu gewinnen, die senkrecht auf der Richtung des Strahls (x- Achse) von dem rechts stehenden Term der Gleichung (1) ist.
Ebenso offensichtlich ist es, daß die auf solche Weise gewonnene Strömungsfunktion S (x, y) dann wieder in Richtung der x- Achse differenziert wird, welches die Richtung des Strahls ist, wobei die Komponente v in senkrechter Richtung zur x- Achse aus der Gleichung (1) gewonnen wird.
Fig. 2 zeigt in schematischer Weise die Operation der Geschwindigkeitsfeststellung eines Doppler- Geschwindigkeits- Meßgerätes nach der vorliegenden Erfindung.
Wenn in Fig. 2 eine Ultraschallsonde 2 einen Ultraschallstrahl 4 in eine Flüssigkeit sendet, ist beispielsweise ein Gegenstand 3, der zu untersuchen ist, und von dem das reflektierte Echo festgestellt wird, dann werden die Daten der Dopplersgeschwindigkeit u in Richtung des Ultraschallstrahls 4 in der Flüssigkeit 3 aus der Änderung der Frequenz gewonnen. Es versteht sich, daß unter der Annahme, daß die Richtung des Strahls die x- Achse ist, die Richtung mit der Richtung des in Figur 2 dargestellten Strömungsfeldes übereinstimmt.
Die Sonde 2 tastet in senkrechter Richtung zur Strahlrichtung x, nämlich in Richtung der y- Achse, und die Dopplergeschwindigkeit u, die eine durch den Ultraschallstrahl 4 gewonnene Komponente ist, ist ein Datum bei einem jeden Pixel auf einem zweidimensionalen Querabschnitt.
Es versteht sich daher, daß das Geschwindigkeitsdatum v in senkrechter Richtung zum Ultraschallstrahl 4 als Geschwindigkeitsdatum v in senkrechter Richtung aus der Richtung der Tangente der Strömungslinie 1 gewonnen werden kann, die in Fig. 1 dargestellt ist, und das Doppler- Geschwindigkeitsdatum u kann durch die Strömungsfunktion S der Strömungslinie 1 gewonnen werden, die in Fig. 1 dargestellt ist.
Die Gleichung (1) gibt schon an: δS / δy = u ...(5)
Wenn die Gleichung (5) über y integriert wird,
und die Strömungsfunktion S (x, y) ist gegeben.
Es ist somit möglich, die die in Fig. 1 dargestellte Strömungslinie 1 durch Anzeigen der Daten von vorbestimmten Werten der Strömungsfunktion S (x, y) zu erhalten, wodurch das Geschwindigkeitsdatum v in senkrechter Richtung zum Ultraschallstrahl 4 in der oben beschriebenen Weise festgestellt wird.
In der vorliegenden Erfindung wird der aktuelle Operationsvorgang der Gleichungen (5) und (6) ausgeführt, und die durch die Gleichung (6) angegebene kumulative Integration in der Richtung der y- Achse. Da die Komponente u, nämlich die Dopplergeschwindigkeit, schon bekannt ist, erzeugt die bloße kumulative Integration der Komponente in y- Achse, die senkrecht zur x- Achse steht, den akkumulierten Wert für jedes Pixel, nämlich die Strömungsfunktionsverteilung. Durch Differenzieren der Strömungsfunktion, die für jedes Pixel gewonnen wurde, wieder in Richtung des Strahls, nämlich in der Richtung der x- Achse, der Komponente v in senkrechter Richtung, nämlich in Richtung von y, wird gewonnen.
Wie zuvor beschrieben, versteht es sich, daß wenn nur ein zweidimensionales Strömungsfeld in Fig. 2 berücksichtigt wird, es möglich ist, die Komponente v zu erhalten, indem zuerst die Strömungsfunktionsverteilung der zweidimensionalen Strömung durch kumulatives Integrieren der Komponente u gewonnen wird, welches die Dopplergeschwindigkeit ist, in einer Richtung, die von der Richtung der Komponente u verschieden ist, und dann durch Differenzieren der Strömungsfunktion in Richtung des Strahls, nämlich entlang der x- Achse.
Das Prinzip der Gewinnung einer Komponente in einer Richtung, die von der des Ultraschallstrahls aus der Dopplergeschwindigkeitsverteilung in Richtung des Ultraschallstrahles abweicht, ist oben beschrieben worden. Es versteht sich, daß derartige zwei Dimensionen, als zweidimensionale Daten in Richtung des Ultraschallstrahls und in der dazu senkrechten Richtung gewonnen werden, indem eine lineare Abtastung einer Ultraschallsonde durch lineares Abtasten erfolgt, mit den Komponenten in Richtung des Ultraschallstrahls und in der damit verbundenen elektronischen Sektorabtastung. Auf diese Weise erfolgt die gewünschte Geschwindigkeitsmessung sowohl linear als auch in Sektorabtastung.

Die Strömungsfunktion in Polarkoordinaten

In Fig. 2 tastet die Ultraschallsonde 2 mechanisch oder elektronisch in linearer Weise in Richtung der y- Achse und als Ergebnis wird das Strömungsfeld durch die rechtwinklig zueinander stehenden x -, y- Koordinaten dargestellt. In der vorliegenden Erfindung ist es natürlich auch möglich, die Analyse unter Verwendung der Strömungsfunktion in Polarkoordinaten auszuführen.
Insbesondere im Falle der Beobachtung der Blutströmung im Herzen wird die Sektorabtastung des Ultraschallstrahls oft genutzt Zur Analyse der Dopplergeschwindigkeit, die man durch eine derartige Sektorabtastung gewinnt, wird praktischerweise die Dopplergeschwindigkeit in Polarkoordinaten dargestellt mit der Lage der Ultraschallsonde im Ausgangspunkt, wie in Fig. 3 gezeigt.
In Fig. 3 wurde für die Polarkoordinaten angenommen, den Strahlsendepunkt des Schwingers als Ausgangspunkt zu nehmen. In den Polarkoordinaten wird angenommen, daß die Strömungsfunktion einer zweidimensionalen Strömung S (r, θ) ist, die Geschwindigkeitskomponenten am Punkt (r, θ) (u, v) sind und das die folgende Beziehung gilt:
δS / δr = - v ...(7)
δS / r δθ = u ...(8)
Diese Beziehung ist die gleiche wie sie durch die Gleichung (1) in rechtwinkligen Koordinaten dargestellt und genügt der Kontinuitätsgleichung in zwei Dimensionen. Das heißt:
δu / δr + u / r + δv / rδθ = 0 ...(9)
Wenn die Gleichung (9) wird unter der Annahme total differenziert, daß S (x, y) konstant ist, gilt:
rd θ / dr = v / u ...(10)
Die Gleichung zeigt an, daß die Verbindung der Punkte zu einer Kurve der Strömungsfunktion bei gleichem Pegel eine Strömungslinie ist.
Die durch Integration der Gleichung (8) gewonnene Funktion wird dargestellt durch die folgende Gleichung:
Auf diese Weise ist es auch möglich, eine Komponente in einer von der Richtung des Ultraschallstrahls verschiedene Richtung aus der Dopplergeschwindigkeit zu gewinnen, die man durch Sektorabtastung durch Analyse der Polarkoordinaten in gleicher Vorgehensweise erhält, wie das bei den rechtwinkligen Koordinaten der Fall ist.
Genauer gesagt, enthält das Doppler- Geschwindigkeitssignal, das durch Sektorabtastung gewonnen wurde, nur die Komponente für ein Bild auf dem Querabschnitt, der zuerst in den Speicher abgelegt wurde.
Die Dopplergeschwindigkeiten an den betreffenden Punkten werden in einer Richtung ausgelesen, die sich von der Richtung des Strahls unterscheidet, nämlich in Richtung einer Ausleselinie entlang des Winkels, der von dem Strahlausgangspunkt durch r äquidistant ist, und wird kumulativ integriert.
Als Ergebnis stellt der kumulierte integrierte Wert die Strömungsfunktion in gleicher Weise dar, wie das bei den rechtwinkligen Koordinaten der Fall ist und wie es auch klar aus Gleichung (11) hervorgeht.
Die Strömungsfunktionsverteilung wird wieder in Richtung des Strahls differenziert, wodurch die Komponente entlang des Bogens, die äquidistant zum Strahlausgangspunkt ist, gewonnen wird.

Beispiel der Sektorabtastung

Aus der vorstehenden Erklärung ist es offensichtlich, daß die vorliegende Erfindung sowohl anwendbar ist auf lineare Abtastung und auf Sektorabtastung. Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird angewandt bei einem Ultraschall- Diagnosegerät, das anhand des in Fig. 4 dargestellten Beispiels nun erläutert werden wird.
In Fig. 4 wird eine Ultraschallsonde 22 in innigen Kontakt mit der Oberfläche eines Gegenstands 23 gebracht, der zu untersuchen ist. In diesem Ausführungsbeispiel wird die Blutströmungsverteilung im Herzen beobachtet. Die Sonde 22 in diesem Ausführungsbeispiel setzt sich zusammen aus einer elektronischen Sektorsonde und überträgt einen Sektorstrahl 24 gemäß einem Schwingungssignal aus einer Sektorabtastschaltung 25 zum Herzen, wie in Fig. 4 dargestellt.
Es ist wohlbekannt, die Impuls- Burst- Frequenz des Ultraschallstrahls von dem Schwingungssignal aus einem Oszillator 26 zu steuern.
Das Ausgangssignal des Oszillators 26 wird des weiteren an eine Steuerung 27 geliefert, um diese Steuerung mit einem synchronen Taktsignal zur Steuerung des gesamten Ultraschall- Diagnosegerätes zu steuern.
Die Steuerung 27 steuert folglich die Sektorabtastschaltung 25 gemäß dem Steuersignal an und steuert die Sonde 22, den Ultraschallstrahl zu vorgegebenen Zeiten auszusenden und einen vorbestimmten Sektorbereich elektronisch mit dem Strahl zu beschallen.
Das Echo, das von jeder Stelle des Herzens reflektiert wird und das zu untersuchender Gegenstand ist, wird elektronisch von der Sonde empfangen und von der Sektorabtastschaltung zur Empfangsschaltung 28 gesendet. Die Empfangsschaltung bestimmt die Richtung des Empfangs gemäß dem gesendeten Strahl 24 und trennt die empfangenen Signale abhängig von der Frequenz, um so nur die für die Dopplerabweichung erforderlichen Signale herauszufiltern. Wie bekannt ist, ist die Empfangsschaltung 28 mit wenigsten einem Hochpaßfilter zur oben erwähnten Auswahl ausgestattet, und beseitigt Signale von der Herzwand und anderem Gewebe, was sich langsam ändert, während die Signale aus der Blutströmung mit schnellen Änderung herausgenommen werden, wodurch die Beseitigung des Signals mit einer großen Intensität von der Herzwand möglich wird.
Die solchermaßen empfangenen Signale werden an einen Impuls- Dopppler- Feststeller 29 geliefert und, nachdem sie mit der Sendefrequenz gemischt wurden, festgestellt, welche aus der Sektorabtastschaltung 25 kommen. Der Impuls- Dopppler- Feststeller 29 gibt ein Doppler- Versatzsignal aus, nämlich die Dopplergeschwindigkeit.
Die festgestellten Dopplergeschwindigkeiten werden in digitale Signale durch einen A/D- Umsetzer 30 umgewandelt und sequentiell in einem ersten Speicher 31 gespeichert. In diesem Ausführungsbeispiel setzt sich der erste Speicher 21 aus einem zweidimensionalen Speicher zusammen, sowie einem Bild- Halbbildspeicher, dessen Kapazität für wenigstens ein Sektorabtastbild ausreicht. Die Schreiboperation des ersten Speichers 31 wird von einem Adressensteuersignalausgang aus einer Schreibadressensteuerung 32 gesteuert, die synchron von der Sektorabtastschaltung 25 gesteuert wird. Das Datum wird in ein Pixel entsprechend der Tiefe (r) des reflektierten Echos und des Abtastwinkels (θ) geschrieben.
Auf diese Weise wird die Blutströmungs- Geschwindigkeitskomponente u in Richtung des Ultraschallstrahls 24 für ein Abtastbild in dem ersten Speicher 31 gespeichert, und unter Verwendung der Komponente u wird die Komponente v gemäß der vorliegenden Erfindung errechnet,
Wenn der erste Speicher in der vorliegenden Erfindung eine Kapazität für wenigstens drei Abtastbilder umfaßt, während die Komponente v errechnet wird, dann wird die nächste Sektorabtastung ausgeführt, die in einem freien Speicher gespeichert wird, damit die Signalverarbeitung im Echtzeitbetrieb erfolgen kann, unter abwechselnder Speicherung der Komponente u und Auslesen der Komponente u zur Errechnung der Komponente v.
Die Inhalte des ersten Speichers 31 werden sequentiell längs des Winkels mit dem gleichen Radius r ausgelesen, wie in offensichtlicher Weise aus der obigen Erläuterung hervorgeht, und werden von dem Integrator 32 kumulativ integriert.
Das Lesen des ersten Speichers 31 wird vorzugsweise von einer Leseadressensteuerung 33 so gesteuert, daß in Übereinstimmung mit dem Befehl aus der Steuerung 27 die Ausführung erfolgt, und in Verbindung mit der Abtastung des nächsten Bildes von der Sektorabtastschaltung 25.
Der Integrator 32 integriert die eingegebenen Daten sequentiell kumulativ und liefert integrierte Werte an einen Speicher 34, der aus einem Bild- Halbbildspeicher besteht, um so die integrierten Werte zu vorbestimmten Positionen speichern zu können. Die Schreiboperation des zweiten Speichers wird von einer Schreibadressensteuerung 35 synchron mit der Leseadressensteuerung 33 gesteuert, die das Lesen aus dem ersten Speicher in Richtung des Auslesens entlang dem Winkel steuert.
Auf diese Weise wird die Verteilung der Strömungsfunktion S (r, θ) zu jedem Punkt der Abtastebene des Querabschnitts im zweiten Speicher 34 gespeichert.
Fig. 5 zeigt das wiedergegebene Bild der Doppler- Geschwindigkeitsverteilung, die in dem ersten Speicher 31 gespeichert ist. Wie aus Fig. 2 offensichtlich, wird die Geschwindigkeit durch Licht und Schatten dargestellt. Die Geschwindigkeit wächst mit dem Grad an, mit dem die Schattierung dunkler wird.
Das in Fig. 5 gezeigte Bild ist ein herkömmliches Bild einer Doppler- Blutströmungsverteilung. Da, wie zuvor beschrieben, lediglich die Komponente in Richtung des Ultraschallstrahls in Betracht gezogen wird, ist ein gehöriges Maß von Geschicklichkeit gefordert, die tatsächliche Blutströmung zu erkennen.
Nach der vorliegenden Erfindung integriert der Integrator 32 die Dopplergeschwindigkeit, dargestellt in Fig. 5, in kumulativer Weise in Richtung des ausgelesenen Winkels. Das Bezugszeichen 100 in Fig. 6 stellt eine Auslesezeile dar, und die kumulativ integrierten Werte entlang der Auslesezeile 100 sind durch die Kurve 101 dargestellt.
Wie aus der obigen Erklärung klar hervorgeht, ist die Kurve 101 die Strömungsfunktion S (r, θ), und das Ergebnis der kumulativen Integration der Strömungsfunktion S ( r, θ) über den gesamten Abtastbereich ist als angezeigtes Bild in Fig. 7 dargestellt.
Aus Fig. 7 geht klar hervor, daß das Bild die Richtung der Strömung der Blutströmung im Herzen klar darstellt. Das in Fig. 7 dargestellte Bild wird durch Verarbeitung der Daten in dem zweiten Speicher von einem Bildprozessor erzeugt, wie in Fig. 4 dargestellt. Die Daten im zweiten Speicher 34 werden zum Bildprozessor von der Auslesesteuerung 37 unter Steuerung der Steuerung 27 gelesen.
Der Bildprozessor normalisiert die Strömungsfunktionsdaten und setzt die Daten in analoge Daten um, die von einem Umschalter 38 an eine CRT 40 zur Anzeige durch eine Anzeigesteuerung 38 als Farbbildsignale geliefert werden.
Der Umschalter 38 wechselt seine Schaltstellung zwischen der Strömungsfunktionsanzeige und der Strömungsvektoranzeige und besteht aus manuell oder automatisch umschaltbaren Kontakteinrichtungen.
Die Anzeigesteuerung enthält in diesem Ausführungsbeispiel eine Farbanzeigeschaltung und ist in der Lage, die Strömungsfunktionen als mehrfarbiges Bild im Echtzeitbetrieb anzuzeigen.
Die Strömungsfunktion S ( r, θ) wird aus dem zweiten Speicher 34 ausgelesen, wie zuvor beschrieben, und sequentiell im Differentiator 41 differenziert. Die Differenzierungsoperation wird ausgeführt, um die Komponente v in Richtung des Bogens zu gewinnen. Zu diesem Zwecke steuert die Leseadressensteuerung 37 so, daß die Inhalte des zweiten Speichers 34 wieder in Richtung des Strahls ausgelesen werden, und die Differentiationsoperation wird sequentiell in Richtung des Auslesens ausgeführt.
Fig. 8 zeigt die Differenzierungsoperation. Eine Vielzahl von Strömungsfunktionen 110 bis 113, dargestellt in Fig. 8, werden sequentiell in Richtung des Strahls 24 differenziert, um so die Winkelkomponente v zu gewinnen, welche sequentiell in einem dritten Speicher 42 gespeichert wird.
Die Speicheroperation des dritten Speichers 42 wird von einer Schreibadressensteuerung 43 gesteuert. Da in diesem Ausführungsbeispiel die Schreiboperation im Zusammenhang mit der Datenleseoperation des zweiten Speichers 34 gesteuert wird, wird ein aus der Leseadressensteuerung 37 geliefertes Synchronsignal C&sub3; an den Eingang der Schreibadressensteuerung 43 angelegt.
Wenn die Winkelkomponenten v für ein Bild in dem dritten Speicher 42 gespeichert sind, werden die Winkelkomponenten v und die Komponenten u in Richtung des in dem ersten Speicher gespeicherten Richtung an einen Bildprozessor 44 angelegt, und in vorbestimmte Bildsignale umgesetzt.
Diese Signale werden an die Anzeigesteuerung 39 über den Umschalter 38 geliefert und werden als Flußvektordiagramm, beispielsweise als synthetisiertes Vektorbild der Komponenten u und v, wie in Fig. 9 dargestellt, in gleicher Weise wie im Falle der Strömungsfunktionen angezeigt.
Auf diese Weise ist es nach der vorliegenden Erfindung möglich, eine Komponente in einer Richtung zu gewinnen, die von der Strahlachse unterschieden ist, wodurch die Geschwindigkeitsmessung mit höherer Genauigkeit möglich wird, was nach dem Stand der Technik nicht möglich war.

Strömungsfunktion einer dreidimensionalen Strömung

In der obigen Beschreibung ist angenommen worden, daß die Strömung als zweidimensionale Strömung beobachtet wird, aber in den meisten Fällen handelt es sich bei dem Gegenstand der Messung um eine dreidimensionale Strömung, wie in einfacher Weise oben beschrieben. Die Blutströmung im Herzen beispielsweise vollführt komplizierte dreidimensionale Bewegungen aus.
Die Kontinuitätsgleichung in drei Dimensionen wird dargestellt durch die folgende Gleichung:
δu / δx + δv / δy + δw / δz = 0 ...(12)
Die Komponente w ist senkrecht auf der Abtastebene mit einem Ultraschallstrahl, und aufgrund des Einflusses dieser Komponente verbleibt noch ein Fehler in der Analyse einer zweidimensionalen Strömung.
Die Verarbeitung einer Strömung als zweidimensionale Strömung führt zu einer ausreichenden Signalverarbeitung, aber im folgenden Ausführungsbeispiel wird die senkrechte Komponente w weiter kompensiert.
Die Verbesserung nach der vorliegenden Erfindung, bei der die Komponente w von einer anderen Komponente als Komponente u überlagert wird, wird nachstehend beschrieben.
Das Prinzip der Verbesserung basiert auf folgender Tatsache. Eine Komponente u,, beispielsweise auf dem Querschnitt, stellt eine Menge dar, die grundlegend in drei Dimensionen divergiert, so daß die Komponente u eine abweichende Komponente nicht nur der x- y- Ebene aufweist, sondern auch in der x- z- Ebene. Wenn eine abweichende Komponente, beispielsweise u&sub2; und eine unbekannte Komponente w einander auslöschen, dann ist es möglich, die unbekannte Komponente w durch eine Residual- Komponente u&sub1; zu entfernen, was erreicht wird durch Subtraktion der x- z- Ebenen Komponente u&sub2; von der gemessenen Komponente u.
Fig. 10 zeigt die Komponente u, die vom Punkt 0 von x, y, z- dreidimensionalen Koordinaten betrachtet wird. Da die Komponente u dreidimensional divergiert, wie zuvor beschrieben, kann dies dargestellt werden durch die x- y- Ebene und die x- z- Ebene. In Fig. 10 wird nur die x- y- Ebene analysiert, um die Erläuterung zu vereinfachen.
Es wird natürlich in Betracht gezogen, daß eine Strömung wie ein Wirbel ständig wiederkehrt. Die gemessene Komponente u zieht einen Wirbel auf der x- y- Ebene wie die Komponente u&sub1;, die durch Subtraktion der Komponente u&sub2; zur Beseitigung der später beschriebenen Komponente w aus der gemessenen Komponente u gewonnen wird. In Fig. 10 bildet die u- Komponente einen Wiederhol- Wirbel u1+ auf der positiven Seite der x- y- Ebene und einen Wiederhol- Wirbel u1- auf der negativen Seite der x- y- Ebene.
Folglich kann die Komponente u&sub1; folgendermaßen dargestellt werden:
u&sub1; = (u1+) + (u1-)
In gleicher Weise zeigt Fig. 11 die Komponente u&sub2; auf der x- z- Ebene, die am Punkt 0 abweicht. Die Komponente u&sub2; läßt sich folgendermaßen darstellen:
u&sub2; = (u2+) + (u1-)
Wichtig in dem Prinzip dieses Ausführungsbeispiels ist es, daß berücksichtigt wird, daß die Strömungsgeschwindigkeitskomponente u&sub2; auf der x- z- Ebene der Strömung, die in den Punkt 0 fließt, mit der Geschwindigkeitskomponente in Richtung von w übereinstimmt. Folglich wird die Komponente u&sub2; beseitigt, und es ist möglich, den Fehler aufgrund der Komponente w ohne Messen der Geschwindigkeit in Richtung von w zu beseitigen.
Es versteht sich daher, daß die Gleichung (17) durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden kann:
δu&sub1; / δx + δu&sub2; / δx + δv / δy + δw / z =0 ...(13)
Da die Komponente u&sub2; und die Komponente w einander auslöschen, wenn u&sub2; in der Gleichung (13) bestimmt wird, dann gilt folgende Gleichung: δu&sub2; / δx + δw / δz = 0 ...(14)
Die Kontinuitätsgleichung in drei Dimensionen wird dargestellt durch die folgende Gleichung:
δu&sub1; / δx + δv / δy = 0 ...(15)
Auf diese Weise versteht sich, daß die Strömung auch von der Gleichung für eine zweidimensionale Strömung in diesem Ausführungsbeispiel verarbeitet werden kann.
In diesem Ausführungsbeispiel wird nur die Doppler- Geschwindigkeitskomponenten- Verteilung u&sub1; kumulativ integriert, nachdem die Komponente u&sub2;, die mit der Komponente w übereinstimmt, die aus dem Empfangssignal von der Sonde gewonnen wurde, die Komponente u mit den bekannten Bedingungen, beispielsweise in dem Falle der Messung der Blutströmung im Herzen, der Größe des Herzens, der Lage einer Klappe, des Blutdrucks usw. werden in Betracht gezogen und von dem gemessenen Wert u abgezogen.
Fig. 12 zeigt ein Beispiel der kumulativen Integration in einer dreidimensionalen Strömung gemäß der vorliegenden Erfindung. Die kumulative Integration, dargestellt in Fig. 12, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Dopplergeschwindigkeitinformation, gespeichert im ersten Speicher 31 in einer Richtung, die sich von der des Strahls unterscheidet, ausgelesen wird, wobei die Information an den Integrator 32 durch eine Dreidimensional- Kompensationsschaltung geführt wird.
Das Dopplergeschwindigkeitsdatum u, das in dem ersten Speicher gespeichert ist und in einer anderen Richtung als der Strahlrichtung ausgelesen wird, zum Beispiel die Richtung senkrecht dazu, enthält die Komponente w in Richtung der z- Achse, wie schon beschrieben. Die Komponente ist die Komponente u&sub2;. Die dreidimensionale Kompensationsschaltung ist grundlegend aufgebaut aus einem Tiefpaßfilter, das die Komponente u&sub2; herausfiltert.
Wie klar aus Fig. 11 hervorgeht, wird die Richtung, in der die Speicherdaten zur kumulativen Integration ausgelesen werden, die Richtung der y- Achse ist, und die Komponente u&sub2; zur Auslöschung der Komponente w in Richtung der y- Achse existiert auf der x- z- Ebene. Als Ergebnis gehören die meisten der räumlichen Frequenzkomponenten, die in Richtung der y- Achse ausgelesen werden, zum Hochfrequenzbereich.
Folglich sind die zu beseitigenden Komponenten u&sub2; im Prinzip nur hochfrequente Komponenten in den Daten, so daß die Verwendung eines Tiefpaßfilters im vorangegangenen Schritt zum Integrator 32 die Komponente u&sub2;, die zu beseitigen ist, befähigt, auf einen im wesentlichen praktikablen Pegel gebracht zu werden. Es ist daher möglich, nur die kompensierte Komponente u&sub1; aus der dreidimensionalen Kompensationsschaltung herauszuziehen, die zusammengesetzt ist aus einem Tiefpaßfilter, und als Ergebnis wird die kumulative Integration hinsichtlich der effektiven Komponente u&sub1; ausgeführt, aus der lediglich der Fehler beseitigt ist. Auf diese Weise wird eine genaue Messung in Hinsicht auf die dreidimensionale Strömung ermöglicht.
In der vorliegenden Erfindung ist die dreidimensionale Kompensationsschaltung 15 nicht beschränkt auf ein bloßes Tiefpaßfilter. Vollständigere Beseitigung ist möglich durch Unterscheiden zwischen einer Vielzahl von räumlichen Frequenzkomponenten der ausgelesenen Daten aus dem ersten Speicher 31 in orthogonaler Richtung, wobei die Ausgangsignale zur Unterscheidung der betreffenden Tiefpaßfilter verbunden werden, und wobei die Ausgangsignale aus der Vielzahl der Tiefpaßfilter zusammengesetzt werden.
Das heißt, bei einem einzigen, in Fig. 12 dargestellten Tiefpaßfilter wird angenommen, daß die zu beseitigende Komponente u&sub2; in Fig. 12 ein einzelner wiederkehrender Wirbel ist. Tatsächlich existieren eine Vielzahl von wiederkehrenden Wirbeln auf der x- z- Ebene, und die Größe dieser Wirbel wird vorzugsweise unterschieden, um so die Wirbel abhängig von ihrer Größe separiert voneinander bearbeiten zu können--
Derartige Frequenzverarbeitungsschaltungen sind in Fig. 13 dargestellt, die parallel angeordnet sind. Die aus dem ersten Speicher 31 ausgelesenen Daten werden zunächst abhängig von vorbestimmten räumlichen Frequenzen von dem Frequenz- Diskriminator 51 der dreidimensionalen Kompensationsschaltung 50 klassifiziert. In diesem Ausführungsbeispiel werden drei Frequenzbänder unterschieden, und Tiefpaßfilter 52, 53 und 54 mit verschiedenen Grenzfrequenzen sind parellel in Übereinstimmung mit den entsprechenden Frequenzbändern angeordnet.
Man braucht es nicht zu sagen, daß die Anzahl der Tiefpaßfilter und die Anzahl der zu unterscheidenden Frequenzen wunschgemäß ausgewählt werden kann.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist es möglich, die wiederkehrenden Wirbel von einem kleinen Wirbel bis zu einem großen Wirbel auf der x- z- Ebene, wie in Fig. 11 dargestellt, separat voneinander zu verarbeiten, und die optimale dreidimensionale Kompensation der räumlichen Verteilung der Komponente u&sub2; wird möglich.
Die dreidimensionale Kompensationsschaltung in Fig. 13 enthält einen Zusammensetzer 55 zur Zusammensetzung der Ausgangsignale der Tiefpaßfilter 52, 43 und 54, wodurch es möglich wird, nur die Komponente u&sub1; mit der beseitigten Komponente w zum Integrator 32 zur kumulativen Integration zu führen.
In diesen in den Figuren 12 und 13 dargestellten Ausführungsbeispielen sind nur der in Fig. 4 dargestellte Integrator 32 verbessert und der weitere Aufbau ist der gleiche wie der in Fig. 4 dargestellte, so daß die vollständige Schaltungsstruktur nicht weiter zu beschrieben ist.
Aus der vorstehenden Erläuterung geht klar hervor, daß die Anwendung derartiger Doppler- Geschwindigkeitsverarbeitung im Voraus den Einfluß der Komponente w, die zu beseitigen ist, befähigt, und die Geschwindigkeitsinformation, die sehr wenige Fehler enthält, in der gleichen Technik wie im ersten Ausführungsbeispiel gewonnen wird .
Die vorliegende Erfindung mit dem oben beschriebenen Aufbau ermöglicht die Messung der Geschwindigkeit und der Strömung durch ein Dopplerverfahren mit Leichtigkeit und bei geringen Kosten. Es ist möglich, die Strömungsfunktionsverteilung und die Strömungslinie in Echtzeit aus dem derart gewonnenen Geschwindigkeitsinformationen darzustellen, wodurch es möglich ist, eine gewünschte Geschwindigkeitsverteilung und die Druckverteilung oder dgl. in einem geschlossen Bereich aus der Geschwindigkeitsverteilung herzuleiten.

Claims

1. Doppler- Gerät zur Messung der Verteilung der Strömungsgeschwindigkelt mit:

einem Mittel (2; 22) zur Erzeugung einer zweidimensionalen Verteilung eines Geschwindigkeitskomponenten- Datums [u(x, y)] (hiernach Dopplergeschwindigkeit genannt) in Richtung [x] eines Strahls (4; 24) unter Nutzung des Dopplereffekts, der aus dem reflektierten Echo aus einer nicht kompressiblen Flüssigkeit gewonnen wird, wenn eine Ultraschallwelle gesendet wird in die und empfangen wird von der Flüssigkeit und zur Abtastung in einer Richtung [y] orthogonal zur Richtung [x] des Strahls (4; 24);

einem ersten Speichermittel (31) zur Speicherung der Dopplergeschwindigkeitsverteilung [u (x, y)];

einem Mittel (32) zur Erzeugung einer Strömungsfunktionsverteilung

durch Auslesen der gespeicherten Dopplergeschwindigkeit in einer Richtung, die von der Richtung des Strahls (4; 24) verschieden ist, und zum kumulativen Integrieren der Dopplergeschwindigkeit [u (x, y)] bei jedem Punkt;

einem zweites Speichermittel (34) für zweidimensionale Speicherung der Strömungsfunktionsverteilung [S (x, y)]; und

einem Mittel (41), das durch Auslesen der Strömungsfunktionsverteilung [S (x, y)] in Richtung [x] des Strahls und durch Differenzieren der Strömungsfunktionsverteilung [S (x, y)] in Richtung [x] des Strahls die Geschwindigkeitskomponente [v] in Abtastrichtung [y] erzeugt, die orthogonal zur Richtung [x] des Strahls (4; 24) ist.

2. Doppler- Gerät nach Anspruch 1, bei dem die Richtung, in der die Dopplergeschwindigkeit [u (x, y)] kumulativ integriert wird, die Richtung [y] orthogonal zu der Richtung [x] des Strahls (4; 24) ist.

3. Doppler- Gerät, mit:

einem Mittel (12; 22) zur Erzeugung der zweidimensionalen Verteilung eines Geschwindigkeitskomponentendatums [u (x, Θ)] (hiernach Dopplergeschwindigkeit genannt) in Richtung [r] eines Strahls (4; 24) unter Nutzung des Dopplereffekts, der aus dem reflektierten Echo aus einer nicht kompressiblen Flüssigkeit mit einer Ultraschallwelle gewonnen wird, wenn eine Ultraschallwelle in Richtung eines Winkels [Θ] gesendet wird in die und empfangen wird von der Flüssigkeit;

einem ersten Mittel (31) zur Speicherung der Doppler- Geschwindigkeitsverteilung [u (x, Θ)];

einem Mittel (32) zur Erzeugung einer Strömungsfunktionsverteilung

durch Auslesen der gespeicherten Dopplergeschwindigkeit in einer Richtung, die sich von der Strahlrichtung (4; 24) unterscheidet, und durch kumulatives Integrieren der Dopplergeschwindigkeit [u (r, Θ)] bei jedem Punkt;

einem zweiten Speichermittel (34), zur zweidimensionalen Speicherung der Strömungsfunktionsverteilung [S (r, Θ)]; und mit

einem Mittel (41), das durch Differenzieren der Strömungsfunktionsverteilung [S (r, Θ)] in der Richtung [r] des Strahls die Geschwindigkeitskomponente [v] in Abtastrichtung [Θ] erzeugt, die orthogonal zur Richtung [r] des Strahls (4,; 24) verläuft.

4. Doppler- Gerät nach Anspruch 3, bei dem die Dopplergeschwindigkeit [u (r, Θ)] kumulativ in Richtung des Winkels Θ integriert wird .

5. Doppler- Gerät nach Anspruch 1, wobei eine Dopplergeschwindigkeit [u&sub1; (x, y)] das Datum ist, welches aus dem reflektierten Echo erzeugt und einer Kompensationsoperation unterzogen wird, um so eine Komponente in Richtung [z] orthogonal zu der Richtung [y] und der Richtung [x] des Strahls (4; 24) zu beseitigen.

6. Doppler- Gerät nach Anspruch 5, dessen Kompensationsoperation ein Mittel (32) zum Auslesen von Dopplergeschwindigkeitsdaten [u&sub1; (x, y)] in einer von der Richtung [x] des Strahls (4; 24) verschieden Richtung und zum kumulativen integrieren der Dopplergeschwindigkeitsdaten zu jedem Punkt, und ein Tiefpaßfilter (50) zur Beseitigung der Hochfrequenzkomponente der ausgelesenen Daten vor der kumulativen Integration.