DE1907320A1 - Einrichtung zur Erfassung der Geschwindigkeit stroemender Medien in Leitungen - Google Patents

Description

• Einrichtung zur Erfassung der Geschwindigkeit strömender Medien in Leitungen Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Erfassung der Geschwindigkeit strömender Medien in Leitungen, insbesondere in Blutgefässen, mittels Ultraschall nach der Doppler-Effekt-Methode mit mindestens einem Ultraschallsender und zugehörigen Empfängern, die die in Abhängigkeit der Flussgeschwindigkeit sich ergebende Differenz zwischen Sende- und empfangener Dopplerfrequenz erfassen und zur Anzeige bringen.
• Einrichtungen der beschriebenen Art zur Erfassung der Strömungsgeschwindigkeit in Leitungen sind an sich bekannt. Bei diesen Einrichtungen wird die von einem Hochfrequenzgenerator erzeugte und Uber einen Schwinger ausgestrahlte Ultraschallenergie an den Teilchen des strömenden Mediums teilweise reflektiert, wodurch sich eine-reflektierte Frequenz ergibt, die gegenUber der ausgestrahlten Frequenz eine der Teilchengeschwindigkeit proportionale Frequenzabweichung hat. Das empfangene Signal- wird mit dem Sendesignal verglichen und über einen Amplitudendemodulator verarbeitet. Man erhält dann ein Signal, dessen Frequenzgemisch der Strömungsgeschwindigleit der einzelnen Teilchen direkt proportional ist. Sofern es sich bei dem strömenden Medium um eine turbulente Strömung handelt, ergibt sich ein Signal, dessen Frequenzspektrum verhältnismässig schmal ist, so dass man aus dem gewonnenen Signal, das z.B. Uber einen Lautsprecher zur Anzeige gebracht» unmittelbar auf die Geschwindigkeit schliessen kann. Ist die Strömung in der Leitung aber nicht turbulent, was vor allem für die Strömung Blut in Gefssen zutrifft, dann ergibt sich ein Signal aus einem Frequenzgemisch, das keinan unmittelbaren Schluss mehr auf die mittlere Strömungsgeschwindigkeit zulässt. Man hat deshalb schon vorgeschlagen, die @@@@ nen Prequenzen und deren Signalstär@e zu analysieren @@@ @@@@ Uber ein Integrationsgerät die mittlere Geschwindigkeit zu erfassen. Derartige Geräte erlauben sehr detailierte Analysen, haben aber einen Aufwand, der nicht in allen Fällen gerechtfertigt ist.
• Bei der medizinischen Diagnostik interessiert u.a. die grösste Flussgeschwindigkeit, also die Höchstgeschwindigkeit einzelner Teilchen, weil damit durch Abtasten der Gefässe Stenosen erfasst werden können.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der beschriebenen Art aufzubauen, die es mit verhältnismässig einfachen Mitteln erlaubt, Grenzgeschwindigkeiten in Leitungen, insbesondere in Blutgefässen, zu erfassen. Gemäss der Erfindung wird zur Lösung der gestellten Aufgabe zwischen Empfänger und Anzeigeorgan zumindest ein im Frequenzbereich der Dopplerfrequenz arbeitendes Hochpassfilter eingeschaltet. Durch die Einschaltung dieses Filters können alle unterhalb einer bestimmten Frequenz liegenden Anzeigewerte abgeschnitten werden, so dass nur die Teilchen erfasst werden, deren Geschwindigkeit grösser ist als die der Grenzfrequenz des Filters entsprechende Geschwindigkeit.
• Damit ist es möglich, durch Abtasten des Gefässes Gefässverengungen festzustellen, denn diese zeigen sich durch entsprechende Erhöhung der Flussgeschwindigkeiten an.
• Da die höchsten Flussgeschwindigkeiten in den verschiedensten Leitungen und vor allem in den Blutgefässen recht unterschiedlich sein können, ist es vorteilhaft, die untere Grenzfrequenz des Hochpassfilters veränderlich zu machen, was entweder durch Einschalten verschiedener Hochpassfilter oder auch durch Abstim-@ung des Filters selbst erfolgen kann. In einzelnen Fällen kann es vorteilhaft sein, die Filter durchstimmbar zu machen, und zwar @nter Verwendung von Dieden od.dgl., alse sog, elektronische Fil- Will man die Flussgeschwindigkeit in Venen erfassen, die Ja auch sehr weit unter der Geshwindigkett in Arterien liegt, so könnten benachbarte Arterien die Messergebnisse durch Uberlagerung beeinträchtigen oder sogar verfälschen. Zur Vermeidung dieses Nachteils ist es vorteilhaft, den Hochpassfiltern Tiefpassfilter vorzuschalten, so dass durch Betätigen beider Filter ein Bandpassfilter entsteht. Voraussetzung dafUr ist allerdings, dass die untere Grenzfrequenz des Hochpassfilters unterhalb der oberen Grenzfrequenz des Tiefpassfilters liegt. Durch geeignete Wahl der Hoch- und Tiefpassfilter kann der entstehende Bandpass in bezug auf seinen Frequenzbereich entsprechend verengt oder erweitert werden. Auch diese Tiefpassfilter können entsprechend den Hochpassfiltern aufgebaut oder durchstimmbar gemacht sein.
• An Hand der Zeichnung sei ein Ausftlhrungsbeispiel der Erfindung beschrieben und die Wirkungsweise erläutert.
• Ein Hochfrequenzgenerator 1 liefert die Sendeenergie an einen Sendeschwinger 2, z.B. ein pzceramischer Schwinger, der gegen die Leitung gedrUckt wir. Die reflektierte Ultrasehallenergie wird -Uber einen Empfängerschwinger 3 aufgenommen und einem Verstärker 4 zugeleitet. Die Schwinger 2 und 5 können selbstverstündlich auch eine Einheit bilden. Dem Verstärker 4 wird ueber ein Dämpfungsglied 6 ferner die Sendefrequenz des Generators 1 zugeführt. Dem Verstärker 4 ist ein Amplitudendemodulator 5 nachgeschaltet, der die Differenz zwischen der abgestrahlten Sendefrequenz und der rUckgestrahlten Empfangs frequenz erfasst und auf einen Verstärker 4a gibt. Zwischen dem Verstärker 4a und dem Verstärker 7 fUr die Anzeigeorgane, einem Lautsprecher 8 oder einem Voltmeter 8a sind Tiefpassfilter 9 und 10 eingeschaltet.
• Ferner sind Entkopplungsglieder 11 und 12 vorgesehen, die einen niedrigen Eingangs- und einen hohen Ausgangswiderstand haben, so dass wischen den Filtern und den Anzeigeorganen keine rückgekoppelten Störungen aurtreten können.
• Im AusfUhrungsbeispiel sind eine Mehrzahl von Tiefpassfiltern 9 und Hochpassfiltern 10 vorgesehen. Die einzelnen Filter haben unterschiedliche Grenzfrequenzen, die in den Blockkästen als Beipielsangaben eingetragen sind. So wird man bei Sendefrequenzen zwischen 2 MHz und 20 MHz für die Erfassung der Blutflussgeschwindigkeit Tiefpassfilter mit oberen Grenzfrequenzen zwischen 1 kHz und 30 kHz verwenden, während die Hochpassfilter von 20 Hz bis 20 kHz reichen. Die Stufung dieser Filter erfolgt entsprechend dem Anwendungsgebiet, die Zahl der Filter wird ebenfalls dem Anwendungsgebiet und der Genauigkeit der Anzeige angepasst.
• Die Umrechnung der Dopplerfrequenzen bei bekannter Sendefrequenz auf die Flussgeschwindigkeiten kann entweder tabellarisch erfolgen; zweckmässig ist es Jedoch, die Betätigungseinrichtungen, z.B. Drucktastenschalter oder Abstimmpotentiometer, direkt in Flussgeschwindigkeiten zu eichen.
• Wird der Geber und Empfänger 2, 3 an eine Leitung, z.B. Arterie, angelegt, so ergibt sich nach dem EindrUcken eines entsprechend niedrigen Hochpassfilters an den Anzeigeorganen 8 und 8a ein Signal. Zur Erfassung einer Stenose wird nun der Hochpass so gewählt, dass gerade keine Anzeige mehr erfolgt. Tastet man nun die Leitung ab, so wird bei einer Leitungsverengung ein der höheren Flussgeschwindigkeit entsprechendes Signal zur Anzeige gebracht. Es ist damit also möglich, ohne grossen Aufwand Gefässverengungen gezielt zu erfassen. Selbstverständlich ist das angezeigte Signal dann kein Dauersignal, wenn die Strömung nicht gleichmässig ist, sondern wie in Blutgefässen pulsiert.
• Macht man die Hochpassfilter elektronisch und stimmt sie automatisch abhängig vom Anzeigesignal durch, so könnte man ein Anzeigeorgan, m.B. ein Voltmeter, durch entsprechende Kopplung mit der Abstimmung des Hochpassfilters auch in maximalen Flussgeschwindigkeiten eichen, d.h. die oberste Flussgeschwindigkeit direkt zur Anzeige bringen, indem man den Durchstimmvorgang beim Auftreten eines Signals abbricht.
• Will man die obere Flussgeschwindigkeit in Venen erfassen, die sehr viel niedriger ist als in Arterien, so können benachbarte Arterien die Messung stören. Aus diesem Grunde ist es vorteilhaft, zusätzlich Tiefpassfilter 9 vorzusehen, durch die die höheren Frequenzen und damit auch die höheren Flussgeschwindigkeiten, die den Arterien zugeordnet sind, weggefiltert werden. Es entsteht damit ein Bandpass, der zugleich den Vorteil hat, dass alle sonstigen Störfrequenzen, seien sie min unterhalb oder oberhalb des interessierenden Frequenzbereiches, weggefiltert werden, was besonders bei hoher Verstärkung der Empfangs energie wegen des Störabstandes von Bedeutung ist.

Claims (9)

1. Patentansprllche

   (1. Einrichtung zur Erfassung der Geschwindigkeit strömender Medien in Leitungen, insbesondere in Blutgefässen, mittes Ultraschall nach der Doppler-Effekt-Methode mit mindestens einem U1-traschallsender und zugehörigen Empfängern, die die in Abhängigkeit der Flussgeschwindigkeit sich ergebende Differenz zwischen Sende- und empfangener Dopplerfrequenz erfassen und zur Anzeige bringen, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Empfänger und Anzeigeorgan zumindest ein im Frequenzbereich der Dopplerfrequenz arbeitendes Hochpassfllter eingeschaltet ist.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die untere Grenzfrequenz des Hochpassfilters veränderlich ist.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Hochpassfiltern mit unterschiedlicher unterer Grenzfrequenz einschaltbar ist.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigung bzw. Einstellvorrichtung des oder der Hochpassfilter in Flussgeschwindigkeiten geeicht ist.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchstimmung bzw. Einschaltung der einzelnen Filter von einer obersten Frequenz ausgehend auf Anzeige selbsttätig errolgt.
6. 6. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass dem Hochpassfilter zumindest ein Tiefpassfilter vorschaltbar ist,dessen obere Grenzfrequenz über der unteren Grenzfrequenz des Hochpassfilters liegt.
7. 7. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Filter als fest abgestimmte Kreise ausgebildet und mit Schaltern, vorzugsweise Drucktastenschaltern, anwählbar sind.
8. 8. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 6 dadurch gekennzeichnet, dass die Filter als elektronische Filter mit durchstimmbaren Dioden od.dgl. ausgebildet sind.
9. 9. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch ekennzeichnet, dass zwischen Filter und Anzeigeorgan und gegebenenfalls auch zwischen Hoch- und Tiefpassfilter ein Entkopplungsglied mit niedrigem Eingangs- und hohem Ausgangswiderstand, z.B. eine Kollektorstufe, eingeschaltet ist.

   L e e r s e i t e