用于确定流过植入式血管辅助系统的流体的流速的方法以及可植入式血管辅助系统
阅读说明：本技术 用于确定流过植入式血管辅助系统的流体的流速的方法以及可植入式血管辅助系统 (Method for determining a flow rate of a fluid flowing through an implantable vascular assistance system and implantable vascular assistance system ) 是由 托马斯·亚历山大·施勒布施 托比亚斯·施密德 于 2019-06-06 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种用于至少确定流过植入式血管辅助系统(1)的流体的流速或流体容积流量(5)的方法,其包括以下步骤：a)借助于所述辅助系统(1)的超声波传感器(2)执行脉冲式多普勒测量,b)评估步骤a)中具有可能的模糊性的测量结果,c)提供所述辅助系统(1)的致流机(3)的至少一个操作参数,d)使用在步骤b)中评估的所述测量结果来至少确定所述流速或所述流体容积流量(5),其中使用所述操作参数来校正所述测量结果的所述可能的模糊性。(The invention relates to a method for determining at least a flow rate or a fluid volume flow (5) of a fluid flowing through an implantable vascular assistance system (1), comprising the following steps: a) performing a pulsed doppler measurement by means of an ultrasonic sensor (2) of the assistance system (1), b) evaluating the measurement result with possible ambiguity in step a), c) providing at least one operating parameter of a flow machine (3) of the assistance system (1), d) using the measurement result evaluated in step b) to determine at least the flow velocity or the fluid volume flow (5), wherein the possible ambiguity of the measurement result is corrected using the operating parameter.)
技术领域
本发明涉及一种用于确定流过植入式血管辅助系统的流体的流速的方法、可植入式血管辅助系统以及植入式血管辅助系统的致流机的操作参数的用途。本发明尤其用于(完全)植入式左心辅助系统(LVAD)。
背景技术
已知将超声波容积流量传感器集成到心脏辅助系统中以便由此检测所谓的泵容积流量，所述泵容积流量对通过辅助系统本身的流体容积流量进行量化。超声波容积流量传感器可执行脉冲式多普勒测量或使用脉冲式多普勒(脉冲波多普勒；简称：PWD)方法。这种方法只需要一个超声波换能器元件，并且允许精确选择观察窗口与超声波元件之间的距离。
心脏辅助系统的任务是输送血液。在这种情况下，所谓的心脏时间容积(HTV，通常以升/分钟表示)具有高度的临床相关性。换句话说，在这种情况下，心脏时间容积与从心室，具体地说是从左心室到主动脉的血液总容积流量有关。相应明确的是，要尝试在心脏辅助系统的操作过程中将此参数作为测量值来收集。
取决于辅助水平，某一容积流量经由主动脉瓣的生理路径到达主动脉，所述辅助水平描述了由例如辅助系统的泵等输送装置输送的容积流量与从心室到主动脉的血液总容积流量的比例。因此，从心室到主动脉的心脏时间容积或总容积流量(QHTV)通常是泵容积流量(Qp)和主动脉瓣容积流量(Qa)的总和。
在临床环境中，确定心脏时间容积(QHTV)的一种既定方法是使用稀释法，然而，所有这些都依赖于经皮插入的导管，因此只能在心脏手术期间和随后的重症监护期间提供心脏时间容积测量数据。对于高水平的辅助，Qa接近零，因此大约Qp≈QHZV适用。因此，至少在这些情况下，可经由泵容积流量至少近似地确定心脏时间容积。测量泵容积流量(Qp)的既定方法是辅助系统的操作参数的相关性，主要是电功耗，还可能辅以其它生理参数，例如血压。由于这些方法基于统计假设和所使用的辅助系统的基本泵特性图，因此相关的Qp容易出错。因此，为了提高参数Qp的测量质量，期望包含流量传感器。
超声波是一种特别适用于确定流速以及因此容积流量的传感器方法，具体地说是脉冲波多普勒方法(PWD)，因为它只需要一个双向超声波换能器元件，并且允许精确选择收集测量值的观察窗口的距离。因此，可以在适当的流动条件普遍存在的范围内执行流速测量。
在PWD系统中，以限定的脉冲重复率(PRF)发出超声波脉冲。如果流速和流向未知，为了不违反尼奎斯特定理(Nyquist theorem)，则PRF必须至少超过出现的最大多普勒频移的两倍。如果不满足此条件，则会发生混叠，即在确定的频谱中出现的模糊性。当检测频谱中的频率时，所述频率不能再明确地分配到一个流速，而是多个流速。
由于心脏辅助系统(VAD)测量装置的几何设计，测量范围或观察窗口可能过于远离超声波换能器而使得超声波脉冲从换能器到测量范围并返回换能器的信号传输时间不容忽视。由于只有在前一个超声波脉冲不再产生显著回波时才能发出新的超声波脉冲，因此信号传输时间限制了最大可能的PRF。在心脏辅助系统中普遍存在的高流速以及观察窗口与超声波元件之间距离的几何边界条件的情况下，不可避免地会违反尼奎斯特采样定理，从而导致频谱产生模糊性。
具有不使用PWD方法的超声波传感器的心脏辅助系统通常配备有两个超声波换能器，使得可能出现所描述的传输时间问题，但可通过适当的实施而以其它方式解决。然而，特别是在中高流速的情况下，具有使用PWD方法的超声波传感器的心脏辅助系统容易受到所述效应的影响。本领域的现有技术措施是，选择限定的脉冲重复率以使得不出现混叠，或者在可能的情况下适当地调整几何条件和超声波频率。
发明内容
本发明的目的是指定一种用于确定流过植入式血管辅助系统的流体的流速的改进方法，并创建一种改进的可植入式血管辅助系统，其中可以确定流过所述系统的流体的流速。
具体地说，本发明的目的是创建一种用于确定流体的流速的方法和一种改进的可植入式血管辅助系统，其中提供了对流过所述系统的流体的流速的确定，其中，仅使用一个超声波换能器就可在心脏辅助系统中普遍存在的流速下确定流速，即使在超声波脉冲从超声波换能器到测量范围并返回的较长信号传输时间的情况下也是如此。
此目的通过权利要求1中指定的方法和根据权利要求8所述的可植入式血管辅助系统来实现。
在附属权利要求中表明了本发明的有利的实施例。
根据权利要求1，此处提出了一种用于至少确定流过植入式血管辅助系统的流体的流速或流体容积流量的方法，其包括以下步骤：
a)借助于所述辅助系统的超声波传感器进行脉冲式多普勒测量，
b)评估步骤a)中的测量结果，所述测量结果具有可能的模糊性，
c)提供所述辅助系统的致流机的至少一个操作参数，
d)使用在步骤b)中评估的所述测量结果来至少确定所述流速或所述流体容积流量，
其中使用所述操作参数来校正所述测量结果的所述可能的模糊性。
所述血管辅助系统优选地是心脏辅助系统，具体地说，优选是心室辅助系统。如果合适的话，则所述辅助系统通常用于辅助血液在患者等人员的血液循环中的输送。所述辅助系统可至少部分地布置在血管中。例如，所述血管，具体地说在左心辅助系统的情况下，是主动脉，或者，具体地说在右心辅助系统的情况下，是进入两个肺动脉的总干(肺动脉干)。辅助系统优选地布置在心脏的左心室或左心腔的出口处。具体地说，辅助系统优选地布置在主动脉瓣位置。
具体地说，本文提出的解决方案有助于为心脏辅助系统中的超声波容积流量传感器提供混叠补偿方法。所述方法可有助于确定从心脏的心室，具体地说是从心脏的(左)心室到(完全)植入的(左)心室(心脏)辅助系统区域中的主动脉的流体流速和/或流体容积流量。所述流体通常是血液。在流过辅助系统——具体地说是流过辅助系统的(入口)管或(入口)套管——的流体流或流体容积流中确定流速。有利的是，所述方法允许甚至是在非外科手术场景下，具体地说，也能通过植入式辅助系统本身来高质量地确定血流的流速和/或流体容积流量。
特别有利的是，本文提出的解决方案可利用以下事实：基于电机特性图，可(仅)根据驱动器的旋转速率或基于跨致流机的压差和旋转速率来粗略估计泵流量。具体地说，根据致流机的操作参数尤其粗略估计的流动速率用来解决频谱中的模糊性，并且使得超声波传感器能够进行高度精确的流量测量。
在步骤a)中，借助于辅助系统的超声波传感器执行脉冲式多普勒测量。为了执行脉冲式多普勒测量，具体使用脉冲式多普勒(脉冲波多普勒，简称为PWD)方法。具体地说，在步骤a)中进行PWD测量循环。
在步骤b)中，评估来自步骤a)的具有可能的模糊性的测量结果。具体地说，“可能的模糊性”换句话是指测量结果或所有测量结果不一定总是具有模糊性。具体地说，在相对高的流速下，如本文讨论的辅助系统中通常出现的那样，测量结果通常具有模糊性。然而，在相对低的流速下，也可能出现测量结果明确的情况。
具体地说在步骤b)之后，还可提供测量结果。在这种情况下，所述测量结果可例如作为原始数据(例如，频谱)或作为原始测量结果或作为至少部分经过预处理的测量结果(例如，作为(测量的)流速和/或作为(测量的)流体容积流量)提供。例如，可将测量结果提供到辅助系统的处理单元。
在步骤c)中，提供辅助系统的致流机的至少一个操作参数。例如，可将操作参数提供到辅助系统的处理单元。步骤b)中提供的测量结果和步骤c)中提供的操作参数通常针对相同的流体流而检测，例如，在相同的(时间和/或空间)观察窗口中检测。换句话说，这具体是指步骤b)中提供的测量结果和步骤c)中提供的操作参数与基本上相同的测量时间相关或具有基本上相同的时间戳和/或与相同的测量点相关。在这种情况下，“基本上”具体地描述小于一秒的偏差。可考虑时间差(通常小于一秒)，直到操作参数(或其变化)影响测量点为止。这也可以这样描述，使得在步骤b)中提供的测量结果和在步骤c)中提供的操作参数彼此相关联。优选地，在步骤c)中提供与步骤b)中提供的测量结果相关联的至少一个操作参数。
在步骤d)中，使用步骤b)中评估的测量结果来确定(实际)流速。在步骤b)中评估原始测量结果并随后提供所述原始测量结果的情况下，如果从中(例如，在步骤d中)确定(测量的)流速，则特别有利。如果在步骤b)中提供了(测量的)流速的预处理测量结果，则有利的是，可在步骤d)中直接使用此结果。(测量的)流速通常不是明确的。此外，如果基于在步骤c)中提供的操作参数来确定估计的流速，则是有利的。例如，现在可通过选择最接近估计的流速的测量流速来确定(实际)流速。
可替代地或另外，可在步骤d)中确定(实际)流体容积流量(而不是流速)。如果在步骤b)中提供原始测量结果，则特别有利的是，从中确定(测量的)流体容积流量。如果在步骤b)中提供了(测量的)流体容积流量的预处理测量结果，则有利的是，可以在步骤d)中直接使用此结果。(测量的)流体容积流量通常不是明确的。此外，有利的是，基于在步骤c)中提供的操作参数来确定估计的流体容积流量。例如，现在可通过选择最接近估计的流体容积流量的测量流体容积流量来确定(实际)流动容积流量。
在本文提出的解决方案的意义上，使用操作参数来校正或解决测量结果的可能的模糊性。测量结果通常是模糊的。在这种情况下，这种模糊性具体可归因于普遍存在的对尼奎斯特采样定理的违反。这种对尼奎斯特采样定理的违反尤其是由以下情况造成的：辅助系统中在超声波传感器与观察窗口或测量范围之间存在相对较长的信号传输时间；以及通常只有在发出的前一超声波脉冲的回波已经被接收或已经消失时，脉冲式多普勒测量中的新的超声波脉冲才会被发出。
可能的模糊性可例如在步骤d)中进行校正或解决。在这种情况下，可在步骤d)中使用在步骤b)中评估和/或提供的(可能模糊的)测量结果和在步骤c)中提供的操作参数来确定流速，其中使用所述操作参数来校正测量结果的可能的模糊性。上面已经描述了执行这种校正或解决可能的模糊性的可能性。举例来说，在这种情况下，选择最接近估计的流速或估计的流体容积流量的测量流速或测量流体容积流量。
替代地，例如，可(已经)在步骤b)中校正或解决可能的模糊性。此替代方案也可被称为先验估计或先验选择或预选。换句话说，这具体是指在评估测量结果期间已经校正或解决了可能的模糊性。这种情况可能特别有利，使得(仅)评估(原始)测量结果中预期有合理结果的范围或部分。在这种情况下，可在步骤b)中提供所评估的(不再模糊的)测量结果。在这种情况下，可在步骤d)中使用所评估的(不再模糊的)测量结果。
本文中的“先验”具体是指在评估(并且如果适用，则提供)(可能模糊的)测量结果之前提供操作参数和/或确定估计的流速或估计的流体容积流量。例如，操作参数、先验估计的流速和/或先验估计的流体容积流量(可能以窗口函数或加窗(windowing)的形式)可有助于预先选择，以便仅评估和/或仅提供合理的测量结果或仅提供测量结果的合理部分。为此，例如，仅可在预期有合理结果的(频率)部分中评估(反射的以及接着)接收的超声波脉冲。
根据有利的实施例，建议只有在发出的前一超声波脉冲的回波已经(完全)消失和/或被接收时，才在步骤a)中发出新的超声波脉冲。优选地，只有在发出的前一超声波脉冲的所有(显著的)回波已经(完全)消失和/或被接收时，才会发出新的超声波脉冲。此外，优选地，只有在从(预定义的)测量窗口或测量范围发出的前一超声波脉冲的(显著的)回波已经(完全)消失和/或被接收时，才会发出新的超声波脉冲。
根据有利的实施例，建议所述脉冲式多普勒测量的最大脉冲重复率小于出现的最大多普勒频移的两倍。脉冲式多普勒测量的最大脉冲重复率优选地小于出现的或预期的最大多普勒频移。如果最大脉冲重复率小于出现的最大多普勒频移的两倍，则原则上违反了尼奎斯特采样定理。然而，在血管辅助系统中进行PWD方法可能需要这种违反。
根据有利的实施例，建议操作参数是至少一个旋转速度、一个电流、一个功率或一个压力。所述操作参数优选地是致流机的旋转速度(或旋转速率)，例如，致流机的驱动器(例如，电动机)和/或桨轮的旋转速度。至少一个操作参数还优选地包括致流机的旋转速度和跨致流机的压差。
根据有利的实施例，建议使用所述操作参数(先验地)来确定其中可存在合理测量结果的合理范围。在此上下文中，窗口函数或加窗可用于(反射的以及接着)接收的超声波脉冲的频率分析(例如，借助于离散傅里叶变换)。优选地使用所谓的汉明窗口。有利的是，加窗，具体地说是汉明窗口，可以形成为操作参数和/或(基于操作参数的)预期和/或估计的流速和/或(基于操作参数的)预期和/或估计的流体容积流量的函数。
根据有利的实施例，建议使用流速来确定通过所述辅助系统的流体容积流量。换句话说，这具体涉及(仅)流过辅助系统本身，例如，流过辅助系统的(入口)管或(入口)套管的流体容积流量。所述流体容积流量通常是所谓的泵容积流量(Qp)，其只对流过辅助系统本身的流进行量化。如果已知此值以及总容积流量或心脏时间容积(QHZV)，则所谓的辅助水平可通过Qp与QHZV的比值(即QP/QHZV)来计算。为了确定流体容积流量，可将所确定的流速例如乘以辅助系统的流动截面，具体地说是管或套管流动截面。
根据另一方面，一种可植入式血管辅助系统包括：
-超声波传感器，其被配置成进行脉冲式多普勒测量，
-致流机，
-处理单元，其被配置成使用所述致流机的操作参数来校正所述超声波传感器的测量结果的可能的模糊性。
所述辅助系统优选地是左心室心脏辅助系统(LVAD)或经皮微创左心脏辅助系统。此外，所述辅助系统优选地是完全可植入式的。换句话说，这具体是指检测所需的装置，具体地说是超声波传感器，完全位于患者体内并保持在体内。所述辅助系统还可设计成多个部分或具有可彼此间隔一定距离布置的多个组件，使得例如超声波传感器和处理单元(测量单元)可通过电缆彼此分开。在多部分设计中，与超声波传感器分开布置的处理单元也可植入或设置在患者身体外部。在任何情况下，处理单元也不绝对需要被布置在患者的身体内。例如，可植入辅助系统，使得处理单元布置在患者的皮肤上或患者的身体外部，并且与布置在身体内的超声波传感器建立连接。特别优选的是，所述辅助系统被配置成和/或适于至少部分地布置在心室中，优选地布置在心脏的左心室中，和/或布置在主动脉中，具体地说是布置在主动脉瓣的位置上。
还优选的是，所述辅助系统包括管(或套管)，具体地说是入口管或入口套管，以及例如泵和/或电动机等的致流机。电动机通常是致流机的组件。优选地，(入口)管或(入口)套管被配置成使得在植入状态下，所述(入口)管或(入口)套管能够将流体从心脏的(左)心室引导到致流机。所述辅助系统优选地是细长和/或管状的。管(或套管)和致流机优选地布置在辅助系统的相对端的区域内。
具体地说，恰好或仅提供了一个超声波传感器。所述超声波传感器优选地包括恰好或仅一个超声波换能器元件。如果使用PWD方法，这对于多普勒测量尤其足够。
优选地，至少以泵或(轴向或径向)压缩机的方式来设计致流机。所述致流机可将其至少一个(当前)操作参数提供给处理单元。此外，可提供用于控制或调节致流机的控制单元，所述控制单元例如控制或调节致流机随(除其它事项之外)例如由处理单元确定的流速而变的至少一个旋转速度或一个功率。
优选地，所述辅助系统被配置成执行本文提出的方法。
根据另一方面，提出了一种使用植入式血管辅助系统的致流机的操作参数来校正辅助系统的超声波传感器的测量结果的可能的模糊性的方法。优选地，本文提出的至少一种方法或本文提出的辅助系统用于校正超声波传感器的测量结果的可能的模糊性。
结合所述方法讨论的细节、特征和有利的实施例也相应地出现在本文呈现的辅助系统和/或用法中，反之亦然。在这方面，充分参考其关于特征的详细描述的解释。
附图说明
下面将参考附图更详细地解释本文呈现的解决方案及其技术环境。应当指出，本发明不受所示出示范性实施例的限制。具体地说，除非另外明确陈述，否则还可能提取附图中解释的事实的部分方面，并且将所述部分方面与来自其它附图和/或本说明书的其它组件和/或见解相结合。以下示意性地示出：
图1可植入式血管辅助系统，
图2根据图1的植入在心脏中的辅助系统，
图3另一可植入式血管辅助系统，
图4根据图3的植入在心脏中的辅助系统，
图5多普勒测量的示范性图示，
图6本文呈现的方法在正常操作程序中的顺序，
图7示范性多普勒频谱，
图8另一示范性多普勒频谱，以及
图9本文呈现的方法的可能实施例的功能图示。
具体实施方式
血管辅助系统优选地是心室和/或心脏辅助系统或心辅助系统。心脏辅助系统的两种特别有利形式是根据图2定位在主动脉中的系统和根据图4定位在心尖的系统。结合图1(主动脉)和图3(心尖)更详细地解释相应的系统。
图1示意性地示出了可植入式血管辅助系统1。图1示出了定位在主动脉(参看图2)或可定位在主动脉的辅助系统1的实施例。辅助系统1包括：超声波传感器2，其被配置成执行脉冲式多普勒测量；致流机3；以及处理单元6，其被配置成使用致流机3的操作参数来校正超声波传感器2的测量结果的可能的模糊性。在这种情况下，超声波传感器2例如恰好包括一个超声波(换能器)元件19。
在这种情况下，根据图1的辅助系统1还包括例如具有入口开口7的远端部分以及入口管8(其以根据图1的主动脉实施例中的入口套管的方式形成)，血液可通过所述入口开口吸入系统内部。另外，致流机3例如配备有叶轮9。在这种情况下，供应电缆10例如定位在致流机3的驱动器(例如，本文未示出的电动机)的近端。在叶轮9的区域中，还存在出口开口11，血液可通过所述出口开口排出。在操作期间，流体容积流5流动通过入口管8，所述流体容积流经由入口开口7进入辅助系统1并且再次经由出口开口11离开。此流体容积流5还可被称为所谓的泵容积流。
图2示意性地示出了根据图1的植入心脏15中的辅助系统1。统一使用附图标记，以便参考上述解释。
入口开口7处于例如在心室12的区域中的植入状态，而出口开口处于主动脉13的区域中的植入状态。辅助系统1的此定向在本文中仅是示范性的而非强制性的；实际上，辅助系统可例如在相反方向上定向。在这种情况下，所述系统进一步例如以使得其穿过主动脉瓣14的方式植入。此类布置还可被称作所谓的主动脉瓣位置。
图3示意性地示出了另一可植入式血管辅助系统1。图3示出了定位在心尖(参看图4)或可定位在心尖的辅助系统1的实施例。心尖植入系统的功能在原则上是相当的，因此在这种情况下，所有组件都可使用统一的附图标记。因此，本文参考关于图1的上述解释。
图4示意性地示出了根据图3的植入在心脏15中的辅助系统1。统一使用附图标记，以便本文也可参考上述解释。
图5示意性地示出了多普勒测量的示范性图示。为此，根据图1的辅助系统1的超声波传感器2例如用以在根据图1的辅助系统1的入口管8中执行测量。
也被称为观察窗口和/或测量范围的用于超声测量的测量窗口在图1、3和5中用附图标记16标记。测量窗口16的选择取决于(心脏)辅助系统1的具体设计，并且原则上应放置在适当的流动条件普遍存在的位置上。例如，图5示出了图1的实施例的远端的简化截面视图。在这种情况下，示意性地示出了在测量窗口16的左侧在范围17内没有平行流线普遍存在。由于多普勒效应也是超声波换能器的主束方向与主流方向之间的cos(α)函数，因此在平行流线范围内进行测量是有利的。尽管原则上可将测量窗口(例如，范围18)放置得很远，但这可能增强下文解释的混叠效应和/或导致超声波信号的强衰减。
超声波传感器2被配置成执行脉冲式多普勒测量。在这种情况下，脉冲式多普勒(脉冲波多普勒；简称：PWD)方法基本上用于超声波测量。因此，超声波传感器2和处理单元6也可在下文被称为所谓的PWD系统。
测量窗口16通常可在PWD系统中以电子方式选择，使得也可借助于不同深度的测量窗口16有利地表达出不同导流区域中的流动条件。
在根据图4的(心尖)实施例中，血液在相反方向上朝向超声波元件19流动。旋转叶轮9位于超声波元件19与入口管8之间。在这种情况下，预期血流中会有强烈的湍流，使得此处特别有利的是将测量窗口16放置在叶轮9前方，大约在入口管8的区域中。
相对于超声波(换能器)元件19到测量窗口16的距离，测量窗口16范围内相对较高的流速对两个(心脏)辅助系统变型中、主要在根据图1的(主动脉)变型中的PWD应用有很大影响。
图6示意性地示出了本文呈现的方法在正常操作程序中的顺序。所述方法用于至少确定流过植入式血管辅助系统1(参看图1至5)的流体的流速或流体容积流量。方法步骤a)、b)、c)和d)以及框110、120、130和140的所示次序仅为示范性的。在框110中，借助于辅助系统1的超声波传感器2执行脉冲式多普勒测量。在框120中，评估来自步骤a)的具有可能的模糊性的测量结果。在框130中，提供辅助系统1的致流机3的至少一个操作参数。在框140中，使用在步骤b)中评估的测量结果来至少确定所述流速或所述流体容积流量。在所述方法中，使用所述操作参数来校正测量结果的可能的模糊性。
针对所述方法的示范性图示，采用根据图1的具有以下参数的系统：
·入口管的内径：5mm
·待测量的最大血流：9升/分钟
·所得最大流速：7.64米/秒
·血液中的声速：1540m/s
·超声波的频率：6MHz
·超声波换能器距测量窗口开始的距离：25mm
·每个发出的超声波PVD脉冲的超声波振荡周期：10
·所得突发长度(在1540m/s下的10个振荡)：2.57mm
超声波脉冲在超声波元件19处发出，并且在测量窗口16的方向上传播。在发出脉冲之后，PWD系统切换到接收方向，并且接收例如通过血液中的散射体连续散射回来的部分。所述过程考虑了脉冲从超声波元件到测量窗口以及从测量窗口回到超声波元件的传输时间。在所示的情况下，总的相关传播路径因此是55.13mm长(超声波元件19到测量窗口16开始的长度加上突发长度×2)。PWD系统切换回传输模式，并且一旦来自测量窗口16的范围的最后回波到达就发出下一个脉冲。在具体考虑的情况下，脉冲传输时间将最大脉冲重复率限制为27.93kHz。
另一方面，在所示的情况下出现的最大多普勒频移为59.53kHz。在复值评估(IQ解调)中，这会产生59.53kHz的最小脉冲重复率，其中可在无模糊性的情况下解释当前多普勒频移。然而，由于是以最大27.93kHz(最大脉冲重复率；见上文)执行测量，因此在这种情况下违反了尼奎斯特采样定理，并且在所得的多普勒频谱中通常会出现模糊性。在这种情况下，使用辅助系统的致流机的操作参数来解决这些模糊性，以便能够清晰表达观察窗口中的主要流速。
图7示意性地示出了示范性多普勒频谱。此处，示出了频谱中先前呈现的关系的示意性图示。图8中还示出了所示关系的对应图示。
图7示出了具有固定脉冲重复率34(PRF)的(平均)频率33上的多普勒信号的振幅32。在此处考虑的实例中的(固定)脉冲重复率34为27kHz。流体(此处为血液)的各种流速的简化谱如图7所示。第一流速20小于第二流速21，第二流速又小于第三流速22，第三流速又小于第四流速23，第四流速又小于第五流速24。
可以看出，在第三流速22下，已经存在违反尼奎斯特定理的情况，即，多普勒频率在脉冲重复率(PRF；作为实例此处为27kHz)的范围内。随着血液流速的进一步增加，频谱从负频率范围移动到坐标原点。此处，关于流动方向已经存在模糊性，即朝向超声波元件的流动较快或远离超声波元件的流动较慢。随着流速的进一步增加，第五流速24的频谱出现在高流速或低流速的模糊性范围内。
有利的是，本文呈现的解决方案允许解决此类模糊性。原则上，相对粗略的范围评估可有助于实现此目的，因为超声波方法对于高精度(以米/秒为单位的流速或以升/分钟为单位的容积流量精确到1-2个小数位)仍有效，但对于几米/秒或几升/分钟的范围存在模糊性。
图8示意性地示出了另一示范性多普勒频谱。图8再次使用上述使用的参数fus＝6MHz、PRF＝27.93kHz、C血液＝1540m/s和具有所谓的汉明窗口(Hamming window)25的加窗(窗口函数)的实例示出问题以及模糊性的解决。此图示出了在以下流速下的频率行为：
·第一流速20＝-1m/s，
·第二流速21＝+1m/s，
·第三流速22＝2m/s，
·第四流速23＝3m/s，
·第五流速24＝4.5m/s。
在此上下文中，负速度意味着血液朝向超声波元件流动，并且呈现带正号的频率偏移。
这个实例示出了在流速为1m/s和4.5m/s时，所测量的频率峰值彼此非常接近。这种模糊性可通过基于致流机的操作参数对近似速度的(先验)知识来解决。
此近似速度间隔vint(流速的合理范围)可借助以下公式解决为对应的多普勒频移或多普勒频移间隔fd.int。
在实例中，对应的多普勒频移间隔为31.95kHz至35.84kHz。为了将对应的频率间隔偏移到可使用所用的PRF表示的频率范围中，可使用以下公式(对于正流速)将所确定的不可表示的频率转换成可表示的频率范围。
对于实例中所示的值，可借助于操作参数预测的频率间隔因此包含-9.95khz与-6.05khz之间的所有频率。在此间隔内测量的所有频率对应于在4.1m/s至4.6m/s范围内的速度。
确切速度(实际流速)可通过以下方法确定：借助操作参数间隔(可借助于操作参数预测的频率间隔)根据频谱“卷绕(wrap)”的数目计算，以及使用已示出的公式根据所测量的频率连续反算。这里的“卷绕”是指信号从可表示的最大正频率(fpRF/2)跳变到可表示的最大量值的负频率(-fpRF/2)。根据以下公式确定真实频率，
fd＝n fPRF+fmess
其中参数n表示频谱“卷绕”的数目。对于低流速，fd＝fmeas；在较高流速下，n值出现模糊性，这可根据本文提出的解决方案通过额外知识(致流机的操作参数)来解决。
图9示意性地示出本文呈现的方法的可能实施例的功能图示。根据图9的图示的方法用于解决模糊性。PWD容积流量测量26和基于电机特性图的容积流量测量27并行或依序进行。PWD容积流量测量26可例如在步骤a)期间执行。基于电机特性图的容积流量测量27可例如在步骤c)与d)之间或在步骤d)期间执行。PWD容积流量测量26提供多普勒频谱28。例如，这可在步骤b)期间发生。基于电机特性图的容积流量测量27提供估计的(粗略)流体容积流量4。例如，这可在步骤c)与d)之间或在步骤d)期间发生。多普勒频谱28和估计的流体容积流量4发送到抗混叠单元29。抗混叠单元29根据估计的流体容积流量4确定(实际)流速所在的(合理)范围，并且根据多普勒频谱28和(合理)容积流量范围确定校正的流速30，这在本文中也称为通过辅助系统的(实际)流速。抗混叠单元29可例如是本文也描述了的处理单元的组件。容积流量计算单元31将以特定于构造类型和与流速相关的方式针对(实际)流体容积流量5确定的已知横截面几何形状和已知流量分布进行组合。
PWD容积流量测量26可包括以下步骤：
·发出超声波脉冲，
·等待测量窗口的相关回波，
·接收测量窗口的回波，
·可能还要等待另一等待周期，直到远端的回波消失，
·发出下一个超声波脉冲。
生成的数据可暂时存储在存储器中以供稍后评估，或(例如，通过可编程逻辑中的并行实施方案)可进一步直接处理。当来自期望测量窗口的超声波脉冲到达时(时间限制)，通常解调具有已知超声波脉冲频率的接收回波序列(“下混频到基带”)。随后，所获得的基带信号通常变换成频率范围(从时间到频率范围的变换以用于计算多普勒频谱)。
基于电机特性图的容积流量测量27(粗略容积流量测量)可包括以下步骤：
·确定泵操作参数，例如旋转速率(每分钟旋转速度，简称为RPM)、功耗、电流消耗和/或跨致流机(例如，泵)的压差，
·经由以特定类型方式确定的关系或经由根据以特定类型方式确定的电机特性图中的插值(例如，基于表格的插值)来计算估计的流体容积流量。
例如，容积流量计算单元31执行以下操作：将观察窗口16范围内的已知横截面(公式符号：A)与流速30(公式符号：v)以及流速相关的流量分布校正参数(公式符号f(v))相乘。在这种情况下，可根据以下公式得出(实际)流体容积流量(公式符号Qp)：
Qp＝f(v)×v×A
抗混叠单元29和容积流量计算单元31还可组合到一个单元中。另外，例如，多普勒频谱可直接映射到容积流量Qp。
本文呈现的解决方案尤其具有以下优点中的一个或多个：
·借助于多普勒超声波传感器非常精确地计算泵的容积流量。
·高精度多普勒超声波测量和基于电机操作参数(例如，旋转速度、电流、功率、积聚压力中的一个或多个)的组合允许在违背尼奎斯特定理(几何条件引起的必要性)的情况下进行超声波测量，并借助粗略估计对出现的模糊性进行后续解决。
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