JPH0158469B2 - - Google Patents
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- JPH0158469B2 JPH0158469B2 JP59175261A JP17526184A JPH0158469B2 JP H0158469 B2 JPH0158469 B2 JP H0158469B2 JP 59175261 A JP59175261 A JP 59175261A JP 17526184 A JP17526184 A JP 17526184A JP H0158469 B2 JPH0158469 B2 JP H0158469B2
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- quadrature
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- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R23/00—Arrangements for measuring frequencies; Arrangements for analysing frequency spectra
- G01R23/02—Arrangements for measuring frequency, e.g. pulse repetition rate; Arrangements for measuring period of current or voltage
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- A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
- A61B8/06—Measuring blood flow
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P5/00—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft
- G01P5/001—Full-field flow measurement, e.g. determining flow velocity and direction in a whole region at the same time, flow visualisation
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P5/00—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft
- G01P5/24—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring the direct influence of the streaming fluid on the properties of a detecting acoustical wave
- G01P5/241—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring the direct influence of the streaming fluid on the properties of a detecting acoustical wave by using reflection of acoustical waves, i.e. Doppler-effect
- G01P5/244—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring the direct influence of the streaming fluid on the properties of a detecting acoustical wave by using reflection of acoustical waves, i.e. Doppler-effect involving pulsed waves
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- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
［発明の背景］
この発明は広範囲の信号対雑音比（Ｓ／Ｎ比）
に対してよい性能を持ち、実時間で行なわれる、
信号の平均周波数を推定する方法と装置に関す
る。
に対してよい性能を持ち、実時間で行なわれる、
信号の平均周波数を推定する方法と装置に関す
る。
時間的に変化する信号の平均周波数を正確に決
定することは、例えば信号の平均周波数が標本化
する流れの場の平均速度に対応する様なドツプラ
ー式超音波速度測定において望ましいことであ
る。この他の用途としては、周波数及び位相変調
通信方式及び音声認識がある。血液の速度を音響
式に測定することは、ドツプラー効果に基づく。
こういう測定で最も大きな困難と考えられるの
は、雑音のある環境でドツプラー周波数偏移を正
確に決定することである。この厳しい条件を充た
す様な、ドツプラー周波数偏移を決定する新しい
時間領域（time domain）方式を提供する。
定することは、例えば信号の平均周波数が標本化
する流れの場の平均速度に対応する様なドツプラ
ー式超音波速度測定において望ましいことであ
る。この他の用途としては、周波数及び位相変調
通信方式及び音声認識がある。血液の速度を音響
式に測定することは、ドツプラー効果に基づく。
こういう測定で最も大きな困難と考えられるの
は、雑音のある環境でドツプラー周波数偏移を正
確に決定することである。この厳しい条件を充た
す様な、ドツプラー周波数偏移を決定する新しい
時間領域（time domain）方式を提供する。
第１図はＩ／Ｑアルゴリズムを用いた時間領域
処理の従来の１方式を示す。これはドツプラーＩ
（同相）及びＱ（直角）信号から直接的に平均周波
数を取出すので、この名が付けられている。ウル
トラソニツク・イメージング誌、第２巻第232頁
乃至第261頁（1980年７月号）所載のL.ゲルツベ
ルク及びJ.D.マインドルの論文「ドツプラー装置
用のエネルギ・スペクトル中心点検出器」を参照
されたい。この方式はＳ／Ｎ比が高く周波数が低
い場合には、フーリエ変換方式と比肩し得る効果
が得られるが、２つの主な欠点がある。得られた
平均周波数が真実の平均周波数の正弦に従つて変
化し、この為、周波数偏位が大きい場合には読取
値に誤りが生じる。信号に雑音が存在する時、雑
音パワーが分母（後述の式(7)のＰ＝I2＋Q2）に直
接的に現われるが、分子では雑音が平滑される。
分母に雑音項があることにより、Ｓ／Ｎ比が１に
近づく時、大きな誤差を招く。フーリエ変換法は
同様な形を持つており、平均周波数の妥当な推定
値を得る為に、雑音パワーを推定する。
処理の従来の１方式を示す。これはドツプラーＩ
（同相）及びＱ（直角）信号から直接的に平均周波
数を取出すので、この名が付けられている。ウル
トラソニツク・イメージング誌、第２巻第232頁
乃至第261頁（1980年７月号）所載のL.ゲルツベ
ルク及びJ.D.マインドルの論文「ドツプラー装置
用のエネルギ・スペクトル中心点検出器」を参照
されたい。この方式はＳ／Ｎ比が高く周波数が低
い場合には、フーリエ変換方式と比肩し得る効果
が得られるが、２つの主な欠点がある。得られた
平均周波数が真実の平均周波数の正弦に従つて変
化し、この為、周波数偏位が大きい場合には読取
値に誤りが生じる。信号に雑音が存在する時、雑
音パワーが分母（後述の式(7)のＰ＝I2＋Q2）に直
接的に現われるが、分子では雑音が平滑される。
分母に雑音項があることにより、Ｓ／Ｎ比が１に
近づく時、大きな誤差を招く。フーリエ変換法は
同様な形を持つており、平均周波数の妥当な推定
値を得る為に、雑音パワーを推定する。
［発明の概要］
この発明の特定の１実施例では、平均周波数を
決定する改良された時間領域方法は、位相が直角
の基準を用いて時間的に変化する信号を復調し、
低域波し、復調信号を同時に標本化することを
含む。Ｉ及びＱ時間サンプルの両方を整数個の周
期、典型的には１周期だけ遅延させる。遅延させ
ない時間サンプルと遅延させた時間サンプルを乗
じ、分子及び分母として、いずれも雑音に相関性
のない差信号及び和信号を夫々作る。分母は各サ
ンプルと該サンプルを１周期だけシフトしたもの
との積を持つている差信号及び和信号を独立に低
域波し、後進平均法（backward running
average process）等によつて平滑して、両方の
項の雑音を実質的に除去する。平滑した差信号と
平滑した和信号の比の逆正接から、時間的に変化
する信号の平均周波数が導き出される。信号相関
関数における時間のシフトの為、性能が改善され
る。
決定する改良された時間領域方法は、位相が直角
の基準を用いて時間的に変化する信号を復調し、
低域波し、復調信号を同時に標本化することを
含む。Ｉ及びＱ時間サンプルの両方を整数個の周
期、典型的には１周期だけ遅延させる。遅延させ
ない時間サンプルと遅延させた時間サンプルを乗
じ、分子及び分母として、いずれも雑音に相関性
のない差信号及び和信号を夫々作る。分母は各サ
ンプルと該サンプルを１周期だけシフトしたもの
との積を持つている差信号及び和信号を独立に低
域波し、後進平均法（backward running
average process）等によつて平滑して、両方の
項の雑音を実質的に除去する。平滑した差信号と
平滑した和信号の比の逆正接から、時間的に変化
する信号の平均周波数が導き出される。信号相関
関数における時間のシフトの為、性能が改善され
る。
この装置と方法により、瞬時周波数の正確な値
が得られ、信号対雑音比が良好な場合における周
波数領域のフーリエ変換方式と比肩し得る結果が
得られ、フーリエ変換が使えない大体0dBより低
い信号対雑音比の場合には、ずつとすぐれた結果
が得られる。平均周波数はスペクトルの平均パワ
ーに対して直線的である。本発明のアルゴリズム
の３番目の特徴は、平均周波数を決定する時、ナ
イキスト周波数より高い周波数に対して自動的に
補償することである。
が得られ、信号対雑音比が良好な場合における周
波数領域のフーリエ変換方式と比肩し得る結果が
得られ、フーリエ変換が使えない大体0dBより低
い信号対雑音比の場合には、ずつとすぐれた結果
が得られる。平均周波数はスペクトルの平均パワ
ーに対して直線的である。本発明のアルゴリズム
の３番目の特徴は、平均周波数を決定する時、ナ
イキスト周波数より高い周波数に対して自動的に
補償することである。
血液及び同様な液体の速度を測定する改良され
た超音波方法とパルス式ドツプラー装置について
詳述し、他の用途についても述べる。受取つたエ
コー信号がベースバンドに適当にコヒーレントに
復調され、集束された同相及び直角ドツプラー信
号を、送信するパルスの繰返し周波数で、距離
（range）に関連してゲート作用にかける。ドツ
プラー信号の平均周波数が周波数偏移に対応す
る。平均の血液速度が決定され、時間の関数とし
て表示される。
た超音波方法とパルス式ドツプラー装置について
詳述し、他の用途についても述べる。受取つたエ
コー信号がベースバンドに適当にコヒーレントに
復調され、集束された同相及び直角ドツプラー信
号を、送信するパルスの繰返し周波数で、距離
（range）に関連してゲート作用にかける。ドツ
プラー信号の平均周波数が周波数偏移に対応す
る。平均の血液速度が決定され、時間の関数とし
て表示される。
［発明の詳しい説明］
基本的なドツプラー方程式は、或る速度（ｖ）
で移動する標的から散乱された音響エネルギの周
波数偏移（Δf）を、入射波の周波数（f0）、伝播
媒質内の音速（ｃ）、及び移動方向と音の伝播方
向の間の角度（θ）の関数として次の様に表わ
す。
で移動する標的から散乱された音響エネルギの周
波数偏移（Δf）を、入射波の周波数（f0）、伝播
媒質内の音速（ｃ）、及び移動方向と音の伝播方
向の間の角度（θ）の関数として次の様に表わ
す。
Δf＝2f0（ｖ／ｃ）cosθ (1)
これを書き直すと、ドツプラー速度が次の様に
得られる。
得られる。
ｖ＝ｃ／2cosθ（Δf／f0） (2)
典型的な用途では、ｃは判つており、f0は便利
な様に選ばれ、θは測定することが出来る。従つ
てΔfを決定することは、散乱体の速度を知るこ
とに相当する。この式から粒子（標的）の速度情
報を取出す多数の方式がある。
な様に選ばれ、θは測定することが出来る。従つ
てΔfを決定することは、散乱体の速度を知るこ
とに相当する。この式から粒子（標的）の速度情
報を取出す多数の方式がある。
こゝでは位相コヒーレンス・パルス式ドツプラ
ー方式を取上げる。（イメージング様式とドツプ
ラー様式に共通の変換器を持つデユプレツクス・
イメージング方式の一部分である同様な装置につ
いては、第５図を参照されたい）。測定される波
形は、発信時刻に対するサンプル・パルスの遅延
によつて決定される一定距離の所で、パルス繰返
し周波数frで同時に標本化されたＩ及びＱドツプ
ラー信号で構成される。ドツプラー信号を処理す
る目的は、この測定信号から粒子又は赤結球の速
度情報を抽出することである。
ー方式を取上げる。（イメージング様式とドツプ
ラー様式に共通の変換器を持つデユプレツクス・
イメージング方式の一部分である同様な装置につ
いては、第５図を参照されたい）。測定される波
形は、発信時刻に対するサンプル・パルスの遅延
によつて決定される一定距離の所で、パルス繰返
し周波数frで同時に標本化されたＩ及びＱドツプ
ラー信号で構成される。ドツプラー信号を処理す
る目的は、この測定信号から粒子又は赤結球の速
度情報を抽出することである。
測定される速度が周波数偏移に関係しているか
ら、周波数領域で信号を処理するのが自然であ
る。然し直接的な時間領域方法に或る利点があ
る。具体的に言うと、標本化されたドツプラー信
号Ｉ及びＱは複素時間領域波形の実数及び虚数部
分とみなすことができる。この波形の瞬時周波数
は式(1)のドツプラー・シフトΔfに対応する。時
間領域波形がパルス繰返し周波数で標本化される
ので、１サイクルあたり２個のサンプルが帯域が
制限された信号を特徴づける最低限であるという
ナイキストの判断基準により、分解可能な最高周
波数がfr／２に制限される。然し、Ｉ及びＱ信号
の両方を利用出来るから、シフトの符号が判り、
従つて式(2)によつて散乱体（標的）の速度の方向
が決定される。
ら、周波数領域で信号を処理するのが自然であ
る。然し直接的な時間領域方法に或る利点があ
る。具体的に言うと、標本化されたドツプラー信
号Ｉ及びＱは複素時間領域波形の実数及び虚数部
分とみなすことができる。この波形の瞬時周波数
は式(1)のドツプラー・シフトΔfに対応する。時
間領域波形がパルス繰返し周波数で標本化される
ので、１サイクルあたり２個のサンプルが帯域が
制限された信号を特徴づける最低限であるという
ナイキストの判断基準により、分解可能な最高周
波数がfr／２に制限される。然し、Ｉ及びＱ信号
の両方を利用出来るから、シフトの符号が判り、
従つて式(2)によつて散乱体（標的）の速度の方向
が決定される。
時間領域信号を位相が直角である２つの時間領
域信号によつて表わすことは、復調過程の間に２
つの信号が取出される通信方式では普通のことで
ある。
域信号によつて表わすことは、復調過程の間に２
つの信号が取出される通信方式では普通のことで
ある。
ｆ（ｔ）＝Ｉ（ｔ）＋iQ（ｔ） (3)
平均周波数を決定するアルゴリズムを次に述べ
る様に導き出すことは、周波数変調及び位相変調
通信方式、音声認識、ドツプラー超音波速度測
定、及び場合によつてはその他の用途にも適用す
ることが出来る。この信号の平均周波数は、次
の式によつて、信号のパワー・スペクトルＳ（ω）
から決定することが出来る。
る様に導き出すことは、周波数変調及び位相変調
通信方式、音声認識、ドツプラー超音波速度測
定、及び場合によつてはその他の用途にも適用す
ることが出来る。この信号の平均周波数は、次
の式によつて、信号のパワー・スペクトルＳ（ω）
から決定することが出来る。
一般にパワー・スペクトルは、信号のフーリエ
変換f^を求め、この変換の振幅を自乗することに
よつて得られる。（星印は複素共役数を表わす。） Ｓ（ω）＝f^＊f^ (5) プランシエレル（plancherel）の定理及びフー
リエ変換の公式を用いて、平均周波数は周波数に
対する積分の代りに、時間積分として表わすこと
も出来る。等価な時間積分形式は次の通りであ
る。
変換f^を求め、この変換の振幅を自乗することに
よつて得られる。（星印は複素共役数を表わす。） Ｓ（ω）＝f^＊f^ (5) プランシエレル（plancherel）の定理及びフー
リエ変換の公式を用いて、平均周波数は周波数に
対する積分の代りに、時間積分として表わすこと
も出来る。等価な時間積分形式は次の通りであ
る。
信号を式(3)のＩ及びＱの形で表わせば、この式
の平均周波数は次の様になる。
の平均周波数は次の様になる。
これが前に述べたＩ／Ｑアルゴリズムである。
パルス式ドツプラー方式では、時間信号は連続的
ではなく、離散的に標本化されるデータ信号であ
る。式(7)の差の方程式から平均周波数を決定する
試みは成功しなかつた。分母にパワーの項があ
り、この為雑音が相関性を持ち、この結果Ｓ／Ｎ
比が１に近づくにつれて誤差が大きくなる。この
他の欠点も確認されている。
パルス式ドツプラー方式では、時間信号は連続的
ではなく、離散的に標本化されるデータ信号であ
る。式(7)の差の方程式から平均周波数を決定する
試みは成功しなかつた。分母にパワーの項があ
り、この為雑音が相関性を持ち、この結果Ｓ／Ｎ
比が１に近づくにつれて誤差が大きくなる。この
他の欠点も確認されている。
この方法を使つてスペクトルの平均を直接的に
決める装置を表わすハードウエアが第１図に示さ
れている。周波数変調された連続的な時間的に変
化する信号Ｆ（ｔ）が２つの積形復調器１０，１
１に供給される。これらの復調器の基準は搬送波
を除去する為に互いに対し90゜移相している。復
調信号Ｉ（ｔ）及びＱ（ｔ）が低域波器１２，１
３（図中の記号は中心の及び高い周波数が阻止さ
れることを示している）に通されて、包絡線を復
元し、それが掛算器１４，１５に供給される。回
路１６，１７で微分を求めて、掛算器に供給す
る。掛算器の出力が式(7)の分子に示す交差項であ
る。回路１８で交差項を減算し、その結果を低域
波器１９に送つて、積分を行なう。復調された
同相信号及び直角信号を掛算器２０，２１で自乗
し、自乗の和を回路２２で求めるが、これは式(7)
の分母に示す通りであり、それを低域波器２３
で積分する。割算器２４で得られた比が平均周波
数である。
決める装置を表わすハードウエアが第１図に示さ
れている。周波数変調された連続的な時間的に変
化する信号Ｆ（ｔ）が２つの積形復調器１０，１
１に供給される。これらの復調器の基準は搬送波
を除去する為に互いに対し90゜移相している。復
調信号Ｉ（ｔ）及びＱ（ｔ）が低域波器１２，１
３（図中の記号は中心の及び高い周波数が阻止さ
れることを示している）に通されて、包絡線を復
元し、それが掛算器１４，１５に供給される。回
路１６，１７で微分を求めて、掛算器に供給す
る。掛算器の出力が式(7)の分子に示す交差項であ
る。回路１８で交差項を減算し、その結果を低域
波器１９に送つて、積分を行なう。復調された
同相信号及び直角信号を掛算器２０，２１で自乗
し、自乗の和を回路２２で求めるが、これは式(7)
の分母に示す通りであり、それを低域波器２３
で積分する。割算器２４で得られた比が平均周波
数である。
この代りに、複素形式で表わすと
ｆ（ｔ）＝Ａ（ｔ）exp（iθ（ｔ）） (8)
この場合、式(7)は次の様になる。
Ｉ及びＱで表わした瞬時位相は
Ｑ（ｔ）＝tan-1（Ｑ／Ｉ） (10)
位相の微分dθ／dtにより瞬時周波数ωが判る。
式(10)を微分し、 A2＝I2＋Q2＝Ｐ（ｔ）＝Ｐ (11) を使うと、（こゝでＰ（ｔ）は瞬時パワーである）
式(7)及び(9)が同一であることを示すのは容易であ
る。
式(10)を微分し、 A2＝I2＋Q2＝Ｐ（ｔ）＝Ｐ (11) を使うと、（こゝでＰ（ｔ）は瞬時パワーである）
式(7)及び(9)が同一であることを示すのは容易であ
る。
この発明では、信号の平均周波数のすぐれた決
定が出来る様な形で、式(9)及び(10)を実施する。こ
の実施は今日まで見過ごされていた数学的な精妙
さの認識に基づく。こういう式を出発点として使
うと、標本化された信号の平均周波数は である。こゝでΔtはサンプルの間の時間（一様
であると仮定する）、ｉはサンプルの番号、Ｎ＋
１はサンプルの総数であり、更に Qi＝tan-1（Qi／Ii） （13） Δθi＝θi−θi-1 （14） である。Δθiは、計算された２つの位相の差を単
に求める代りに、解析形式で展開することが出来
る、という認識によつて、すぐれた性能が得られ
る。この時、この差は次の様になる。
定が出来る様な形で、式(9)及び(10)を実施する。こ
の実施は今日まで見過ごされていた数学的な精妙
さの認識に基づく。こういう式を出発点として使
うと、標本化された信号の平均周波数は である。こゝでΔtはサンプルの間の時間（一様
であると仮定する）、ｉはサンプルの番号、Ｎ＋
１はサンプルの総数であり、更に Qi＝tan-1（Qi／Ii） （13） Δθi＝θi−θi-1 （14） である。Δθiは、計算された２つの位相の差を単
に求める代りに、解析形式で展開することが出来
る、という認識によつて、すぐれた性能が得られ
る。この時、この差は次の様になる。
Δθi＝tan-1（Qi／Ii）−tan-1（Qi-1／Ii-1）（1
5） 又は Δθi＝tan-1（IiQi-1−QiIi-1／IiIi-1＋QiQi-1）
（16） この最後の式の分子は、サンプルが有限の同じ
時間間隔であると仮定して、有限差方式を用いて
式(7)を実施した場合と同じであるが、分母はかな
り異なつている。分母は各時間サンプルと該時間
サンプルを１周期だけシフトしたものとの積を持
つ。これは自己相関関数の最初の遅延項であり、
パワーではない。その結果、両方の項（分子は交
差項を持つている）の雑音を独立に平滑すること
が出来る。サンプルの遅延時間が雑音の相関時間
より長ければ、雑音が平滑され、従つて信号に対
して減少する。この条件は実際に達成するのが容
易である。
5） 又は Δθi＝tan-1（IiQi-1−QiIi-1／IiIi-1＋QiQi-1）
（16） この最後の式の分子は、サンプルが有限の同じ
時間間隔であると仮定して、有限差方式を用いて
式(7)を実施した場合と同じであるが、分母はかな
り異なつている。分母は各時間サンプルと該時間
サンプルを１周期だけシフトしたものとの積を持
つ。これは自己相関関数の最初の遅延項であり、
パワーではない。その結果、両方の項（分子は交
差項を持つている）の雑音を独立に平滑すること
が出来る。サンプルの遅延時間が雑音の相関時間
より長ければ、雑音が平滑され、従つて信号に対
して減少する。この条件は実際に達成するのが容
易である。
式（16）を実施する時は、平均周波数を決定す
るための時間にわたつて瞬時パワーＰ（ｔ）が比
較的一定であることを利用するのが好ましい。つ
まり、次の式 ＝Δθi／Δt （17） が有効であるということであり、分子（Ｎ）及び
分母(D)の両方を平滑した平滑形式を使うことが出
来る。
るための時間にわたつて瞬時パワーＰ（ｔ）が比
較的一定であることを利用するのが好ましい。つ
まり、次の式 ＝Δθi／Δt （17） が有効であるということであり、分子（Ｎ）及び
分母(D)の両方を平滑した平滑形式を使うことが出
来る。
＝１／Δttan-1（Ni／Di）（18）
但し
Ni＝（１−α）Ni-1＋α（IiQi-1−QiIi-1） （19）
Di＝（１−α）Di-1＋α（IiIi-1＋QiQi-1） （20）
因数αは１より小さく、最適値を呼ぶが、用途
に関係する。ドツプラー測定の場合の典型的な値
は1/16乃至1/256である。式（19）及び（20）の
移動（running）平均が他の式に現われる和の代
りに使われる。信号の２つの重要な特徴により、
Ｓ／Ｎ比を著しく改善することが出来る。第１
に、項IiQi-1−QiIi-1及びIiIi-1＋QiQi-1は、大抵の
実際の用途では時間に対してゆつくりと変化す
る。その変化の速度はＩ又はＱ単独の瞬時周波数
よりずつと小さい。従つて、平滑により装置の周
波数応答に目立つ程の影響を与えることがない。
第２に、分母の項は１遅延期間における相互相関
関数を形成している。相関性のない雑音では、平
滑時間を長くした場合、雑音項はゼロに収斂する
筈である。
に関係する。ドツプラー測定の場合の典型的な値
は1/16乃至1/256である。式（19）及び（20）の
移動（running）平均が他の式に現われる和の代
りに使われる。信号の２つの重要な特徴により、
Ｓ／Ｎ比を著しく改善することが出来る。第１
に、項IiQi-1−QiIi-1及びIiIi-1＋QiQi-1は、大抵の
実際の用途では時間に対してゆつくりと変化す
る。その変化の速度はＩ又はＱ単独の瞬時周波数
よりずつと小さい。従つて、平滑により装置の周
波数応答に目立つ程の影響を与えることがない。
第２に、分母の項は１遅延期間における相互相関
関数を形成している。相関性のない雑音では、平
滑時間を長くした場合、雑音項はゼロに収斂する
筈である。
第２図は式（18）、（19）及び（20）の瞬時周波
数アルゴリズムを使つてスペクトルの平均を決定
する為の信号処理のブロツク図である。これは連
続的な時間領域信号と標本化された時間領域信号
に対するものであるが、後者の信号について例示
し且つ説明する。直角位相の基準を持つ復調器１
０′，１１′及び残留搬送波周波数及びその他の一
層高い高調波を除く為の低域波器１２′，１
３′は、第１図と同じであつてよく、同じ参照数
字にダツシユを付けて表わしてある。この検出過
程の最初の工程は、一般的に、搬送波を除く為
に、信号を復調することである。同期検波を使う
ことによつて最適の性能が得られる。復調は直接
的にベースバンドにしてもよいし（ホモダイン）
又は中間周波数を介してもよい（ヘテロダイン）。
波して復調同相及び直角信号Ｉ（ｔ）及びＱ
（ｔ）が、標本化回路２５，２６で選定された速
度で標本化され、この点でデイジタル化される。
個々の機能は、デイジタル形でも、アナログ形で
も又はデイジタル／アナログ混成形でも、任意の
現在の又は将来の技術を用いて実現することが出
来る。主な要素は遅延動作τであり、これが信号
の相関関数の時間的な変化により、性能を改善す
る。同相及び直角時間サンプルを整数個の周期だ
け、好ましくは１周期だけ、時間遅延装置２７，
２８によつて遅延させる。遅延させた同相サンプ
ル及び遅延させない直角サンプルを掛算器２９に
送る。これと同じ様に、遅延させた直角サンプル
及び遅延させない同相サンプルを掛算器３０に送
る。この最初の交差項を第２の交差項から回路３
１で減算して、雑音に相関性のない差信号を発生
する。遅延させた並びに遅延させない同相時間サ
ンプルを第３の掛算器３２に送り、遅延させた並
びに遅延させない直角時間サンプルを第４の掛算
器３３に送り、これらの積を加算器３４で加算し
て、雑音に相関性のない和信号を発生する。分母
は、各時間サンプルと該時間サンプルを１周期だ
けシフトしたものとの積で構成され、従つて雑音
に相関性がない。
数アルゴリズムを使つてスペクトルの平均を決定
する為の信号処理のブロツク図である。これは連
続的な時間領域信号と標本化された時間領域信号
に対するものであるが、後者の信号について例示
し且つ説明する。直角位相の基準を持つ復調器１
０′，１１′及び残留搬送波周波数及びその他の一
層高い高調波を除く為の低域波器１２′，１
３′は、第１図と同じであつてよく、同じ参照数
字にダツシユを付けて表わしてある。この検出過
程の最初の工程は、一般的に、搬送波を除く為
に、信号を復調することである。同期検波を使う
ことによつて最適の性能が得られる。復調は直接
的にベースバンドにしてもよいし（ホモダイン）
又は中間周波数を介してもよい（ヘテロダイン）。
波して復調同相及び直角信号Ｉ（ｔ）及びＱ
（ｔ）が、標本化回路２５，２６で選定された速
度で標本化され、この点でデイジタル化される。
個々の機能は、デイジタル形でも、アナログ形で
も又はデイジタル／アナログ混成形でも、任意の
現在の又は将来の技術を用いて実現することが出
来る。主な要素は遅延動作τであり、これが信号
の相関関数の時間的な変化により、性能を改善す
る。同相及び直角時間サンプルを整数個の周期だ
け、好ましくは１周期だけ、時間遅延装置２７，
２８によつて遅延させる。遅延させた同相サンプ
ル及び遅延させない直角サンプルを掛算器２９に
送る。これと同じ様に、遅延させた直角サンプル
及び遅延させない同相サンプルを掛算器３０に送
る。この最初の交差項を第２の交差項から回路３
１で減算して、雑音に相関性のない差信号を発生
する。遅延させた並びに遅延させない同相時間サ
ンプルを第３の掛算器３２に送り、遅延させた並
びに遅延させない直角時間サンプルを第４の掛算
器３３に送り、これらの積を加算器３４で加算し
て、雑音に相関性のない和信号を発生する。分母
は、各時間サンプルと該時間サンプルを１周期だ
けシフトしたものとの積で構成され、従つて雑音
に相関性がない。
分子の差信号及び分母の和信号が独自に且つ
別々に低域波されて、雑音を平滑し、両者から
実質的に雑音を除く。式（19）及び（20）は後進
平均法により、分子及び分母の平滑された項を導
き出す。最初に、分子の古い項に（１−α）を乗
じ、新しい項にαを乗じたものに加算する。因子
αは典型的には1/16乃至1/256であるが、平均さ
れる時間サンプルの数16乃至256を表わす。平滑
されて実質的に雑音のない差信号及び和信号が割
算器３７で割算され、この比の逆正接を決定する
ことにより、出力信号、即ち時間的に変化する信
号の平均周波数が発生される。逆正接を求める
ことは、標本化より一層速い速度で行なうことが
出来る。
別々に低域波されて、雑音を平滑し、両者から
実質的に雑音を除く。式（19）及び（20）は後進
平均法により、分子及び分母の平滑された項を導
き出す。最初に、分子の古い項に（１−α）を乗
じ、新しい項にαを乗じたものに加算する。因子
αは典型的には1/16乃至1/256であるが、平均さ
れる時間サンプルの数16乃至256を表わす。平滑
されて実質的に雑音のない差信号及び和信号が割
算器３７で割算され、この比の逆正接を決定する
ことにより、出力信号、即ち時間的に変化する信
号の平均周波数が発生される。逆正接を求める
ことは、標本化より一層速い速度で行なうことが
出来る。
フーリエ変換によつて計算された平均周波数と
比較して、瞬時周波数アルゴリズムの効果の１例
が、第３ａ図乃至第３ｅ図に示されている。曲線
Ｆはフーリエ変換方式によつて得られた結果であ
り、平均雑音パワーの補正をしてある。曲線Ｔは
α＝1/64として式（18）の時間領域アルゴリズム
によるものである。比較の為、曲線Ｔは25単位だ
けずらしてある。各々の図は信号対雑音比（Ｓ／
Ｎ比）が相異なる場合における実験測定によるも
のであり、Ｓ／Ｎ比は、夫々24dB、4dB、0dB、
−4dB及び−8dBとした。SN比が0dBの時（第３
ａ図）、曲線Ｆのピークは依然として識別出来る
が、0dBより小さくなると、フーリエ変換方式は
使えなくなり、実際に最後の曲線Ｆ（第３ｃ図）
は直線である。これに対して、この発明の時間領
域方式では、−4dBの信号対雑音比でも、かなり
の性能が得られ、−8dBでも、速度曲線の重要な
特徴を依然として確認することが出来る。時間領
域アルゴリズムが雑音のある環境でも平均周波数
及び速度情報を抽出出来ることが、この方法の主
な利点である。
比較して、瞬時周波数アルゴリズムの効果の１例
が、第３ａ図乃至第３ｅ図に示されている。曲線
Ｆはフーリエ変換方式によつて得られた結果であ
り、平均雑音パワーの補正をしてある。曲線Ｔは
α＝1/64として式（18）の時間領域アルゴリズム
によるものである。比較の為、曲線Ｔは25単位だ
けずらしてある。各々の図は信号対雑音比（Ｓ／
Ｎ比）が相異なる場合における実験測定によるも
のであり、Ｓ／Ｎ比は、夫々24dB、4dB、0dB、
−4dB及び−8dBとした。SN比が0dBの時（第３
ａ図）、曲線Ｆのピークは依然として識別出来る
が、0dBより小さくなると、フーリエ変換方式は
使えなくなり、実際に最後の曲線Ｆ（第３ｃ図）
は直線である。これに対して、この発明の時間領
域方式では、−4dBの信号対雑音比でも、かなり
の性能が得られ、−8dBでも、速度曲線の重要な
特徴を依然として確認することが出来る。時間領
域アルゴリズムが雑音のある環境でも平均周波数
及び速度情報を抽出出来ることが、この方法の主
な利点である。
このアルゴリズムの第２の特徴は、計算で求め
た平均周波数がスペクトルの平均パワーで直線的
であることである。これが第４図に示されてい
る。第４図には２つの周波数ω1及びω2があり、
全パワーはω2及びω1の間で、β＝Pω1／Ptとし
て、比βで直線的に変化する。平均周波数は＝
βω1＋（１−β）ω2で表わされることが判る。
た平均周波数がスペクトルの平均パワーで直線的
であることである。これが第４図に示されてい
る。第４図には２つの周波数ω1及びω2があり、
全パワーはω2及びω1の間で、β＝Pω1／Ptとし
て、比βで直線的に変化する。平均周波数は＝
βω1＋（１−β）ω2で表わされることが判る。
このアルゴリズムの３番目の重要な特徴は、こ
のアルゴリズムが、平均周波数を計算する時、ナ
イキスト周波数ωNより高い周波数を自動的に補
償することが出来ることである。平均周波数を中
心とする瞬時信号のスペクトル全体が、ナイキス
トの区間よりもその幅が小さい区間内にある限
り、こういうことが成立する。これはエイリアシ
ング（aliasing）が起つた時、平均周波数を決定
するのに役立つ。
のアルゴリズムが、平均周波数を計算する時、ナ
イキスト周波数ωNより高い周波数を自動的に補
償することが出来ることである。平均周波数を中
心とする瞬時信号のスペクトル全体が、ナイキス
トの区間よりもその幅が小さい区間内にある限
り、こういうことが成立する。これはエイリアシ
ング（aliasing）が起つた時、平均周波数を決定
するのに役立つ。
この発明では、周波数変調された時間的に変化
する信号の平均周波数は、デイジタル形でも、ア
ナログ形でも、或いはデイジタル・アナログ混成
形でも、ハードウエア回路により、又は計算機を
使うことによつて求められる。デイジタル形ハー
ドウエア装置では、第２図で、遅延時間は１つ又
は更に多くのクロツク・サイクル遅延装置によつ
て決定することが出来、２つ以上の時間遅延装置
を使うのが有利である。アナログ装置では、この
遅延は遅延線によつて得られる。標本化データ装
置では、CCD（電荷結合装置）形の装置、バケツ
ト・ブリゲード及び同様な装置を使つて、遅延を
実現すると共に、若干の信号処理を行なうことが
出来る。装置の構成としては、十分な記憶装置を
使つて、こういう機能の全部ではないにしても、
大部分を実現する為に、インテル8231Aの様な特
殊演算用処理チツプを使うことが出来る。分子及
び分母の各項の符号と相対的な大きさを試験する
ことにより、45゜以内にある角度区間を識別する
ことによつて、逆正接を求めることが出来る。一
旦45゜内の引数が判れば、区分別線形近似を使う
ことが出来る。
する信号の平均周波数は、デイジタル形でも、ア
ナログ形でも、或いはデイジタル・アナログ混成
形でも、ハードウエア回路により、又は計算機を
使うことによつて求められる。デイジタル形ハー
ドウエア装置では、第２図で、遅延時間は１つ又
は更に多くのクロツク・サイクル遅延装置によつ
て決定することが出来、２つ以上の時間遅延装置
を使うのが有利である。アナログ装置では、この
遅延は遅延線によつて得られる。標本化データ装
置では、CCD（電荷結合装置）形の装置、バケツ
ト・ブリゲード及び同様な装置を使つて、遅延を
実現すると共に、若干の信号処理を行なうことが
出来る。装置の構成としては、十分な記憶装置を
使つて、こういう機能の全部ではないにしても、
大部分を実現する為に、インテル8231Aの様な特
殊演算用処理チツプを使うことが出来る。分子及
び分母の各項の符号と相対的な大きさを試験する
ことにより、45゜以内にある角度区間を識別する
ことによつて、逆正接を求めることが出来る。一
旦45゜内の引数が判れば、区分別線形近似を使う
ことが出来る。
第５図のデユプレツクス・イメージング装置は
実時間の単一扇形方向ぎめビーム走査器であり、
この中に実時間で血流速度を測定する為のこの発
明の時間領域ドツプラー処理装置が取入れられて
いる。これを簡単に説明するが、詳しくは米国特
許第4217909号及び同第4155260号に記載されてい
る。然し、パルス式ドツプラー装置を別個の装置
として構成することが出来、Ｂ−走査イメージン
グ能力を持つデユプレツクス装置の一部分にする
必要はないことを承知されたい。図示の装置は、
多数の変換器素子４０で構成された共通の線形変
換器配列３９を持つており、これらの変換器素子
がパルス駆動装置４１によつて付勢されて超音波
ビーム４２を形成し、超音波パルスを発信する。
ドツプラー動作様式の間、ビームを走査角度で差
し向け、距離Ｒの所にあつて、その中の血流速度
を測定する選ばれたサンプル容積４３に発信され
た超音波パルスを当てる。遅延時間の所要精度を
大幅に下げ、その代りに一層容易に達成出来る位
相集束作用の精度を保ちながら、良好な横方向の
分解能を達成するためのベースバンド信号処理を
特徴とする受信チヤンネルの主な部品は、全チヤ
ンネルに対する広帯域受信機４４、平衡形復調器
及び低域波器４５、時間遅延装置４６並びに加
算器４７である。個々の受信チヤンネルは並列の
Ｉ（同相）及びＱ（直角）処理チヤンネルを持ち、
そこで受信したエコー信号を電子式に方向ぎめ
し、動的に集束する。位相が直角の放出周波数基
準を用いて、エコー信号を増幅して復調し、各々
の復調器の出力を低域波して、包絡線を残し、
その後遅延させる。通路の長さが十分に異なる場
合、コヒーレントな加算の前に、通路の長さの差
に比例する遅延を加える。イメージング動作様式
では、加算して集束した信号を回路４８に加えて
合成信号を作る。この合成信号が、扇形の像を構
成する為に陰極線管４９に送られるビデオ信号で
ある。
実時間の単一扇形方向ぎめビーム走査器であり、
この中に実時間で血流速度を測定する為のこの発
明の時間領域ドツプラー処理装置が取入れられて
いる。これを簡単に説明するが、詳しくは米国特
許第4217909号及び同第4155260号に記載されてい
る。然し、パルス式ドツプラー装置を別個の装置
として構成することが出来、Ｂ−走査イメージン
グ能力を持つデユプレツクス装置の一部分にする
必要はないことを承知されたい。図示の装置は、
多数の変換器素子４０で構成された共通の線形変
換器配列３９を持つており、これらの変換器素子
がパルス駆動装置４１によつて付勢されて超音波
ビーム４２を形成し、超音波パルスを発信する。
ドツプラー動作様式の間、ビームを走査角度で差
し向け、距離Ｒの所にあつて、その中の血流速度
を測定する選ばれたサンプル容積４３に発信され
た超音波パルスを当てる。遅延時間の所要精度を
大幅に下げ、その代りに一層容易に達成出来る位
相集束作用の精度を保ちながら、良好な横方向の
分解能を達成するためのベースバンド信号処理を
特徴とする受信チヤンネルの主な部品は、全チヤ
ンネルに対する広帯域受信機４４、平衡形復調器
及び低域波器４５、時間遅延装置４６並びに加
算器４７である。個々の受信チヤンネルは並列の
Ｉ（同相）及びＱ（直角）処理チヤンネルを持ち、
そこで受信したエコー信号を電子式に方向ぎめ
し、動的に集束する。位相が直角の放出周波数基
準を用いて、エコー信号を増幅して復調し、各々
の復調器の出力を低域波して、包絡線を残し、
その後遅延させる。通路の長さが十分に異なる場
合、コヒーレントな加算の前に、通路の長さの差
に比例する遅延を加える。イメージング動作様式
では、加算して集束した信号を回路４８に加えて
合成信号を作る。この合成信号が、扇形の像を構
成する為に陰極線管４９に送られるビデオ信号で
ある。
ドツプラー動作様式では、超音波のRFパルス
が発信されてサンプル容積４３に当たる様に、装
置の制御器５０が利用者によつて設定され、距離
ゲート５１を用いて、所望の深さからのサンプル
を標本化すると共に、特定の位置に於ける速度パ
ターンを検出する。この変換器を励振する別の特
徴は、サンプル容積内の動きの速い並びに遅い血
液細胞からの後方散乱されたエコーを種々の距離
の所で適切に標本化することが出来る様にする為
に、繰返し時間が可変であることである。4KHz、
8KHz及び16KHzという様に、超音波パルス繰返
し周波数の幾つかの設定値が用意されている。加
算されて集束されたＩ及びＱ信号が、その合成信
号を発生せずに、直接的にドツプラー装置に供給
される。距離Ｒから超音波信号が変換器に戻るの
に要する時間に対応する、各々の変換器励振期間
から特定の時間後に、集束された同相及び直角信
号ΣI及びΣQが標本化される。距離ゲート５１が
制御器５０によつて、サンプル容積から後方散乱
されたエコーを受信するのに対応する時刻に、比
較的短い期間の間開かれ、１対のアナログ時間サ
ンプルを並列に抽出する。標本化速度がパルス繰
返し周波数によつて決定されることが判る。同相
及び直角時間サンプルをデイジタル化し、時間領
域ドツプラー処理装置５２に送り、そこで逆正接
アルゴリズムを使つて、時間的に変化するドツプ
ラー信号の平均周波数を導き出す。この後、式(2)
から血液の速度が得られる。
が発信されてサンプル容積４３に当たる様に、装
置の制御器５０が利用者によつて設定され、距離
ゲート５１を用いて、所望の深さからのサンプル
を標本化すると共に、特定の位置に於ける速度パ
ターンを検出する。この変換器を励振する別の特
徴は、サンプル容積内の動きの速い並びに遅い血
液細胞からの後方散乱されたエコーを種々の距離
の所で適切に標本化することが出来る様にする為
に、繰返し時間が可変であることである。4KHz、
8KHz及び16KHzという様に、超音波パルス繰返
し周波数の幾つかの設定値が用意されている。加
算されて集束されたＩ及びＱ信号が、その合成信
号を発生せずに、直接的にドツプラー装置に供給
される。距離Ｒから超音波信号が変換器に戻るの
に要する時間に対応する、各々の変換器励振期間
から特定の時間後に、集束された同相及び直角信
号ΣI及びΣQが標本化される。距離ゲート５１が
制御器５０によつて、サンプル容積から後方散乱
されたエコーを受信するのに対応する時刻に、比
較的短い期間の間開かれ、１対のアナログ時間サ
ンプルを並列に抽出する。標本化速度がパルス繰
返し周波数によつて決定されることが判る。同相
及び直角時間サンプルをデイジタル化し、時間領
域ドツプラー処理装置５２に送り、そこで逆正接
アルゴリズムを使つて、時間的に変化するドツプ
ラー信号の平均周波数を導き出す。この後、式(2)
から血液の速度が得られる。
この超音波装置は、２種類の速度情報に対する
ドツプラー様式表示装置を持つている。最初に、
利用者が実時間でその変化を観測することが出来
る様に、ドツプラー周波数がオツシロスコープ５
３に表示される。ストリツプチヤート記録装置５
４により、速度対時間の展開を示すハード・コピ
ーが印刷される。平均化した平均速度でも或いは
（変換器の配列に血液の流れが接近し、又はそれ
から遠ざかることに対応して正並びに負の）速度
の分布全体でも表示することが出来る。多重化さ
れたECG信号が、心臓サイクルの過程の間に起
る事象の時間基準となる。
ドツプラー様式表示装置を持つている。最初に、
利用者が実時間でその変化を観測することが出来
る様に、ドツプラー周波数がオツシロスコープ５
３に表示される。ストリツプチヤート記録装置５
４により、速度対時間の展開を示すハード・コピ
ーが印刷される。平均化した平均速度でも或いは
（変換器の配列に血液の流れが接近し、又はそれ
から遠ざかることに対応して正並びに負の）速度
の分布全体でも表示することが出来る。多重化さ
れたECG信号が、心臓サイクルの過程の間に起
る事象の時間基準となる。
時間領域ドツプラー処理装置５２は、大抵の実
時間周波数領域フーリエ処理装置と同じ様に、ハ
ードウエアで構成することが好ましい。この様な
パルス式ドツプラー装置を検討する為、アルゴリ
ズムをソフトウエアで構成して、時間領域解析を
計算した。プログラムにより逆正接の引数の分子
及び分母の移動平均を計算した。比の逆正接を求
めた後、時間に対する計算による位相変化を直流
及び低周波成分を阻止する様に設計された高域
波器の遮断周波数と比較した。それが波器の阻
止帯域の中であれば、簡単なＩ／Ｑ近似を使つ
て、位相変化を推定する。一旦位相変化が計算さ
れたら、それに変換係数を乗じて速度を求める。
この後、Ｉ及びＱの現在値を貯蔵して、新しい遅
延させた値を形成する。
時間周波数領域フーリエ処理装置と同じ様に、ハ
ードウエアで構成することが好ましい。この様な
パルス式ドツプラー装置を検討する為、アルゴリ
ズムをソフトウエアで構成して、時間領域解析を
計算した。プログラムにより逆正接の引数の分子
及び分母の移動平均を計算した。比の逆正接を求
めた後、時間に対する計算による位相変化を直流
及び低周波成分を阻止する様に設計された高域
波器の遮断周波数と比較した。それが波器の阻
止帯域の中であれば、簡単なＩ／Ｑ近似を使つ
て、位相変化を推定する。一旦位相変化が計算さ
れたら、それに変換係数を乗じて速度を求める。
この後、Ｉ及びＱの現在値を貯蔵して、新しい遅
延させた値を形成する。
この方法を用いた時の瞬時平均周波数を決定す
るのが容易であることにより、スペクトルの推定
に関連した他の信号処理の特徴を使うことが出来
る様になつた。その１番目は時間−周波数ヒスト
グラムである。多くの用途では、実際のスペクト
ルの推定が希望される。これはフーリエ変換を使
つて行なうのが普通である。時間領域方式を拡張
することにより、瞬時周波数に対する瞬時パワー
のヒストグラムを形成することによつて、近似的
なスペクトル分布を求めることが出来る。２番目
の特徴は、Ｉ及びＱの復調器の不平衡の補正に関
することである。ドツプラー装置及びこの他の直
角位相復調装置では、装置の最終的な精度は、Ｉ
及びＱ復調器の平衡の精度の影響を受ける。検波
器を多重化する新しい方式が開発された。
るのが容易であることにより、スペクトルの推定
に関連した他の信号処理の特徴を使うことが出来
る様になつた。その１番目は時間−周波数ヒスト
グラムである。多くの用途では、実際のスペクト
ルの推定が希望される。これはフーリエ変換を使
つて行なうのが普通である。時間領域方式を拡張
することにより、瞬時周波数に対する瞬時パワー
のヒストグラムを形成することによつて、近似的
なスペクトル分布を求めることが出来る。２番目
の特徴は、Ｉ及びＱの復調器の不平衡の補正に関
することである。ドツプラー装置及びこの他の直
角位相復調装置では、装置の最終的な精度は、Ｉ
及びＱ復調器の平衡の精度の影響を受ける。検波
器を多重化する新しい方式が開発された。
時間的に変化する信号の平均周波数を決定する
この方法の別の用途として、周波数変調及び位相
変調通信方式及び音声認識がある。この通信方式
の場合、平均周波数回路をFM検波器として利用
する。これから得られる出力が、搬送波の変調信
号を復元する。音声認識では、測定された平均周
波数が、搬送波に印加した情報（音声）信号であ
り、音声の平均ピツチを表わす。音声トラツクを
標本化してデイジタル化し、時間領域アルゴリズ
ムを使つて平均周波数を取出し、それから音声の
ピツチを確認する。
この方法の別の用途として、周波数変調及び位相
変調通信方式及び音声認識がある。この通信方式
の場合、平均周波数回路をFM検波器として利用
する。これから得られる出力が、搬送波の変調信
号を復元する。音声認識では、測定された平均周
波数が、搬送波に印加した情報（音声）信号であ
り、音声の平均ピツチを表わす。音声トラツクを
標本化してデイジタル化し、時間領域アルゴリズ
ムを使つて平均周波数を取出し、それから音声の
ピツチを確認する。
まとめて云えば、この時間領域方式のすぐれた
性能と実施の容易さは、時間領域信号処理に有利
である。この装置は、古典的なフーリエ変換方式
に較べて、雑音のある環境に対処する能力がよく
なると共に、一層安いコストで一層よい性能が得
られるという利点がある。
性能と実施の容易さは、時間領域信号処理に有利
である。この装置は、古典的なフーリエ変換方式
に較べて、雑音のある環境に対処する能力がよく
なると共に、一層安いコストで一層よい性能が得
られるという利点がある。
この発明を好ましい実施例について具体的に図
示し且つ説明したが、当業者であれば、この発明
の範囲内で種々の変更が可能であることは云うま
でもない。
示し且つ説明したが、当業者であれば、この発明
の範囲内で種々の変更が可能であることは云うま
でもない。
第１図はＩ／Ｑアルゴリズムを用いてスペクト
ルの平均値を決定する為の従来の信号処理を示す
ブロツク図、第２図は瞬時周波数アルゴリズムを
使つて、平均周波数を時間領域で決定する改良さ
れた方式を実施した装置を表わすブロツク図、第
３ａ図乃至第３ｅ図は、ａ Ｓ／Ｎ＝24dB、ｂ
Ｓ／Ｎ＝4dB、ｃ Ｓ／Ｎ＝0dB、ｄ Ｓ／Ｎ
＝−4dB及びｅ Ｓ／Ｎ＝−8dBの種々の信号対
雑音比に対し、時間領域及び周波数領域の信号処
理を用いたパルス式速度測定値を示すグラフ、第
４図は相対的なパワーは異なるが、全パワーが一
定である場合の２つのスペクトル線に対する逆正
接アルゴリズムの周波数応答を示すグラフ、第５
図はこの発明の時間領域ドツプラー処理装置を取
入れたデユプレツクス超音波イメージング装置の
簡略ブロツク図である。 （主な符号の説明）、１０′，１１′：復調器、
１２′，１３′，３５，３６：低域波器、２５，
２６：標本化回路、２７，２８：遅延回路、２
９，３０，３２，３３：掛算器、３１：減算器、
３４：加算器、３７：割算器、３８：逆正接回
路。
ルの平均値を決定する為の従来の信号処理を示す
ブロツク図、第２図は瞬時周波数アルゴリズムを
使つて、平均周波数を時間領域で決定する改良さ
れた方式を実施した装置を表わすブロツク図、第
３ａ図乃至第３ｅ図は、ａ Ｓ／Ｎ＝24dB、ｂ
Ｓ／Ｎ＝4dB、ｃ Ｓ／Ｎ＝0dB、ｄ Ｓ／Ｎ
＝−4dB及びｅ Ｓ／Ｎ＝−8dBの種々の信号対
雑音比に対し、時間領域及び周波数領域の信号処
理を用いたパルス式速度測定値を示すグラフ、第
４図は相対的なパワーは異なるが、全パワーが一
定である場合の２つのスペクトル線に対する逆正
接アルゴリズムの周波数応答を示すグラフ、第５
図はこの発明の時間領域ドツプラー処理装置を取
入れたデユプレツクス超音波イメージング装置の
簡略ブロツク図である。 （主な符号の説明）、１０′，１１′：復調器、
１２′，１３′，３５，３６：低域波器、２５，
２６：標本化回路、２７，２８：遅延回路、２
９，３０，３２，３３：掛算器、３１：減算器、
３４：加算器、３７：割算器、３８：逆正接回
路。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 時間領域方式を用いて0dBの上下の信号対雑
音比で平均周波数を決定する方法に於て、時間的
に変化する信号を復調し波して復調同相及び直
角信号を発生し、これらの両方の信号を同じ量だ
け同時に遅延させ、遅延させない同相信号と遅延
させた直角信号とを乗じ且つ遅延させない直角信
号と遅延させた同相信号とを乗じて、それらの積
を減算して差信号を作り、また前記の遅延させな
い同相信号と遅延させた同相信号とを乗じ且つ前
記の遅延させない直角信号と遅延させた直角信号
とを乗じて、それらの積を加算して和信号を作
り、前記差信号及び和信号を別々に低域波して
両方の信号中の雑音を平滑して実質的に除去し、
平滑して比較的雑音がない差及び和信号の比の逆
正接を決定することにより、前記時間的に変化す
る信号の平均周波数を表わす出力信号を取出す工
程から成る方法。 ２ 特許請求の範囲１に記載した方法に於て、前
記復調信号が、ベースバンドへのホモダイン復
調、並びに残留搬送波周波数及びその他の高調波
を除去する為の低域波によつて発生される方
法。 ３ 時間領域方式により広範囲の信号対雑音比を
持つ周波数変調された時間的に変化する信号の平
均周波数を決定する方法に於て、直角位相基準を
用いて前記時間的に変化する信号を復調し、選定
された周期で復調信号を標本化して同相及び直角
サンプルを作り、前記同相及び直角サンプルを整
数個の周期だけ遅延させ、遅延させない同相サン
プルと遅延させた直角サンプルとを乗じ且つ遅延
させない直角サンプルと遅延させた同相サンプル
とを乗じて、それらの積を減算して差信号を作
り、また前記の遅延させない同相サンプルと遅延
させた同相サンプルとを乗じ且つ前記の遅延させ
ない直角サンプルと遅延させた直角サンプルとを
乗じて、それらの積を加算して和信号を作り、前
記差信号及び和信号を別々に低域波して、両者
の雑音を平滑して実質的に減少し、差信号を和信
号で除し、こうして形成された比の逆正接から前
記時間的に変化する信号の平均周波数を導き出す
工程から成る方法。 ４ 特許請求の範囲３に記載した方法に於て、前
記時間サンプルが全て１周期だけ遅延される方
法。 ５ 特許請求の範囲３に記載した方法に於て、前
記差信号及び和信号を波して後進平均法によつ
て平滑する方法。 ６ 超音波を用いて血液及び同様な液体の流れの
速度を測定する方法に於て、超音波パルスを発生
して選ばれたサンプル容積を走査し、エコー信号
を受取り、位相が直角の放出周波数基準を用いて
該エコー信号を復調して、集束同相及び直角ドツ
プラー信号を発生する様に処理し、毎回のパルス
発信の後のドツプラー信号を距離ゲートにより、
その周期がパルス繰返し周波数によつて決定され
る同相及び直角サンプルを抽出し、前記同相及び
直角サンプルを少なくとも１周期だけ遅延させ、
遅延させない同相サンプルと遅延させた直角サン
プルとを乗じ且つ遅延させない直角サンプルと遅
延させた同相サンプルとを乗じて、それらの積を
減算して差信号を作り、また前記の遅延させない
同相サンプルと遅延させた同相サンプルとを乗じ
且つ前記の遅延させない直角サンプルと遅延させ
た直角サンプルとを乗じて、それらの積を加算し
て和信号を作り、前記差信号及び和信号を別々に
低域波して両者の雑音を平滑して実質的に減少
させ、平滑した差信号と平滑した和信号の比の逆
正接からドツプラー信号の平均周波数、従つて周
波数偏移を導き出し、平均血液速度を決定し、時
間の関数として速度を表示する工程から成る方
法。 ７ 特許請求の範囲６に記載した方法に於て、前
記差信号及び和信号を波して後進平均法により
平滑する方法。 ８ 特許請求の範囲７に記載した方法に於て、ド
ツプラー周波数偏移及び血液速度を実時間で決定
する方法。 ９ 時間領域方式によつて平均周波数を推定する
装置に於て、時間的に変化する信号を復調すると
共に低域波して復調同相及び直角信号を作る手
段と、選定された周期で前記復調信号を同時に標
本化して同相及び直角時間サンプルを抽出する手
段と、0dBの上下の信号対雑音比で前記時間的に
変化する信号の平均周波数を決定する手段とを有
し、該平均周波数決定手段は、前記同相及び直角
時間サンプルを整数個の周期だけ遅延させる手
段、遅延させない同相サンプルと遅延させた直角
サンプルとを乗じ且つ遅延させない直角サンプル
と遅延させた同相サンプルとを乗じて、それらの
積を減算して差信号を作ると共に、前記の遅延さ
せない同相サンプルと遅延させた同相サンプルと
を乗じ且つ前記の遅延させない直角サンプルと遅
延させた直角サンプルとを乗じて、それらの積を
加算して和信号を作る手段、該差信号及び和信号
を別々に平滑して相関性のない雑音を実質的に除
去する手段、及び平滑した差信号と平滑した和信
号の比の逆正接を取出す手段を含んでいる装置。 １０ 特許請求の範囲９に記載した装置に於て、
前記遅延させる手段がサンプルの間の１周期だけ
時間サンプルを同時に遅延させ、前記平滑する手
段が移動平均波器で構成されている装置。 １１ 血液及び同様な液体の速度を測定する超音
波装置に於て、選ばれたサンプル容積を走査する
為に超音波パルスを発信すると共に、エコーを受
取る手段と、位相が直角の放出周波数基準を用い
てエコー信号をベースバンドにコヒーレントに復
調すると共に、集束並びに加算して同相及び直角
の時間的に変化するドツプラー信号を発生する手
段と、パルス発信の後、前記ドツプラー信号を同
時にゲートして、サンプル容積から後方散乱され
たエコーを表わす同相及び直角時間サンプルIi及
びQiを抽出するゲート手段と、遅延させた時間サ
ンプルIi-1及びQi-1を発生すると共に、相関性の
ない雑音を平滑して略全部を除去する様に、遅延
させないサンプルIi及びQiと遅延させたサンプル
を処理して信号（IiQi-1−QiIi-1）及び信号（IiIi-1
＋QiQi-1）を作ることにより、良好な信号対雑音
比及び良好でない信号雑音比で、実時間で、前記
時間的に変化する信号の平均周波数、従つて周
波数偏移を決定する手段と、平均血液速度を取出
すと共に、時間の関数として速度を表示する手段
とを有する超音波装置。 １２ 特許請求の範囲１１に記載した超音波装置
に於て、前記平均周波数を決定する手段が、Δt
をサンプルの間の期間、ｉを時間サンプルの番
号、Ｎを分子、Ｄを分母、αを１より小さい数と
し、 Ni＝（１−α）Ni-1＋α（IiQi-1−QiIi-1） Di＝（１−α）Di-1＋α（IiIi-1＋QiQi-1） として次の時間領域アルゴリズム ＝１／Δttao -1（Ni／Di） を実施する超音波装置。 １３ 特許請求の範囲１２に記載した超音波装置
に於て、前記ゲート手段がパルス繰返し周波数で
時間サンプルを抽出し、平均周波数を決定する手
段がサンプルの間の１期間だけ、サンプルを遅延
させる手段を含む超音波装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US06/526,856 US4542657A (en) | 1983-08-26 | 1983-08-26 | Time domain technique to determine mean frequency |
| US526856 | 1983-08-26 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6085372A JPS6085372A (ja) | 1985-05-14 |
| JPH0158469B2 true JPH0158469B2 (ja) | 1989-12-12 |
Family
ID=24099085
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59175261A Granted JPS6085372A (ja) | 1983-08-26 | 1984-08-24 | 時間領域方式により平均周波数を決定する方法と装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4542657A (ja) |
| JP (1) | JPS6085372A (ja) |
| DE (1) | DE3431001A1 (ja) |
| GB (1) | GB2145528B (ja) |
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |