JPH11142425A - Flow velocity measuring device and ultrasonograph - Google Patents

Flow velocity measuring device and ultrasonograph

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Publication number
JPH11142425A
JPH11142425A JP30669397A JP30669397A JPH11142425A JP H11142425 A JPH11142425 A JP H11142425A JP 30669397 A JP30669397 A JP 30669397A JP 30669397 A JP30669397 A JP 30669397A JP H11142425 A JPH11142425 A JP H11142425A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sampling
frequency
data
reflected wave
flow velocity
Prior art date
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Pending
Application number
JP30669397A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hironori Suzaki
寛則 須崎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Furuno Electric Co Ltd
Original Assignee
Furuno Electric Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Furuno Electric Co Ltd filed Critical Furuno Electric Co Ltd
Priority to JP30669397A priority Critical patent/JPH11142425A/en
Publication of JPH11142425A publication Critical patent/JPH11142425A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Indicating Or Recording The Presence, Absence, Or Direction Of Movement (AREA)
  • Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To process signals accurately with a simple circuit or Doppler flowmeter using high-frequency ultrasonic waves. SOLUTION: A receiving transducer 5 receives ultrasonic signals or reflected wave signals that have been reflected by a fluid. The reflected wave signals are amplified in a radio-frequency amplifier 10, and only a target domain is chopped out by a band-pass filter 11 and then subjected to under-sampling in an A/D converter 13. If the carrier frequency is 998 kHz and the spectrum of the reflected wave signals lies within the range of ±2 kHz, for example, the under-sampling is carried out with the sampling frequency of 8 kHz, with the results that reflected mappings of a multiple order are formed within the range of 0 to 4 kHz and the carrier frequency is transferred to 2 kHz. The mappings are chopped out and fed into a DSP 14 for the formation of spectra lying near the base band through direct sampling, and not through down- conversion using a mixer.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、超音波のドップ
ラ効果を用いて流体の流速を測定する流速測定装置、お
よび、超音波を用いて人体を診断する超音波診断装置に
関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a flow velocity measuring device for measuring the flow velocity of a fluid using the Doppler effect of ultrasonic waves, and an ultrasonic diagnostic apparatus for diagnosing a human body using ultrasonic waves.

【0002】[0002]

【従来の技術】人工心肺装置には血液の供給量を測定す
るため血流計が設けられている。通常用いられる血流計
は、血液が流れるチューブに超音波を照射し、これが血
液で反射した反射波のドップラシフトによってその流速
を測定するものである。人工心肺装置においては、所定
の量の血液を正確に患者に供給する必要があるため、そ
の流量の測定には高い精度が要求される。
2. Description of the Related Art A heart-lung machine is provided with a blood flow meter for measuring the amount of blood supplied. A commonly used blood flow meter irradiates ultrasonic waves to a tube through which blood flows, and measures the flow velocity by Doppler shift of a reflected wave reflected by the blood. In a heart-lung machine, it is necessary to accurately supply a predetermined amount of blood to a patient, and therefore, measurement of the flow rate requires high accuracy.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】人工心肺装置では、血
液を定常流で供給する場合と、心臓の鼓動に似せた拍動
流で供給する場合があるが、ドップラシフト周波数を解
析するFFTのサンプリング時間を長くとった場合には
拍動流の時間に関して変化する流速を正確に測定するこ
とができず、FFTのサンプリング時間を短くとった場
合には定常流の流速を高精度で測定することができな
い。
In an artificial heart-lung machine, there are cases where blood is supplied in a steady flow, and blood is supplied in a pulsatile flow resembling a heartbeat, and FFT sampling for analyzing the Doppler shift frequency is performed. If the time is long, the flow velocity that changes with respect to the time of the pulsating flow cannot be measured accurately, and if the sampling time of the FFT is short, the flow velocity of the steady flow can be measured with high accuracy. Can not.

【0004】また、血液等の流体の反射波を得るため、
流速計では数MHz程度の高い周波数を用いるが、この
周波数の信号を処理するために、従来は、ミキサを用い
たダウンコンバータが用いられていた。しかし、ミキサ
を用いた場合には、ノイズの混入や信号の減衰などが発
生し、測定精度が劣化するという問題点があった。ま
た、超音波を人体に照射し、その反射波によって人体を
診断する超音波診断装置が実用化されているが、この超
音波診断装置においても送信するキャリア信号として数
MHzの超音波を用いており、受信した反射波信号の処
理について同様の問題点があった。
In order to obtain a reflected wave of a fluid such as blood,
In the current meter, a high frequency of about several MHz is used. To process a signal of this frequency, a down converter using a mixer has conventionally been used. However, when the mixer is used, there is a problem that noise is mixed in or a signal is attenuated, and measurement accuracy is deteriorated. Ultrasound diagnostic devices that irradiate the human body with ultrasonic waves and diagnose the human body with the reflected waves have been put to practical use, but this ultrasonic diagnostic device also uses ultrasonic waves of several MHz as carrier signals to be transmitted. Therefore, there is a similar problem in processing of the received reflected wave signal.

【0005】この発明は、高い周波数を用いたドップラ
流速測定装置において、簡略な回路で高い周波数分解
能、および、時間分解能を実現することを目的とし、さ
らに、回路を簡略化してノイズなどの影響を除去した超
音波診断装置を提供することを目的とする。
An object of the present invention is to realize a high frequency resolution and a time resolution with a simple circuit in a Doppler flow velocity measuring apparatus using a high frequency, and to further simplify the circuit to reduce the influence of noise and the like. It is an object of the present invention to provide an ultrasonic diagnostic apparatus which has been removed.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】この出願の請求項1の発
明は、所定方向に流れる流体に対して斜めに設置された
送信用超音波振動子および受信用超音波振動子と、前記
送信用超音波振動子が送信した超音波信号の前記流体に
よる反射波信号を前記受信用超音波振動子で受信し、該
反射波信号のドップラシフト量によって前記流体の流速
を計測する手段と、を備えた流速測定装置において、前
記反射波信号をサンプリングするサンプリング手段と、
短時間のサンプリングデータを用いたフーリエ解析によ
って前記流速を求めるとともに、該解析の結果により前
記流速がほぼ一定であると判断されたとき、より長い時
間のサンプリングデータを用いたフーリエ解析によって
前記流速を求める解析手段と、を備えたことを特徴とす
る。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a transmitting ultrasonic vibrator and a receiving ultrasonic vibrator which are obliquely disposed with respect to a fluid flowing in a predetermined direction, Means for receiving a reflected wave signal of the ultrasonic signal transmitted by the ultrasonic transducer from the fluid by the receiving ultrasonic transducer, and measuring a flow velocity of the fluid by a Doppler shift amount of the reflected wave signal. In the flow velocity measuring device, sampling means for sampling the reflected wave signal,
While obtaining the flow velocity by Fourier analysis using short-time sampling data, and when it is determined that the flow velocity is substantially constant based on the result of the analysis, the flow velocity is determined by Fourier analysis using longer-time sampling data. Analysis means to be obtained.

【0007】この出願の請求項2の発明は、前記解析手
段で求めた流速が前記所定方向に対して負値となったと
き、逆流であるとして警告を発する手段を備えたことを
特徴とする。
The invention according to claim 2 of the present application is characterized in that when the flow velocity obtained by the analysis means becomes a negative value in the predetermined direction, a warning is issued as a backflow. .

【0008】この出願の請求項3の発明は、前記解析手
段は、前記サンプリングデータ列に離散複素指数関数を
乗算することによって、前記反射波信号の中心周波数を
0ヘルツにシフトする周波数シフト手段と、前記シフト
されたサンプリングデータを所定のデシメイションレー
トで間引きしたデータを用いてフーリエ解析を実行する
手段と、を含むことを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, the analyzing means includes a frequency shifting means for shifting the center frequency of the reflected wave signal to 0 Hertz by multiplying the sampling data sequence by a discrete complex exponential function. Means for performing a Fourier analysis using data obtained by thinning out the shifted sampling data at a predetermined decimation rate.

【0009】この出願の請求項4の発明は、前記解析手
段は、フーリエ解析によって求められた離散スペクトル
を補間して真のピーク値を推定する補間手段を含むこと
を特徴とする。
The invention of claim 4 of the present application is characterized in that the analysis means includes interpolation means for interpolating a discrete spectrum obtained by Fourier analysis to estimate a true peak value.

【0010】この出願の請求項5の発明は、前記サンプ
リング手段を、前記反射波信号の周波数の2倍よりも低
い周波数で前記反射波信号をサンプリングし、該サンプ
リングによって生じた折り返し写像のうち、0ヘルツ付
近に生じた折り返し写像を切り出して前記解析手段に供
給する手段としたことを特徴とする。
According to a fifth aspect of the present invention, the sampling means samples the reflected wave signal at a frequency lower than twice the frequency of the reflected wave signal. The present invention is characterized in that a return map generated near 0 Hz is cut out and supplied to the analysis means.

【0011】この出願の請求項6発明は、請求項3の発
明において、前記サンプリング手段を、前記反射波信号
の中心周波数をサンプリング周波数の4分の1または4
分の3の周波数に変換するサンプリング周波数で前記反
射波信号をサンプリングする手段とし、前記周波数シフ
ト手段を、該サンプリングされたデータ列に対して、複
素単位乗数データ列を乗算することによって前記サンプ
リングデータ列の周波数スペクトルをシフトする手段と
したことを特徴とする。
According to a sixth aspect of the present invention, in the third aspect of the present invention, the sampling means is configured to set a center frequency of the reflected wave signal to a quarter or four of a sampling frequency.
Means for sampling the reflected wave signal at a sampling frequency to be converted to three-thirds of the frequency, wherein the frequency shifting means multiplies the sampled data sequence by a complex unit multiplier data sequence to obtain the sampling data. The frequency spectrum of the column is shifted.

【0012】ここで、上記複素単位乗数データ列は、複
素平面における単位円と実軸・虚軸との交点座標値を反
時計回りまたは時計回りに順次並べた数列であり、+1
→−j→−1→+j→の繰り返し、−j→−1→+j→
+1→の繰り返し、−1→+j→+1→−j→の繰り返
し、+j→+1→−j→−1→の繰り返し、または、+
1→+j→−1→−j→の繰り返し、+j→−1→−j
→+1→の繰り返し、−1→−j→+1→+j→の繰り
返し、−j→+1→+j→−1→の繰り返しのいずれか
からなる。
Here, the complex unit multiplier data sequence is a sequence in which coordinate values of intersections of a unit circle and a real axis / imaginary axis on a complex plane are sequentially arranged in a counterclockwise or clockwise direction.
→ −j → −1 → + j → repetition, −j → −1 → + j →
+ 1 → repetition, −1 → + j → + 1 → −j → repetition, + j → + 1 → −j → −1 → repetition, or +
Repeat 1 → + j → −1 → −j →, + j → −1 → −j
→ + 1 → repetition, −1 → −j → + 1 → + j → repetition, −j → + 1 → + j → −1 → repetition.

【0013】この出願の請求項7の発明は、請求項6の
発明において、サンプリングデータの帯域を制限するロ
ーパスフィルタの係数と、前記複素単位乗数データ列と
を乗算した係数をフィルタ係数として各タップに設定し
たFIRフィルタを設け、該FIRフィルタに順次入力
されるサンプリングデータが、4の倍数に設定されてい
るデシメイションレートだけ進む毎に、該FIRフィル
タの各タップ出力に対して前記フィルタ係数を乗算して
フィルタ出力データを出力する手段を設けたことを特徴
とする。
According to a seventh aspect of the present invention, in the sixth aspect, each tap is defined as a filter coefficient obtained by multiplying a coefficient of a low-pass filter for limiting a band of sampling data and the complex unit multiplier data sequence. Each time sampling data sequentially input to the FIR filter advances by a decimation rate set to a multiple of 4, the filter coefficient is calculated for each tap output of the FIR filter. A means for multiplying and outputting filter output data is provided.

【0014】この出願の請求項8の発明は、前記サンプ
リング手段を、前記解析手段に対して、実数項および虚
数項からなるサンプリングデータを供給する手段とした
ことを特徴とする。
The invention of claim 8 of the present application is characterized in that the sampling means is means for supplying sampling data consisting of a real number term and an imaginary number term to the analysis means.

【0015】この出願の請求項9の発明は、人体に超音
波を照射し、その反射波を受信することで人体を診断す
る超音波診断装置において、受信した反射波信号をその
周波数の2倍よりも低い周波数でサンプリングし、該サ
ンプリングによって生じた折り返し写像のうち、0ヘル
ツ付近に生じた折り返し写像を切り出してサンプリング
データ列として出力するサンプリング手段と、該サンプ
リング手段から供給されたサンプリングデータ列を解析
することにより前記人体を診断する解析手段と、を備え
たことを特徴とする。
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided an ultrasonic diagnostic apparatus for diagnosing a human body by irradiating an ultrasonic wave to a human body and receiving a reflected wave of the ultrasonic wave. Sampling means for sampling at a lower frequency than that, and among the aliasing maps generated by the sampling, extracting an aliasing map generated near 0 Hz and outputting as a sampling data stream; and a sampling data stream supplied from the sampling means. Analyzing means for diagnosing the human body by performing analysis.

【0016】この出願の請求項10の発明は、請求項9
の発明において、前記サンプリング手段の前段に前記人
体に照射された超音波のキャリア周波数付近の周波数帯
域を遮断する帯域遮断フィルタを設けたことを特徴とす
る。
The invention of claim 10 of the present application is the invention of claim 9
In the invention, a band rejection filter that blocks a frequency band near a carrier frequency of the ultrasonic wave applied to the human body is provided at a stage preceding the sampling unit.

【0017】この出願の請求項11の発明は、請求項9
の発明において、前記解析手段は、前記サンプリングデ
ータ列に離散複素指数関数を乗算することによって、前
記反射波信号の中心周波数を0ヘルツにシフトする周波
数シフト手段と、前記シフトされたサンプリングデータ
を所定のデシメイションレートで間引きしたデータを用
いてフーリエ解析を実行する手段と、を含むことを特徴
とする。
The invention of claim 11 of the present application is based on claim 9
In the invention, the analyzing means comprises a frequency shift means for shifting the center frequency of the reflected wave signal to 0 Hertz by multiplying the sampling data sequence by a discrete complex exponential function, and Means for performing a Fourier analysis using the data decimated at the decimation rate.

【0018】この出願の請求項12の発明は、請求項9
の発明において、前記解析手段は、フーリエ解析によっ
て求められた離散スペクトルを補間して真のピーク値を
推定する補間手段を含むことを特徴とする。
The invention of claim 12 of the present application is based on claim 9
In the invention, the analyzing means includes an interpolating means for estimating a true peak value by interpolating a discrete spectrum obtained by Fourier analysis.

【0019】この出願の請求項13の発明は、請求項9
の発明において、前記サンプリング手段を、前記反射波
信号の中心周波数をサンプリング周波数の4分の1また
は4分の3の周波数に変換するサンプリング周波数で前
記反射波信号をサンプリングする手段とし、前記周波数
シフト手段を、該サンプリングされたデータ列に対して
複素単位乗数データ列を乗算することによって前記サン
プリングデータ列の周波数スペクトルをシフトする手段
としたことを特徴とする。
The invention of claim 13 of the present application is claim 9
In the invention, the sampling means is means for sampling the reflected wave signal at a sampling frequency for converting a center frequency of the reflected wave signal to a quarter or three-fourths of the sampling frequency; The means is a means for shifting the frequency spectrum of the sampled data sequence by multiplying the sampled data sequence by a complex unit multiplier data sequence.

【0020】この出願の請求項14の発明は、請求項1
3の発明において、フィルタ係数として、サンプリング
データの帯域を制限するローパスフィルタの係数と、前
記複素単位乗数データ列とを乗算した係数を各タップに
設定したFIRフィルタを設け、該FIRフィルタに順
次入力されるサンプリングデータが、4の倍数に設定さ
れているデシメイションレートだけ進む毎に、該FIR
フィルタの各タップ出力に対して前記フィルタ係数を乗
算してフィルタ出力データを出力する手段と、を設けた
ことを特徴とする。
The invention of claim 14 of the present application is the invention of claim 1
According to the third aspect of the present invention, an FIR filter in which a coefficient obtained by multiplying a coefficient of a low-pass filter for limiting a band of sampling data and a coefficient obtained by multiplying the complex unit multiplier data sequence for each tap is provided as a filter coefficient, and is sequentially input to the FIR filter Each time the sampling data to be advanced by the decimation rate set to a multiple of 4, the FIR
Means for multiplying each tap output of the filter by the filter coefficient to output filter output data.

【0021】上記発明において、短い時間のサンプリン
グデータでFFT(高速フーリエ解析)を実行すること
により、時間分解能の高い流速測定を行うことができ、
拍動流の流速を正確に測定することができるとともに、
逆流を迅速に検出することができる。一方、長い時間の
サンプリングデータでFFTを実行することにより、周
波数分解能の高い解析が可能になり、拍動流の平均流速
または定常流の流速を高精度で測定することができる。
In the above invention, by performing FFT (Fast Fourier Analysis) on sampling data for a short time, it is possible to measure a flow velocity with a high time resolution,
In addition to being able to accurately measure the pulsating flow velocity,
Reflux can be detected quickly. On the other hand, by performing FFT on sampling data for a long time, analysis with high frequency resolution becomes possible, and the average flow velocity of a pulsating flow or the flow velocity of a steady flow can be measured with high accuracy.

【0022】この場合において、超音波を流体で反射さ
せるため数MHz程度の高い周波数の超音波を用いる。
このような高周波をサンプリングする場合、通常はミキ
サを用いてダウンコンバートするが、ダウンコンバート
によりノイズの発生や信号レベルの減衰などの問題が生
じる。これを解決するため、この発明では以下に示すよ
うに低い周波数でダイレクトにサンプリングし、折り返
し写像を利用することでダウンコンバートも同時に実現
している。
In this case, a high frequency ultrasonic wave of about several MHz is used to reflect the ultrasonic wave with the fluid.
When such a high frequency is sampled, the down-conversion is usually performed using a mixer, but the down-conversion causes problems such as generation of noise and attenuation of the signal level. In order to solve this, according to the present invention, direct sampling is performed at a low frequency as described below, and down-conversion is realized at the same time by using aliasing mapping.

【0023】入力信号の2倍以下のサンプリング周波数
でA/D変化した場合、折り返し(エイリアシング:a
liasing)によって信号が重なり合ってしまう
が、ドップラ流速測定装置の反射波の場合、信号スペク
トルは送信信号のキャリア周波数付近のみに分布してお
り、サンプリング周波数等を適当に選択することによ
り、折り返しが生じてもスペクトルが分布している注目
領域同士が重なり合わなければ元の信号の再現が可能で
ある。したがって、反射波信号の帯域幅、反射波信号の
最高周波数およびサンプリング周波数を適当に選択する
ことにより、図1(A)に示すように、注目領域の折り
返し写像が重なり合わないようにすることができ、高周
波の反射波信号をミキサを用いて低い周波数にダウンコ
ンバートすることなく、低いサンプリング周波数で直接
サンプリングすることができる。さらに、このサンプリ
ングによって生じたベースバンド付近の折り返し写像を
切り出すことにより、高周波のスペクトルのダウンコン
バートを同時に実現することができる。
When an A / D change occurs at a sampling frequency less than twice the input signal, aliasing (aliasing: a
However, in the case of the reflected wave of the Doppler velocity measurement device, the signal spectrum is distributed only near the carrier frequency of the transmission signal, and the aliasing occurs by appropriately selecting the sampling frequency and the like. Even if the regions of interest in which the spectra are distributed do not overlap, the original signal can be reproduced. Therefore, by appropriately selecting the bandwidth of the reflected wave signal, the highest frequency of the reflected wave signal, and the sampling frequency, it is possible to prevent the folded images of the attention area from overlapping as shown in FIG. It is possible to directly sample at a low sampling frequency without down-converting a high-frequency reflected wave signal to a low frequency using a mixer. Furthermore, by cutting out the aliasing map around the baseband generated by this sampling, down-conversion of the high-frequency spectrum can be realized at the same time.

【0024】そして、このアンダーサンプリング行うサ
ンプリング周波数fsを、図1(B)に示すように、上
記注目領域の中心周波数fc(反射波信号の場合、送信
信号のキャリア周波数)がサンプリング後にfs/4ま
たは3fs/4となるような周波数に設定する。ただ
し、fs/2が前記注目領域の帯域幅B以上になるよう
にfsを設定する。
Then, as shown in FIG. 1B, the sampling frequency fs at which the undersampling is performed is changed to fs / 4 after the center frequency fc (the carrier frequency of the transmission signal in the case of the reflected wave signal) of the target area is sampled. Alternatively, the frequency is set to be 3 fs / 4. However, fs is set so that fs / 2 is equal to or larger than the bandwidth B of the attention area.

【0025】このようなサンプリング周波数fsで反射
波信号をサンプリングすると、中心周波数fcを挟んで
正負の範囲に周波数スペクトルが展開するが、スペクト
ル同士がエリアシングで重なり合うことがない。また、
このとき0Hz付近に生じる写像は1次写像とは限ら
ず、2次写像などの多次写像である可能性があるが、中
心周波数fcが事前に分かっているため、何次写像がど
の付近に生じるかを予測することができ、最も利用しや
すい0Hz付近の写像を用いることができる。
When the reflected wave signal is sampled at such a sampling frequency fs, the frequency spectrum is developed in a positive / negative range across the center frequency fc, but the spectra do not overlap due to aliasing. Also,
At this time, the mapping generated near 0 Hz is not limited to the primary mapping and may be a multi-dimensional mapping such as a secondary mapping. However, since the center frequency fc is known in advance, which mapping is located at which location. This can be predicted, and the most usable mapping around 0 Hz can be used.

【0026】また、周波数分解能を高めるため、長い時
間のサンプリングデータでFFTを実行する場合、サン
プル点数が多くなりFFTの演算量が級数的に増加する
が、この発明では、サンプリング帯域内で反射波信号が
分布している周波数帯域が一部であることに着目し、サ
ンプリングデータを間引き(デシメイション)すること
によって、スペクトルを拡大し、サンプル点数を増加さ
せることなく、周波数分解能を向上している。このデシ
メイションに際しては、スペクトルの中心周波数fcを
0Hzまでシフトする必要がある。これらを簡略化する
具体的手法について以下説明する。
When the FFT is performed on sampling data for a long time in order to increase the frequency resolution, the number of sampling points increases and the amount of calculation of the FFT increases exponentially. Focusing on the fact that the frequency band in which the signal is distributed is a part, and by thinning out (decimating) the sampling data, the spectrum is expanded and the frequency resolution is improved without increasing the number of sample points. . In this decimation, it is necessary to shift the center frequency fc of the spectrum to 0 Hz. A specific method for simplifying these will be described below.

【0027】上記のように、サンプリング周波数fsで
サンプリングされ、中心周波数fcの離散時間データ列
となった信号は、
As described above, a signal that has been sampled at the sampling frequency fs and has become a discrete-time data string with the center frequency fc is:

【0028】[0028]

【数1】 (Equation 1)

【0029】の指数関数列を乗算することによって中心
周波数fcが0Hz(DC)になるように周波数スペク
トルをシフトすることができる。すなわち、データ数列
x(n)のDFT変換から求まる周波数スペクトルが、
By multiplying the exponential function sequence, the frequency spectrum can be shifted so that the center frequency fc becomes 0 Hz (DC). That is, the frequency spectrum obtained from the DFT transform of the data sequence x (n) is

【0030】[0030]

【数2】 (Equation 2)

【0031】で求められるのに対し、データ数列x
(n)に離散複素指数関数c(n)を乗算した周波数ス
ペクトルXshift(k)が、
The data sequence x
The frequency spectrum Xshift (k) obtained by multiplying (n) by the discrete complex exponential function c (n) is

【0032】[0032]

【数3】 (Equation 3)

【0033】となることから周波数スペクトルX(k)
が周波数軸に沿ってシフトされていることが分かる。す
なわち、
The frequency spectrum X (k)
Is shifted along the frequency axis. That is,

【0034】[0034]

【数4】 (Equation 4)

【0035】によってスペクトルの注目領域の中心周波
数fcを周波数ゼロとするように、スペクトル全体を周
波数軸に沿ってシフトすることができる。
As a result, the entire spectrum can be shifted along the frequency axis so that the center frequency fc of the region of interest in the spectrum becomes zero.

【0036】また、前記c(n)の指数部(−jΩ
c n)のnを、自然数Mを加算することによって(n+
M)に置き換えた場合、すなわち,離散複素指数関数を
M個シフトしてデータ数列に乗算した場合でも、
Further, the exponent part of the above c (n) (-jΩ)
c n) by adding a natural number M to (n +
M), that is, even if the data sequence is multiplied by shifting the discrete complex exponential function by M times,

【0037】[0037]

【数5】 (Equation 5)

【0038】で明らかなように、周波数パワースペクト
ルはこのずれに影響されることなく同様にシフトされ
る。
As is apparent from the above, the frequency power spectrum is similarly shifted without being affected by this shift.

【0039】そして、上述したようにサンプリング周波
数fsと注目領域の中心周波数fcが、fc=fs/4
またはfc=3fs/4となるような関係にサンプリン
グしていることにより、 Ωc =2π(fc/fs)=π/2 または、 Ωc =2π(fc/fs)=3π/2 となり、前記離散複素指数関数c(n)は、
Then, as described above, the sampling frequency fs and the center frequency fc of the region of interest are fc = fs / 4.
Alternatively, since sampling is performed in such a relationship that fc = 3fs / 4, Ω c = 2π (fc / fs) = π / 2 or Ω c = 2π (fc / fs) = 3π / 2. The discrete complex exponential function c (n) is

【0040】[0040]

【数6】 (Equation 6)

【0041】となる。ここで、Ωc =π/2の場合を考
えると、任意の整数値nに対して、
## EQU1 ## Here, considering the case of Ω c = π / 2, for an arbitrary integer value n,

【0042】[0042]

【数7】 (Equation 7)

【0043】となり、+1,−j,−1,+jの4種類
の値のみを取ることが分かる。
Thus, it can be seen that only four kinds of values of +1, -j, -1, + j are taken.

【0044】したがって、周波数スペクトルをシフトす
るために実際にx(n)とc(n)とを乗算する必要は
なく、単にデータ数列x(n)を4個周期に、c(n)
のnの値から簡単に割り出される+1,−j,−1,+
jを乗算した場合に合わせて正負符号制御および実数虚
数制御をするだけでよい。すなわち、c(n)がマイナ
ス符号の場合には符号反転計算のみを行い、c(n)が
実数の場合はx(n)の値を全て実数部として処理し、
c(n)が虚数の場合はx(n)の値を全て虚数部とし
て処理すればよい。なお、Ωc =3π/2の場合には、
Ωc =π/2の場合と逆回りになり、+1,+j,−
1,−jとなる。なお、+1→−j→−1→+jまたは
+1→+j→−1→−jの繰り返しの先頭は+1,+
j,−1,−jのうち任意のものでよい。
Therefore, it is not necessary to actually multiply x (n) and c (n) in order to shift the frequency spectrum.
+1, −j, −1, +
It is only necessary to perform the sign control and the real number imaginary number control in accordance with the case where j is multiplied. That is, when c (n) is a minus sign, only the sign inversion calculation is performed, and when c (n) is a real number, all values of x (n) are processed as real parts,
When c (n) is an imaginary number, all values of x (n) may be processed as imaginary parts. When Ω c = 3π / 2,
Ω c = π / 2, the direction is reversed, and +1, + j, −
1, -j. Note that the head of the repetition of + 1 → −j → −1 → + j or + 1 → + j → −1 → −j is +1, +
Any one of j, -1, and -j may be used.

【0045】このように、fc=fs/2またはfc=
3fs/2となるようなサンプリング周波数fsでサン
プリングすることにより、サンプリングデータのサンプ
リング番号に基づいて符号制御および実数,虚数に割り
振るのみの処理で周波数スペクトルのシフトを行うこと
ができ、上記指数関数を実際に乗算して演算する必要が
なくなるため、処理を大幅に簡略化することができる。
Thus, fc = fs / 2 or fc =
By sampling at a sampling frequency fs of 3 fs / 2, the frequency spectrum can be shifted only by sign control and processing of allocating to real and imaginary numbers based on the sampling number of the sampling data. Since it is not necessary to actually multiply and calculate, the processing can be greatly simplified.

【0046】そして、この処理により周波数シフトされ
たサンプリングデータ列は、実数部のみのデータと虚数
部のみのデータが交互に現れるため、後段のフィルタ演
算などの演算においては、実数部の演算・虚数部の演算
ともに通常の演算の1/2の演算量ですませることがで
きる。すなわち、実数部の演算は、+1または−1が乗
算されたサンプリングデータの実数部について行い、虚
数部の演算は、+jまたは−jが乗算されたサンプリン
グデータの虚数部について行えばよく、処理データ長の
半分のデータ長の演算処理部でこれを実現できる。
In the sampling data sequence frequency-shifted by this process, only the real part data and the imaginary part data appear alternately. Therefore, in the operation such as the filter operation at the subsequent stage, the real part operation / imaginary number operation is performed. The operation of each part can be reduced by half the amount of the normal operation. That is, the operation of the real part is performed on the real part of the sampling data multiplied by +1 or -1, and the operation of the imaginary part is performed on the imaginary part of the sampling data multiplied by + j or -j. This can be realized by an arithmetic processing unit having a data length that is half the length.

【0047】また、上記のように中心周波数を0にシフ
トしたことにより、サンプリングデータの間引き(デシ
メイション)によって、図1(D)に示すように、0H
z(DC)を中心とした周波数スペクトルの引き延ばし
が可能になる。サンプリングデータを間引きすることに
より、長時間のサンプリングデータを少ないサンプル点
(データ点数)で取り扱うことができる。
Further, by shifting the center frequency to 0 as described above, the sampling data is thinned (decimated), and as shown in FIG.
The frequency spectrum can be elongated around z (DC). By thinning out the sampling data, long-time sampling data can be handled with a small number of sampling points (data points).

【0048】ここで、デシメイションによってスペクト
ルが拡大されることを数式で説明する。もとの離散数列
データをx(n)とし、この数列のD個毎を残してそれ
以外のデータをゼロに置き換えた数列をxp (n)、x
(n)またはxp (n)からD毎に取り出した、すなわ
ちデシメイションされた数列をxd (n)とする。
Here, the fact that the spectrum is expanded by the decimation will be described using mathematical expressions. The original discrete sequence data is x (n), and a sequence obtained by replacing every other data with zero except for each D sequence of the sequence is x p (n), x
Let x d (n) be a sequence extracted from (n) or x p (n) for each D, that is, decimated.

【0049】これらの数列xd (n)、x(n)、xp
(n)の関係は、 xd (n)=x(nD)=xp (nD) が成立し、それぞれのフーリエ変換をxd (Ω)、x
(Ω)、xp (Ω)とする。上記関係式を用いてx
d (n)のフーリエ変換を求めてみると、
These sequences x d (n), x (n), x p
The relation of (n) is such that x d (n) = x (nD) = x p (nD) holds, and the Fourier transforms are x d (Ω) and x
(Ω) and x p (Ω). Using the above relational expression x
Looking for the Fourier transform of d (n),

【0050】[0050]

【数8】 (Equation 8)

【0051】が成立する。The following holds.

【0052】さらに、周期Dのインパルス列p(n)
は、
Further, an impulse train p (n) having a period D
Is

【0053】[0053]

【数9】 (Equation 9)

【0054】であり、p(n)のフーリエ変換P(Ω)
は、
And the Fourier transform P (Ω) of p (n)
Is

【0055】[0055]

【数10】 (Equation 10)

【0056】である。一方、p(n)は次式で与えら
れ、
Is as follows. On the other hand, p (n) is given by the following equation:

【0057】[0057]

【数11】 [Equation 11]

【0058】このフーリエ変換変換は、This Fourier transform transform is as follows:

【0059】[0059]

【数12】 (Equation 12)

【0060】となるため、,

【0061】[0061]

【数13】 (Equation 13)

【0062】が成立する。Is established.

【0063】このことから、From this,

【0064】[0064]

【数14】 [Equation 14]

【0065】となり、スペクトルが周波数軸に関してD
倍に拡大されたことが分かる。
Where the spectrum is D with respect to the frequency axis.
It can be seen that the magnification was doubled.

【0066】さらに、この発明では、デシメイションレ
ートとして4n(n:正の整数)を用い、このデシメイ
ションによって発生する折り返しスペクトルの重なり合
い(エリアシング)を防止するためのローパスフィルタ
であるFIRフィルタのフィルタ係数に対して上記周波
数シフトのための乗数である+1、−j、−1、+jま
たは+1、+j、−1、−jを予め乗算している。デシ
メイションレートが4nであるから、入力されるサンプ
リングデータ列が4n進む毎にフィルタ演算が行われ、
4個の周期で繰り返す+1、−j、−1、+jまたは+
1、+j、−1、−jの乗数と同期し、同じサンプリン
グデータには常に同じ乗数が乗算されることになるた
め、FIRフィルタに入力するまえにサンプリングデー
タにこの乗数を乗算しておかなくても、フィルタ演算に
おいて同時に上記周波数スペクトルのシフトを行うこと
ができる。さらに、上述したように乗数として+1、−
j、−1、+jまたは+1、+j、−1、−jを用いた
ことにより、サンプリングデータの実数部または虚数の
一方が必ず0となるため、0となるタップ(係数演算)
を省略することでフィルタ長を約1/2にすることがで
きる。
Further, in the present invention, 4n (n: a positive integer) is used as the decimation rate, and the FIR filter which is a low-pass filter for preventing overlapping (aliasing) of aliasing spectra generated by the decimation is used. The filter coefficients are previously multiplied by multipliers for the above-mentioned frequency shift, +1, -j, -1, + j or +1, + j, -1, -j. Since the decimation rate is 4n, a filter operation is performed every time the input sampling data sequence advances by 4n,
+1, -j, -1, + j or + repeated in four cycles
Since the same sampling data is always multiplied by the same multiplier in synchronization with the multipliers of 1, + j, -1, and -j, the sampling data must not be multiplied by this multiplier before being input to the FIR filter. However, the frequency spectrum can be simultaneously shifted in the filter operation. Further, as described above, the multipliers are +1 and −
By using j, -1, + j or +1, + j, -1, -j, either the real part or the imaginary number of the sampling data always becomes 0, so the tap becomes 0 (coefficient operation).
Is omitted, the filter length can be reduced to about 1/2.

【0067】これにより、周波数シフト、FIRフィル
タ処理、およびデシメイションレート4nのデシメイシ
ョン処理を一括して実行することができるとともに、フ
ィルタ長を1/2にする(フィルタ演算量を1/2にす
る)ことができ、処理を大幅に簡略化することができ
る。
As a result, the frequency shift, the FIR filter processing, and the decimation processing at the decimation rate 4n can be collectively executed, and the filter length is reduced to ((the amount of filter operation is reduced to 1 /). And the processing can be greatly simplified.

【0068】このようにして周波数分解能を向上して
も、FFTで求められるのは離散スペクトルであるが、
この離散スペクトルを補間して連続スペクトルの包絡線
を推定することにより、より精度の高いピーク周波数の
検出が可能になる。補間方式としては、たとえば、田部
井・上田法などを用いればよい。
Even if the frequency resolution is improved in this manner, the discrete spectrum is obtained by the FFT.
By estimating the envelope of the continuous spectrum by interpolating the discrete spectrum, it is possible to detect the peak frequency with higher accuracy. As the interpolation method, for example, the Tabei-Ueda method may be used.

【0069】一方、有限長のサンプリングデータを切り
出す場合、その周波数スペクトルを保存するためハニン
グ窓などの窓関数を乗じてデータの切り出しを行うこと
がよく行われるが、この窓関数の各関数列に対して周波
数スペクトルをシフトするための離散指数関数列c
(n)を予め乗算しておき、これをサンプリングされた
データ列x(n)に乗ずることにより、窓関数によるサ
ンプリングデータの切り出しと周波数スペクトルのシフ
トを同時に行うことができる。
On the other hand, when cutting out finite-length sampling data, it is common practice to cut out data by multiplying by a window function such as a Hanning window in order to preserve the frequency spectrum. Exponential function sequence c for shifting the frequency spectrum
By multiplying (n) in advance and multiplying it by the sampled data sequence x (n), it is possible to simultaneously cut out sampling data and shift the frequency spectrum by the window function.

【0070】さらに、この場合においても、図12に示
すように上記周波数スペクトルのシフトと同様にサンプ
リング周波数fsと注目領域の中心周波数fcが、fc
=fs/2またはfc=3fs/2となるような関係で
サンプリングすることにより、窓関数列に対して+1,
−j,−1,+jまたは+1,+j,−1,−jの乗数
データ列を乗算したものをデータ列に乗算するのみで、
簡略にサンプリングデータの切り出しと周波数スペクト
ルのシフトおよび必要であればスペクトルの反転を同時
に行うことができる。
Further, also in this case, as shown in FIG. 12, similarly to the shift of the frequency spectrum, the sampling frequency fs and the center frequency fc of the region of interest are fc
= Fs / 2 or fc = 3fs / 2, sampling is performed by adding +1,
-J, -1, + j or +1, + j, -1, -j are simply multiplied by the data sequence multiplied by the data sequence.
Simply, sampling data can be cut out, the frequency spectrum can be shifted, and if necessary, the spectrum can be inverted.

【0071】[0071]

【発明の実施の形態】図2は、この発明の実施形態であ
るドップラ流量計のブロック図、図3は同ドップラ流量
計のトランスデューサ部の外観図、図4は同ドップラ流
量計の受信部のブロック図である。この流量計は、人工
心肺装置の血流を測定する血流量計などに適用されるも
のである。人工心肺装置は、血液を一定量ずつ定常流で
供給する場合や、実際の動脈流のように一定周期の拍動
流で供給する場合があり、血流量計はそのいずれの場合
でも正確な血流量を検出する必要がある。また、手術中
に血栓や接合部の異常などで血液が逆流する場合がある
が、これは患者の生命にかかわる事態であるため、いち
早くこれを検出する必要がある。この流量計はこのよう
な要求に応えたものである。
FIG. 2 is a block diagram of a Doppler flowmeter according to an embodiment of the present invention, FIG. 3 is an external view of a transducer section of the Doppler flowmeter, and FIG. 4 is a view of a receiving section of the Doppler flowmeter. It is a block diagram. This flow meter is applied to a blood flow meter that measures the blood flow of a heart-lung machine. An artificial heart-lung machine may supply a constant amount of blood in a constant flow, or may supply the blood in a pulsatile flow at a constant cycle like an actual arterial flow. It is necessary to detect the flow rate. In addition, blood may flow backward due to abnormalities in blood clots or joints during the operation, but this is a situation that affects the life of the patient, and therefore it is necessary to detect this immediately. This flow meter meets such a requirement.

【0072】ドップラ流量計は、送信部1,受信部2お
よび制御部3からなっている。送信部1は、チューブ6
内を流れる流体(血液)に対して超音波を送信する送信
用トランスデューサ4を有している。また、受信部2
は、前記流体からの反射波信号を受信する受信用トラン
スデューサ5を有している。これらトランスデューサ
4,5は、それぞれ治具7,8により、チューブ6に対
して角度αで固定されている。この治具7,8の内部に
は超音波を減衰させないようにジェル状の物質が充填さ
れている。ドップラ流速計は、流体中の粒子で超音波を
反射させ、この反射波信号のドップラシフトによって流
速を計測するものであるため、超音波は1MHz程度の
高周波が使用される。
The Doppler flow meter comprises a transmitting section 1, a receiving section 2 and a control section 3. The transmitting unit 1 includes a tube 6
It has a transmitting transducer 4 for transmitting ultrasonic waves to a fluid (blood) flowing in the inside. Also, the receiving unit 2
Has a receiving transducer 5 for receiving a reflected wave signal from the fluid. These transducers 4 and 5 are fixed at an angle α to the tube 6 by jigs 7 and 8, respectively. The jigs 7 and 8 are filled with a gel-like substance so as not to attenuate the ultrasonic waves. Since the Doppler velocimeter reflects ultrasonic waves from particles in a fluid and measures the flow velocity by Doppler shift of the reflected wave signal, a high frequency of about 1 MHz is used for the ultrasonic waves.

【0073】図4において、受信用トランスデューサ5
は、高周波アンプ10に接続されている。受信用トラン
スデューサ5が受信した反射波信号は、この高周波アン
プ10で増幅される。増幅された反射波信号は、バンド
パスフィルタ11に入力される。バンドパスフィルタ1
1はこの反射波信号のうち反射波信号のスペクトルが分
布する周波数帯域(注目領域)のみを通過させ、それ以
外の周波数領域のノイズを除去する。この注目領域以外
のノイズの除去は、後段のアンダーサンプリングにおい
て折り返しノイズによるスペクトルの破壊を防ぐために
必須である。ドップラ流量計の場合、上記注目領域(す
なわちバンドパスフィルタ11の透過帯域)は、2kH
z程度で十分である。この帯域幅についての詳細は後述
する。バンドパスフィルタ11によって帯域が制限され
た反射波信号はアンプ12によってサンプリング可能な
レベルまで増幅され、A/Dコンバータ13に入力され
る。
In FIG. 4, the receiving transducer 5
Are connected to the high-frequency amplifier 10. The reflected wave signal received by the receiving transducer 5 is amplified by the high-frequency amplifier 10. The amplified reflected wave signal is input to the band pass filter 11. Bandpass filter 1
1 passes only the frequency band (region of interest) in which the spectrum of the reflected wave signal is distributed among the reflected wave signals, and removes noise in other frequency regions. The removal of noise outside the region of interest is indispensable to prevent destruction of the spectrum due to aliasing noise in the subsequent undersampling. In the case of a Doppler flow meter, the above-mentioned region of interest (that is, the transmission band of the bandpass filter 11) is 2 kHz.
z is sufficient. Details of this bandwidth will be described later. The reflected wave signal whose band is limited by the band-pass filter 11 is amplified to a level that can be sampled by the amplifier 12 and input to the A / D converter 13.

【0074】A/Dコンバータ13はこの反射波信号を
注目領域の帯域幅Δfの2倍以上のサンプリング周波数
fsでサンプリングする。このサンプリング周波数fs
は、キャリア周波数fcよりも低い周波数でもよい。こ
のサンプリング周波数fsとキャリア周波数fcおよび
帯域幅Δf(=B)との関係についての詳細は後述す
る。
The A / D converter 13 samples this reflected wave signal at a sampling frequency fs that is at least twice the bandwidth Δf of the region of interest. This sampling frequency fs
May be lower than the carrier frequency fc. The details of the relationship between the sampling frequency fs, the carrier frequency fc, and the bandwidth Δf (= B) will be described later.

【0075】このA/Dコンバータ13でアンダーサン
プリングされディジタルデータ(サンプリングデータ)
に変換された反射波信号はDSP14に入力される。D
SPはこのサンプリングデータをFFT解析してドップ
ラシフト周波数を割り出し、これに基づいて血液の流
速、流量を割り出す。上記A/Dコンバータ13として
は、サンプルホールド回路を内蔵した広帯域高速A/D
変換器(サンプリングA/D変換器)を用いればよい。
Digital data (sampling data) undersampled by the A / D converter 13
Is input to the DSP 14. D
The SP performs an FFT analysis on the sampling data to determine a Doppler shift frequency, and determines a blood flow velocity and flow rate based on the Doppler shift frequency. As the A / D converter 13, a wideband high-speed A / D having a built-in sample hold circuit is used.
A converter (sampling A / D converter) may be used.

【0076】このように、入力信号周波数の250分の
1程度の周波数でサンプリングするアンダーサンプリン
グを用いることによって、フロントエンドのアナログ回
路を少なくして信号の歪みを少なくすることができる。
ミキサによるIFサンプリングによって発生する1/f
ノイズが少ない。ミキサによる信号のロス(通常−3d
B〜−7dB程度)がない。DCオフセットの誘導がな
い。ローカル周波数成分自身が他の回路に漏れる心配が
ない。サンプルデータの転送レートを遅くできる(バン
ド幅を狭くできる)。大容量のデータメモリが不要にな
る。DSPでデータを直接処理できるようになり、リア
ルタイム処理が容易になる。などの利点が生じる。
As described above, by using undersampling at a frequency of about 1/250 of the input signal frequency, it is possible to reduce the number of front-end analog circuits and reduce signal distortion.
1 / f generated by IF sampling by mixer
Low noise. Loss of signal by mixer (usually -3d
B to about -7 dB). There is no induction of DC offset. There is no fear that the local frequency component leaks to other circuits. The transfer rate of sample data can be reduced (the bandwidth can be narrowed). Eliminates the need for a large data memory. Data can be directly processed by the DSP, which facilitates real-time processing. And other advantages.

【0077】図3に示す構成で流体(血液)の流量を計
測する場合の各部の設定値の例を示す。まず、チューブ
6として外径約1cmの樹脂チューブを用いると、内径
は0.953cmであり、その断面積は0.713cm
2 である。この断面積にドップラシフト周波数から求め
た流速を乗算することにより、流量が計算される。たと
えば、100ml/minの流量を測定する場合、その
流速は2.34cm/secである。上記トランスデュ
ーサ4,5の角度αを45°とし、送信周波数を約1M
Hzとすると、上記流速に対応するドップラシフト周波
数は約22ヘルツである。この条件で、5ml/sec
の速度分解能を得るためには、ほぼ1ヘルツの周波数分
解能が要求される。
An example of the set value of each part when measuring the flow rate of the fluid (blood) with the configuration shown in FIG. 3 will be described. First, when a resin tube having an outer diameter of about 1 cm is used as the tube 6, the inner diameter is 0.953 cm, and the cross-sectional area is 0.713 cm.
2 The flow rate is calculated by multiplying this cross-sectional area by the flow velocity obtained from the Doppler shift frequency. For example, when measuring a flow rate of 100 ml / min, the flow rate is 2.34 cm / sec. The angle α of the transducers 4 and 5 is 45 °, and the transmission frequency is about 1M.
In Hz, the Doppler shift frequency corresponding to the above flow rate is about 22 Hertz. Under these conditions, 5 ml / sec
In order to obtain the speed resolution, a frequency resolution of approximately 1 Hertz is required.

【0078】仮に、計測範囲を5ml/min〜100
0ml/minとし、送信周波数を1.0MHzとする
と、最大ドップラシフト周波数は±220ヘルツとな
る。
Assume that the measurement range is 5 ml / min to 100
Assuming 0 ml / min and a transmission frequency of 1.0 MHz, the maximum Doppler shift frequency is ± 220 Hertz.

【0079】そこで、この実施形態では、図5に示すよ
うに、送信周波数から±2kHzの帯域を注目領域とし
て切り出すことにし、アンダーサンプリングの処理がし
易いように、送信周波数fc(注目領域の中心周波数)
を998kHzに設定した。すなわち、反射波信号の最
高周波数Fmaxを1000kHzまで許すことにし
た。
Therefore, in this embodiment, as shown in FIG. 5, a band of ± 2 kHz from the transmission frequency is cut out as a region of interest, and the transmission frequency fc (the center of the region of interest) is selected so that the undersampling process can be easily performed. frequency)
Was set to 998 kHz. That is, the maximum frequency Fmax of the reflected wave signal is allowed up to 1000 kHz.

【0080】したがって、この実施形態では、上記条件
で送信キャリア周波数を998kHz、サンプリング周
波数を8kHzとしてアンダーサンプリングを行う。こ
のアンダーサンプリングでは、図5(B)に示すよう
に、N=Fmax/B=1000/4=250であり、
Nが偶数であるため、反転したスペクトルが周波数0〜
4kHzの間に現れる。
Therefore, in this embodiment, under-sampling is performed with the transmission carrier frequency set to 998 kHz and the sampling frequency set to 8 kHz under the above conditions. In this undersampling, as shown in FIG. 5B, N = Fmax / B = 1000/4 = 250,
Since N is an even number, the inverted spectrum is
Appears between 4 kHz.

【0081】DSP14は、この0〜4kHzの間に現
れたスペクトルをFFTし、ドップラシフト周波数を解
析する。DSP14は、マイクロプログラムによって動
作するが、図6にDSP14の概略動作のフローチャー
トを示す。この動作は一定時間(約1秒)毎に繰り返し
実行される。まず、1024点のサンプリング点を切り
出してFFTを実行してスペクトル分布を求める(s
1)。サンプリング周波数fs=8kHzであるから、
1024点のサンプリング点は、0.128秒のサンプ
リング時間に相当し、周波数分解能は8000/102
4=7.8Hzとなる。前回,前々回など過去の解析結
果と比較してこの流れが定常流であるか拍動流であるか
を判断する(s2)。このとき、流れが逆流しているか
否かも同時に判断される。拍動流の場合には、流速の時
間変動が大きいため、これ以上の長いサンプリング時間
で解析しても正確な解析が不可能である。この場合には
s5に進み、前記解析で求められた離散スペクトルを補
間して実際のピークを推定する(s5)。この推定法と
しては、田部井・上田法などを適用すればよい。この補
間法を用いれば周波数分解能を10倍ないし(ノイズが
ない場合には)100倍程度に高めることができるた
め、1024点のサンプリング点によるFFTでも1H
z以下の周波数分解能を実現することができる。また、
スペクトルの中心等から平均ドップラ周波数を求めるこ
とも可能である。
The DSP 14 performs an FFT on the spectrum appearing between 0 and 4 kHz and analyzes the Doppler shift frequency. The DSP 14 operates according to a microprogram. FIG. 6 shows a flowchart of a schematic operation of the DSP 14. This operation is repeatedly executed at regular intervals (about one second). First, 1024 sampling points are cut out and FFT is performed to obtain a spectrum distribution (s
1). Since the sampling frequency fs = 8 kHz,
The 1024 sampling points correspond to a sampling time of 0.128 seconds, and the frequency resolution is 8000/102.
4 = 7.8 Hz. It is determined whether this flow is a steady flow or a pulsating flow by comparing with the past analysis results, such as the last time and the last two times (s2). At this time, whether or not the flow is flowing backward is also determined at the same time. In the case of a pulsatile flow, since the time variation of the flow velocity is large, accurate analysis cannot be performed even if analysis is performed with a longer sampling time. In this case, the process proceeds to s5, and the actual peak is estimated by interpolating the discrete spectrum obtained by the analysis (s5). As this estimation method, the Tabei-Ueda method or the like may be applied. If this interpolation method is used, the frequency resolution can be increased by a factor of 10 to 100 (in the absence of noise), so that even an FFT with 1024 sampling points can achieve 1H.
A frequency resolution of z or less can be realized. Also,
It is also possible to obtain the average Doppler frequency from the center of the spectrum or the like.

【0082】一方、s2で定常流であると判断された場
合には、サンプリング点を8分の1に間引くデシメイシ
ョン処理を行う(s3)。このデシメイション処理を行
うためには、同時に注目領域の中心周波数を2kHzか
ら0Hzにシフトするデモジュレイション処理およびス
ペクトルが分布している周波数帯域以外のノイズ成分を
除去するローパスフィルタ処理を同時に行う必要があ
る。このDSP14ではこれらの処理をFIRフィルタ
で一括して行うようにしている。これらについての詳細
は後述する。このデシメイション処理ののち1024点
のFFTを実行し、0.98Hzの周波数分解能でスペ
クトル分布を求める(s4)。すなわち、1024点で
あっても8倍のデシメイションによってサンプリング時
間が1.024秒に長くなっているため、上記周波数分
解能を得ることができる。
On the other hand, if it is determined in s2 that the flow is a steady flow, a decimation process of thinning out the sampling points to 1/8 is performed (s3). In order to perform this decimation process, it is necessary to simultaneously perform a demodulation process for shifting the center frequency of the region of interest from 2 kHz to 0 Hz and a low-pass filter process for removing noise components other than the frequency band in which the spectrum is distributed. There is. In the DSP 14, these processes are collectively performed by an FIR filter. Details of these will be described later. After this decimation processing, the FFT of 1024 points is executed, and a spectrum distribution is obtained with a frequency resolution of 0.98 Hz (s4). In other words, even if there are 1024 points, the sampling time is extended to 1.024 seconds due to the 8 times decimation, so that the above frequency resolution can be obtained.

【0083】そして、さらにこのスペクトル分布を補間
し(s5)、0.1Hz以下の周波数分解能でドップラ
シフト周波数を求める。
Then, the spectrum distribution is further interpolated (s5), and a Doppler shift frequency is obtained with a frequency resolution of 0.1 Hz or less.

【0084】ドップラシフト周波数を求めたのち、流速
および流体(血液)の流量を算出する(s6,s7)。
After obtaining the Doppler shift frequency, the flow velocity and the flow rate of the fluid (blood) are calculated (s6, s7).

【0085】一方、s2で周波数スペクトルの分布が明
らかに負であった場合には、逆流していると判断してア
ラームを発する(s8)。アラームとしては、音響的な
ものでも表示的なものでもよく、これらを併用してもよ
い。
On the other hand, if the frequency spectrum distribution is clearly negative in s2, it is determined that the current is flowing backward, and an alarm is issued (s8). The alarm may be an acoustic alarm or a display alarm, and these alarms may be used in combination.

【0086】ここで、上記デシメイション処理について
詳述する。8kHzのサンプリング周波数で約1秒間の
サンプリング時間のFFTを行おうとすれば、約800
0点のサンプリング点についてFFTを行う必要があ
り、演算量が膨大になるため実際的ではない。しかし、
反射波信号のスペクトル分布はサンプリング周波数に比
べて狭帯域であることが分かっているため、実際にスペ
クトルが分布している領域のみを拡大(ズーミング)し
て8192点FFTと同じ周波数分解能を保ちながらよ
り少ない点数のFFTを実行する。
Here, the decimation process will be described in detail. If an FFT with a sampling frequency of about 1 second is performed at a sampling frequency of 8 kHz, about 800
It is necessary to perform FFT on zero sampling points, which is not practical because the amount of calculation is enormous. But,
Since it is known that the spectrum distribution of the reflected wave signal is narrower than the sampling frequency, only the region where the spectrum is actually distributed is enlarged (zoomed) while maintaining the same frequency resolution as the 8192-point FFT. Perform FFT with fewer points.

【0087】デシメイション(decimation)
によってFFT点数を下げると、ゼロ周波数を中心にス
ペクトルが拡大される。このため、ドップラシフトのゼ
ロ周波数に対応する2.0kHzをスペクトルのゼロ周
波数に平行移動(周波数シフト)しておき、これをデシ
メイションすれば、ドップラシフト成分が拡大されるこ
とが分かる。一方、6kHzの周波数シフトを行えば元
のスペクトルから反転していない写像をゼロ周波数にシ
フトすることができ、スペクトルの反転をシフトによっ
て修正することができる。なお、周波数スペクトルが反
転していても、DSP14の演算において周波数の±を
反転することによって容易にこれを修正することができ
る。
Decimation
When the number of FFT points is reduced by, the spectrum is expanded around the zero frequency. For this reason, it can be seen that if 2.0 kHz corresponding to the zero frequency of the Doppler shift is translated in parallel to the zero frequency of the spectrum (frequency shift) and decimated, the Doppler shift component is enlarged. On the other hand, if a frequency shift of 6 kHz is performed, a mapping that is not inverted from the original spectrum can be shifted to zero frequency, and the inversion of the spectrum can be corrected by the shift. Even if the frequency spectrum is inverted, it can be easily corrected by inverting ± of the frequency in the operation of the DSP 14.

【0088】DSP14において、周波数スペクトルを
ズーミングする処理の機能ブロックを図7に示す。ま
た、この機能ブロックによってスペクトルがどのように
変換されるかを図8に示す。
FIG. 7 shows a functional block of processing for zooming the frequency spectrum in the DSP 14. FIG. 8 shows how the spectrum is converted by this functional block.

【0089】図7において、ミキサ20においてサンプ
リングデータ列に、〔数1〕の複素関数列を乗算する。
これにより、同図(A)のように注目領域の中心周波数
が0Hzにシフトされる。そして、このデータ列からロ
ーパスフィルタ21によってスペクトル分布領域以外を
カットする。これによって、図8(B)のように反転し
たスペクトルがカットされ、複素数で表されたスペクト
ル分布と同様になる。次に、デシメイション処理22に
よりサンプリング周波数fsによってサンプリングされ
たデータ数列をx(nこのサンプリングデータから8個
毎にデータを取り出す。すなわち、8192個のデータ
から1024個のデータを取り出す。これにより、同図
(C)に示すようにスペクトルが8倍に伸長される。こ
の伸張されたデータを用いてFFT23を実行する。
In FIG. 7, the mixer 20 multiplies the sampling data sequence by the complex function sequence of [Equation 1].
As a result, the center frequency of the attention area is shifted to 0 Hz as shown in FIG. Then, a portion other than the spectrum distribution region is cut from this data string by the low-pass filter 21. Thus, the inverted spectrum is cut as shown in FIG. 8B, and the spectrum distribution becomes similar to the spectrum distribution represented by the complex number. Next, the data sequence sampled at the sampling frequency fs by the decimation process 22 is x (n, data is extracted from the sampled data every eight data items. That is, 1024 data items are extracted from 8,192 data items. 8C, the spectrum is expanded by a factor of 8. The FFT 23 is performed using the expanded data.

【0090】ここで、実際には、DSP14はデモジュ
レーション、フィルタリング、デシメイションを図7に
示すように順次行うのではなく、これらをFIRフィル
タを用いて一括して行っている。以下、この簡略化され
た演算処理方式について説明する。
Here, actually, the DSP 14 does not sequentially perform demodulation, filtering, and decimation as shown in FIG. 7, but performs them collectively using an FIR filter. Hereinafter, the simplified arithmetic processing method will be described.

【0091】サンプリング周波数fsによってA/D変
換されたデータ数列x(n)から得られる周波数スペク
トルの注目領域(スペクトルが展開している周波数帯)
を拡大するためにデシメイション処理を行う。
A region of interest of the frequency spectrum obtained from the data sequence x (n) A / D converted by the sampling frequency fs (frequency band where the spectrum is developed)
Decimation processing is performed to enlarge.

【0092】このデシメイション処理を可能にするため
に前記注目領域の中心周波数(2kHz)をゼロ周波数
(DC)にシフトする。すなわち、周波数軸に対してス
ペクトルを並行移動する。この操作は、上述したよう
に、前記サンプリングデータ数列x(n)の各データに
対して離散複数指数関数列c(n)を乗算することによ
って行う。
To enable this decimation process, the center frequency (2 kHz) of the region of interest is shifted to zero frequency (DC). That is, the spectrum is shifted in parallel with respect to the frequency axis. This operation is performed by multiplying each data of the sampling data sequence x (n) by the discrete multiple exponential function sequence c (n) as described above.

【0093】サンプリング周波数8kHzでサンプリン
グされ、中心周波数2kHzの離散時間データ列となっ
た信号に対して、〔数7〕の指数関数列を乗算すること
によって中心周波数2kHzが0(DC)になるように
周波数スペクトルをシフトする。この離散複素指数関数
列は、複素単位乗数データ列(+1、−j、−1、+j
または+1、+j、−1、−jの任意の値から開始する
数列)の4種類の値のみを取るから、実際の処理では乗
算を行う必要がなく、c(n)がマイナス符号の場合に
は符号反転計算のみを行い、c(n)が実数の場合はx
(n)の値を全て実数部とし、c(n)が虚数の場合は
x(n)の値を全て虚数部とするのみである。
A signal sampled at a sampling frequency of 8 kHz and converted to a discrete-time data string having a center frequency of 2 kHz is multiplied by an exponential function string of [Formula 7] so that the center frequency 2 kHz becomes 0 (DC). To shift the frequency spectrum. This discrete complex exponential function sequence is a complex unit multiplier data sequence (+1, -j, -1, + j
Or only four types of values (sequences starting from arbitrary values of +1, + j, −1, and −j), there is no need to perform multiplication in actual processing, and when c (n) is a minus sign, Performs only the sign inversion calculation, and if c (n) is a real number, x
If all the values of (n) are real parts, and if c (n) is an imaginary part, only the values of x (n) are all imaginary parts.

【0094】図9は、A/Dデータバッファx(n)か
ら複素数バッファX(n)への転記方式を説明する図で
ある。A/Dデータバッファx(n)は、アンダーサン
プリングされたサンプリングデータ(A/Dデータ)列
を記憶するバッファであり、複素数バッファX(n)
は、中心周波数=0に周波数スペクトルシフトされた虚
数部を含むサンプリングデータ列を記憶するバッファで
ある。
FIG. 9 is a diagram for explaining a method of transferring data from the A / D data buffer x (n) to the complex number buffer X (n). The A / D data buffer x (n) is a buffer for storing an undersampled sampling data (A / D data) sequence, and is a complex number buffer X (n).
Is a buffer that stores a sampling data string including an imaginary part whose frequency spectrum has been shifted to the center frequency = 0.

【0095】この図において、x(0)はそのままX
(0)の実数部に転記され、X(0)の虚数部には0が
書き込まれている。x(1)は正負の符号を反転された
のちX(1)の虚数部に転記され、X(1)の実数部に
は0が書き込まれている。x(2)は正負の符号を反転
されたのちX(2)の実数部に転記され、X(2)の虚
数部には0が書き込まれている。x(3)はそのままX
(3)の虚数部に転記され、X(3)の実数部には0が
書き込まれている。このように、離散複素指数関数の演
算結果を複素単位乗数データ列(+1、−j、−1、+
jまたは+1、+j、−1、−jの任意の値から開始す
る数列)の値にしたがって順次符号反転および転記を繰
り返すのみでこの周波数シフトを行うことができ、指数
関数を実際に乗算して演算する必要がなくなり、処理を
大幅に簡略化することができる。
In this figure, x (0) is X
The data is transcribed to the real part of (0), and 0 is written to the imaginary part of X (0). After the sign of x (1) is inverted, it is transcribed to the imaginary part of X (1), and 0 is written to the real part of X (1). After the sign of x (2) is inverted, it is transcribed to the real part of X (2), and 0 is written to the imaginary part of X (2). x (3) is X as it is
The imaginary part of (3) is transcribed, and 0 is written in the real part of X (3). As described above, the operation result of the discrete complex exponential function is converted into a complex unit multiplier data string (+1, -j, -1, +
This frequency shift can be performed only by sequentially repeating the sign inversion and the transcription in accordance with the value of j or any sequence of +1, + j, -1, -j), and the exponential function is actually multiplied. There is no need to perform calculations, and processing can be greatly simplified.

【0096】さらに、前記複素数バッファX(n)の実
数部Real(n)、Imaginary(n)のうち
一方は必ず0であるため、上記規則に基づいて0になる
側が分かっていれば0を記憶するバッファを省略してバ
ッファの記憶領域を実質的に半分にすることができる。
Further, since one of the real parts Real (n) and Imaginary (n) of the complex number buffer X (n) is always 0, 0 is stored if the side which becomes 0 based on the above rule is known. By omitting the buffer, the storage area of the buffer can be substantially halved.

【0097】このように処理が簡略化されたとはいえ、
連続波ドップラシモード時にFFT処理のたびにデシメ
イション前のA/D変換データ全点数Nの周波数スペク
トルシフト計算を行うことは、そのデータ点数が多いこ
とから処理に時間が掛かる。たとえば、FFT点数10
24、デシメイションレート8とするとNは8192と
なる。
Although the processing has been simplified in this way,
Performing the frequency spectrum shift calculation of the total number N of the A / D conversion data before decimation every time the FFT processing is performed in the continuous wave Doppler mode takes time because of the large number of data points. For example, FFT score 10
If N is 24 and the decimation rate is 8, N is 8192.

【0098】また、スペクトル帯域を限定するためのフ
ィルタとしてFIRフィルタが一般的に用いられるが、
サンプリングデータx(n)の全てにFIRフィルタリ
ング処理をしても、そのうちデシメイションレートDの
デシメイションによって選択される1/Dのデータしか
使用されないため無駄である(なお、この説明における
x(n)は、上記周波数シフトされたX(n)を表すも
のとする。)。このため、各データ毎にフィルタリング
処理をせず、デシメイションによって破棄されるデータ
をスキップし、D番目のデータ毎にフィルタ処理をする
ようにする。この破棄されるデータをスキップするFI
Rフィルタ処理をブロック図で示すと図10のようにな
る。この図において左端の入力端から1データずつ連続
して入力されるサンプリングデータx(n)のうち、デ
シメイションによって選択されたデータx(Dn)が入
力されたときのみ、FIRフィルタが機能し、各タップ
の演算部はフィルタ係数を乗算したデータを出力する。
これらのデータを加算すればフィルタリングされたx
(Dn)のデータを得ることができる。デシメイション
によって破棄されるデータが入力端から入力された場合
には上段の遅延回路(シフトレジスタ)のみ機能し、各
タップの演算部の動作を休止させていればよい。これに
よって、フィルタリングとデシメイションを同時に行う
ことができる。
An FIR filter is generally used as a filter for limiting a spectrum band.
Even if all the sampling data x (n) are subjected to the FIR filtering processing, only 1 / D data selected by the decimation of the decimation rate D is used, which is wasteful (x (n in this description). ) Represents the frequency-shifted X (n).) Therefore, the filtering process is not performed for each data, the data discarded by the decimation is skipped, and the filtering process is performed for each D-th data. FI to skip this discarded data
FIG. 10 is a block diagram showing the R filter processing. In this figure, the FIR filter functions only when the data x (Dn) selected by the decimation is input among the sampling data x (n) which is input one by one continuously from the left end input terminal, The operation unit of each tap outputs data multiplied by the filter coefficient.
By adding these data, the filtered x
(Dn) data can be obtained. When data to be discarded by the decimation is input from the input terminal, only the upper delay circuit (shift register) functions and the operation of the arithmetic unit of each tap only needs to be stopped. Thus, filtering and decimation can be performed simultaneously.

【0099】ここで、FIRフィルタは、x(n)の実
数部および虚数部に対応して2系統が必要であるが、x
(n)の各項はそれぞれ実数部または虚数部のみ有意な
値をもち他方は0である(図9参照)。したがって、D
が2の倍数であればFIRフィルタから値を出力すると
きに、有意な実数部と有意な虚数部が与えられるフィル
タ係数、および、0である実数部と0である虚数部が与
えられるフィルタ係数は決まっている。したがって、D
を2の倍数になるように設定すれば、必ず0が与えられ
るフィルタ係数およびその演算処理を省略することがで
きる。
Here, the FIR filter requires two systems corresponding to the real part and the imaginary part of x (n).
Each term in (n) has a significant value only in the real part or imaginary part, and the other is 0 (see FIG. 9). Therefore, D
Is a multiple of 2, when outputting a value from the FIR filter, a filter coefficient to which a significant real part and a significant imaginary part are given, and a filter coefficient to which a real part of 0 and an imaginary part of 0 are given Is decided. Therefore, D
Is set to be a multiple of 2, it is possible to omit a filter coefficient to which 0 is always given and its calculation processing.

【0100】さらに、上述したように周波数シフトは、
入力されたサンプリングデータを実数部または虚数部に
転記するとともにその符号を制御する処理であり、4デ
ータ毎に、(+1,−j,−1,+j)または(+1、
+j、−1、−j)の処理を繰り返し行うものである。
そこで、この実数部または虚数部として取り出す処理お
よび正負符号をフィルタ係数として内蔵することによ
り、周波数シフト、フィルタリング、デシメイションを
同時に処理することができる。
Further, as described above, the frequency shift is
This is a process of transferring the input sampling data to a real part or an imaginary part and controlling the sign thereof. For every four data, (+1, -j, -1, + j) or (+1,
+ J, -1, -j) are repeatedly performed.
Therefore, by incorporating the processing for extracting the real or imaginary part and the sign as a filter coefficient, frequency shift, filtering, and decimation can be simultaneously performed.

【0101】図11に周波数シフト、フィルタリング、
デシメイションの一括処理であるFFT前処理プロセス
のブロック図を示す。この図は、フィルタ長が奇数であ
り、且つ、(L+1)/2が偶数の場合を示している。
この処理の条件としてデシメイションレートDが周波数
シフト処理の繰り返しステップである4の倍数であるこ
とが要求される。デシメイションによってD個に1個の
割合で選択されるデータx(Dn)が入力されたとき、
このx(Dn)からフィルタ長だけ逆上ったデータx
(Dn−(L−1))までのデータに対して、フィルタ
係数h(0),h(1),−h(2),−h(3),…
…,−h(L−1)を乗算し、x(Dn)・h(0)+
x(Dn−2)・(−h(2))+……+x(Dn(L
−1))・(−h(L−1))をフィルタ出力の実数部
として出力する。且つ、x(Dn−1)・h(1)+x
(Dn−3)・(−h(3))+……+x(Dn(L−
1))・h(L−1)をフィルタ出力の虚数部として出
力する。これにより、周波数シフトおよびフィルタリン
グを同時に行うことができる。そして、A/Dデータが
Dだけ進み、次の選択データx(D(n+1))が入力
されたとき同様の処理を行う。このD毎の処理によりデ
シメイションが実行される。このように、A/Dデータ
を1データずつ進め、デシメイションにより選択される
データが入力されたとき、フィルタリングおよび周波数
シフトを一気に行うようにしたことにより、処理が簡略
化されるとともに、無駄な演算処理を全く行うことがな
いため、演算所要時間を大きく短縮することができる。
FIG. 11 shows frequency shift, filtering,
FIG. 4 shows a block diagram of an FFT pre-processing process which is a batch process of decimation. This figure shows a case where the filter length is odd and (L + 1) / 2 is even.
As a condition of this processing, the decimation rate D is required to be a multiple of 4 which is a repetition step of the frequency shift processing. When data x (Dn) selected at a rate of one per D by decimation is input,
Data x that is inverted from this x (Dn) by the filter length
For data up to (Dn- (L-1)), filter coefficients h (0), h (1), -h (2), -h (3),.
.., −h (L−1), and x (Dn) · h (0) +
x (Dn−2) · (−h (2)) +... + x (Dn (L
-1)) · (-h (L-1)) is output as the real part of the filter output. And x (Dn−1) · h (1) + x
(Dn−3) · (−h (3)) +... + X (Dn (L−
1)) Output h (L-1) as the imaginary part of the filter output. Thereby, frequency shift and filtering can be performed simultaneously. Then, when the A / D data advances by D and the next selection data x (D (n + 1)) is input, the same processing is performed. Decimation is performed by the processing for each D. As described above, the A / D data is advanced one data at a time, and when data selected by decimation is input, filtering and frequency shifting are performed at a stretch, thereby simplifying the processing and usinglessly. Since no arithmetic processing is performed, the time required for the arithmetic operation can be greatly reduced.

【0102】なお、上述したようにこの例では、フィル
タ長が奇数であり、且つ、(L+1)/2が偶数の場合
を示しているが、(L+1)/2が奇数の場合でも、ま
た、フィルタ長が偶数でL/2が奇数・偶数の場合でも
同様に処理することが可能である。
As described above, this example shows a case where the filter length is an odd number and (L + 1) / 2 is an even number. However, even when (L + 1) / 2 is an odd number, The same processing can be performed even when the filter length is even and L / 2 is odd / even.

【0103】なお、この実施形態は血流などチューブ内
を流れる流体の速度を計測するドップラ流速計について
したが、この発明は、このような流速計のみならず、一
定方向に流れるものであれば、どのようなものにでも適
用することができる。さらに、負の周波数検出も可能で
あるため、両方向の流速についても計測することができ
る。
In this embodiment, the Doppler velocimeter for measuring the velocity of a fluid flowing in a tube such as a blood flow has been described. , Can be applied to anything. Further, since negative frequency detection is also possible, it is possible to measure the flow velocity in both directions.

【0104】なお、上記実施形態では、DSP14の周
波数シフト処理に至るまでは実数値データのみで処理す
るようにしているが、事前に反射波信号を複素数信号
(I信号,Q信号)に分離するようにしてもよい。どの
段階で分離するかは任意である。図13(A)のように
ミキサでダウンコンバートする時点で乗算するローカル
信号の位相をπ/2シフトすることによって分離しても
よい。また、同図(B)のようにサンプリングしたのち
DSP14においてフィルタ(バンドパスフィルタとヒ
ルベルトフィルタ)で分離するようにしてもよい。
In the above embodiment, the processing is performed only with the real-valued data until the frequency shift processing of the DSP 14 is performed. However, the reflected wave signal is separated into complex signals (I signal, Q signal) in advance. You may do so. The stage at which separation is performed is arbitrary. As shown in FIG. 13A, the local signal to be multiplied at the time of down-conversion by the mixer may be separated by shifting the phase by π / 2. Alternatively, the sampling may be performed as shown in FIG. 3B and then separated by a filter (a band-pass filter and a Hilbert filter) in the DSP 14.

【0105】上記のように2個のミキサを用いてI,Q
信号に分離する直交検波を行う回路においてもアンダー
サンプリングを適用することができる。
As described above, I and Q are obtained by using two mixers.
Undersampling can also be applied to a circuit that performs quadrature detection that separates signals.

【0106】さらに、1チャンネルのアンダーサンプリ
ングした信号からI,Q信号の分離をディジタルフィル
タまたはDSPで実現すると、I,Q間のミスマッチが
ない。出力振幅の不均一さがない。I,Q間のπ/2位
相シフトの変動による位相ずれを無視できる。2個のA
/D変換器間の同期を全く考慮せずに実現することがで
きる。1個のA/D変換器のみで実現が可能になる。
I,Q間の振幅ミスマッチが全くなく、位相ずれも全く
生じない。などの利点が生じる。
Further, if the separation of the I and Q signals from the undersampled signal of one channel is realized by a digital filter or a DSP, there is no mismatch between I and Q. There is no uneven output amplitude. The phase shift due to the fluctuation of the π / 2 phase shift between I and Q can be ignored. Two A
It can be realized without considering synchronization between the / D converters at all. This can be realized with only one A / D converter.
There is no amplitude mismatch between I and Q, and no phase shift occurs. And other advantages.

【0107】図14は、この出願の第2の実施形態であ
る超音波診断装置の概略のブロック図である。超音波診
断装置は、プローブに設けられた超音波振動子エレメン
トから超音波キャリア信号を送信し、この超音波キャリ
ア信号が人体の各部で反射した信号を前記超音波振動子
エレメントで受信する。この反射波信号を解析すること
によって人体内部の状態を画像または音響信号として出
力する。送信される超音波キャリア信号は数メガヘルツ
の信号である。なお、この図には受信部の構成のみ示し
ている。
FIG. 14 is a schematic block diagram of an ultrasonic diagnostic apparatus according to a second embodiment of the present application. The ultrasonic diagnostic apparatus transmits an ultrasonic carrier signal from an ultrasonic transducer element provided on a probe, and receives a signal obtained by reflecting the ultrasonic carrier signal on each part of a human body by the ultrasonic transducer element. By analyzing the reflected wave signal, the state inside the human body is output as an image or an acoustic signal. The transmitted ultrasonic carrier signal is a signal of several megahertz. This figure shows only the configuration of the receiving unit.

【0108】各超音波振動子エレメント31には高周波
アンプ32およびディレイ33が接続されている。高周
波アンプ32は受信した反射波信号を増幅する。ディレ
イ33は各超音波振動子エレメント31が受信した信号
の位相をそろえてビームを形成する。各超音波振動子エ
レメント31に対応するディレイ33から出力された反
射波信号は加算器34によって加算される。加算された
反射波信号はプローブに対して所定方向の指向性をもっ
た信号になっている。この反射波信号は図15に示すよ
うにキャリア周波数付近に極めて高いピークを有し、診
断すべき血流などからの反射波信号スペクトルとは約1
00dBのレベル差がある。そこで、この信号をノッチ
フィルタ35によってキャリア周波数付近の信号成分を
除去する。こののち、A/Dコンバータ35でサンプリ
ングし、ディジタルデータ列に変換する。このA/Dコ
ンバータ35においても、上記第1の実施形態と同様に
アンダーサンプリングを行う。上記第1の実施形態と同
様の条件で動作させる場合には、図5に示したように、
キャリア周波数を998kHzに設定し、8kHzでサ
ンプリングすればよい。そうすることにより、0〜4k
Hzの周波数帯に反転した折り返し写像が現れ、これを
サンプリングデータとして使用することができる。サン
プリングされたデータは、バンドパスフィルタ(BP
F)37およびヒルベルトフィルタ38により、実数値
データIおよび虚数値データQに分離される。分離され
た複素データは、画像処理部40およびDSP50に入
力される。
A high-frequency amplifier 32 and a delay 33 are connected to each ultrasonic transducer element 31. The high frequency amplifier 32 amplifies the received reflected wave signal. The delay 33 forms a beam by aligning the phase of the signal received by each ultrasonic transducer element 31. The reflected wave signal output from the delay 33 corresponding to each ultrasonic transducer element 31 is added by the adder 34. The added reflected wave signal is a signal having directivity in a predetermined direction with respect to the probe. This reflected wave signal has an extremely high peak near the carrier frequency as shown in FIG. 15, and the reflected wave signal spectrum from a blood flow or the like to be diagnosed is about 1.
There is a level difference of 00 dB. Therefore, a signal component near the carrier frequency is removed from this signal by the notch filter 35. Thereafter, the data is sampled by the A / D converter 35 and converted into a digital data string. The A / D converter 35 also performs undersampling as in the first embodiment. When operating under the same conditions as in the first embodiment, as shown in FIG.
The carrier frequency may be set to 998 kHz and sampling may be performed at 8 kHz. By doing so, 0-4k
An inverted folding map appears in the frequency band of Hz, and this can be used as sampling data. The sampled data is supplied to a bandpass filter (BP
F) 37 and the Hilbert filter 38 separate the data into real value data I and imaginary value data Q. The separated complex data is input to the image processing unit 40 and the DSP 50.

【0109】画像処理部40はスキャンした信号を2次
元の画像に加工してモニタ44に表示する処理部であ
り、通常のスキャン画像であるBモード画像44aやス
キャンされている平面の拍動状態を色によって表現する
カラーフロー画像44dなどを作成する。作成された画
像データはスキャンコンバータ41→カラープロセッサ
42→D/Aコンバータ43を介してモニタ44に入力
される。
The image processing section 40 is a processing section for processing a scanned signal into a two-dimensional image and displaying the processed signal on the monitor 44. The B-mode image 44a, which is a normal scan image, and the pulsation state of a plane being scanned. A color flow image 44d or the like that expresses by color is created. The created image data is input to the monitor 44 via the scan converter 41 → the color processor 42 → the D / A converter 43.

【0110】一方、DSP50では、上記DSP14と
同様の処理を行う。すなわち、入力されたI,Qデータ
をデモジュレーション51することによって中心周波数
0Hzにシフトし、LPF52によって帯域を制限した
のち、デシメイション53によってサンプル点数を減ら
したのち周波数分解能を高めてFFT54を実行する。
これにより、注目領域である血流によってドップラシフ
トされた周波数帯域のみを拡大して高精度に血流状態を
割り出すことができる。この場合において、図9〜図1
2に示した一括処理方式を適用することができる。さら
に、補間処理によってFFTによる離散スペクトルの1
0〜100倍の周波数分解能を得ることができる。この
データはスキャンコンバータ41に入力される。このデ
ータは、Mモードドプラ画像44bやスペクトルドプラ
画像44cとしてモニタ44に表示される。なお、各画
像44a〜44dはモード切り換えにより、いずれか1
つがモニタ44に表示される。なお、このDSP50は
パルスドプラモードにおいても連続波ドプラモードにお
いても使用することができる。一方、デシメイションさ
れたデータはオーディオ処理部に入力される。オーディ
オ処理部55では、正の周波数成分すなわち接近側のデ
ータのうち可聴帯域のみを切り出して右(左)チャンネ
ルのオーディオ信号として出力し、負の周波数成分すな
わち遠ざかる側のデータのうち可聴帯域のみを切り出し
て左(右)チャンネルのオーディオ信号として出力す
る。出力されたデータはD/Aコンバータ56でアナロ
グのオーディオ信号に変換され、アンプ57を介してス
テレオスピーカまたはステレオヘッドホン58に出力さ
れる。診断をする者は、このオーディオ信号の音質や音
の左右の定位により、拍動の強さや方向を判断すること
ができ視覚に加えて聴覚的な診断をすることができる。
On the other hand, the DSP 50 performs the same processing as that of the DSP 14. That is, the input I and Q data are shifted to the center frequency of 0 Hz by demodulation 51, the band is limited by the LPF 52, the number of sample points is reduced by the decimation 53, and the frequency resolution is increased to execute the FFT 54. .
Thus, only the frequency band that has been Doppler shifted by the blood flow, which is the region of interest, can be expanded to accurately determine the blood flow state. In this case, FIGS.
2 can be applied. Further, by interpolation processing, 1 of the discrete spectrum by FFT is obtained.
A frequency resolution of 0 to 100 times can be obtained. This data is input to the scan converter 41. This data is displayed on the monitor 44 as an M-mode Doppler image 44b or a spectral Doppler image 44c. Each of the images 44a to 44d can be switched to one of the modes by switching the mode.
Are displayed on the monitor 44. The DSP 50 can be used in both the pulse Doppler mode and the continuous wave Doppler mode. On the other hand, the decimated data is input to the audio processing unit. The audio processing unit 55 cuts out only the audible band from the positive frequency component, that is, the data on the near side, and outputs it as an audio signal of the right (left) channel, and outputs only the audible band from the negative frequency component, that is, the data on the far side. Cut out and output as audio signal of left (right) channel. The output data is converted into an analog audio signal by a D / A converter 56 and output to a stereo speaker or stereo headphones 58 via an amplifier 57. The person making the diagnosis can judge the intensity and direction of the pulsation based on the sound quality of the audio signal and the left and right localization of the sound, and can make an auditory diagnosis in addition to the visual sense.

【0111】このようにこの超音波診断装置では、受信
した反射波信号をミキサでダウンコンバートすることな
く、直接サンプリング(A/D変換)しているため、ノ
イズの混入や信号の減衰を来すことがない。また、A/
D変換直後にI,Q分離をしてしているため、これをそ
のままオーディオ信号化することができ、回路を簡略化
することができる。
As described above, in this ultrasonic diagnostic apparatus, since the received reflected wave signal is directly sampled (A / D converted) without being down-converted by the mixer, noise is mixed or the signal is attenuated. Nothing. A /
Since the I and Q separations are performed immediately after the D conversion, this can be directly converted into an audio signal, and the circuit can be simplified.

【0112】なお、高速広帯域で高ダイナミックレンジ
(多ビット)のA/D変換器を用いる場合には、微弱な
目的信号(血流によるドップラシフト信号)でも一様に
A/D変換することが可能であるため、ノッチフィルタ
を介さずにキャリア周波数に高いピークを有する反射波
信号をそのままA/D変換してもよい。
When an A / D converter with a high speed and a wide band and a high dynamic range (multi-bit) is used, even a weak target signal (Doppler shift signal due to blood flow) can be A / D converted uniformly. Since it is possible, the reflected wave signal having a high peak in the carrier frequency may be subjected to A / D conversion without passing through the notch filter.

【0113】[0113]

【発明の効果】請求項1の発明によれば、短いサンプリ
ング時間で流速を求めることにより、拍動流や逆流を精
度良く測定することができるとともに、定常流であると
判定されたときは長いサンプリング時間で流速を求める
ため、時間分解能と速度分解能を両立させることができ
る。
According to the first aspect of the present invention, the pulsating flow and the backflow can be measured with high accuracy by obtaining the flow velocity in a short sampling time, and when the flow is determined to be a steady flow, the pulsating flow and the backflow can be measured long. Since the flow velocity is determined by the sampling time, both time resolution and velocity resolution can be achieved.

【0114】請求項2の発明によれば、求められた流速
が負で逆流と判定したとき警告を発することにより、こ
の流速測定装置を人工心肺装置などに用いた場合に迅速
な対応が可能になる。
According to the second aspect of the present invention, a warning is issued when it is determined that the flow velocity is negative and the flow is reverse, so that it is possible to quickly respond when the flow velocity measurement apparatus is used in a heart-lung machine or the like. Become.

【0115】請求項3の発明によれば、デシメイション
によりサンプル点数を少なくして長いサンプリング時間
の解析を行うことにより、演算量を増やすことなく速度
分解能を向上することができる。
According to the third aspect of the present invention, by analyzing the long sampling time by reducing the number of sampling points by decimation, it is possible to improve the speed resolution without increasing the amount of calculation.

【0116】請求項4の発明によれば、補間することに
よって真のピーク値を推定することにより、離散スペク
トルのみによる場合の10倍〜100倍の周波数分解能
を実現することができる。
According to the fourth aspect of the present invention, by estimating the true peak value by interpolation, it is possible to realize a frequency resolution of 10 to 100 times that in the case where only the discrete spectrum is used.

【0117】請求項5の発明によれば、反射波信号の2
倍よりも低い周波数のサンプリング周波数でサンプリン
グ(アンダーサンプリング)することにより、ミキサで
ローカル信号と乗算するダウンコンバートが不要にな
り、ノイズの混入や信号の減衰を防止し、直接ベースバ
ンド付近の折り返し写像を用いることができる。
According to the fifth aspect of the present invention, 2 of the reflected wave signal
Sampling (undersampling) at a sampling frequency lower than twice eliminates the need to downconvert by multiplying the local signal by the mixer, prevents noise contamination and signal attenuation, and directs aliasing mapping near the baseband. Can be used.

【0118】請求項6の発明によれば、上記デシメイシ
ョンのための周波数シフトを1,j,−1,−jの簡略
な乗算で行うことができるため、演算量を少なくし処理
速度を向上することができる。
According to the sixth aspect of the present invention, the frequency shift for the decimation can be performed by a simple multiplication of 1, j, -1, and -j, so that the calculation amount is reduced and the processing speed is improved. can do.

【0119】請求項7の発明によれば、上記周波数スペ
クトルのシフト、周波数帯域の制限、デシメイションを
FIRフィルタのフィルタ係数に入れ込むことによって
一括した処理で行うことができるため、周波数スペクト
ルを有する信号の処理工程を簡略化することができる。
According to the seventh aspect of the present invention, since the shift of the frequency spectrum, the restriction of the frequency band, and the decimation can be performed in a lump by incorporating the filter coefficients of the FIR filter, the frequency spectrum can be obtained. The signal processing steps can be simplified.

【0120】請求項8の発明によれば、解析手段に対し
て実数値,虚数値からなる複素数データを供給すること
により、負側のスペクトルを含むベースバンドのデータ
として処理することができる。
According to the eighth aspect of the present invention, by supplying complex number data consisting of a real value and an imaginary value to the analyzing means, it is possible to process the data as baseband data including a spectrum on the negative side.

【0121】請求項9の発明によれば、反射波信号の2
倍よりも低い周波数のサンプリング周波数でサンプリン
グ(アンダーサンプリング)することにより、ミキサで
ローカル信号と乗算するダウンコンバートが不要にな
り、ノイズの混入や信号の減衰を防止し、直接ベースバ
ンド付近の折り返し写像を用いることができる。
According to the ninth aspect of the present invention, 2 of the reflected wave signal
Sampling (undersampling) at a sampling frequency lower than twice eliminates the need to downconvert by multiplying the local signal by the mixer, prevents noise contamination and signal attenuation, and directs aliasing mapping near the baseband. Can be used.

【0122】請求項10の発明によれば、帯域遮断フィ
ルタによってキャリア成分を除去することにより、微弱
な反射信号を大きなレベルでディジタル化することがで
き精度の高い解析が可能になる。
According to the tenth aspect of the present invention, by removing the carrier component by the band rejection filter, a weak reflected signal can be digitized at a large level, and a highly accurate analysis can be performed.

【0123】請求項11の発明によれば、デシメイショ
ンによりサンプル点数を少なくして長いサンプリング時
間の解析を行うことにより、演算量を増やすことなく速
度分解能を向上することができる。
According to the eleventh aspect, by analyzing a long sampling time by reducing the number of sampling points by decimation, it is possible to improve the speed resolution without increasing the calculation amount.

【0124】請求項12の発明によれば、補間すること
によって真のピーク値を推定することにより、離散スペ
クトルのみによる場合の10倍〜100倍の周波数分解
能を実現することができる。
According to the twelfth aspect, by estimating the true peak value by interpolation, it is possible to realize a frequency resolution of 10 to 100 times that in the case of using only discrete spectra.

【0125】請求項13の発明によれば、上記デシメイ
ションのための周波数シフトを1,j,−1,−jの簡
略な乗算で行うことができるため、演算量を少なくし処
理速度を向上することができる。
According to the thirteenth aspect, since the frequency shift for the decimation can be performed by a simple multiplication of 1, j, -1, and -j, the amount of calculation is reduced and the processing speed is improved. can do.

【0126】請求項14の発明によれば、上記周波数ス
ペクトルのシフト、周波数帯域の制限、デシメイション
をFIRフィルタのフィルタ係数に入れ込むことによっ
て一括した処理で行うことができるため、周波数スペク
トルを有する信号の処理工程を簡略化することができ
る。
According to the fourteenth aspect of the present invention, the shift of the frequency spectrum, the limitation of the frequency band, and the decimation can be performed in a lump by incorporating the filter coefficients of the FIR filter into a single process. The signal processing steps can be simplified.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明における信号処理方式を説明する図で
ある。
FIG. 1 is a diagram illustrating a signal processing method according to the present invention.

【図2】この発明の実施形態であるドップラ流速計の概
略構成図である。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a Doppler velocimeter which is an embodiment of the present invention.

【図3】同ドップラ流速計のトランスデューサ付近の構
造図である。
FIG. 3 is a structural diagram around a transducer of the Doppler velocimeter.

【図4】同ドップラ流速計の受信部の構成を示す図であ
る。
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a receiving unit of the Doppler velocimeter.

【図5】同ドップラ流速計における反射波信号の処理方
式を説明する図である。
FIG. 5 is a diagram illustrating a method of processing a reflected wave signal in the Doppler velocimeter.

【図6】同ドップラ流速計のDSPの動作を示すフロー
チャートである。
FIG. 6 is a flowchart showing the operation of the DSP of the Doppler velocimeter.

【図7】同DSPの機能ブロック図である。FIG. 7 is a functional block diagram of the DSP.

【図8】同DSPが処理するサンプリングデータのスペ
クトルの変換を説明する図である。
FIG. 8 is a diagram illustrating conversion of a spectrum of sampling data processed by the DSP.

【図9】前記DSPにおける周波数シフト処理を示すブ
ロック図である。
FIG. 9 is a block diagram showing a frequency shift process in the DSP.

【図10】前記DSPにおいて周波数シフト、FIRフ
ィルタ、デシメイションを同時に行うFFT前処理を示
すブロック図である。
FIG. 10 is a block diagram showing an FFT pre-processing for simultaneously performing a frequency shift, an FIR filter, and a decimation in the DSP.

【図11】同FFT前処理における入力信号に対する処
理方式を説明するブロック図である。
FIG. 11 is a block diagram illustrating a processing method for an input signal in the FFT preprocessing.

【図12】窓関数の乗算と周波数シフト処理を同時に行
う場合の処理ブロックを示す図である。
FIG. 12 is a diagram showing processing blocks when multiplication of a window function and frequency shift processing are performed simultaneously.

【図13】反射波信号をI,Qに分離する場合の受信部
の構成を示す図である。
FIG. 13 is a diagram illustrating a configuration of a receiving unit when a reflected wave signal is separated into I and Q.

【図14】この発明の他の実施形態である超音波診断装
置の概略ブロック図である。
FIG. 14 is a schematic block diagram of an ultrasonic diagnostic apparatus according to another embodiment of the present invention.

【図15】同超音波診断装置が受信する反射波信号の周
波数スペクトルを示す図である。
FIG. 15 is a diagram showing a frequency spectrum of a reflected wave signal received by the ultrasonic diagnostic apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…送信部、2…受信部、3…制御部、4…送信用トラ
ンスデューサ、5…受信用トランスデューサ、6…(血
液が流れる)チューブ、7,8…(トランスデューサを
支持する)治具、10…高周波アンプ、11…バンドパ
スフィルタ、13…A/Dコンバータ、14…DSP、
31…超音波振動子エレメント、35…ノッチフィル
タ、36…A/Dコンバータ、37…バンドパスフィル
タ、38…ヒルベルトフィルタ、50…DSP
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Transmission part, 2 ... Reception part, 3 ... Control part, 4 ... Transmission transducer, 5 ... Reception transducer, 6 ... Tube (flowing blood), 7, 8 ... Jig (supporting a transducer), 10 ... High frequency amplifier, 11 ... Band pass filter, 13 ... A / D converter, 14 ... DSP,
31 ultrasonic transducer element, 35 notch filter, 36 A / D converter, 37 bandpass filter, 38 Hilbert filter, 50 DSP

Claims (14)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 所定方向に流れる流体に対して斜めに設
置された送信用超音波振動子および受信用超音波振動子
と、前記送信用超音波振動子が送信した超音波信号の前
記流体による反射波信号を前記受信用超音波振動子で受
信し、該反射波信号のドップラシフト量によって前記流
体の流速を計測する手段と、を備えた流速測定装置にお
いて、 前記反射波信号をサンプリングするサンプリング手段
と、 短時間のサンプリングデータを用いたフーリエ解析によ
って前記流速を求めるとともに、該解析の結果により前
記流速がほぼ一定であると判断されたとき、より長い時
間のサンプリングデータを用いたフーリエ解析によって
前記流速を求める解析手段と、 を備えたことを特徴とする流速測定装置。
An ultrasonic transducer for transmission and a ultrasonic transducer for reception installed at an angle with respect to a fluid flowing in a predetermined direction, and an ultrasonic signal transmitted by the ultrasonic transducer for transmission is transmitted by the fluid. Means for receiving the reflected wave signal by the receiving ultrasonic transducer and measuring the flow velocity of the fluid based on the Doppler shift amount of the reflected wave signal, wherein the sampling for sampling the reflected wave signal is performed. Means, and the flow velocity is obtained by Fourier analysis using short-time sampling data, and when it is determined that the flow velocity is substantially constant based on the result of the analysis, by Fourier analysis using longer-time sampling data. A flow rate measuring device, comprising: an analysis unit for obtaining the flow velocity.
【請求項2】 前記解析手段で求めた流速が前記所定方
向に対して負値となったとき、逆流であるとして警告を
発する手段を備えたことを特徴とする請求項1に記載の
流速測定装置。
2. The flow velocity measurement according to claim 1, further comprising: a means for issuing a warning as a reverse flow when the flow velocity obtained by the analysis means becomes a negative value in the predetermined direction. apparatus.
【請求項3】 前記解析手段は、前記サンプリングデー
タ列に離散複素指数関数を乗算することによって、前記
反射波信号の中心周波数を0ヘルツにシフトする周波数
シフト手段と、 前記シフトされたサンプリングデータを所定のデシメイ
ションレートで間引きしたデータを用いてフーリエ解析
を実行する手段と、 を含む請求項1に記載の流速測定装置。
3. A frequency shifter for shifting the center frequency of the reflected wave signal to 0 Hertz by multiplying the sampling data sequence by a discrete complex exponential function, and analyzing the shifted sampling data. The flow velocity measuring apparatus according to claim 1, further comprising: means for performing a Fourier analysis using data thinned out at a predetermined decimation rate.
【請求項4】 前記解析手段は、フーリエ解析によって
求められた離散スペクトルを補間して真のピーク値を推
定する補間手段を含む請求項1に記載の流速測定装置。
4. The flow velocity measuring apparatus according to claim 1, wherein said analysis means includes interpolation means for interpolating a discrete spectrum obtained by Fourier analysis to estimate a true peak value.
【請求項5】 前記サンプリング手段は、前記反射波信
号の周波数の2倍よりも低い周波数で前記反射波信号を
サンプリングし、該サンプリングによって生じた折り返
し写像のうち、0ヘルツ付近に生じた折り返し写像を切
り出して前記解析手段に供給する手段である請求項1に
記載の流速測定装置。
5. The sampling means samples the reflected wave signal at a frequency lower than twice the frequency of the reflected wave signal, and among the aliased maps generated by the sampling, an aliased map generated near 0 Hz. 2. The flow velocity measuring device according to claim 1, wherein the flow rate measuring device is a means for cutting out and supplying the analysis means to the analysis means.
【請求項6】 前記サンプリング手段は、前記反射波信
号の中心周波数をサンプリング周波数の4分の1または
4分の3の周波数に変換するサンプリング周波数で前記
反射波信号をサンプリングする手段であり、 前記周波数シフト手段は、該サンプリングされたデータ
列に対して、+1、−j、−1、+jの数列の任意の値
から開始する繰り返しまたは+1、+j、−1、−jの
数列の任意の値から開始する繰り返しからなる乗数デー
タ列(以下「複素単位乗数データ列」という。)を乗算
することによって前記サンプリングデータ列の周波数ス
ペクトルをシフトする手段である請求項3に記載の流速
測定装置。
6. The sampling means is a means for sampling the reflected wave signal at a sampling frequency for converting a center frequency of the reflected wave signal to a quarter or three-fourths of a sampling frequency. The frequency shift means repeats the sampled data sequence starting from any value of the sequence of +1, -j, -1, + j or any value of the sequence of +1, + j, -1, -j 4. The flow velocity measuring apparatus according to claim 3, wherein the means is a means for shifting the frequency spectrum of the sampling data sequence by multiplying a multiplier data sequence consisting of repetitions starting from (hereinafter referred to as "complex unit multiplier data sequence").
【請求項7】 サンプリングデータの帯域を制限するロ
ーパスフィルタの係数と、前記複素単位乗数データ列と
を乗算した係数をフィルタ係数として各タップに設定し
たFIRフィルタを設け、 該FIRフィルタに順次入力されるサンプリングデータ
が、4の倍数に設定されているデシメイションレートだ
け進む毎に、該FIRフィルタの各タップ出力に対して
前記フィルタ係数を乗算してフィルタ出力データを出力
する手段と、 を設けたことを特徴とする請求項6に記載の流速測定装
置。
7. An FIR filter in which each tap is provided with a coefficient obtained by multiplying a coefficient of a low-pass filter for limiting a band of sampling data and the complex unit multiplier data sequence as a filter coefficient, is sequentially input to the FIR filter. Means for multiplying each tap output of the FIR filter by the filter coefficient and outputting filter output data every time the sampling data advances by a decimation rate set to a multiple of four. The flow velocity measuring device according to claim 6, wherein:
【請求項8】 前記サンプリング手段は、前記解析手段
に対して、実数項および虚数項からなるサンプリングデ
ータを供給する手段である請求項1に記載の流速測定装
置。
8. The flow velocity measuring apparatus according to claim 1, wherein said sampling means is means for supplying sampling data comprising a real number term and an imaginary number term to said analysis means.
【請求項9】 人体に超音波を照射し、その反射波を受
信することで人体を診断する超音波診断装置において、 受信した反射波信号をその周波数の2倍よりも低い周波
数でサンプリングし、該サンプリングによって生じた折
り返し写像のうち、0ヘルツ付近に生じた折り返し写像
を切り出してサンプリングデータ列として出力するサン
プリング手段と、 該サンプリング手段から供給されたサンプリングデータ
列を解析することにより前記人体を診断する解析手段
と、 を備えたことを特徴とする超音波診断装置。
9. An ultrasonic diagnostic apparatus for diagnosing a human body by irradiating an ultrasonic wave to a human body and receiving a reflected wave thereof, wherein the received reflected wave signal is sampled at a frequency lower than twice the frequency, Sampling means for cutting out a return map generated near 0 Hertz out of the return maps generated by the sampling and outputting it as a sampling data sequence, and diagnosing the human body by analyzing the sampling data sequence supplied from the sampling means. An ultrasonic diagnostic apparatus comprising: an analyzing unit that performs analysis.
【請求項10】 前記サンプリング手段の前段に前記人
体に照射された超音波のキャリア周波数付近の周波数帯
域を遮断する帯域遮断フィルタを設けたことを特徴とす
る請求項9に記載の超音波診断装置。
10. The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 9, wherein a band cut filter for cutting off a frequency band near a carrier frequency of the ultrasonic wave applied to the human body is provided at a stage preceding the sampling unit. .
【請求項11】 前記解析手段は、前記サンプリングデ
ータ列に離散複素指数関数を乗算することによって、前
記反射波信号の中心周波数を0ヘルツにシフトする周波
数シフト手段と、 前記シフトされたサンプリングデータを所定のデシメイ
ションレートで間引きしたデータを用いてフーリエ解析
を実行する手段と、 を含む請求項9に記載の超音波診断装置。
11. A frequency shifter for shifting the center frequency of the reflected wave signal to 0 Hertz by multiplying the sampling data sequence by a discrete complex exponential function, and analyzing the shifted sampling data. The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 9, further comprising: means for performing a Fourier analysis using data thinned out at a predetermined decimation rate.
【請求項12】 前記解析手段は、フーリエ解析によっ
て求められた離散スペクトルを補間して真のピーク値を
推定する補間手段を含む請求項9に記載の超音波診断装
置。
12. The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 9, wherein said analysis means includes interpolation means for interpolating a discrete spectrum obtained by Fourier analysis and estimating a true peak value.
【請求項13】 前記サンプリング手段は、前記反射波
信号の中心周波数をサンプリング周波数の4分の1また
は4分の3の周波数に変換するサンプリング周波数で前
記反射波信号をサンプリングする手段であり、 前記周波数シフト手段は、該サンプリングされたデータ
列に対して複素単位乗数データ列を乗算することによっ
て前記サンプリングデータ列の周波数スペクトルをシフ
トする手段である請求項9に記載の超音波診断装置。
13. The sampling means is a means for sampling the reflected wave signal at a sampling frequency for converting a center frequency of the reflected wave signal to a quarter or three quarters of a sampling frequency. 10. The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 9, wherein the frequency shifting means shifts the frequency spectrum of the sampled data sequence by multiplying the sampled data sequence by a complex unit multiplier data sequence.
【請求項14】 フィルタ係数として、サンプリングデ
ータの帯域を制限するローパスフィルタの係数と、前記
複素単位乗数データ列とを乗算した係数を各タップに設
定したFIRフィルタを設け、 該FIRフィルタに順次入力されるサンプリングデータ
が、4の倍数に設定されているデシメイションレートだ
け進む毎に、該FIRフィルタの各タップ出力に対して
前記フィルタ係数を乗算してフィルタ出力データを出力
する手段と、 を設けたことを特徴とする請求項13に記載の超音波診
断装置。
14. An FIR filter in which each tap is provided with a coefficient of a low-pass filter for limiting a band of sampling data and a coefficient obtained by multiplying the complex unit multiplier data string as a filter coefficient, and sequentially inputted to the FIR filter. Means for multiplying each tap output of the FIR filter by the filter coefficient and outputting filter output data each time the sampling data to be advanced by a decimation rate set to a multiple of 4 The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 13, wherein:
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Cited By (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001215143A (en) * 2000-02-02 2001-08-10 Ricoh Elemex Corp Ultrasonic measuring apparatus
JP2002236135A (en) * 2001-02-07 2002-08-23 Furuno Electric Co Ltd Method for detecting signal frequency
WO2002078221A1 (en) * 2001-03-23 2002-10-03 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Propagation path variation estimating device and propagation path variation estimating method
JP2002330059A (en) * 2001-04-27 2002-11-15 Furuno Electric Co Ltd Digital filter and method for designing the same and method for processing signal and fish finder
JP2004184420A (en) * 2002-12-05 2004-07-02 Raymarine Ltd Digital depth sounder module and detection method
JP2005148050A (en) * 2003-11-12 2005-06-09 Raymarine Ltd Digital sounding device module and sensing method
KR100791319B1 (en) 2006-01-11 2008-01-03 (주) 그린텍아이엔씨 The ultrasonic doppler flowmeter for sewerage water
JP2008512653A (en) * 2004-09-03 2008-04-24 ネフロス・インコーポレーテッド Doppler flow velocity measuring device
JP2010226421A (en) * 2009-03-24 2010-10-07 Advantest Corp Local frequency error measuring apparatus, method, program and recording medium
JP2012247302A (en) * 2011-05-27 2012-12-13 Sonic Corp Method and device for detection of peak power spectrum of short-time signal with sample number decreased through fourier transform
JP2012247303A (en) * 2011-05-27 2012-12-13 Sonic Corp Frequency detection method and device
CN103207576A (en) * 2012-01-13 2013-07-17 江南大学 Achieving method for low-power high-frequency ultrasonic power source
KR101311279B1 (en) * 2012-06-25 2013-09-25 인텔렉추얼디스커버리 주식회사 Ecg signal detection system and method
JP2013232947A (en) * 2013-06-26 2013-11-14 Furuno Electric Co Ltd Digital filter and signal processing device
WO2016084917A1 (en) * 2014-11-28 2016-06-02 国立大学法人東北大学 Electrical signal processing device
JP2017227655A (en) * 2014-04-08 2017-12-28 アナログ・デヴァイシズ・グローバル Dominant signal detection method and apparatus
JP2019015699A (en) * 2017-07-11 2019-01-31 富士通株式会社 Distance measuring device, water level measuring system, and distance measurement method
US11410055B2 (en) 2018-12-06 2022-08-09 Fujitsu Limited Learning of a feature based on betti sequences obtained from time series data
US20220251948A1 (en) * 2021-02-09 2022-08-11 Electronics And Telecommunications Research Institute Flow sensor performing multi level down sampling and method thereof
US11640553B2 (en) 2018-11-21 2023-05-02 Fujitsu Limited Method for analyzing time-series data based on machine learning and information processing apparatus
US12123758B2 (en) * 2021-02-09 2024-10-22 Electronics And Telecommunications Research Institute Flow sensor performing multi level down sampling and method thereof

Cited By (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001215143A (en) * 2000-02-02 2001-08-10 Ricoh Elemex Corp Ultrasonic measuring apparatus
JP2002236135A (en) * 2001-02-07 2002-08-23 Furuno Electric Co Ltd Method for detecting signal frequency
JP4667613B2 (en) * 2001-02-07 2011-04-13 古野電気株式会社 Signal frequency detection method
WO2002078221A1 (en) * 2001-03-23 2002-10-03 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Propagation path variation estimating device and propagation path variation estimating method
JP2002330059A (en) * 2001-04-27 2002-11-15 Furuno Electric Co Ltd Digital filter and method for designing the same and method for processing signal and fish finder
JP2004184420A (en) * 2002-12-05 2004-07-02 Raymarine Ltd Digital depth sounder module and detection method
JP2005148050A (en) * 2003-11-12 2005-06-09 Raymarine Ltd Digital sounding device module and sensing method
JP2008512653A (en) * 2004-09-03 2008-04-24 ネフロス・インコーポレーテッド Doppler flow velocity measuring device
KR100791319B1 (en) 2006-01-11 2008-01-03 (주) 그린텍아이엔씨 The ultrasonic doppler flowmeter for sewerage water
JP2010226421A (en) * 2009-03-24 2010-10-07 Advantest Corp Local frequency error measuring apparatus, method, program and recording medium
JP2012247302A (en) * 2011-05-27 2012-12-13 Sonic Corp Method and device for detection of peak power spectrum of short-time signal with sample number decreased through fourier transform
JP2012247303A (en) * 2011-05-27 2012-12-13 Sonic Corp Frequency detection method and device
CN103207576A (en) * 2012-01-13 2013-07-17 江南大学 Achieving method for low-power high-frequency ultrasonic power source
CN103207576B (en) * 2012-01-13 2016-01-13 江南大学 A kind of low-power high-frequency ultrasonic power source implementation method
KR101311279B1 (en) * 2012-06-25 2013-09-25 인텔렉추얼디스커버리 주식회사 Ecg signal detection system and method
JP2013232947A (en) * 2013-06-26 2013-11-14 Furuno Electric Co Ltd Digital filter and signal processing device
JP2017227655A (en) * 2014-04-08 2017-12-28 アナログ・デヴァイシズ・グローバル Dominant signal detection method and apparatus
WO2016084917A1 (en) * 2014-11-28 2016-06-02 国立大学法人東北大学 Electrical signal processing device
JPWO2016084917A1 (en) * 2014-11-28 2017-07-27 国立大学法人東北大学 Electric signal processor
US10436757B2 (en) 2014-11-28 2019-10-08 Tohoku University Electrical signal processing device
JP2019015699A (en) * 2017-07-11 2019-01-31 富士通株式会社 Distance measuring device, water level measuring system, and distance measurement method
US11640553B2 (en) 2018-11-21 2023-05-02 Fujitsu Limited Method for analyzing time-series data based on machine learning and information processing apparatus
US11410055B2 (en) 2018-12-06 2022-08-09 Fujitsu Limited Learning of a feature based on betti sequences obtained from time series data
US20220251948A1 (en) * 2021-02-09 2022-08-11 Electronics And Telecommunications Research Institute Flow sensor performing multi level down sampling and method thereof
US12123758B2 (en) * 2021-02-09 2024-10-22 Electronics And Telecommunications Research Institute Flow sensor performing multi level down sampling and method thereof

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