多普勒流量測量概述-信號解調(diào)方法等（二）

1.2.4頻譜估計方法

　　傳統(tǒng)超聲多普勒信號的頻率估計常采用零交叉計數(shù)法和快速傅立葉變換法（FFT）等經(jīng)典譜估計算法，這些方法存在頻率分辨率低，旁瓣泄漏嚴重等缺點。為克服這些問題，以參數(shù)模型為基礎(chǔ)的現(xiàn)代譜估計方法得到了很大的發(fā)展，并在超聲多普勒血流測量中得到很好的應用。參數(shù)模型法的思路是假定需分析的多普勒信號 x（n）（n= 1，2，。..，N ）是一個輸入序列u（n）激勵一個線性系統(tǒng)H（z）的輸出，由已知的x（n）估計H（z）的參數(shù)，再由H（z）的參數(shù)來估計x（n）的功率譜。x（n）和 u（n）之間有如下的輸入輸出關(guān)系：

　　式中b0 =1，若b1，b2，。..， bq全為零，則為AR（Autoregressive）模型；若a1，a2，。..，ap 全為零，則為MA（Moving Average）模型；若a1，a2，。..，ap， b1，b2，。..，bq 不全為零，則ARMA（Autoregressive Moving Average）模型。當參數(shù)模型為AR模型時，H（z）和功率譜Px（ejω）分別表述如下

　　式中σ2為u （n）的方差。AR模型的系數(shù)求解算法有自相關(guān)法、Burg算法和改進的協(xié)方差（MCOV）算法等。采用MCOV算法時，AR模型的參數(shù)可以通過求解改進的協(xié)方差方程組進行估計：

　　式中fs是采樣率。采用這種方法時，計算復雜性會隨著階次p的增加而增大。確定階次p的常用方法有最終預測誤差準則和信息論準則等。血流分析中，根據(jù)多普勒信號的特點，一般取階次p=4。

1.2.5數(shù)字信號處理技術(shù)

　　DSP器件采用并行的總線結(jié)構(gòu)，運算速度快、集成度高，于20世紀80年代初出現(xiàn)，到20世紀90年代中后期開始高速發(fā)展，近年來在超聲多普勒血流測量領(lǐng)域受到高度重視，被廣泛用來分析多普勒信號的頻譜。另外，在數(shù)字信號處理中也有人用FPGA（Field Programmable Gate Array）來實現(xiàn)一些比較固定的算法，如FFT、FIR（Finite Impulse Response）濾波等。

　　采用高速DSP以及FPGA等器件的系統(tǒng)設(shè)計方法使得傳統(tǒng)基于硬件的設(shè)計轉(zhuǎn)移到基于軟件設(shè)計，信號處理研究的重點在很大程度上可以放到軟件算法上來，從而在抗干擾、提高檢測精度、實現(xiàn)儀器的智能化等方面具有傳統(tǒng)基于硬件設(shè)計方法所沒有的若干優(yōu)點。另外，由于器件的高速性，測量方法也由最初的非實時應用轉(zhuǎn)向高速實時應用。

　　1.2.6多普勒譜峰搜索方法

　　CW Doppler流量測量的多普勒信號具有以下特點：

　?。?）由于換能器具有指向性，在流場中發(fā)射換能器和接收換能器的兩個指向性波束重疊區(qū)域（取樣域）

　　內(nèi)粒子所反射的信號將以不同的幅度和相位在接收換能器上進行疊加，由于這些粒子的速度有差異，反射角度不同，產(chǎn)生的多普勒頻移也不一樣，疊加的結(jié)果使得多普勒信號頻帶加寬，形成以對應管道中心軸線上最大流速的多普勒頻率為譜峰的左右兩個邊帶；