JP3578202B2

JP3578202B2 - Acoustic impedance measuring device and method

Info

Publication number: JP3578202B2
Application number: JP02448599A
Authority: JP
Inventors: 正守屋
Original assignee: Japan Science and Technology Agency
Current assignee: Japan Science and Technology Agency
Priority date: 1999-02-02
Filing date: 1999-02-02
Publication date: 2004-10-20
Anticipated expiration: 2019-02-02
Also published as: JP2000221078A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生体試料や工業用各種材料の音響インピーダンスの測定に関する。
【０００２】
【発明の背景】
生体試料の特性である音響インピーダンスを、内視鏡やカテーテルに組み込んだ計測装置により測定して、胃の病状診断、血管内のプラークの識別、および、臓器に対する触診を行うことが考えられる。
また、各種工業用各種材料（液状、ゲル状、および、固体）に対して、複素音響インピーダンスを測定することも行われている。
【０００３】
このような音響インピーダンスの測定は、超音波を用いて行われている。この超音波を用いた複素音響インピーダンスの測定は、例えば、試料にマッチング液を介して超音波を照射し、その反射を測定して求めている。
【０００４】
超音波を用いた複素音響インピーダンス測定の原理を説明する。図１（ａ）は固体試料の計測を説明するための図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）の等価回路である。固体伝送線路１２から超音波を液体伝送線路（マッチング液）１４を介して試料１６に対して当てる。固体伝送線路１２の端面と試料１６との距離を０から徐々に増やすと、反射波の振幅も徐々に変化する。このように、反射波形を測定することにより試料の音響インピーダンスが求められることになる。
【０００５】
図１（ｂ）の等価回路において、固体伝送線路の固有インピーダンスＺ_Ｃ、液体伝送線路（マッチング液）の固有インピーダンスをＺ_Ｗ、伝搬定数βおよび距離ｌは既知で、試料の複素インピーダンスＺ_Ｌのみが未知であるとする。また、固体伝送線路と液体伝送線路（マッチング液）は無損失と仮定するので、Ｚ_ＣとＺ_Ｗは実数である。液体伝送線路１４と試料１６との反射係数Γ（０）（複素数）は、次式で与えられる。
【数１】

試料からの距離ｌの位置における反射係数Γ（ｌ）（複素数）は次式により与えられる。
【数２】

この位置から試料を見込むインピーダンスＺ（ｌ）（複素数）は、
【数３】

このインピーダンスを固体伝送線路から観測したときの反射係数Ｓ（ｌ）（複素数）は次のようになる。
【数４】

【０００６】
この式（４）に式（３）を代入して整理すると次のようになる。
【数５】

ここで
【数６】

とした。Ｚ_Ｃ＞Ｚ_ＷであるからＫ_０＞０である。
ここで
【数７】

とおくと式（５）は次のようになる。
【数８】

【０００７】
ここで
【数９】

の最大・最小を検討する。
【数１０】

を複素平面上で表すと、図２のようになる。図２において、
【数１１】

は、原点Ｏから点Ｐに向かうベクトルＡで表されるので、
【数１２】

は原点から点Ｐ’に向かうベクトルとなる。従って、
【数１３】

は、点Ｃ（−１，０）から点Ｐ’に向かうベクトルとなる。同様に、
【数１４】

は点Ｃから点Ｑ’に向かうベクトルとなる。
図２から分かるように
【数１５】

が最大となるのは、
【数１６】

最小となるのは、
【数１７】

のときである。従って
【数１８】

が最大値
【数１９】

で最小値は
【数２０】

で与えられる。反射波の振幅
【数２１】

の比をρとすると、
【数２２】

を取る。従ってＫ_０を既知とし、
【数２３】

を測定すれば、ｒ_０が求まる。位相は式９を用いて求めることができる。（たとえば、信学技報ＵＳ９７−１０７「伝送線路を用いる微少試料の音速・複素インピーダンスの測定」（１９９８年２月）参照）
【０００８】
上述のようにして試料のインピーダンスを計測するための計測装置の構成を、図３に示す。図３の計測装置においては、伝送線路１０８として溶融石英棒を用いており、超音波変換子１０６として圧電素子であるジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）を用いている。さて、発振器１０２からバースト波電圧を振動子１０６に印加して、超音波を発生させる。発生した超音波は石英棒１０８を伝搬し、石英棒１０８の端面および試料１１２で反射して振動子１０６に戻る。それをオシロスコープ１１８によって測定する。試料の１１２の音響インピーダンスを計測するためにはマッチング液１１０の厚さを変化させる必要があるが、装置の安定のために、石英棒１０８は固定して試料を移動し、マッチング液の厚さを変化させるように構成している。このマッチング液としては、水等を用いることができる。図３に示す計測装置においては、マッチング液１１０は表面張力を用いて試料に付着しているので、石英棒１０８は試料１１２に対して垂直に立て、付着漏れがないようにしている。
【０００９】
このようにして、上述の原理で計測した反射係数と、マッチング液の厚さとの関係を示したグラフを図４に示す。このグラフにおいて反射率の最大・最小と、反射率が最小となったときのマッチング液の厚さから、前記式（前述の参照文献参照）により、試料１１２の音響インピーダンスを求めることができる。
しかし、試料１１２の音響インピーダンスと、マッチング液として用いている水等の音響インピーダンスとの差が小さい場合は、反射率の変化が小さくなる。このような場合を示したグラフが図５である。図５の計測において、マッチング液として水を、試料として水の音響インピーダンスとほぼ等しいオイルゼリーを用いている。図５からわかるように、反射率の変化が小さすぎて、最大・最小の区別がつかず、音響インピーダンスを求めることができない。このように、音響インピーダンスの差が小さすぎて計測することができないことが、特に生体試料に多い。これはまた、センサーと測定部位の接着状態等が悪いことにより、試料との界面が明確でないことも原因の一つと考えられる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、計測対象の音響インピーダンスと伝送線路（マッチング液等）の音響インピーダンスとの差が小さい場合でも、超音波の反射を用いて音響インピーダンスを正確に計測できるようにすることである。
また、生体を対象とする測定における場合のように、試料の界面が不明確である場合にも音響インピーダンスの測定を正確に行うことができるようにすることも本発明の目的である。
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明は、超音波を用いた音響インピーダンス測定方法において、測定試料と超音波を伝送する線路との間に、インピーダンス変換を行う層を挿入し、前記マッチング液の厚さを変化させることで、前記試料の音響インピーダンスを測定することを特徴とする。このようにして測定することにより、測定対象の音響インピーダンスと、伝送線路の試料と接する部分における音響インピーダンスとの差が小さい場合でも、正確に測定することができる。
【００１２】
また、超音波を用いた音響インピーダンス測定装置において、電気信号から測定に用いる超音波を発生し、かつ、超音波を受信して電気信号に変換することができる超音波発生器と、前記超音波発生器と接続され、超音波を伝送する伝送線路と、測定対象の試料と前記伝送線路との間のマッチング液と、前記マッチング液と前記試料との間に設置した、インピーダンス既知のインピーダンス変換を行う層とを備え、前記マッチング液の厚さを変化させることで、前記試料の音響インピーダンスを求めることを特徴とする。
この測定装置を用いることにより、マッチング液（例えば水）の音響インピーダンスと試料の音響インピーダンスとの差が小さい場合でも、試料の音響インピーダンスを正確に測定することができる。
【００１３】
前述の測定方法および測定装置における前記層は、さらに、前記印加する超音波の波長の概略１／４の奇数倍の厚さを有している。この構成により、生体を対象とする測定における場合のように、試料の界面が不明確である場合にも音響インピーダンスの測定を正確に行うことができる。法律の改正による出願人の名義変更手続を準備中。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明の実施形態においても、計測装置は図３に示したものと同様のものを使用することができる。
【００１５】
図６は、本発明の実施形態の概略を示す図である。この場合も固体の試料の場合を示している。図６においても、図３と同様に、超音波変換子（ＰＺＴ）１０６で発生した超音波のバーストは、伝送線路１０８、マッチング液１１０を介して試料１１２に対して印加される。本発明においては、試料１１２に対して特性インピーダンスおよび厚さが既知であるインピーダンス変換器１１４が密着配備されている。本発明においては、このインピーダンス変換器１１４を介して、試料１１２に超音波が印加される。このインピーダンス変換器１１４は概略、印加する超音波の波長の１／４の奇数倍の厚さを有していることが望ましい。また、この実施形態においては、インピーダンス変換器は、ベークライト板を用いたが、これに限られるものではない。
【００１６】
このインピーダンス変換器１１４は試料に密着しているので、試料とマッチング液との音響インピーダンスの差が明確になるとともに、センサーと試料の接触状態を一定にすることができる。このため、反射率が正確に計測できるので、マッチング液とのインピーダンスの差が小さい試料に対しても、マッチング液の厚さを変化させて計測すると、試料の反射係数の変化を検知することができる。
【００１７】
図７に、インピーダンス変換器１１４を試料１１２に密着配備した場合の計測結果を示している。図７における計測は、図５と同様に、マッチング液として水、試料としてオイルゼリーを用いている。また、インピーダンス変換器として厚さが１／４波長のベークライト板を用いている。図７のグラフから分かるように、マッチング液の厚さの変化に対して、反射率の変化が明確に判別できる。この図７のグラフにより、前述の式（前述の参考資料等参照）から、インピーダンス変換器と試料とを含めた反射係数（ｒ_０およびφ）を求めることができる。さらに、インピーダンス変換器によるインピーダンス変化を考慮すると、試料の音響インピーダンスを計測することができる。図７の場合のように、計測に用いている超音波の１／４波長の厚さのインピーダンス変換器のとき、スミスチャート上では、得られた反射係数の点（ｒ_０，φ）を１８０°負荷側に進めた点が試料の反射係数となる。インピーダンス変換器の特性インピーダンスは既知であるので、反射係数から試料の音響インピーダンスを求めることができる。
【００１８】
図８は、音響インピーダンスが既知である試料を、上述のようなインピーダンス変換器を用いて計測した結果を示すグラフである。音響インピーダンスが既知の試料として、濃度が分かっている食塩水を用いている。図８において、分かっている食塩水の音響インピーダンスを実線で示しており、計測した濃度の食塩水の分散と平均とを×と○で示している。図８から分かるように、食塩水の音響インピーダンスの計測結果は、既知である音響インピーダンスとよく一致している。
【００１９】
このように、計測対象と異なる音響インピーダンスを有するインピーダンス変換器を用いることにより、計測対象である試料とマッチング液との音響インピーダンスの差があまりない場合でも、正確に試料の音響インピーダンスを計測することができる。
【００２０】
上述のインピーダンス変換器を用いた音響インピーダンスの計測は、マッチング液として水を用いることが多い生体試料の場合に適用すると有効である。内視鏡に組み込んで、生体試料の音響インピーダンスを計測する場合を考える。この場合において、生体試料は、マッチング液として用いられている水と音響インピーダンスの差が少ない。このため、音響インピーダンスを正確に計測することが難しかった。また、試料との距離の計測で、測定対象である生体試料が平面ではないため、伝送線路としている石英棒との距離の計測も難しかった。このため、生体試料の音響インピーダンスを計測することは難しかった。
【００２１】
しかし、たとえば図９に示すようなインピーダンス変換器を使用している音響センサーを用いて、平板状のインピーダンス変換器１１４を生体試料に押しつけて、音響インピーダンスを計測することにより、正確に計測することができるようになる。
【００２２】
図９は、石英棒等で構成されている超音波の伝送線路の先端部の構成例を示している。図９において、伝送線路１０８の先端には、インピーダンス変換器１１４を前面に有するケース１１６が、伝送線路と相対的に移動可能に備わっている。ケース１１６内には、マッチング液（例えば、水）が満たされており、外部とはパッキング１２０等で遮断されている。伝送線路１０８は、図示しない駆動部によりケース１１６に対して移動可能である。また、伝送線路１０８の先端部とインピーダンス変換器１１４との距離は、図示しない駆動部や、別に設けた例えばレーザ計測器等により計測されている。
このような音響センサーを、例えば内視鏡とともに用いることにより、インピーダンス変換器１１４を目的の生体試料に押し当てて、生体試料の音響インピーダンスを正確に計測することができる。
なお、上述のインピーダンス変換器として、平板状のもので説明したが、円筒形や球状の形状のもの等でもよい。
【００２３】
また、上述では、生体内における計測を説明したが、生体外からの計測においては、例えば頸動脈に当てて音響インピーダンスを計測すれば、動脈硬化に関する情報を得ることができる。この計測により、血管の形状による診断ばかりでなく、血管の質的変化による診断も可能となる。
【００２４】
インピーダンス変換器を用いる本発明の音響インピーダンス計測は、工業用各種材料（液状、ゲル状、および、固体）の音響インピーダンス計測に適用することができる。
【００２５】
【発明の効果】
上記の説明のように、本発明の音響インピーダンス計測を用いることにより、生体試料等において、正確に音響インピーダンスを計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】固体試料の音響インピーダンスの測定を説明する図である。
【図２】音響インピーダンスを求めるための複素平面図である。
【図３】音響インピーダンスの測定を行う測定装置の構成を説明するブロック図である。
【図４】計測された反射係数とマッチング液の厚さとの関係を示すグラフである。
【図５】マッチング液と比較して、音響インピーダンスの差が少ない試料を計測した場合のグラフである。
【図６】本発明の原理を説明する図である。
【図７】本発明の音響インピーダンス計測を用いた結果を示すグラフである。
【図８】本発明の音響インピーダンス計測の検証結果を示すグラフである。
【図９】本発明を生体試料の計測器に適用した場合を示す図である。
【符号の説明】
１２固体伝送線路
１４マッチング液（液体伝送線路）
１８試料
１０２発振器
１０４，１１５増幅器
１０６超音波変換子（振動子）
１０８伝送線路
１１０マッチング液
１１２試料
１１４インピーダンス変換器
１１６ケース
１１８オシロスコープ
１２０パッキング[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to measurement of acoustic impedance of biological samples and various industrial materials.
[0002]
BACKGROUND OF THE INVENTION
It is conceivable to measure acoustic impedance, which is a characteristic of a biological sample, with a measuring device incorporated in an endoscope or a catheter to diagnose pathological conditions in the stomach, identify plaque in blood vessels, and palpate organs.
In addition, complex acoustic impedance has been measured for various industrial materials (liquid, gel, and solid).
[0003]
Such measurement of acoustic impedance is performed using ultrasonic waves. The measurement of the complex acoustic impedance using this ultrasonic wave is obtained by, for example, irradiating a sample with an ultrasonic wave through a matching liquid and measuring the reflection.
[0004]
The principle of complex acoustic impedance measurement using ultrasonic waves will be described. FIG. 1A is a diagram for explaining measurement of a solid sample. FIG. 1B is an equivalent circuit of FIG. Ultrasonic waves are applied from a solid transmission line 12 to a sample 16 via a liquid transmission line (matching liquid) 14. When the distance between the end face of the solid transmission line 12 and the sample 16 is gradually increased from 0, the amplitude of the reflected wave also gradually changes. Thus, the acoustic impedance of the sample is determined by measuring the reflected waveform.
[0005]
In the equivalent circuit of FIG. 1B, the specific impedance Z _C of the solid transmission line, the specific impedance Z _{W of} the liquid transmission line (matching liquid), the propagation constant β and the distance 1 are known, and only the complex impedance Z _L of the sample is known. Is unknown. Since it is assumed that the solid transmission line and the liquid transmission line (matching liquid) have no loss, Z _C and Z _W are real numbers. The reflection coefficient Γ (0) (complex number) between the liquid transmission line 14 and the sample 16 is given by the following equation.
(Equation 1)

The reflection coefficient Γ (l) (complex number) at the position of the distance 1 from the sample is given by the following equation.
(Equation 2)

The impedance Z (l) (complex number) looking into the sample from this position is
(Equation 3)

The reflection coefficient S (l) (complex number) when this impedance is observed from the solid transmission line is as follows.
(Equation 4)

[0006]
Substituting equation (3) into equation (4) and rearranging results in the following.
(Equation 5)

Where

And Since Z _C > Z _W , K ₀ > 0.
Where

Equation (5) becomes as follows.
(Equation 8)

[0007]
Where [Equation 9]

Consider the maximum and minimum of.
(Equation 10)

Is represented on a complex plane as shown in FIG. In FIG.
(Equation 11)

Is represented by a vector A from the origin O to the point P,
(Equation 12)

Is a vector from the origin to the point P ′. Therefore,
(Equation 13)

Is a vector from the point C (-1,0) to the point P ′. Similarly,
[Equation 14]

Is a vector from point C to point Q ′.
As can be seen from FIG.

Is the largest
(Equation 16)

The minimum is
[Equation 17]

It is time. Therefore,

Is the maximum value

And the minimum value is

Given by The amplitude of the reflected wave

Let ρ be the ratio of
(Equation 22)

I take the. Therefore, let K ₀ be known,
(Equation 23)

Is measured, r ₀ is determined. The phase can be determined using Equation 9. (See, for example, IEICE Technical Report US97-107, "Measurement of sound velocity and complex impedance of minute samples using transmission lines" (February 1998))
[0008]
FIG. 3 shows the configuration of a measuring device for measuring the impedance of a sample as described above. In the measuring apparatus of FIG. 3, a fused silica rod is used as the transmission line 108, and lead zirconate titanate (PZT), which is a piezoelectric element, is used as the ultrasonic transducer 106. Now, a burst wave voltage is applied from the oscillator 102 to the vibrator 106 to generate ultrasonic waves. The generated ultrasonic wave propagates through the quartz bar 108, is reflected by the end face of the quartz bar 108 and the sample 112, and returns to the vibrator 106. It is measured by the oscilloscope 118. In order to measure the acoustic impedance of the sample 112, it is necessary to change the thickness of the matching liquid 110. However, in order to stabilize the apparatus, the quartz rod 108 is fixed and the sample is moved. Is changed. Water or the like can be used as the matching liquid. In the measuring apparatus shown in FIG. 3, since the matching liquid 110 adheres to the sample using surface tension, the quartz rod 108 stands upright with respect to the sample 112 so that there is no adhesion leakage.
[0009]
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the reflection coefficient measured according to the above principle and the thickness of the matching liquid. In this graph, the acoustic impedance of the sample 112 can be obtained from the above formula (see the above-mentioned reference) from the maximum and minimum of the reflectance and the thickness of the matching liquid when the reflectance becomes the minimum.
However, when the difference between the acoustic impedance of the sample 112 and the acoustic impedance of water or the like used as the matching liquid is small, the change in reflectance is small. FIG. 5 is a graph showing such a case. In the measurement of FIG. 5, water is used as the matching liquid, and oil jelly that is almost equal to the acoustic impedance of water is used as the sample. As can be seen from FIG. 5, the change in reflectance is too small to distinguish between the maximum and minimum, and the acoustic impedance cannot be determined. As described above, it is often the case with biological samples that the difference in acoustic impedance is too small to be measured. It is also considered that one of the causes is that the interface between the sample and the sample is not clear due to poor adhesion between the sensor and the measurement site.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to enable accurate measurement of acoustic impedance using reflection of ultrasonic waves even when the difference between the acoustic impedance of a measurement target and the acoustic impedance of a transmission line (such as a matching liquid) is small. .
It is also an object of the present invention to enable accurate measurement of acoustic impedance even when the interface of a sample is unclear, such as in the case of measurement on a living body.
[0011]
In order to achieve the above object, the present invention provides a method for measuring acoustic impedance using ultrasonic waves, wherein a layer that performs impedance conversion is inserted between a measurement sample and a line that transmits ultrasonic waves , The method is characterized in that the acoustic impedance of the sample is measured by changing the thickness . By performing measurement in this way, accurate measurement can be performed even when the difference between the acoustic impedance of the measurement target and the acoustic impedance at the portion of the transmission line in contact with the sample is small.
[0012]
Further, in an acoustic impedance measuring device using ultrasonic waves, an ultrasonic generator capable of generating ultrasonic waves to be used for measurement from an electric signal and receiving the ultrasonic waves and converting the ultrasonic waves into an electric signal, A transmission line connected to the generator and transmitting ultrasonic waves, a matching liquid between the sample to be measured and the transmission line, and a known impedance conversion between the matching liquid and the sample, which is provided between the matching liquid and the sample. The acoustic impedance of the sample is obtained by changing the thickness of the matching liquid .
By using this measuring device, the acoustic impedance of the sample can be accurately measured even when the difference between the acoustic impedance of the matching liquid (for example, water) and the acoustic impedance of the sample is small.
[0013]
The layer in the above-described measuring method and measuring apparatus further has a thickness that is an odd-numbered multiple of approximately 波長 of the wavelength of the applied ultrasonic wave. With this configuration, it is possible to accurately measure the acoustic impedance even when the interface of the sample is unclear, such as in the case of measurement on a living body. Preparing for change of applicant's name due to amendment of law.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the embodiment of the present invention, the same measurement device as that shown in FIG. 3 can be used.
[0015]
FIG. 6 is a diagram schematically showing an embodiment of the present invention. This case also shows the case of a solid sample. In FIG. 6, similarly to FIG. 3, the burst of the ultrasonic wave generated by the ultrasonic transducer (PZT) 106 is applied to the sample 112 via the transmission line 108 and the matching liquid 110. In the present invention, an impedance converter 114 whose characteristic impedance and thickness are known is closely attached to the sample 112. In the present invention, an ultrasonic wave is applied to the sample 112 via the impedance converter 114. It is desirable that the impedance converter 114 has a thickness that is approximately an odd multiple of 1/4 of the wavelength of the ultrasonic wave to be applied. In this embodiment, a bakelite plate is used as the impedance converter, but the impedance converter is not limited to this.
[0016]
Since the impedance converter 114 is in close contact with the sample, the difference in acoustic impedance between the sample and the matching liquid becomes clear, and the contact state between the sensor and the sample can be kept constant. For this reason, since the reflectance can be measured accurately, even for a sample having a small impedance difference from the matching solution, if the measurement is performed by changing the thickness of the matching solution, the change in the reflection coefficient of the sample can be detected. it can.
[0017]
FIG. 7 shows a measurement result when the impedance converter 114 is closely attached to the sample 112. The measurement in FIG. 7 uses water as the matching liquid and oil jelly as the sample as in FIG. Further, a bakelite plate having a thickness of 1/4 wavelength is used as the impedance converter. As can be seen from the graph of FIG. 7, the change in the reflectance can be clearly determined with respect to the change in the thickness of the matching liquid. The graph of FIG. 7, it is possible to obtain the above equation from (see previous references, etc.), the reflection coefficient, including and the sample impedance converter (r ₀ and phi). Further, when the impedance change due to the impedance converter is taken into account, the acoustic impedance of the sample can be measured. As in the case of FIG. 7, when the impedance converter has a thickness of １／ wavelength of the ultrasonic wave used for the measurement, the point (r ₀ , φ) of the obtained reflection coefficient is set to 180 on the Smith chart. ° The point advanced to the load side is the reflection coefficient of the sample. Since the characteristic impedance of the impedance converter is known, the acoustic impedance of the sample can be obtained from the reflection coefficient.
[0018]
FIG. 8 is a graph showing a result of measuring a sample whose acoustic impedance is known using the impedance converter as described above. As a sample whose acoustic impedance is known, a saline solution whose concentration is known is used. 8, the known acoustic impedance of the saline solution is indicated by a solid line, and the dispersion and average of the measured concentration of the saline solution are indicated by x and ○. As can be seen from FIG. 8, the measurement result of the acoustic impedance of the saline solution is in good agreement with the known acoustic impedance.
[0019]
As described above, by using the impedance converter having an acoustic impedance different from that of the measurement target, it is possible to accurately measure the acoustic impedance of the sample even when there is not much difference in the acoustic impedance between the sample to be measured and the matching liquid. Can be.
[0020]
The measurement of the acoustic impedance using the above-described impedance converter is effective when applied to a biological sample that often uses water as a matching liquid. Assume that the acoustic impedance of a biological sample is measured by incorporating the probe into an endoscope. In this case, the biological sample has a small difference in acoustic impedance from water used as the matching liquid. Therefore, it has been difficult to accurately measure the acoustic impedance. Further, in the measurement of the distance to the sample, it was difficult to measure the distance to the quartz rod used as the transmission line because the biological sample to be measured was not flat. For this reason, it was difficult to measure the acoustic impedance of the biological sample.
[0021]
However, accurate measurement is performed by pressing the flat impedance converter 114 against a biological sample using an acoustic sensor using an impedance converter as shown in FIG. 9 and measuring the acoustic impedance. Will be able to
[0022]
FIG. 9 shows a configuration example of a tip portion of an ultrasonic transmission line composed of a quartz bar or the like. In FIG. 9, a case 116 having an impedance converter 114 on the front surface is provided at the tip of the transmission line 108 so as to be relatively movable with respect to the transmission line. The case 116 is filled with a matching liquid (for example, water) and is isolated from the outside by a packing 120 or the like. The transmission line 108 is movable with respect to the case 116 by a driving unit (not shown). The distance between the tip of the transmission line 108 and the impedance converter 114 is measured by a driving unit (not shown) or a separately provided laser measuring device, for example.
By using such an acoustic sensor with, for example, an endoscope, the impedance converter 114 can be pressed against a target biological sample, and the acoustic impedance of the biological sample can be accurately measured.
Although the above-described impedance converter has been described as a flat plate, it may be a cylindrical or spherical converter.
[0023]
In the above description, measurement in a living body has been described. However, in measurement from outside a living body, information about arteriosclerosis can be obtained by measuring acoustic impedance by applying the measurement to, for example, a carotid artery. This measurement allows not only a diagnosis based on the shape of the blood vessel, but also a diagnosis based on a qualitative change in the blood vessel.
[0024]
The acoustic impedance measurement of the present invention using the impedance converter can be applied to the measurement of acoustic impedance of various industrial materials (liquid, gel, and solid).
[0025]
【The invention's effect】
As described above, by using the acoustic impedance measurement of the present invention, it is possible to accurately measure the acoustic impedance of a biological sample or the like.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating measurement of acoustic impedance of a solid sample.
FIG. 2 is a complex plan view for obtaining an acoustic impedance.
FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration of a measuring device that measures acoustic impedance.
FIG. 4 is a graph showing a relationship between a measured reflection coefficient and a thickness of a matching liquid.
FIG. 5 is a graph showing a case where a sample having a small difference in acoustic impedance as compared with a matching liquid is measured.
FIG. 6 is a diagram illustrating the principle of the present invention.
FIG. 7 is a graph showing the results of using the acoustic impedance measurement of the present invention.
FIG. 8 is a graph showing verification results of acoustic impedance measurement of the present invention.
FIG. 9 is a diagram showing a case where the present invention is applied to a biological sample measuring instrument.
[Explanation of symbols]
12 Solid transmission line 14 Matching liquid (liquid transmission line)
18 Sample 102

Oscillator

104, 115 Amplifier 106 Ultrasonic transducer (vibrator)
108 Transmission line 110 Matching liquid 112 Sample 114 Impedance converter 116 Case 118 Oscilloscope 120 Packing

Claims

In an acoustic impedance measuring device using ultrasonic waves,
An ultrasonic generator that generates an ultrasonic wave to be used for measurement from an electric signal, and that can receive the ultrasonic wave and convert it into an electric signal,
A transmission line connected to the ultrasonic generator and transmitting ultrasonic waves,
A matching liquid between the sample to be measured and the transmission line,
A layer that is provided between the matching liquid and the sample and performs impedance conversion with known impedance,
An acoustic impedance measuring device , wherein an acoustic impedance of the sample is obtained by changing a thickness of the matching liquid .

In acoustic impedance measuring apparatus using an ultrasonic wave according to claim 1, wherein the layer is an acoustic impedance measuring apparatus characterized by having an ultrasonic schematic odd multiple of the thickness of a quarter of a wavelength of the applied.

In an acoustic impedance measurement method using ultrasonic waves,
Insert a layer that performs impedance conversion between the measurement sample and the line that transmits ultrasonic waves,
By changing the thickness of the matching liquid,
Acoustic impedance measuring method and measuring the acoustic impedance of the sample.

In acoustic impedance measuring method according to claim 3, wherein the layer of the insert is further acoustic impedance measuring method characterized by having a thickness of an odd multiple of a schematic quarter of the wavelength of the ultrasonic wave to be said applied.