JPH0147182B2 - - Google Patents

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JPH0147182B2
JPH0147182B2 JP16703682A JP16703682A JPH0147182B2 JP H0147182 B2 JPH0147182 B2 JP H0147182B2 JP 16703682 A JP16703682 A JP 16703682A JP 16703682 A JP16703682 A JP 16703682A JP H0147182 B2 JPH0147182 B2 JP H0147182B2
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Japan
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wave
frequency
medium
ultrasonic
pumping
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JPS5955245A (en
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Hirokuni Sato
Nobuyuki Ichida
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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Publication date
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Publication of JPH0147182B2 publication Critical patent/JPH0147182B2/ja
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Description

【発明の詳細な説明】 (A) 発明の技術分野 本発明は、超音波診断処理方式、特にポンピン
グ波の存在する音圧下において測定波の音速が媒
体の非線形定数に対応した形で変調されることを
利用する診断を行うに当つて、上記ポンピング波
の周波数を掃引せしめて得た各周波数毎の測定波
位相偏位量を得、当該位相偏位量をフーリエ変換
して、媒体内の上記測定波走査線上での非線形定
数の空間分布を測定するようにした超音波診断処
理方式に関するものである。
[Detailed Description of the Invention] (A) Technical Field of the Invention The present invention relates to an ultrasonic diagnostic processing method, in particular, in which the sound velocity of a measurement wave is modulated in a manner corresponding to a nonlinear constant of a medium under sound pressure in the presence of a pumping wave. When performing diagnosis using this, the frequency of the pumping wave is swept to obtain the measurement wave phase deviation amount for each frequency, and the phase deviation amount is Fourier-transformed to detect the above-mentioned The present invention relates to an ultrasonic diagnostic processing method that measures the spatial distribution of nonlinear constants on a measurement wave scanning line.

(B) 技術の背景と問題点 従来からX線を用いたコンピユータ・トモグラ
フイ技術が知られており、該技術は、第1図にそ
の概念を示す如く、例えば生体1に対して、X線
送受信器2A,2BによつてX線を照射し、受信
器2Bによる受信結果が、図示線2C上の組織に
よる影響の累積された結果とみなすようにし、図
示X線送受信器2A′,2B′の如く生体1に対す
る照射位置を変化せしめ、n次元の連立方程式を
解くことによつて、生体1上の各メツシユ3毎の
態様を決定するようにしているものである。しか
し、超音波を用いる診断においては、例えば生体
内のガス体の存在や、生体内の骨の存在などによ
つて、超音波の透過が妨げられる。このために、
生体1に対する全方向からの超音波透過の態様を
求めて連立方程式を解く方式を採用することが困
難である。
(B) Background and problems of the technology Computer tomography technology using X-rays has been known for a long time, and as the concept is shown in Figure 1, this technology transmits and receives X-rays to, for example, a living body 1. X-rays are irradiated by the X-ray transceivers 2A and 2B, and the reception result by the receiver 2B is regarded as the cumulative result of the influence of the tissue on the illustrated line 2C. By changing the irradiation position on the living body 1 and solving n-dimensional simultaneous equations, the mode of each mesh 3 on the living body 1 is determined. However, in diagnosis using ultrasound, the transmission of ultrasound is hindered by, for example, the presence of gas in the living body or the presence of bones in the living body. For this,
It is difficult to adopt a method of determining the mode of ultrasonic transmission from all directions to the living body 1 and solving simultaneous equations.

このために、第2図に示す如く、超音波送受信
器4A,4Bによつて、生体1に超音波を印加
し、超音波が伝播し得た走査線4C上の各位置5
−1,5−2,……の態様を、受信器4Bによる
受信結果から直接(連立方程式を解く形でなく)
得るようにすることが望まれる。
For this purpose, as shown in FIG. 2, ultrasonic waves are applied to the living body 1 by ultrasonic transceivers 4A and 4B, and each position 5 on the scanning line 4C through which the ultrasonic waves can propagate is applied.
-1, 5-2, ... directly from the reception result by receiver 4B (not in the form of solving simultaneous equations)
It is desirable that the

一方、従来から、低い周波数の音波の場によつ
て、これと交差する高い周波数の音波が周波数変
調を受けることが知られている。このような音波
の相互作用は媒体内の非線形性によつて生じるも
のとされている。このことは、超音波媒体内にお
ける音速Cが、 C=C0+1/2ρ0C0(B/A)ΔP+…… −(1) (但し ΔP:音圧 C0:ΔP=0の時の音速 ρ0:ΔP=0の時の密度 B/A:非線形パラメータ) で表わされるように、音圧ΔPの存在によつて変
化することをもつて言い換えることもできる。な
お超音波媒体が生体組織である場合に、上記B/
Aは健常組織と病変組織とを識別するために有用
なものであると考えられている。
On the other hand, it has been conventionally known that a high frequency sound wave that intersects with a low frequency sound wave field undergoes frequency modulation. It is believed that such interaction of sound waves is caused by nonlinearity within the medium. This means that the sound speed C in the ultrasonic medium is C=C 0 +1/2ρ 0 C 0 (B/A) ΔP+... -(1) (where ΔP: sound pressure C 0 :When ΔP=0 Sound velocity ρ 0 :density when ΔP=0 B/A: nonlinear parameter) This can also be expressed as changing depending on the presence of sound pressure ΔP. Note that when the ultrasound medium is biological tissue, the above B/
A is considered useful for distinguishing between healthy and diseased tissue.

上記B/Aの値は正・負いずれの場合も存在し
得るが、以下B/A>0であるものとして説明を
続ける。
Although the value of B/A mentioned above can be either positive or negative, the following explanation will be continued assuming that B/A>0.

B/A>0の場合には、音圧の高い場所で音速
が早くなることを示しており、第3図A図示の如
く、音圧ΔPが周波数の正弦波をつくりつつ音
波が進行する場合、全体は速度C0で進行するが
高圧部でより早く進行し低圧部でより遅く進行す
る形となり、第3図B,Cの如く変形してゆく。
そして、第3図Cの状態のもとでは、圧力が不連
続に変化する衝撃波を生じたこととなり、超音波
エネルギは、他種エネルギに変換されてそれ以上
圧力分布が変化しないで進行が著しい減衰を受け
る形となり、圧力が減少し消滅する。
If B/A>0, it means that the speed of sound increases in places where the sound pressure is high, and as shown in Figure 3A, when the sound pressure ΔP creates a sine wave of the frequency and the sound wave travels. , the whole moves at a speed of C 0 , but it moves faster in the high-pressure area and slower in the low-pressure area, deforming as shown in Figures B and C.
Under the condition shown in Figure 3C, a shock wave is generated in which the pressure changes discontinuously, and the ultrasonic energy is converted into other types of energy, and the pressure distribution does not change any further and progresses rapidly. It undergoes attenuation, the pressure decreases, and it disappears.

このように、受信された超音波の周波数分析を
行うことによつて、非線形パラメータB/Aを測
定することが可能である。この場合、特に第2高
調波成分のエネルギが大きく、第2高調波成分を
定量的に測定するようにされる。しかし、 (i) 上述の如く、上記第2高調波成分は、上記音
圧ΔPは勿論のこと、当該音圧ΔP以外にも通過
距離の関数であり、かつこの関数形が線形でな
いことから、上記第2高調波成分から、上記
B/Aを求めることは非常に困難でありかつ大
きい誤差をもつものであつた。
In this way, by performing frequency analysis of the received ultrasound, it is possible to measure the nonlinear parameter B/A. In this case, the energy of the second harmonic component is particularly large, and the second harmonic component is quantitatively measured. However, (i) as mentioned above, the second harmonic component is a function of not only the sound pressure ΔP but also the passing distance, and the form of this function is not linear; It is very difficult to obtain the above B/A from the second harmonic component and has a large error.

(ii) また、周波数が高い程、高調波が発生し易
く高い感度が得られる。しかし一方生体組織な
どでは透過時の圧力減衰が距離につれていわば
指数関数的に減衰してしまいかつ減衰係数が周
波数に比例することが知られている。このた
めに、高い周波数のものを使用して測定するこ
とがむづかしい。
(ii) Also, the higher the frequency, the more likely harmonics are generated and the higher the sensitivity can be obtained. However, on the other hand, it is known that in living tissue, the pressure attenuation during penetration is exponentially attenuated with distance, and the attenuation coefficient is proportional to frequency. This makes it difficult to measure using high frequencies.

(iii) 更に、上述の如く音圧が距離に応じて指数関
数的に減衰変化すると、上記第(1)式から判る如
く、上記B/Aについての解析は複雑となり、
殆んどB/Aを求めること自体が困難となる。
(iii) Furthermore, if the sound pressure attenuates exponentially depending on the distance as described above, as can be seen from equation (1) above, the analysis of the above B/A becomes complicated,
In most cases, it is difficult to calculate B/A.

(iv) 一方言うまでもなく、距離による音圧の減衰
を実質上無視できる程度の低い周波数のものを
用いると、十分な感度が得られない。
(iv) On the other hand, needless to say, sufficient sensitivity cannot be obtained if a low frequency signal whose attenuation of sound pressure due to distance is virtually negligible is used.

(v) また伝播される超音波の上記第2高調波成分
を測定する方式の場合、伝播路上での効果が蓄
積されたものとして受信されることから、当該
伝播路上での空間的な分布を求めることができ
ない。
(v) In addition, in the case of a method that measures the second harmonic component of the propagated ultrasonic wave, the effect on the propagation path is received as an accumulated effect, so the spatial distribution on the propagation path can be measured. I can't ask for it.

上記の如き理由から、所定の周波数の超音波を
印加して、生体などの媒体内を伝播した際の音圧
波形を周波数分析する方式は、実用的でない。こ
の点を解決するものとして、比較的低周波数のポ
ンピング波を供給して音圧の場を与え、当該場内
に比較的高周波数の測定波を交差するように印加
し、測定波が周波数変調を受ける態様を調べる方
式が考慮されている。即ち、第(1)式における音圧
ΔPをポンピング波によつて与えておき、測定波
が周波数変調を受ける状態を調べる方式が考慮さ
れている。しかし、この方式の場合、上記第(v)項
と同じ理由から、即ち効果が蓄積された結果とし
て受信されることから、いわばB/Aの平均的な
値しか検出できない。換言すれば、第2図図示の
伝播路上の各位置5−1,5−2,……における
夫々のB/Aを検出することができないものであ
つた。
For the reasons mentioned above, it is not practical to apply an ultrasonic wave of a predetermined frequency and frequency-analyze the sound pressure waveform when it propagates in a medium such as a living body. To solve this problem, a relatively low-frequency pumping wave is supplied to create a sound pressure field, and a relatively high-frequency measurement wave is applied across the field, so that the measurement wave undergoes frequency modulation. A method is being considered to examine the manner in which it is received. That is, a method is being considered in which the sound pressure ΔP in equation (1) is given by a pumping wave and the state in which the measurement wave is subjected to frequency modulation is investigated. However, in this method, for the same reason as the above-mentioned item (v), that is, since the effect is received as a result of accumulation, only the average value of B/A can be detected. In other words, it was not possible to detect each B/A at each position 5-1, 5-2, . . . on the propagation path shown in FIG.

(C) 発明の目的と構成 本発明は、上記の点を解決することを目的とし
ており、上記ポンピング波を用いる方式を採用し
つつ、伝播路上の各位置の非線形パラメータB/
Aを決定できるようにすることを目的としてい
る。そしてそのため、本発明の超音波診断処理方
式は超音波音圧に対する物理定数の非線型定数ま
たはその関連量についての上記超音波媒体内にお
ける空間的分布を測定する超音波診断処理方式に
おいて、上記媒体内に圧力を発生せしめるための
比較的低周波数のポンピング波を当該媒体内に供
給すると共に、当該ポンピング波の進行方向と交
差する方向に印加される比較的高周波数の測定波
を上記媒体内に供給するよう構成し、かつ上記ポ
ンピング波の周波数を変化せしめる手段をもう
け、上記ポンピング波が存在しない場合における
上記測定波の受信位相と上記ポンピング波が存在
する場合における上記測定波の受信位相との位相
偏移量について、上記ポンピング波の各周波数毎
に求め、当該位相偏移量が、非線型定数またはそ
の関連量の分布を空間周波数領域にフーリエ逆変
換した際の、当該ポンピング波の測定波走査線上
の実効波長を波長とする空間周波数成分であると
みなして、上記位相偏移量をフーリエ変換するこ
とによつて、上記媒体内の上記測定波走査線上の
非線型定数またはその関連量の分布を測定するよ
うにしたことを特徴としている。以下図面を参照
しつつ説明する。
(C) Object and structure of the invention The present invention aims to solve the above-mentioned points, and while adopting the method using the pumping wave described above, the nonlinear parameter B/
The purpose is to be able to determine A. Therefore, the ultrasonic diagnostic processing method of the present invention measures the spatial distribution in the ultrasonic medium of a nonlinear physical constant or its related quantity with respect to ultrasonic sound pressure. A relatively low-frequency pumping wave is supplied to the medium to generate pressure within the medium, and a relatively high-frequency measurement wave is applied to the medium in a direction crossing the traveling direction of the pumping wave. and means for changing the frequency of the pumping wave, the reception phase of the measurement wave in the absence of the pumping wave and the reception phase of the measurement wave in the presence of the pumping wave. The amount of phase deviation is determined for each frequency of the pumping wave, and the amount of phase deviation is the measured wave of the pumping wave when the distribution of the nonlinear constant or its related quantity is inversely Fourier transformed into the spatial frequency domain. By assuming that the effective wavelength on the scanning line is a spatial frequency component and Fourier transforming the phase shift amount, the nonlinear constant or its related quantity on the measurement wave scanning line in the medium can be calculated. The feature is that it measures the distribution. This will be explained below with reference to the drawings.

なお本発明においては、時間関数f(A)の周波数
関数F(w)を求める形をフーリエ変換と呼び、
周波数関数F(w)か時間関数f(t)を求める形
をフーリエ逆変換と呼んでいる。
Note that in the present invention, the form for determining the frequency function F(w) of the time function f(A) is called Fourier transform,
The form of determining the frequency function F(w) or time function f(t) is called inverse Fourier transform.

(D) 発明の実施例 第4図は本発明における原理を説明する説明
図、第5図は本発明の一実施例構成、第6図は本
発明の他の一実施例を示す。
(D) Embodiments of the Invention FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining the principle of the present invention, FIG. 5 shows the configuration of an embodiment of the invention, and FIG. 6 shows another embodiment of the invention.

第4図において、符号1,4A,4B,4Cは
第2図に対応し、6はポンピング波発生器であつ
て連続平面波を発生するもの、7−1,7−2,
……は夫々発生された連続平面波の音圧最大点を
表わしている。
In FIG. 4, symbols 1, 4A, 4B, and 4C correspond to those in FIG. 2, 6 is a pumping wave generator that generates continuous plane waves, 7-1, 7-2,
. . . represents the maximum sound pressure point of each generated continuous plane wave.

図示の全体が例えば水中に浸されており、ポン
ピング波発生器6から比較的低周波数の(p
0.2、0.4、0.8、1.6MHzなど)の超音波がポンピ
ング波として発生される。一方、超音波送信器4
A(例えば凹面トランスジユーナ)から比較的高
周波(n=3.5MHzなど)の超音波が測定波とし
て連続的に発生される。そして受信器4Bにおい
て当該測定波が受信される。
The whole shown is immersed in water, for example, and a pumping wave generator 6 generates a relatively low frequency signal ( p =
Ultrasonic waves (0.2, 0.4, 0.8, 1.6MHz, etc.) are generated as pumping waves. On the other hand, the ultrasonic transmitter 4
Ultrasonic waves of relatively high frequency ( n = 3.5 MHz, etc.) are continuously generated from A (for example, a concave transducer) as measurement waves. The measurement wave is then received by the receiver 4B.

ポンピング波と測定波との進行方向が角度θを
もつて交差しているとすると、走査線(伝播路)
4C上における図示最大音圧点a上にあつた測定
波は、ポンピング波が1波長λpだけ進行する間に
(即ちλp/C0時間経過後に)図示Z軸方向にλp
け進行した点a1にあり、そのときのポンピング波
の圧力は δ=2π/λp(λp/cosθ−λp)cosθ =2π(1−cosθ) −(2) だけ位相が進んだ形となつている。したがつて、
走査線4C上を進行する測定波は、見掛け上の角
速度ωe(又は周波数e又は波長λe)として、 なるポンピング波によつて周波数変調を受ける形
となる。
If the traveling directions of the pumping wave and the measuring wave intersect at an angle θ, then the scanning line (propagation path)
The measurement wave that was above the indicated maximum sound pressure point a on 4C traveled by λ p in the Z-axis direction shown while the pumping wave traveled by one wavelength λ p (that is, after λ p /C 0 time elapsed). At point a1 , the pressure of the pumping wave at that time is such that the phase is advanced by δ = 2π/λ pp /cosθ−λ p )cosθ = 2π (1−cosθ) − (2). There is. Therefore,
The measurement wave traveling on the scanning line 4C has an apparent angular velocity ω e (or frequency e or wavelength λe), The frequency is modulated by the pumping wave.

即ち、測定波は、送信器4Aを出発して受信器
4Bにおいて受信されるまでの間において、ポン
ピング波の圧力Δppと自己の圧力Δpmとによつて
速度が影響を受け、全経路において積分されたも
のとなり、即ち、その位相は、ポンピング波が存
在しないときの位相よりも、次式に示すΔφだけ
偏移するものとなる。
That is, the speed of the measurement wave is influenced by the pressure Δp of the pumping wave and the own pressure Δpm from the time it leaves the transmitter 4A until it is received by the receiver 4B, and the measurement wave is integrated over the entire path. In other words, the phase is shifted by Δφ shown in the following equation from the phase when no pumping wave is present.

即ち、Δφは「圧力Δppが存在するときに測定
波が距離Lだけ伝搬した際の位相φΔp」から「圧
力Δppが零のときに測定波が距離Lだけ伝搬した
際の位相φ0」を差し引いたものであることから Δφ=−2πC0/λm〔∫L 0dz/C0+ΔC−∫L 0dz/C0〕 ≒2πC0/λm∫L 0ΔC/C0 2dz=2π/λm∫ΔC(dz/C
0) となる。なお厳密には積分に当つて0からLまで
ではなく、第4図に示す如く4Aから4Bまでを積
分することとなるから、 となる。ここでΔCは ΔC≒1/2ρ0C0〔B/A〕ΔP(z) で与えられ、また測定波のポンプ波に重畳する位
置は第(3)式で示されるように周波数feで変化す
る。したがつて、音圧ΔPは距離とともに以下の
ように変化する。即ち (但し、||はポンプ波のピーク音圧) したがつて、ΔCをΔφの式に代入することによ
つて となり、ΔP(z)をΔφの式に代入することによ
つて、第(4)式が得られる。即ち、 で与えられるものとなる。なお、第(4)図に示す
ΔCは第(1)式右辺第2項以降の和を示すものであ
つて近似的には第(1)式右辺第2項そのものである
と考えてよいものである。またρ0C0は位置(y、
z)の関数であるが生体においては略一様である
と近似することができ、更にポンピング波の圧力
Δppが測定波の圧力Δpmよりも十分大きく |Δpp|≫|Δpm| であると仮定されている。そして、ポンピング波
の圧力|Δpp|は正確には減衰のために位置
(y、z)の関数であるが、ポンピング波の周波
数fpが比較的低く、略一定であると考えてよい。
That is, Δφ changes from "the phase φΔp when the measurement wave propagates the distance L when the pressure Δp p exists" to "the phase φ 0 when the measurement wave propagates the distance L when the pressure Δp p is zero" Δφ=−2πC 0 /λm [∫ L 0 dz/C 0 +ΔC−∫ L 0 dz/C 0 ] ≒2πC 0 /λm∫ L 0 ΔC/C 0 2 dz=2π/ λm∫ΔC(dz/C
0 ). Strictly speaking, when integrating, we are not integrating from 0 to L, but from 4A to 4B as shown in Figure 4, so becomes. Here, ΔC is given by ΔC≒1/2ρ 0 C 0 [B/A]ΔP(z), and the position where the measurement wave is superimposed on the pump wave changes with the frequency fe as shown in equation (3). do. Therefore, the sound pressure ΔP changes with distance as follows. That is, (However, || is the peak sound pressure of the pump wave.) Therefore, by substituting ΔC into the formula for Δφ, By substituting ΔP(z) into the equation for Δφ, equation (4) can be obtained. That is, It will be given by Note that ΔC shown in Figure (4) indicates the sum of the second term and subsequent terms on the right-hand side of equation (1), and can be approximately considered to be the second term on the right-hand side of equation (1) itself. It is. Also, ρ 0 C 0 is the position (y,
z), but it can be approximated to be approximately uniform in living organisms, and furthermore, if the pressure Δp of the pumping wave is sufficiently larger than the pressure Δpm of the measurement wave, |Δp p |≫|Δpm| It is assumed. Although the pressure |Δp p | of the pumping wave is precisely a function of the position (y, z) due to attenuation, it can be considered that the frequency f p of the pumping wave is relatively low and approximately constant.

ここで、上記第(4)式の形は、 なる形態をもつていることが判る。 Here, the form of equation (4) above is It can be seen that it has the following form.

これは、関数f(t)をフーリエ変換した際の
式およびそのフーリエ逆変換した式 F(ω)=∫f(t)e-jt・dt f(t)=1/2π∫F(ω)e+jt・dω なる関係の後者フーリエ逆変換の関係に対応する
形となつており、つまりΔφはf(t)に、(B/
A)(y、z)はF(ω)に夫々対応しており、上
記(B/A)(y、z)に対応する関数F(ω)
は、関数f(t)をフーリエ変換することによつ
て F(ω)=∫f(t)e-jtdt の如く得られることから、媒体1上の非線型パラ
メータ(B/A)は、上記第(4)式で与えられる位
相偏移量Δφを、ポンピング波の周波数を掃引せ
しめて夫々の周波数毎に求め、フーリエ変換する
ことによつて位置の関数として求めることができ
る。
This is the formula when the function f(t) is Fourier transformed and its inverse Fourier transform F(ω)=∫f(t)e -jt・dt f(t)=1/2π∫F( The form corresponds to the latter Fourier inverse transform of the relationship ω)e +jt・dω, that is, Δφ becomes f(t), (B/
A) (y, z) respectively correspond to F (ω), and the function F (ω) corresponding to the above (B/A) (y, z)
can be obtained by Fourier transforming the function f(t) as F(ω)=∫f(t)e -jt dt, so the nonlinear parameter (B/A) on medium 1 is can be determined as a function of position by sweeping the frequency of the pumping wave, determining the amount for each frequency, and performing Fourier transformation on the phase shift amount Δφ given by the above equation (4).

換言すると、媒体1内の走査線4C上の非線形
パラメータの分布を空間周波数領域にフーリエ逆
変換した際の、上記走査線4C上でみえるポンピ
ング波の見掛け上の波長を波長とする空間周波数
成分が上記位相偏移量Δφであるとみて、フーリ
エ変換を行うことによつて、上記非線型パラメー
タの分布を抽出することができる。
In other words, when the distribution of nonlinear parameters on the scanning line 4C in the medium 1 is inversely Fourier transformed into the spatial frequency domain, the spatial frequency component whose wavelength is the apparent wavelength of the pumping wave seen on the scanning line 4C is The distribution of the nonlinear parameters can be extracted by performing Fourier transformation assuming that the amount of phase shift is Δφ.

このようにすることによつて、ポンピング波の
圧力|Δpp|が位置(y、z)に拘らず略一定と
したときの非線型パラメータB/Aのz軸上の空
間分布を求めることが可能となる。即ち、第2図
図示の各点5−1,5−2,……における非線型
パラメータB/Aを求めることができる。ただポ
ンピング波の周波数fpが高くなつてポンピング波
の圧力の減衰が無視できない場合には、第(4)式に
おいて (B/A)・|Δpp| を位置(y、z)の関数として、上記と同様のフ
ーリエ変換を行い (B/A)・|Δpp| なる値の空間分布を求めることができる。
By doing this, it is possible to obtain the spatial distribution of the nonlinear parameter B/A on the z-axis when the pressure of the pumping wave |Δp p | is substantially constant regardless of the position (y, z). It becomes possible. That is, the nonlinear parameter B/A at each point 5-1, 5-2, . . . shown in FIG. 2 can be determined. However, if the frequency f p of the pumping wave becomes high and the attenuation of the pressure of the pumping wave cannot be ignored, in equation (4), (B/A)・|Δp p | is expressed as a function of the position (y, z). , the same Fourier transform as above is performed to obtain the spatial distribution of the values (B/A)·|Δp p |.

なお、上記非線型パラメータB/Aを求めるに
当つて、角度θ=90゜の場合には、ポンピング周
波数の圧力が減衰を生じる場合においても、z軸
上では|Δpp|を略一定とみることが比較的容易
であるという利点をもつている。また、この場合
において、系全体を浸漬している水の代りに、生
体の平均減衰定数に近い減衰定数をもちかつ伝播
速度も生体に近い液体を用いるようにすると、上
記圧力|Δpp|をz軸上において実質上一定にす
ることができる。
In calculating the above nonlinear parameter B/A, it is assumed that |Δp p | is approximately constant on the z-axis when the angle θ = 90°, even if the pressure at the pumping frequency causes attenuation. It has the advantage of being relatively easy to do. In addition, in this case, if a liquid with an attenuation constant close to the average attenuation constant of a living body and a propagation velocity close to that of a living body is used instead of the water that immerses the entire system, the above pressure |Δp p | It can be substantially constant on the z-axis.

第5図は本発明の一実施例構成を示している。
図中の符号1,4A,4B,4C,6は第4図に
対応し、8は媒体1を含む系を浸漬している液槽
であつて無反射吸音材で内壁を覆われているも
の、9は測定系、10はポンピング波駆動系、1
1は測定波駆動回路であつてクロツク制御系18
の制御の下にポンピング波用発振器21と同期し
て例えば3.5MHzの正弦波を発生して送信器4A
を駆動するもの、12は可変位相偏移回路であつ
てポンピング波の出力が存在しないときに図示出
力Rが最大値をとりかつ図示出力Iが零になるよ
う位相を調整するもの、13,14は夫々乗算直
交検波器、15は約90゜位相シフタ、16,17
は夫々アナログ・デジタル変換器、18はクロツ
ク制御器であつてシステム全体のクロツクや時間
的制御を行うもの、19はコンピユータであつて
上記出力RとIとにもとづいて上述の位相偏移量
Δφを Δφ=tan-1(I/R) −(6) なる形で計算しかつ非線型パラメータB/Aの空
間分布を計算するもの、20は出力結果を表わし
ている。
FIG. 5 shows the configuration of an embodiment of the present invention.
Symbols 1, 4A, 4B, 4C, and 6 in the figure correspond to those in Figure 4, and 8 is a liquid tank in which the system containing medium 1 is immersed, and the inner wall is covered with a non-reflective sound-absorbing material. , 9 is a measurement system, 10 is a pumping wave drive system, 1
1 is a measurement wave drive circuit, which is a clock control system 18.
For example, a 3.5MHz sine wave is generated in synchronization with the pumping wave oscillator 21 under the control of the transmitter 4A.
12 is a variable phase shift circuit that adjusts the phase so that the indicated output R takes the maximum value and the indicated output I becomes zero when no pumping wave output is present; 13, 14 are respectively multiplier quadrature detectors, 15 is an approximately 90° phase shifter, 16, 17
18 is a clock controller that performs clock and time control of the entire system, and 19 is a computer that calculates the above-mentioned phase shift amount Δφ based on the above outputs R and I. 20 represents the output result.

また21はポンピング波原振周波数f用発生
器、22は増幅器であつてポンピング波発生器6
を駆動するものを表わしている。なお、上記発生
器21は例えばf=1.6MHzの正弦波信号を発生
し、コンピユータ19からの指示に対応して、ク
ロツク制御器18のクロツクに同期する形で、
f/2、f/4、……の周波数信号(ポンピング
波)を発生する。
Further, 21 is a pumping wave original frequency f generator, and 22 is an amplifier, which is a pumping wave generator 6.
It represents what drives the. The generator 21 generates a sine wave signal of f=1.6 MHz, for example, and synchronizes with the clock of the clock controller 18 in response to an instruction from the computer 19.
Frequency signals (pumping waves) of f/2, f/4, . . . are generated.

図示の場合、第4図を参照して説明した如く、
ポンピング波が供給された状態の下で測定値が媒
体1に供給され、受信器4Bにおいて受信され
る。図示出力RとIとは、受信波におけるリアル
成分とイマージナル成分とに対応しており、コン
ピユータ19は各ポンピング波の周波数毎に、第
(6)式にしたがう形で第(4)式に対応する位相偏移量
Δφ〓eを求めることができる。そして、コンピユ
ータ19は、これらの結果にもとづいて偏移量
Δφをフーリエ変換し、所望の走査線4C上での
非線型パラメータB/Aの分布を得ることが可能
となる。
In the case shown, as explained with reference to FIG.
Measured values are applied to the medium 1 under pumping wave conditions and received at the receiver 4B. The illustrated outputs R and I correspond to the real component and the imaginary component in the received wave, and the computer 19 outputs the
The phase shift amount Δφ〓 e corresponding to Equation (4) can be obtained according to Equation (6). Then, the computer 19 performs Fourier transform on the deviation amount Δφ based on these results, thereby making it possible to obtain the distribution of the nonlinear parameter B/A on the desired scanning line 4C.

即ち、第(4)式は、上述の如く、 であり、第(3)式から 1/λe=fp(1−cosθ)/C0 である。したがつて また t=1−cosθ/C0・z とおくと、 Δφ(ωp、y)=K∫〔B/A〕(y、t)ejptdt−
(8) となる。なお第(7)式におけるΔφ(y)は周波数fp
の関数でもあることから、第(8)式においてはΔφ
(ωp、y)として表記している。
That is, equation (4) is, as mentioned above, From equation (3), 1/λe=f p (1-cos θ)/C 0 . Therefore Also, if we set t=1−cosθ/C 0・z, Δφ(ω p , y)=K∫[B/A](y, t)e jpt dt−
(8) becomes. Note that Δφ(y) in equation (7) is the frequency f p
Since it is also a function of Δφ in equation (8),
It is expressed as (ω p , y).

一般に上述した如く関数f(t)をフーリエ変
換した式は F(ω)=∫f(t)e-jtdt−(9) であり、第(9)式をフーリエ逆変換した式は f(t)=1/2π∫F(ω)ejt・dω −(10) である。
Generally, as mentioned above, the formula obtained by Fourier transform of the function f(t) is F(ω)=∫f(t)e -jt dt−(9), and the formula obtained by inverse Fourier transform of equation (9) is f(t)=1/2π∫F(ω)e jt・dω −(10).

このことから、第(8)式において 〔B/A〕(yt)→F(ω) t→ω dt→dω Δφ(ωp、y)→f(t) とみなせば、第(8)式は第(10)式に対応するものであ
り、第(9)式に対応するものとして、 〔B/A〕(yt)=K′∫Δφ(ωp、y)e-jptp
−(11) が第(8)式から導かれる。
From this, in equation (8), if we consider [B/A] (y , t) → F (ω) t → ω dt → dω Δφ (ω p , y) → f (t), then the (8th ) formula corresponds to formula (10), and as a formula corresponding to formula (9), [B/A] (y , t) = K′∫Δφ(ω p , y) e -jptp
−(11) is derived from equation (8).

第(11)式は、位相偏移量Δφ(ωp、y)とフーリ
エ変換して非線形パラメータの分布〔B/A〕(yt) を得ることに対応している。即ち、コンピユータ
19では、ポンプ波の周波数fp〔=ωp/2π〕をかえて 位相偏移Δφ(ωp、y)を測定し、第(11)式にした
がつて、パラメータの分布を得る。
Equation (11) corresponds to obtaining the nonlinear parameter distribution [B/A] (y , t) by performing Fourier transformation with the phase shift amount Δφ (ω p , y). That is, the computer 19 measures the phase shift Δφ (ω p , y) by changing the pump wave frequency f p [=ω p /2π], and calculates the parameter distribution according to equation (11). obtain.

第6図は、本発明の他の一実施例を示し、媒体
1上の非線型パラメータB/Aについての2次元
および/または3次元分布を得るようにしたもの
を表わしている。図中の符号1,4A,4B,4
C,6,8,9,10は第5図に対応しててい
る。また、22は送受信器載置部材であつて送受
信器を所定の位置関係の下で一緒に移動し得るも
の、23はモータであつて送受信器載置部材を駆
動するもの、24はスキヤン制御系であつて超音
波による走査線位置を指示するもの、25はイメ
ージ・メモリであつて測定系から得られた各走査
線位置毎の非線型パラメータB/Aの分布結果を
して各走査線位置毎に格納するもの、26は表示
装置を表わしている。
FIG. 6 shows another embodiment of the present invention, in which a two-dimensional and/or three-dimensional distribution of the nonlinear parameter B/A on the medium 1 is obtained. Codes 1, 4A, 4B, 4 in the diagram
C, 6, 8, 9, and 10 correspond to FIG. Further, 22 is a transmitter/receiver mounting member that can move the transmitter/receiver together in a predetermined positional relationship, 23 is a motor that drives the transmitter/receiver mounting member, and 24 is a scan control system. 25 is an image memory which indicates the position of the scanning line by ultrasonic waves, and 25 is an image memory which stores the distribution result of the nonlinear parameter B/A for each scanning line position obtained from the measurement system and displays the result of the distribution of the nonlinear parameter B/A for each scanning line position. 26 represents a display device.

(E) 発明の効果 以上説明した如く、本発明によれば第(4)式の如
き形で得られる位相偏移量Δφについて、ポンピ
ング波の周波数を掃引せしめて夫々求め、フーリ
エ変換処理によつて、非線型パラメータB/Aま
たはその関連量の空間分布を抽出することができ
る。
(E) Effects of the Invention As explained above, according to the present invention, the phase shift amount Δφ obtained in the form as shown in equation (4) is obtained by sweeping the frequency of the pumping wave, and is calculated by Fourier transform processing. Therefore, the spatial distribution of the nonlinear parameter B/A or its related quantity can be extracted.

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

第1図ないし第3図は本発明の前提問題を説明
する説明図、第4図は本発明における原理を説明
する説明図、第5図は本発明の一実施例構成、第
6図は本発明の他の一実施例を示す。 図中、1は超音波媒体(又は生体)、4Aは測
定波送信器、4Bは測定波受信器、4Cは走査線
(又は伝播路)、6はポンピング波発生器、8は液
槽、9は測定系、10はポンピング波駆動系、2
4はスキヤン制御系、26は表示装置を表わす。
Figures 1 to 3 are explanatory diagrams for explaining the prerequisite problems of the present invention, Figure 4 is an explanatory diagram for explaining the principle of the present invention, Figure 5 is an embodiment of the configuration of the present invention, and Figure 6 is an illustration of the present invention. Another embodiment of the invention will be shown. In the figure, 1 is an ultrasonic medium (or living body), 4A is a measurement wave transmitter, 4B is a measurement wave receiver, 4C is a scanning line (or propagation path), 6 is a pumping wave generator, 8 is a liquid tank, 9 is the measurement system, 10 is the pumping wave drive system, 2
4 represents a scan control system, and 26 represents a display device.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 超音波媒体に超音波音圧を印加し、当該超音
波音圧に対する物理定数の非線型定数またはその
関連量についての上記超音波媒体内における空間
的分布を測定する超音波診断処理方式において、
上記媒体内に圧力を発生せしめるための比較的低
周波数のポンピング波を当該媒体内に供給すると
共に、当該ポンピング波の進行方向と交差する方
向に印加される比較的高周波数の測定波を上記媒
体内に供給するよう構成し、かつ上記ポンピング
波の周波数を変化せしめる手段をもうけ、上記ポ
ンピング波が存在しない場合における上記測定波
の受信位相と上記ポンピング波が存在する場合に
おける上記測定波の受信位相との位相偏移量につ
いて、上記ポンピング波の各周波数毎に求め、当
該位相偏移量が、非線型定数またはその関連量の
分布を空間周波数領域にフーリエ逆変換した際
の、当該ポンピング波の測定波走査線上の実効波
長を波長とする空間周波数成分であるとみなし
て、上記位相偏移量をフーリエ変換することによ
つて、上記媒体内の上記測定波走査線上の非線型
定数またはその関連量の分布を測定するようにし
たことを特徴とする超音波診断処理方式。 2 上記測定波の走査線位置を変更可能に構成さ
れ、上記超音波媒体内における上記非線型定数ま
たはその関連量の2次元的および/または3次元
的空間分布を測定するようにしたことを特徴とす
る特許請求の範囲第1項記載の超音波診断処理方
式。
[Scope of Claims] 1. An ultrasonic device that applies ultrasonic sound pressure to an ultrasonic medium and measures the spatial distribution in the ultrasonic medium of a nonlinear constant of a physical constant or its related quantity with respect to the ultrasonic sound pressure. In the sonic diagnostic processing method,
A relatively low-frequency pumping wave is supplied to the medium to generate pressure within the medium, and a relatively high-frequency measurement wave is applied to the medium in a direction crossing the traveling direction of the pumping wave. and means for changing the frequency of the pumping wave, the receiving phase of the measuring wave when the pumping wave is not present and the receiving phase of the measuring wave when the pumping wave is present. The amount of phase deviation between the pumping wave and By treating the above phase shift as a spatial frequency component whose wavelength is the effective wavelength on the measurement wave scanning line, the nonlinear constant or its relation on the measurement wave scanning line in the medium can be determined. An ultrasonic diagnostic processing method characterized by measuring the distribution of quantity. 2. The device is configured such that the scanning line position of the measurement wave can be changed, and measures the two-dimensional and/or three-dimensional spatial distribution of the nonlinear constant or its related quantity within the ultrasonic medium. An ultrasonic diagnostic processing method according to claim 1.
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