JPH02142547A - Ultrasonic measuring device - Google Patents

Ultrasonic measuring device

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JPH02142547A
JPH02142547A JP63294688A JP29468888A JPH02142547A JP H02142547 A JPH02142547 A JP H02142547A JP 63294688 A JP63294688 A JP 63294688A JP 29468888 A JP29468888 A JP 29468888A JP H02142547 A JPH02142547 A JP H02142547A
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wave pulse
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ultrasonic
ultrasonic transducer
pulse
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Shinichiro Ueno
植野 進一郎
Hiroshi Fukukita
博 福喜多
Nobuaki Furuya
古谷 伸昭
Tsutomu Yano
屋野 勉
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Abstract

PURPOSE:To determine the acoustic characteristic in an examined body by adding and averaging a plurality of receiving signals close in point of time and space when a probe wave pulse is laid on the particle acceleration positive and negative peak positions of a pump wave pulse and determining two spectrum distributions corresponding to the codes of the particle acceleration peak positions followed by comparing. CONSTITUTION:A delay control part 13 of a control driving part 4 controls pulse drivers 11 and 12 so that a probe wave pulse is laid on the particle acceleration positive and negative peak positions of a pump wave pulse. The pump wave pulse and probe wave pulse are scattered corresponding to the change of acoustic quality in an examined body 10, and partly reached to a second ultrasonic exchanger 2, where they are converted into receiving signals, then converted into a digital signal in an A/D exchanger 21, and stored in a memory 22. The output of adding and averaging part 25, 26 picks up the range targeted in window characteristic parts 29, 30 and calculates the spectrum P<+>-(omega) of the receiving signal in frequency analyzing parts 31, 32. The frequency fx providing the P+ or -(omega) ratio of 1 is determined in a calculating part 33, and the acoustic characteristic depending on the frequency is determined and displayed on a display part 8.

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、被検体内に超音波を送信し、被検体内からの
反射波を受信し、被検体内の伝搬特性が受信超音波の特
性を変化させることを利用して被検体の超音波特性を計
測する超音波計測装置に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Industrial Application The present invention transmits ultrasonic waves into a subject, receives reflected waves from the subject, and determines whether the propagation characteristics within the subject affect the characteristics of the received ultrasound. The present invention relates to an ultrasonic measuring device that measures the ultrasonic characteristics of a subject using changes in the ultrasonic characteristics.

従来の技術 従来、被検体内の音響的情報を超音波を用いて得る方式
の例としては、超音波診断装置がある。
2. Description of the Related Art Conventionally, an example of a method for obtaining acoustic information inside a subject using ultrasound is an ultrasound diagnostic apparatus.

この超音波診断装置としては、生体内に超音波を送信し
、生体内からの反射波により生体内の情報を得るパルス
反射法を用いるものが主流を占めている。このパルス反
射法は、通常、生体内の音響インピーダンス差のある界
面からの反射エコー強度、すなわち振幅値と超音波の伝
搬時間とから生体内の情報を2次元的に集めて表示する
ことにより断層像を得るものである。しかし、近年、主
に生体内組織の形状判断を行う超音波診断装置に対し、
生体内組織の形状のみならず、質の情報も得たいという
要望が高まっている。このような生体内組織の質に関す
る情報は、例えば生体内の各種臓器で特有の値を有する
超音波の減衰の大きさ、音速等を計測することにより得
ることができる。
The mainstream of these ultrasonic diagnostic devices is one that uses a pulse reflection method that transmits ultrasonic waves into a living body and obtains information about the inside of the living body using reflected waves from the living body. This pulse reflection method usually collects and displays in-vivo information two-dimensionally from the reflected echo intensity from interfaces with different acoustic impedances, that is, amplitude values and ultrasound propagation times. It is something that gives you an image. However, in recent years, ultrasonic diagnostic equipment that mainly determines the shape of in-vivo tissues has become
There is a growing desire to obtain information not only on the shape but also on the quality of in-vivo tissue. Such information regarding the quality of in-vivo tissues can be obtained, for example, by measuring the magnitude of attenuation of ultrasound, the speed of sound, etc., which have specific values in various organs in the in-vivo.

この超音波の減衰係数を計測する超音波計測装置として
、例えばウルトラソニック・イメージング: UT、T
RASONICIMAGING、 Vol、 5 、 
No2 。
As an ultrasonic measuring device that measures the attenuation coefficient of this ultrasonic wave, for example, ultrasonic imaging: UT, T
RASONICIMAGING, Vol. 5,
No.2.

1983、117〜135頁に記載されている構成が知
られている。以下、第5図を参照しながら上記従来の超
音波計測装置について説明する。
1983, pp. 117-135 is known. The conventional ultrasonic measuring device will be described below with reference to FIG.

第5図において、101は被検体102に対して超音波
を送信し、被検体102からの反射波を受信する超音波
変換器、103は超音波変換器101を駆動するパルス
駆動器、104は超音波変換器101の受信信号を増幅
する受信回路、105は受信回路104の出力から周波
数分析を行う周波数分析器、106は周波数分析器10
5の出力から演算を行う演算部である。
In FIG. 5, 101 is an ultrasonic transducer that transmits ultrasonic waves to the subject 102 and receives reflected waves from the subject 102, 103 is a pulse driver that drives the ultrasonic transducer 101, and 104 is a pulse driver that drives the ultrasonic transducer 101. A receiving circuit that amplifies the received signal of the ultrasonic transducer 101, 105 a frequency analyzer that performs frequency analysis from the output of the receiving circuit 104, 106 a frequency analyzer 10
This is a calculation unit that performs calculations from the output of 5.

一次に上記従来例の動作について説明する。First, the operation of the above conventional example will be explained.

まず、パルス駆動器103より送出された駆動パルスが
超音波変換器101に加えられ、超音波変換器101は
超音波パルスを発生する。発生した超音波パルスは被検
体102の中を伝搬しながら組織の音響的性質に対応し
て次々に散乱され、その一部は伝搬径路、すなわち音響
走査線上を逆行して超音波変換器101へ到達し、受信
信号に変換される。
First, a drive pulse sent out from the pulse driver 103 is applied to the ultrasonic transducer 101, and the ultrasonic transducer 101 generates an ultrasonic pulse. The generated ultrasound pulses propagate through the subject 102 and are successively scattered in accordance with the acoustic properties of the tissue, and some of them travel backwards along the propagation path, that is, the acoustic scanning line, and reach the ultrasound transducer 101. and is converted into a received signal.

この過程で、超音波パルスは生体組織の超音波減衰特性
や超音波散乱特性の影響を受ける。受信信号は受信回路
104で増幅され、周波数分析器105で中心周波数が
求められる。中心周波数の求め方としては、ゼロクロス
カウンタ、あるいは高速ツーJ工変換手法(FFT )
等を利用した方法がある。
During this process, the ultrasound pulse is influenced by the ultrasound attenuation characteristics and ultrasound scattering characteristics of the living tissue. The received signal is amplified by the receiving circuit 104, and the center frequency is determined by the frequency analyzer 105. To find the center frequency, use a zero-cross counter or fast-to-J transform method (FFT).
There is a method using etc.

この中心周波数は伝搬距離、超音波の減衰係数に依存す
る値である。演算部106では、周波数分析器105の
中心周波数出力から超音波の減衰係数を求める。以上の
説明では被検体102の超音波散乱係数の影響が無いも
のとしている。
This center frequency is a value that depends on the propagation distance and the attenuation coefficient of the ultrasonic wave. The calculation unit 106 calculates the attenuation coefficient of the ultrasonic wave from the center frequency output of the frequency analyzer 105. In the above description, it is assumed that there is no influence of the ultrasonic scattering coefficient of the subject 102.

発明が解決しようとする課題 しかし、上記のような従来例の構成では、被検体102
において、同じ組織においても少し場所が異なると、超
音波散乱状態がかなり変化するが、この超音波散乱特性
の影響を大きく受けるので、中心周波数から被検体10
2特有の超音波減衰特性を求めると、誤差が大きくなる
という課題があった。
Problems to be Solved by the Invention However, in the conventional configuration as described above, the subject 102
, the ultrasound scattering state changes considerably even if the location of the same tissue is slightly different, but since it is greatly influenced by this ultrasound scattering characteristic,
When determining the ultrasonic attenuation characteristics specific to 2, there was a problem in that the error became large.

本発明は、従来技術の以上のような課題を解決するもの
で、生体のような組織に依存した様々な減衰特性、音速
特性を有する被検体に対し、超音波伝搬径路の散乱特性
を相殺し、正確に特定部位の超音波減衰特性を計測する
ことができるようにした超音波計測装置を提供すること
を目的とするものである。
The present invention solves the above-mentioned problems of the conventional technology by canceling the scattering characteristics of the ultrasonic propagation path for a subject that has various attenuation characteristics and sound speed characteristics depending on the tissue of a living body. It is an object of the present invention to provide an ultrasonic measuring device that can accurately measure the ultrasonic attenuation characteristics of a specific region.

課題を解決するだめの手段 本発明は、上記目的を達成するために、ポンプ波パルス
を送出する第1の超音波変換器と、上記ポンプ波パルス
より周波数の高いプローブ波パルスを送出する第2の超
音波変換器と、上記第1及び第2の超音波変換器を扇形
走査する超音波変換器走査部と、上記第1及び第2の超
音波変換器を位相制御駆動し、プローブ波パルスをポン
プ波パルスの粒子加速度の正負のピーク位置に重畳させ
る制御駆動部と、上記第2の超音波変換器の出力である
受信信号を記憶するメモリと、このメモリに記憶された
上記受信信号を別々に加算する加算平均部と、この加算
平均部で重み付け加算する時に用いる重み付け値を記憶
している重み付け特性部と、上記加算平均部の出力を任
意の区間抜き出すウィンドウ特性部と、このウィンドウ
特性部で抜き出されたデータにより受信信号のスペクト
ルを算出する周波数分析部と、この周波数分析部の出力
より被検体の音響特性を演算する演算部を備えたもので
ある。
Means for Solving the Problems In order to achieve the above object, the present invention includes a first ultrasonic transducer that sends out a pump wave pulse, and a second ultrasonic transducer that sends out a probe wave pulse having a higher frequency than the pump wave pulse. an ultrasonic transducer that performs fan-shaped scanning of the first and second ultrasonic transducers, and a probe wave pulse that drives the first and second ultrasonic transducers in a phase controlled manner. a control drive unit that superimposes the signal on the positive and negative peak positions of the particle acceleration of the pump wave pulse, a memory that stores the received signal that is the output of the second ultrasonic transducer, and a memory that stores the received signal that is the output of the second ultrasound transducer; An averaging section that performs addition separately; a weighting characteristic section that stores weighting values used when performing weighted addition in this averaging section; a window characteristic section that extracts an arbitrary section of the output of the averaging section; and this window characteristic. The frequency analyzer calculates the spectrum of the received signal using the data extracted by the frequency analyzer, and the arithmetic unit calculates the acoustic characteristics of the subject from the output of the frequency analyzer.

または、上記超音波変換器走査部が第1及び第2の超音
波変換器を扇形走査に替えてリニア走査するようにした
ものである。
Alternatively, the ultrasonic transducer scanning section may perform linear scanning instead of fan-shaped scanning for the first and second ultrasonic transducers.

作    用 本発明は、上記の構成により次のような作用を有する。For production The present invention has the following effects due to the above configuration.

すなわち、ポンプ波パルスの粒子加速度正負のピーク位
置にプローブ波パルスを重畳させた時の時間的、空間的
に近い複数の受信信号を加算平均し、ポンプ波パルスの
粒子加速度ピーク位置の符号に対応した2つのスペクト
ル分布を求めて比較することにより、被検体の複雑な散
乱特性を相殺して被検体内の音響特性を求める。
In other words, when a probe wave pulse is superimposed on the positive and negative particle acceleration peak positions of the pump wave pulse, multiple received signals temporally and spatially close are averaged, and the signal corresponds to the sign of the particle acceleration peak position of the pump wave pulse. By determining and comparing the two spectral distributions, the acoustic characteristics within the object are determined by canceling out the complex scattering characteristics of the object.

実施例 以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明
する。
EXAMPLES Hereinafter, examples of the present invention will be described with reference to the drawings.

第1図(a)、 (b)、(C)は本発明の一実施例に
おける超音波計測装置を示し、同図(a)は全体の機能
ブロック図、同図(b)は制御駆動部の機能ブロック図
、同図(C)は信号処理部の機能ブロック図である。
FIGS. 1(a), (b), and (C) show an ultrasonic measuring device according to an embodiment of the present invention, FIG. 1(a) is an overall functional block diagram, and FIG. 1(b) is a control drive unit. FIG. 2C is a functional block diagram of the signal processing section.

第1図(a)において、■は低周波帯の第1の超音波パ
ルスであるポンプ波パルスを送出する第1の超音波変換
器、2は第1の超音波パルスより周波数の高い第2の超
音波パルスであるプローブ波パルスを送出する第2の超
音波変換器、3は第1の超音波変換器1及び第2の超音
波変換器2を機械的に、または電子的に扇形走査させる
超音波変換器走査部、4は第1の超音波変換器1及び第
2の超音波変換器2を位相制御駆動する制御駆動部であ
り、この制御駆動部4は第1図(b)に示すように第1
の超音波変換器1を駆動するパルス駆動器11 と、第
2の超音波変換器2を駆動するパルス駆動器12と、パ
ルス駆動器11及び12の相互のパルス発生タイミング
差を制御する遅延制御部13とから構成されている。第
1図(a)において、5は第2の超音波変換器2の出力
である受信信号を増幅する受信回路、6は受信回路5の
出力に信号処理を行う信号処理部であり、この信号処理
部6は第1図(C)に示すように構成されている。
In FIG. 1(a), ■ is a first ultrasonic transducer that sends out a pump wave pulse that is a first ultrasonic pulse in a low frequency band, and 2 is a second ultrasonic transducer that has a higher frequency than the first ultrasonic pulse. A second ultrasonic transducer 3 transmits a probe wave pulse which is an ultrasonic pulse of 4 is a control drive unit that drives the first ultrasonic transducer 1 and the second ultrasonic transducer 2 in phase control, and this control drive unit 4 is shown in FIG. 1(b). 1st as shown in
a pulse driver 11 that drives the second ultrasonic transducer 1; a pulse driver 12 that drives the second ultrasonic transducer 2; and delay control that controls the difference in pulse generation timing between the pulse drivers 11 and 12. It consists of a section 13. In FIG. 1(a), 5 is a receiving circuit that amplifies the received signal that is the output of the second ultrasonic transducer 2, and 6 is a signal processing section that performs signal processing on the output of the receiving circuit 5. The processing section 6 is configured as shown in FIG. 1(C).

第1図(C)において、21は受信回路5から出力され
た受信信号をデジタル信号に変換するA/D変換器、 
22はA、/D変換器21 の出力を記憶するメモリ、
23はメモリ22の書き込みアドレスを発生させる書き
込みアドレス発生部、24はメモリ22の読み出しアド
レスを発生させる読み出しアドレス発生部、25 、2
6はメモリ22 の出力を加算する加算平均部、27は
加算平均部25に重み付け値を与える重み付け特性部、
28は加算平均部26に重み付け値を与える重み付け特
性部、29は加算平均部25の出力を任意の区間抜き出
すウィンドウ特性部、30は加算平均部26の出力を任
意の区間抜き出すウィンドウ特性部、 31はウィンド
ウ特性部29で抜き出されたデータにより受信信号のス
ペクトルを算出する周波数分析部、32はウィンドウ特
性部30で抜き出されたデータにより受信信号のスペク
トルを算出する周波数分析部、33は周波数分析部31
 、32の出力より被検体10の音響特性である超音波
減衰特性を演算する演算部である。第1図(a)におい
て、6は制御駆動部4の遅延制御部13(第1図(b)
参照)、信号処理部6のA/D変換器21(第1図(C
)参照)ヘクロックを供給するクロyり源、8は信号処
理部6の出力を表示する表示部、9はシステム全体の制
御を行う主制御部、10は被検体である。
In FIG. 1(C), 21 is an A/D converter that converts the received signal output from the receiving circuit 5 into a digital signal;
22 is a memory for storing the output of the A/D converter 21;
23 is a write address generation section that generates a write address for the memory 22; 24 is a read address generation section that generates a read address for the memory 22; 25, 2
Reference numeral 6 denotes an arithmetic averaging unit that adds the outputs of the memory 22; 27 a weighting characteristic unit that provides a weighting value to the arithmetic averaging unit 25;
Reference numeral 28 denotes a weighting characteristic section that provides a weighting value to the averaging section 26; 29 a window characteristic section that extracts the output of the averaging section 25 in an arbitrary section; 30 a window characteristic section that extracts the output of the averaging section 26 in an arbitrary section; 31 32 is a frequency analysis unit that calculates the spectrum of the received signal based on the data extracted by the window characteristic unit 30; 33 is the frequency Analysis department 31
, 32, which calculates the ultrasonic attenuation characteristic, which is the acoustic characteristic of the subject 10. In FIG. 1(a), 6 is a delay controller 13 of the control drive unit 4 (see FIG. 1(b)).
), the A/D converter 21 of the signal processing section 6 (see Fig. 1 (C
); reference numeral 8 designates a display unit that displays the output of the signal processing unit 6; reference numeral 9 designates a main control unit that controls the entire system; and reference numeral 10 designates a subject.

以上のような構成において、以下その動作を説明する。The operation of the above configuration will be explained below.

まず、プローブ波パルスとポンプ波パルスの関係につい
て説明する。プローブ波パルスの一例を第2図(a)に
示し、ポンプ波パルスの一例を第2図(b)に示す。第
2図(C)はプローブ波パルスとポンプ波パルスが重畳
された例を示す。これらの波形は制御駆動部4の遅延制
御部13の制御によるものである。ポンプ波パルスの中
心周波数は、例えばQ、3 MHz 、  プローブ波
パルスの中心周波数は、例えば3MH2であり、これら
の中心周波数は大幅に異なる値が選ばれている。第2図
(C)においては、プローブ波パルスの波形の重心はポ
ンプ波パルスの粒子速度が零近傍で、かつその粒子加速
度が正のピークを示すタイミングで重畳されている。ポ
ンプ波パルスの波長をA1プローブ波パルスのパルス長
をtとしたとき、次の(1)式の関係に設定するのが望
ましい。
First, the relationship between probe wave pulses and pump wave pulses will be explained. An example of the probe wave pulse is shown in FIG. 2(a), and an example of the pump wave pulse is shown in FIG. 2(b). FIG. 2(C) shows an example in which a probe wave pulse and a pump wave pulse are superimposed. These waveforms are under the control of the delay control section 13 of the control drive section 4. The center frequency of the pump wave pulse is, for example, Q, 3 MHz, and the center frequency of the probe wave pulse is, for example, 3 MH2, and these center frequencies are selected to have significantly different values. In FIG. 2(C), the center of gravity of the waveform of the probe wave pulse is superimposed at the timing when the particle velocity of the pump wave pulse is near zero and the particle acceleration thereof has a positive peak. When the wavelength of the pump wave pulse and the pulse length of the A1 probe wave pulse are t, it is desirable to set the relationship expressed by the following equation (1).

Zt<A             ・・・・(1)上
記(1)式の関係を満たすと、プローブ波パルスの変調
特性の解析を容易に行うことができる。
Zt<A (1) When the above equation (1) is satisfied, the modulation characteristics of the probe wave pulse can be easily analyzed.

次に、第2図に示した各パルスが被検体10内を伝搬す
る様子を詳しく説明する。通常の超音波診断装置で用い
られる程度のピーク超音波出力レベルの場合でも、伝搬
の非線形現象により超音波の波形が歪むことが知られて
いる。その原因は次の(2)式により簡単に説明するこ
とができる。
Next, the manner in which each pulse shown in FIG. 2 propagates within the subject 10 will be explained in detail. It is known that even in the case of a peak ultrasonic output level used in a normal ultrasonic diagnostic apparatus, the waveform of the ultrasonic wave is distorted due to nonlinear propagation phenomena. The reason for this can be easily explained using the following equation (2).

△C−(1+B/2A)・U   ・・・・・・(2)
ここで、Uは音波の粒子速度、B/Aは媒体の音響的非
線形パラメータ、ΔCは非線形効果に基づく音速の変化
分である。上記(2)式は、音波の粒子速度Uの方向が
音波進行方向と一致するとき音速変化Δc?i増大し、
逆方向の場合には減少し、結果的に音波の波形が歪むこ
とを示す。この伝搬の非線形現象が超音波パルスの波形
に与える影響を第3図に示す。第3図(a)に伝搬に伴
うポンプ波パルスの歪を示したものであり、第3図(b
)は第3図(a)に示すポンプ波パルスの歪により、重
畳されたプローブ波パルスの中心周波数が伝搬に伴い圧
縮され、高周波側ヘシフトしている状態を示したもので
ある。また、逆にポンプ波パルスの粒子力ロ速度が負の
ピーク位置にプローブ波パルスを重畳させた場合には、
伝搬に伴い伸張され、低周波側にシフトする。従って、
中心周波数が高周波側にシフトする場合と低周波側にシ
フトする場合の差をとれば、非線形効果に基づく中心周
波数の変化量を大きく得ることが可能になる。ポンプ波
パルスの粒子加速度が正のピーク位置にプローブ波パル
スを重畳させた時のプローブ波パルスの受信信号のスペ
クトルをP+(ω)、ポンプ波パルスの粒子加速度が負
のピーク位置にプローブ波パルスを重畳させた時のプロ
ーブ波パルスの受信信号のスペクトルをP−(ω)とす
ると、P+(ω)は次の(3)式で表わされる。
△C-(1+B/2A)・U ・・・・・・(2)
Here, U is the particle velocity of the sound wave, B/A is the acoustic nonlinear parameter of the medium, and ΔC is the change in the sound velocity based on the nonlinear effect. The above equation (2) shows that when the direction of the particle velocity U of the sound wave coincides with the sound wave traveling direction, the sound speed change Δc? i increases,
In the opposite direction, it decreases, indicating that the waveform of the sound wave is distorted as a result. FIG. 3 shows the influence of this nonlinear propagation phenomenon on the waveform of the ultrasonic pulse. Figure 3(a) shows the distortion of the pump wave pulse accompanying propagation, and Figure 3(b) shows the distortion of the pump wave pulse accompanying propagation.
) shows a state in which the center frequency of the superimposed probe wave pulse is compressed as it propagates due to the distortion of the pump wave pulse shown in FIG. 3(a), and shifted to the higher frequency side. Conversely, if the probe wave pulse is superimposed at the peak position where the particle force velocity of the pump wave pulse is negative,
As it propagates, it is expanded and shifted to the lower frequency side. Therefore,
By taking the difference between when the center frequency shifts to the high frequency side and when it shifts to the low frequency side, it becomes possible to obtain a large amount of change in the center frequency based on the nonlinear effect. P+(ω) is the spectrum of the received signal of the probe wave pulse when the probe wave pulse is superimposed on the peak position where the particle acceleration of the pump wave pulse is positive, and the probe wave pulse is superimposed on the peak position where the particle acceleration of the pump wave pulse is negative. Assuming that the spectrum of the received signal of the probe wave pulse when superimposed is P-(ω), P+(ω) is expressed by the following equation (3).

P+(ω)=H士(ω)・S±(ω)・G(ω)・T(
ω)(3)上記(3)式において、)−I±(ω)は変
調されたプローブ波スペクトル、S±(ω)は被検体1
0内の散乱特性、G(ω)は散乱後の伝搬に伴う減衰特
性、T(ω)はプローブ波パルス用振動子の特性である
。変調された2つの受信信号のスペクトルP±(ω)の
比をとると、次の(4)となる。
P+(ω)=Hshi(ω)・S±(ω)・G(ω)・T(
ω) (3) In the above equation (3), )-I±(ω) is the modulated probe wave spectrum, and S±(ω) is the sample 1
0, G(ω) is the attenuation property associated with propagation after scattering, and T(ω) is the property of the probe wave pulse transducer. The following (4) is obtained by taking the ratio of the spectra P±(ω) of the two modulated received signals.

変調されたプローブ波パルスのスペクトルH−fflω
)に対し、被検体10内の散乱特性Sf(ω)があまり
変化しないとするならば、上記(4)式は次の(5)式
のように近似される。
Spectrum of modulated probe wave pulse H-fflω
), if the scattering characteristic Sf(ω) within the object 10 does not change much, the above equation (4) can be approximated as the following equation (5).

上記(5)式において、P+(ω)の比は、被検体l。In the above equation (5), the ratio of P+(ω) is the ratio of the subject l.

内の複雑な散乱特性S±(ω)を含まず、単純に変調さ
れたプローブ波パルスのスペクトルH±(ω)の比とな
る。このスペクトルH±(ω)の比が1となる周波数を
fX、l!−すると、この周波数fxは被検体の減衰特
性や非線形パラメータB/A値等に依存する値であるこ
とが解析的に求められる。以上より変調されたプローブ
波パルスの受信信号スペクトルP±(ω)の比が1とな
る周波数を算出することにより、被検体内の音響的性質
を求めることができる。
does not include the complex scattering characteristics S±(ω) in the spectrum, and is simply the ratio of the spectrum H±(ω) of the modulated probe wave pulse. The frequency at which the ratio of this spectrum H±(ω) is 1 is fX, l! - Then, it is analytically determined that this frequency fx is a value that depends on the attenuation characteristics of the object, the nonlinear parameter B/A value, etc. From the above, by calculating the frequency at which the ratio of the received signal spectrum P±(ω) of the modulated probe wave pulse is 1, the acoustic properties inside the subject can be determined.

次に、これらの受信信号が処理される過程を説明する。Next, the process by which these received signals are processed will be explained.

第1図(a)に示す第1の超音波変換器】及び第2の超
音波変換器2は、超音波変換器走査部3により被検体1
0に対し機械的に、または電子的に扇形走査される。そ
して、まず、第1図(b)に示す制御駆動部3の遅延制
御部13は、プローブ波パルスがポンプ波パルスの粒子
加速度圧のピーク位置に重畳されるようにパルス駆動器
11及びパルス駆動器12を制御する。第1の超音波変
換器1と第2の超音波変換器2から送出されたポンプ波
パルスとプローブ波パルスは、被検体10の中を伝搬し
ながら、プローブ波パルスは非線形現象に基づく伝搬歪
を生じて変調される。同時に被検体10内の音響的質の
変化に対応して次々に散乱され、その一部は第2の超音
波変換器2に到達し、受信信号に変換される。この受信
信号は受倍回路5でS/N良く増幅された後、信号処理
部6に入力される。受信回路5の出力は、第1図(C)
に示す信号処理部6内のA/D変換器21でデジタル信
号に変換され、メモリ22 における書き込みアドレス
発生部23の示す位置に記憶される。
The first ultrasonic transducer shown in FIG. 1(a)] and the second ultrasonic transducer 2 scan the object 1
0 mechanically or electronically fan-scanned. First, the delay control unit 13 of the control drive unit 3 shown in FIG. control device 12. The pump wave pulse and the probe wave pulse sent out from the first ultrasonic transducer 1 and the second ultrasonic transducer 2 propagate inside the object 10, while the probe wave pulse is affected by propagation distortion due to nonlinear phenomena. is generated and modulated. At the same time, the light is scattered one after another in response to changes in the acoustic quality within the subject 10, and a portion of it reaches the second ultrasonic transducer 2 and is converted into a received signal. This received signal is amplified with a good S/N ratio by a duplication circuit 5 and then inputted to a signal processing section 6. The output of the receiving circuit 5 is shown in Fig. 1(C).
The signal is converted into a digital signal by the A/D converter 21 in the signal processing unit 6 shown in FIG.

次に、第1図(b)に示す遅延制御部13は、プローブ
波パルスがポンプ波パルスの粒子加速度負のピーク位置
に重畳されるようにパルス駆動器11及びパルス駆動器
12を制御する。第1の超音波変換器1と第2の超音波
変換器2から送出されたポンプ波パルスとプローブ波パ
ルスは、上記と同様に被検体10内の音響的質の変化に
対応して次々に散乱され、その一部は第2の超音波変換
器2に到達し、受信信号に変換され、受信回路5を通シ
、信号処理部6のA/D変換器21でデジタル信号に変
換され、メモリ22における書き込みアドレス発生部2
3の示す位置に記憶される。この動作を繰り返すことに
より、第4図に示すように受信信号を測定する。第4図
において、実線はプローブ波パルスがポンプ波パルスの
粒子加速度圧のピーク位置に重畳した時の受信信号を示
し、破線はプローブ波パルスがポンプ波パルスの粒子加
速度負のピーク位置に重畳した受信信号を示している。
Next, the delay control unit 13 shown in FIG. 1(b) controls the pulse driver 11 and the pulse driver 12 so that the probe wave pulse is superimposed on the particle acceleration negative peak position of the pump wave pulse. The pump wave pulses and probe wave pulses sent out from the first ultrasonic transducer 1 and the second ultrasonic transducer 2 are transmitted one after another in response to changes in the acoustic quality within the subject 10, as described above. A part of the scattered light reaches the second ultrasonic transducer 2, where it is converted into a received signal, passed through the receiving circuit 5, and converted into a digital signal by the A/D converter 21 of the signal processing section 6. Write address generation section 2 in memory 22
It is stored in the position indicated by 3. By repeating this operation, the received signal is measured as shown in FIG. In Figure 4, the solid line shows the received signal when the probe wave pulse is superimposed on the peak position of the particle acceleration pressure of the pump wave pulse, and the broken line shows the received signal when the probe wave pulse is superimposed on the peak position of the negative particle acceleration of the pump wave pulse. Shows the received signal.

受信信号のスペクトルP±(ω)の比を求める場合、時
間的、空間的に同一の部位からの受信信号が必要である
が、第4図に示すように同一部位からの受信信号のスペ
クトルP±(ω)は無い。そこで、第4図に示す受信信
号群より平均化処理を行い、受信信号のスペクトルP±
(ω)を求める。まず、プローブ波パルスがポンプ波パ
ルスの粒子加速度圧のピーク位置に重畳した時の受信信
号を複数個、例えば第4図に示す1+、 2+、 3+
、・・・8+の8個を第1図(C)に示すメモリ22か
ら読み出しアドレス発生部24のアドレスにより読み出
し、加算平均部15に転送する。同様に、プローブ波パ
ルスがポンプ波パルスの粒子加速度負のピーク位置に重
畳したときの受信信号1.2.3、・8をメモリ22か
ら読み出しアドレス発生部24のアドレスにより読み出
し、加算平均部26に転送する。次に加算平均部25 
、26はメモリ22から転送されてきた8個の受信信号
を加算平均する。
When calculating the ratio of spectra P±(ω) of received signals, received signals from the same location in time and space are required, but as shown in Fig. 4, the spectrum P of the received signals from the same location is There is no ±(ω). Therefore, by performing averaging processing on the received signal group shown in Fig. 4, the received signal spectrum P±
Find (ω). First, a plurality of received signals when the probe wave pulse is superimposed on the peak position of the particle acceleration pressure of the pump wave pulse, for example, 1+, 2+, 3+ shown in FIG.
, . . 8+ are read out from the memory 22 shown in FIG. Similarly, the received signals 1, 2, 3, . Transfer to. Next, the averaging section 25
, 26 add and average the eight received signals transferred from the memory 22.

但し、この加算平均を行う場合、例えば真中の受信信号
4 と5がピークとなるような例えばガウス分布で重み
付けし、加算平均することで音場補正を行う。このとき
用いる重み付け値は、あらかじめ重み付け特性部27及
び28に記憶させておく。次に、加算平均部25の出力
はウィンドウ特性部29において、算出しようとする部
位の被検深さに対応するデータを、例えばハミングウィ
ンドウで、例えば2αに対応する領域を抜き出し、周波
数分析部31で受信信号のスペクトルP+(0りを算出
する。スペクトルP+(ω)を周波数分析部31 で算
出する方法は、高速フーリエ変換手法(FFT )等に
より実現できる。同様に、加算平均部26の出力はウィ
ンドウ特性部30で対象とする領域を抜き出し、周波数
分析部32で受信信号のスペクトルp−(ω)を算出す
る。周波数分析部31及び32で算出された2つのスペ
クトルP+(ω)は、演算部33において、P±(ω)
の比が1となる周波数fxを求め、この周波数fxより
それに依存する音響特性を求め、表示部8に転送して表
示する。
However, when this averaging is performed, sound field correction is performed by weighting, for example, a Gaussian distribution such that the middle received signals 4 and 5 have peaks, and performing the averaging. The weighting values used at this time are stored in the weighting characteristic units 27 and 28 in advance. Next, the output of the averaging section 25 is sent to the window characteristic section 29, where the data corresponding to the depth of examination of the part to be calculated is extracted using a Hamming window, for example, and a region corresponding to 2α is extracted, and the frequency analysis section 31 The spectrum P+(0) of the received signal is calculated at . The window characteristic section 30 extracts the target area, and the frequency analysis section 32 calculates the spectrum p-(ω) of the received signal.The two spectra P+(ω) calculated by the frequency analysis sections 31 and 32 are as follows. In the calculation unit 33, P±(ω)
The frequency fx at which the ratio of 1 is 1 is determined, and the acoustic characteristics that depend on this frequency fx are determined and transferred to the display section 8 for display.

以上の説明では、第1の超音波変換器1と第2の超音波
変換器2を超音波変換器走査部3により扇形走査しなが
ら変調された受信信号を第4図のように測定しているが
、扇形走査することなく、同一部位において、プローブ
波パルスをポンプ波パルスの粒子加速度圧のピーク位置
に重畳させた時の受信信号と、プローブ波パルスをポン
プ波パルスの粒子加速度負のピーク位置に重畳させた時
の受信信号をメモリ22 に記憶させ、次に超音波変換
器走査部3により第1の超音波変換器1と第2の超音波
変換器2を微少角度移動させ、同様な測定を繰り返して
も良い。この場合、重み付け特性部27 、28は同じ
重み付け値となる。また、扇形走査する時にプローブ波
パルスをポンプ波パルスの粒子加速度圧のピーク位置に
重畳させた時の受信信号だけをメモリ22に記憶し、次
に同じ位置を扇形走査する時にプローブ波パルスをポン
プ波パルスの粒子加速度負のピーク位置に重畳させだ時
の受信信号をメモリ22 に記憶させても良い。
In the above explanation, the first ultrasonic transducer 1 and the second ultrasonic transducer 2 are scanned in a fan shape by the ultrasonic transducer scanning unit 3, and the modulated received signal is measured as shown in FIG. However, the received signal when the probe wave pulse is superimposed on the peak position of the particle acceleration pressure of the pump wave pulse and the probe wave pulse is superimposed on the negative peak position of the particle acceleration pressure of the pump wave pulse at the same site without fan scanning. The received signal when superimposed on the position is stored in the memory 22, and then the first ultrasonic transducer 1 and the second ultrasonic transducer 2 are moved by a small angle by the ultrasonic transducer scanning unit 3, and the same process is performed. You may repeat the measurement. In this case, the weighting characteristics sections 27 and 28 have the same weighting value. In addition, only the received signal when the probe wave pulse is superimposed on the peak position of the particle acceleration pressure of the pump wave pulse during fan-shaped scanning is stored in the memory 22, and the probe wave pulse is pumped when the same position is next scanned in the fan-shaped manner. The received signal obtained when the wave pulse is superimposed on the negative particle acceleration peak position may be stored in the memory 22.

この場合も重み付け特性部27 、28は同じ重み付け
値となる。更に、第1、第2の超音波変換器l。
In this case as well, the weighting characteristics sections 27 and 28 have the same weighting value. Furthermore, first and second ultrasonic transducers l.

2は扇形走査に替えてリニアに走査させても良い。2 may be replaced with fan-shaped scanning and may be linearly scanned.

発明の効果 以上述べたように本発明によれば、ポンプ波パルスの粒
子加速度圧のピーク位置にプローブ波パルスを重畳させ
た時の受信信号と、ポンプ波パルスの粒子加速度負のピ
ーク位置にプローブ波パルスを重畳させた時の受信信号
の分布を得、これらの受信信号をそれぞれ複数個抜き出
して重み付け加算平均し、この出力を周波数分析して演
算することにより精度良く被検体の音響特性を算出する
ことができる。
Effects of the Invention As described above, according to the present invention, the received signal when the probe wave pulse is superimposed on the peak position of the particle acceleration pressure of the pump wave pulse, and the probe at the negative peak position of the particle acceleration pressure of the pump wave pulse Obtain the distribution of the received signal when wave pulses are superimposed, extract multiple received signals, weight and average them, and calculate the acoustic characteristics of the object with high precision by frequency analysis and calculation of this output. can do.

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

第1図(a)、(b)、(C)は本発明の一実施例にお
ける超音波計測装置を示し、同図(a)は全体の機能ブ
ロック図、同図(b)は制御駆動部の機能ブロック図、
同図(C)は信号処理部の機能ブロック図、第2図(a
)はプローブ波の一例を示す図、第2図(b)はポンプ
波パルスの一例を示す図、第2図(C)ハフローブ波パ
ルスとポンプ波パルスが重畳された例を示す図、第3図
(a)は伝搬に伴うポンプ波パルスの歪を示す図、第3
図(b)はポンプ波パルスの歪により重畳されたプロー
ブ波パルスの中心周波数が伝搬に伴い圧縮され、高周波
側ヘンフトしている状態を示す図、第4図は本発明によ
り得られた受信信号の説明図、第5図は従来の超音波計
測装置を示す機能ブロック図である。 1.2・・・超音波変換器、3・・・超音波変換器走査
部、4・・・制御駆動部、5・・・受信回路、6・・・
信号処理部、7・・・クロック源、8 ・表示部、9・
・主制御部、10・・・被検体、11 、12  ・パ
ルス駆動器、13  ・遅延制御部、21・・・A/D
変換器、22メモリ、23・・−書き込みアドレス発生
部、24読み出しアドレス発生部、25.26・・加算
平均部、27 、28・・・重み付け特性部、29 、
30・・・ウィンドウ特性部、31 、32・・・周波
数分析部、33  演算部。 特許出願人 工業技術院長 飯 塚 幸 三1図 第1図 <b) 4なIJ御扁I歎帥 \ 3邦音殖愛秋番丈食部 第 図 竺 図 (b) 君き 図 第 図 o3
FIGS. 1(a), (b), and (C) show an ultrasonic measuring device according to an embodiment of the present invention, FIG. 1(a) is an overall functional block diagram, and FIG. 1(b) is a control drive unit. Functional block diagram of
Figure 2 (C) is a functional block diagram of the signal processing section, and Figure 2 (a)
) is a diagram showing an example of a probe wave, FIG. 2(b) is a diagram showing an example of a pump wave pulse, FIG. Figure (a) shows the distortion of the pump wave pulse as it propagates.
Figure (b) shows a state in which the center frequency of the superimposed probe wave pulse is compressed as it propagates due to distortion of the pump wave pulse, and is shifted to the high frequency side. Figure 4 shows the received signal obtained by the present invention. FIG. 5 is a functional block diagram showing a conventional ultrasonic measuring device. 1.2... Ultrasonic transducer, 3... Ultrasonic transducer scanning unit, 4... Control drive unit, 5... Receiving circuit, 6...
Signal processing section, 7... Clock source, 8 - Display section, 9.
- Main control unit, 10... Subject, 11, 12 - Pulse driver, 13 - Delay control unit, 21... A/D
Converter, 22 memory, 23...-write address generation section, 24 read address generation section, 25.26... averaging section, 27, 28... weighting characteristic section, 29,
30... Window characteristic section, 31, 32... Frequency analysis section, 33 Arithmetic section. Patent applicant Yuki Iizuka Director of the Agency of Industrial Science and Technology

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)ポンプ波パルスを送出する第1の超音波変換器と
、上記ポンプ波パルスより周波数の高いプローブ波パル
スを送出する第2の超音波変換器と、上記第1及び第2
の超音波変換器を扇形走査する超音波変換器走査部と、
上記第1及び第2の超音波変換器を位相制御駆動し、プ
ローブ波パルスをポンプ波パルスの粒子加速度の正負の
ピーク位置に重畳させる制御駆動部と、上記第2の超音
波変換器の出力である受信信号を記憶するメモリと、こ
のメモリに記憶された上記受信信号を別々に加算する加
算平均部と、この加算平均部で重み付け加算する時に用
いる重み付け値を記憶している重み付け特性部と、上記
加算平均部の出力を任意の区間抜き出すウィンドウ特性
部と、このウィンドウ特性部で抜き出されたデータによ
り受信信号のスペクトルを算出する周波数分析部と、こ
の周波数分析部の出力より被検体の音響特性を演算する
演算部とを備えた超音波計測装置。
(1) a first ultrasonic transducer that sends out a pump wave pulse; a second ultrasonic transducer that sends out a probe wave pulse having a higher frequency than the pump wave pulse;
an ultrasonic transducer scanning unit that performs fan-shaped scanning of the ultrasonic transducer;
a control drive unit that drives the first and second ultrasonic transducers in phase control to superimpose the probe wave pulse on the positive and negative peak positions of particle acceleration of the pump wave pulse; and an output of the second ultrasonic transducer. a memory for storing received signals, an averaging section for separately adding the received signals stored in this memory, and a weighting characteristic section for storing weighting values used when performing weighted addition in the averaging section. , a window characteristic section that extracts the output of the averaging section in an arbitrary interval, a frequency analysis section that calculates the spectrum of the received signal from the data extracted by this window characteristic section, and a frequency analysis section that calculates the spectrum of the received signal from the output of this frequency analysis section. An ultrasonic measurement device comprising a calculation unit that calculates acoustic characteristics.
(2)超音波変換器走査部が第1及び第2の超音波変換
器を扇形走査に替えてリニア走査する請求項1記載の超
音波計測装置。
(2) The ultrasonic measuring device according to claim 1, wherein the ultrasonic transducer scanning section performs linear scanning of the first and second ultrasonic transducers instead of fan-shaped scanning.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008507322A (en) * 2004-07-23 2008-03-13 アー.ヤー. アンゲルセン、ビョルン Ultrasound imaging

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JPS61259648A (en) * 1985-05-14 1986-11-17 富士通株式会社 Apparatus for ultrasonic measurement of living body tissue characteristics
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