JPH02193651A - 超音波減衰係数の推定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔概　要〕 本発明は超音波減衰係数の推定方法に関し、推定精度を
改善することを目的とし、 被検体から反射された超音波反射信号を対数検波し、そ
の対数検波信号の振幅傾度を最尤法を用いて推定すると
ともに該超音波反射信号の中心局〔産業上の利用分野〕 本発明は超音波減衰係数の推定方法の改良に関する。

近年、超音波を用いて、生体組織を診断する超音波診断
装置が普及しているが、診断法の進歩に伴い、臓器組織
の性質の一つである減衰係数を診断情報に加えようとす
る試みがなされている。

しかし、実際に減衰係数を診断に活用するためには、さ
らに精度の良い推定方法が必要とされている。

〔従来の技術〕

第４図は従来の減衰係数算出方法説明図である。

減衰係数を推定する手法の一つとして、超音波反射信号
の解析信号のパワースペクトラムのモーメントから推定
する方法が知られている。

この手法によれば、対数検波信号をｙ（ｘ）、中心周波
数をｆｃ（ｘ）　とすると、次式で近似的に表される。

（特開昭６２−１０９５５３）　　但し、Ｘは反射信号
の深さの変数である。

β（ｘ）　−（ｄｙ（ｘ）　／ｄｘ）　／　（−２ｆｃ
（ｘ）　）　　（１）（１）式から減衰係数β（ｘ）を
計算する従来の方法を第４図を使って説明する。

第４図（ａ）は超音波診断装置で得られる対数検波信号
である。

この検波信号の任意の深さＸの減衰に伴う振幅の度合い
（以下振幅傾度；　ｂ　＝　ｄｙ　（ｘ）　／ｄｘ）　
）を推定区間長Ｍの複数個のデータを使って最小二乗法
により推定する。即らｙ　（ｘ）　との差の二乗和が最
小となる振幅傾度を算出する。〔同図（ｂ）〕一方、検
波する前の信号の中心周波数ｆｃ（ｘ）をゼロクロス法
等を用いて算出し１同図（Ｃ）ｌ　、（１１式に従い、
各推定区間における振幅傾度β（ｘ）を対応する中心周
波数ｆｃ（ｘ）で正規化する。

このようにして計算されノ２：減衰係数β（ｘ）が同図
（ｄ）である。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来では、（１）式における振幅傾度ｂ＝ｄｙ（ｘ）／
ｄｘを最小二乗法により推定していたが、対数検波信号
は正規分布から外れており、振幅傾度を精度よく推定す
るためには最小二乗法は最適でないと考えられる。

ここで、対数検波信号が正規分布より外れている点は、
以下にようにして検証される。

対数検波信号が正規分布をなす反射信号によって生成さ
れるものと仮定すると、その振幅分布形は以下のように
導出される。

任意の深さＸにおける超音波反射信号の振幅ａが次式の
正規分布に従うと仮定する。

ここでσは超音波反射信号の振幅の標準偏差である。

（２）式において、対数検波の変換関数をｆ（ａ）＝ｌ
ｎｒ　　ａり と定義すると、変換によって対数検波信号上の確率密度
関数は次式のようになる。

ここで、変数２は対数検波信号振幅の平均値を差し引い
たものである。

標準偏差σを１としたときの（２）式および（３）式の
確率密度分布形を第５図（ａ）（ｂ）　４こ示す。第５
図から明らかなように、対数検波信号の振幅分布は正規
分布から大きくずれている。

本発明は、」二記課題に鑑み、対数検波信号の振幅傾度
を最適に推定し、精度のよい減衰係数を得る超音波減衰
係数の推定方法を得供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の超音波減衰係数の推
定方法は、第１図本発明の原理図に示すように、 被検体から反射された超音波反射信号を対数検波し、（
処理ステップ２０） その対数検波信号の振幅傾度を最尤法を用いて推定し、
（処理ステップ２１） 該超音波反射信号の中心周波数を計測し、（処理ステッ
プ２２） 得られた該振幅傾度と咳中心周波数とに基づき該被検体
の減衰係数を算出する。（処理ステップ〔作用〕 振幅傾度を計算するために必要なＭ個のデータに対して
離散的な深さｘｏ　＋　　ＸＩ　＋　　ｘｚ　ｌ　　・
・・Ｘ、、を定義し、それに対応して対数検波信号ｙ０
ｙ＋＋Ｙｚ　　・・・ｙ、が得られているとすると、減
衰による直ｖＡａ＋ｂｘｉの周りに前述した（３）式の
確率密度分布で決まる対数検波信号の振幅が存在するこ
とになる。

従って、対数検波信号の振幅ｙＩは次式で表現される。

ｙ　、　＝　ｚ　、　＋　ａ　＋　ｂ　Ｘ　（（４）変
数Ｚ、がすべて（３）式に従うときの同時密度関数は次
式のようになる。

（７）式をｂについて解くための１つの方法としてニュ
ートン法を用いる。ここでさらに を定義すると、（７）式は次式のように変形できる。

周知のごとく、（５）式が最大になるよ・うにａ、ｂを
決定することを尤度を最大にするといい、このような方
法を最尤法というが、（５）弐を最大にするためには、
次式の最大化を行えばよい。

ニュートン法によれば、（９）式は次式のように逐次的
に計算すればよい。

＝ｇ　ｊ　− ０口） ここで、（６）式をａ、ｂで偏微分することによって以
下の関係式を得る。

初期値ｇ０を最小二乗法等で求めたｂを使って、ｇ＝ｅ
ｘｐ　　（−２ｂΔＸ）のように求めておけば、００）
式の繰り返しによって、ｇ＋　　、ｇｚ　　・・が順次
求まる。これらの収束値をもってｇとし、振幅傾度すは
、 ｂ　　−−−ｉｎ　　ｇ／　（２Δｘ　　）　　　　　
　　　　　　（１１）から求める。

なお、００）式で収束値が得られない場合は、初期値ｇ
。をｇとする。

一方、中心周波数は、ゼロクロス法等により検波前の超
音波反射信号から計測し７７おき、（１）式を演算して
減衰係数β（ｘ）を求める。

以」−のごとく、本発明は、対数検波信号の振幅傾度を
計算するのに最尤法を用いるため２減衰係数准定時のバ
ラツキを従来の最小二乗法に仕べて小さくできる。

〔実施例〕

第２図は実施例の超音波診断装置ブロック図、第３図は
最尤法による減衰係数推定動作フローチャート図である
。

第２図において、トランスジ１−サ２より送信された超
音波パルスは生体組織１で反則され、同じトランジュー
サ２により受信される。

この受信された反射信号を一旦ブリアンプ３で増幅し、
深さ方向にゲインの変わるＴＧＣアンプ５に通した後、
対数特性を持つ対数アンプ５で小振幅信号を増幅し、更
に検波回路６で整流する。

ここまでは従来の超音波診断装置と同一であり、超音波
反射信号の対数検波信号が得られる。

ＴＧＣアンプによる深さ方向に対するゲインを補正する
ため、一定振幅の基準信号を発生ずる基準信号発生回路
１３を設け、スイッチ蛋４で反射信号と基準信号とを切
り替えてＴＧＣアンプ５に人力するとともに、Ａ／Ｄ変
換されたそれぞれの検波信号を信号用メモリ８ならびに
基準用メモリ９に格納する。

それぞれの信号は、補正部１０により、深さ方向に対応
してそれぞれ減算され、補正された対数検波信号として
補正データメモリ１１に格納される。

なお、基準信号の周波数は送信信号の周波数と同じ数Ｍ
Ｈｚである。

ＺＣ（ゼロクロス・カウント）回路１４は、中心周波数
を計測するもので、検波前の超音波反射信号を参照して
、推定区間ごとにその中心周波数を計測する。

本発明の特徴は、振幅傾度を最尤法により推定すること
にあり、最尤法による振幅傾度計算部１２は、補正デー
タメモリ１１より推定区間の１個のデータを切り出して
後述する動作により振幅傾度すを推定する。

減衰係数β（×）は、得られた振幅傾度すと中心周波数
ｆｃ（ｘ）　とから、乗除算回路１５により、（１）弐
に基づいて算出され、表示用メモリ１６に転送されて表
示部１７に表示される。

最尤法による振幅傾度計算の詳細を第３図に示す。

（１）対数検波信号は、まず、反射信号によるものと基
準信号によるものとに分けられ、反射信号の信号用メモ
リ８と基準用メモリ９に格納される。

［第３図（イ）１ （２）そして、それぞれの信号の差が補正部１０で計算
され、その結果が補正された対数検波信号として補正デ
ータメモリ１１に格納される。（ＴＩ）（３）補正デー
タメモ１月１に格納されている信号の所定深さの振幅傾
度を計算するために、計算に必要なＭ個のデータが切り
出される。（ハ）（４）続いて、Ｍ個のデータに対して
最小二乗法等で初期値ｇ。を計算し、得られたε。を初
期値として（１０）式のニュートン法の逐次近イ以法に
より収束値ｇを計算する。（ニ） （５）乗除算回路１５は、収束値ｇと予め計測した中心
周波数ｆｃ（ｘ）とにより、（１）式を用いて減衰係数
β（ｘ）を計算する。（ネ） 以上の動作を任意の深さについて計算し９．各深さの減
衰係数β（ｘ）を計算する。

なお、最尤法による振幅傾度計算部１２の動作（第１図
処理ステップ２１に対応）は上記（３Ｌ　（４）であり
、処理ステップ２０は対数アンプ６ならびに検波回路７
の動作に、処理ステンプ２２はＺＣ回路１４の動作に、
処理ステップ２３は乗除算回路１５の動作にそれぞれ対
応する。

以上のごとく、最尤法によって対数検波信号の振幅傾度
を推定することができ、従来使用された最小二乗法と比
較して、精度よく減衰係数が推定できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、対数検波信号傾度を中心周波数で
正規化することによる減衰係数推定方法において、対数
検波信号を最尤法を使って推定することにより、減衰係
数の推定精度を向上させることができる。これによって
かかる超音波診断装置における性能向上に寄与するとこ
ろが大きい。

は基準用メモリ、１０は補正部、１１は補正データメモ
リ、１２は最尤法による振幅傾度計算部、１３は基準信
号発生回路、１４はＺＣ回路、１５は乗除算回路、１６
は表示用メモリ、１７は表示部である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理図、 第２図は実施例の超音波診断装置ブロック図、第３図は
最尤法による減衰係数推定動作フローチャート図、 第４図は従来の減衰係数算出方法説明図、第５図は確率
密度分布の形状説明図である。 図中、■は生体、２はトランスジユーサ、３はプリアン
プ、４はスイッチＳＷ、５はＴＧＣ１６は対数アンプ、
７は検波回路、８は信号用メモリ、９是し仁５ム１；よ
る沫し伎孫数壇定１別乍フローチャート図第　３　図 塚さχ 従来の庫衰馴資欠算ゑ方法説明図 第　ｔ＋　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 被検体から反射された超音波反射信号を対数検波し（２
   ０）、その対数検波信号の振幅傾度を最尤法を用いて推
   定する（２１）とともに該超音波反射信号の中心周波数
   を計測し（２２）、得られた該振幅傾度と該中心周波数
   とに基づき該被検体の減衰係数を算出する（２３）こと
   を特徴とする超音波減衰係数の推定方法。