JPH02296178A - 力の分布検出表示装置 - 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】 〔産業上の利用分野］ 本発明は、ノｊの分布検出表示装置、特に運動物体に超
音波を送受波し、例えば患部の速度情報としての診断画
像を得る超音波ドプラ断層診断装置、又は電磁波を送受
波して運動物体の位置及び速度（加速度）を測定、表示
する例えば、レーダ観ｉ’１ｌｌｌ装置により、運動物
体を観４１１１表示する力の分布検出表示装置に関する
ものである。

［従来の技術］ 医療分野において、被検体に超音波を送受波して、その
被検体からの反射波を画像として表示し、患部の観察を
行う超ざ波診断装置が広範囲に利用されている。

すなわち、このような超音波診断装置は、−旦受波され
た反射波をデジタル信号に変換し、その後、画像表示に
必要な速度で走査を行い、診断画像としてテレビモニタ
に表示している。

従って、診断者は、診断画像によって被検体患部を観察
し、患者に対して適切な診断を行うことができる。

この種の超音波診断装置において、特に反射法を利用し
た方法の一つにドプラモード表示があり、これは反射体
（被検部位）が所定速度で運動しているときに、所定周
波数の超音波が当たると異なる周波数の超音波が反射さ
れるというドプラ効果を利用したものであり、この周波
数の差から反射体の運動速度を測るものである。

従って、このドプラモード表示は、断層像に血流などの
速度分布が重ねて二次元画像表示され、被検部位の断層
像からその運動、動きを観察することができ、例えば、
心臓弁膜の動態観察、血管内面流の検査に広範囲に用い
られている。

一方、通信分野において、レーダ観測装置は、電磁波に
よって標的を探知することができ、物体の情報を獲得・
処理・表示することを目的としている。すなわち、この
装置は電磁波の送受波により、目標物に当って反射して
くる反射波を受信し、その往復時間から目標物（移動体
等）までの距離及び方向又はドプラ効果により目は物の
移動速度を測定するものであり、気象観測用、船舶・航
空機等の監視用、航行用に広範囲に利用されている。

そして、この種のレーダ観ｎｌ装置は、主に、ＣＲ７表
示装置に画像表示することにより観Δ窮１を行っていた
。例えば、船舶等の航行には、操縦前は必要に応じてレ
ーダ観測して航路及び現在位置を監視し、目視確認しな
がら操縦を行っていた。

［発明が解決しようとする課Ｈ しかしながら、従来の超音波ドプラ断層装置あるいはパ
ルスドプラレーダ装置では、超音波又は電磁波を送受波
する送受波器により、反射波成分からドプラ効果を利用
して速度情報としてのドプラ信号を検出し、観測物体の
相対速度のろをＡｌ１定していたので、７１ＰＩ定時の
瞬間の相対速度は判明することができるが、観１４ＦＩ
物体の速度変化分、加速度変化及び運動物体に作用して
いる力に関して観Ａ１するには至らなかった。

従って、従来の超音波診断装置、又はレーダ観ｉｐＩ装
置では、速度情報のみしか得られないので、該物体の運
動状況、例えば移動方向や速度変化ししかとらえること
ができす、例えば、該物体にどのような力がどういう方
向に、どの程度の大きさで、どの位置に作用しているの
か全く把握できなかった。

このため、該物体の運動の変化も、運動領域内の部分的
変化の仔細な状況を観察することが不可能であった。

また、従来の超音波診断装置又はレーダ観測装置におい
て、運動物体の現状況の変化を予Ａｐｌする情報である
本発明の力の分布や力の変化の分布を観ａＦＩできる装
置は、存在していなかった。

発明の［１的 本発明は、上記従来の課題に鑑みなされたものであり、
その目的は、ドプラ方式のレーダ１ｌｊＪ　Ｊ？＋装置
及び超音波ドプラ断層診断装置において、運動物体から
の反射波を受波し、速度情報としてのドプラ信号を検出
し、単位時間当りの加速度及び加加速度を算出すること
により、運動物体の力の分布及び力の変化分布を観測、
分析する力の分布検出表示装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明によれば、観１１Ｆ
Ｉ運動物体の特定領域に音波又は電磁波を送波し、該特
定領域から反射された反射波を受波する送受波器及び受
波器と、前記送受波器及び受波器により受波された反射
波成分から所定の速度情報を検出し、ドプラ信号として
出力するドプラ信号検出手段と、前記ドプラ信号の単位
時間当りの速度変化を検出して加速度信号を出力する加
速度信号検出手段と、前記運動物体の分布密度から特定
領域の分布質量を予め設定しておき、前記分布質量と加
速度信号とを乗算して力の分布を算出する力の分布検出
手段とを有し、前記運動物体の速度情報と分布質量とか
ら力の分布を観Ｊ？Ｉすることを特徴としている。

また、前記観ａＦＩ運動物体の特定領域に音波又は電磁
波を送波し、該特定領域から反射された反射波を受波す
る送受波器と、前記送受波器により受波された反射波成
分から所定の速度情報を検出し、ドプラ信号として出力
するドプラ信号検出手段と、前記ドプラ信号の単位時間
当りの速度変化を検出して加速ｒＵ倍信号■力する加速
度信号検出手段と、前記加速度信号の単位時間当りの加
速度変化を検出して加加速度信号を出力する加速度信号
検出手段と、運動物体の分布密度から特定領域の分布質
量を予め設定しておき、前記分布質量と加加速度信号と
を乗算して力の変化の分布検出手段とを有し、前記運動
物体の速度情報と分布質量とから力の変化の分４１を観
測することを特徴とする。

［作用］ 以上のような構成としたので、本発明によれば、送受波
器及び受波器により受波された反射波成分から、速度情
報を検出し、ドプラ信号を得る。そして、このドプラ信
号の微分処理、すなわち単位時間当りの速度変化から加
速度を求め、次に、該加速度と予め設定されている運動
物体の特定領域における分布質量を乗算して力の分布を
算出する。

また更に、前記加速度の微分処理、すなわち単位時間当
りの加速度変化から加加速度を求め、該加加速度と前記
分布質量とを乗算して力の変化の分布を算出する。

このようにして、前記運動物体の速度情報と分布質量と
から、力の分布と力の変化の分布を求めることができ、
該物体の運動領域を仔細に観Ａｌすることが可能となる
。

この結果、本発明によれば、観測者は、前記力の分布、
力の変化の分（Ｈｉから物体の特定領域において、どう
いう方向に、かつどのような大きさの力が作用している
のか分析することができるので、運動状態を）期するこ
とが可能となる。

［実施例］ 第２図には、本発明に係る力の分布検出表示装置におけ
る基本原理図が示されている。

本発明において特徴的なことは、観１１Ｎ運動物体の特
定領域において、受波された反射波成分から速度情報を
検出し、更にこの速度情報から速度変化及び加速度変化
を求め、予め設定されている分布質量を加速度及び加加
速度にそれぞれ乗算することで該運動物体の力の分布と
、力の変化の分布を求めることにある。

まず、第２図（Ａ）、　　（Ｂ）、（Ｃ）の模式図を用
いて、本発明の基本原理を説明する。

第２図（Ａ）において、観測運動物体１０は、模式的に
示された運動物体や被検体であり、該物体の分布密度に
より、質Ｑｍｌ　、ｍ２　、ｍ３・・・・・・の多数の
異なる質量（分布質量）から形成されている。

そして、一般に、運動物体の質ｍｍに加速度ａが作用し
ている場合、物体に働く力ｆは周知のようにｆ　−ｍＸ
　ａで示されるので、第２図（Ａ）のように分布質ｔｕ
ｍｌ　、ｍ２　、ｍ３・・・・・・に作用している力ｆ
は、運動速度ひから加速度ａｔ、ａ２゜ａ３・・・・・
・が求まっているとすれば、ｆ−ｍＸａより、力が算出
され、第２図（Ｂ′）のように、力の分布ｆｌ、ｆ２．
ｆ３・・・・・・となる。

従って、第２図（Ｂ）では、運動物体１０の各所定領域
における力の大きさの分布がわかる。

なお、第２図（Ａ）、　　（Ｂ）では、−例として加速
度ａ及び力ｆを一定方向について作用している場合を示
したが、もちろん、質ｆｉｍの大きさ及び加速度ａの働
く方向がわかれば、各方向、大きさに対しても力の分布
がわかる。

また、加速度ａから加加速度ａ′を求めれば、力の変化
Δｆ−ｍＸａ−から第２図（Ｃ）に示されているように
力の変化の分布Δｆ２．　　Δｆ４゜Δｆ８．・・・・
・・が求められる。

これにより、例えば運動物体の各部の質量に作用してい
る力が増加状態にあるのか、又は減少状態にあるのかが
理解される。

なお、第２図に示されている基本原理図によれば、運動
物体１０の特定領域における分布質量ｍ１−ｍｎと運動
物体１０の運動速度である速度情報ひｌ　−ｖｎ　ｉ：
基づいて、加速度（速度変化）ａｌ−ａｎは、７）　　
−ａ−ｄｖ／ｄｉ、加加速度（加速度変化）ａ″ｌ−ａ
″ｎは、ａ−−ｄａ／ｄｔで得られ、これにより力の分
布ｆ１〜ｆｎ及びカの変化の分布Δｆｌ〜Δｆｎを求め
ることができる。

次に、第２図（Ａ）、　　（Ｂ）、（Ｃ）に基づいて、
具体的な一実施例を第３図に示す。

第３図には、前記観１ｉ１１１運動物体１０としての被
検体を心臓１２に適用した場合が示されている。

この第３図は、心臓１２の一部を断面として示しており
、また該心臓内部には、心臓弁膜として左肩弁１４、右
肩弁１６、心筋層として外壁１８、内壁２０、更に、右
室内の血流２２が示されている。

次に、第３図において、前述した第２図に対応させて一
例として力の分布ｆｌ＝ｆｎを求める場合について説明
する。

第３図において、心臓１２では、解剖学的に心筋層の外
壁１８と内壁２０との質量が異なり、また、心臓弁１４
．１６や血流２２等も質量が異なっており、該心臓各部
の組織の密度の違いがら質量が異なっていることが知ら
れている。

このことから、第２図に示すように分布質Ｑｍは、左肩
弁１４をｍｌ、外壁１８をｍ２、内壁２０をｍ３、血流
２２をｍ４として当てはめることができる。

そして、心臓の収縮による運動等により、速度情報ひか
ら、例えば第３図に示されているように左肩弁１４、外
壁１８、内壁２０、血流２２の各部において、それぞれ
異なる加速度ａがＡ−１定できる。この加速度ａは周知
の通り、運動速度により毎秒当りの変化を算出して求め
ている。

すなわち、各加速度を左肩弁１４がａｌ、外壁１８がａ
２、内壁２０がａ３、血流２２がａ４とすれば、心臓１
２の各部に作用する力ｆは、前述した第２図（Ｂ）のよ
うに、左肩弁１４はｆｌ−ｍｌＸａｌ、外壁１８はｆ２
−ｒｎ２Ｘａ２．内壁２０はｆ３−ｍ３　Ｘａ３　、血
流２２はｆ４−ｍ４Ｘａ４となり、これにより、第３図
の矢印のようにベクトルで示せば力の大きさ及び方向が
定まる。

このようにして、心臓各部において、作用している力の
分布ｆｌ、ｆ２．ｆ３．ｆ４・・・・・・を知ることが
できる。

この結果、診断台は心臓の動きから求められた力の分布
を観ａ＞１することにより、正常な心臓と異常な心臓と
の違いを区別でき、かつ心臓疾患を予４−１することも
可能となる。

なお、第３図の実施例では、力の分布について示したが
、もちろん加速度ａから加加速度ａ′を求めることによ
り、力の変化の分布Δｆを求めることもできる。

次に、第１図を用いて、本発明の係る力の分布検出表示
装置の一例を説明する。

第１図は、力の分布、及び力の変化分布検出表示装置の
回路ブロック図である。以下、回路構成について説明す
る。

図において、観測運動物体１０は、被検体又は移動体を
示し、例えば超音波診断装置では、第３図のように心臓
１２であり、またレーダ観ＩｌＰ＋装置では、船舶、航
空機、自動車等に相当する移動物体である。

トリガ発振回路３０は、前記運動物体ｌＯに超音波又は
電磁波を送波するため、送信パルスの立し上がりを制御
するトリガ信号を発生する回路である。

送波回路３２は、前記トリガ発振回路３０の出力するト
リが信号に基づいて、所定周波数の送信パルスを出力す
る回路である。

送受信部３４は、２つの独立した送受波器３４ａと受波
器３４ｂとから構成され、送受波器３４ａは、前記送受
波回路３２の出力する送信パルスを入力し、前記運動物
体１０へ超音波又は電磁波を送波し、所定の指向性で走
査するためのプローブ又はアンテナに相当する。そして
、この送受波器３４ａは、前記観Ａｌ１１運動物体１０
の特定領域から反射された反射エコーを受波している。

また、受波器３４ｂも、同様に反射エコーを受波してい
る。

受信増幅部３６は、受信信号増幅回路１３６ａとｎ３６
ｂとから構成され、前記受波された反射エコーを所定レ
ベルまで増幅し、増幅信号を出力している。

速度信号検出部３８は、ドプラ信号検出回路ｌ３８ａと
ｎ３８ｂとから構成され、反射波エコー成分から速度情
報を検出するための回路であり、ドプラ信号を出力して
いる。

加速度信号算出部４０は、加速度信号検出回路１４０ａ
とｌＩ４０ｂとから構成され、速度情報から加速度を算
出して加速度信号を出力している。

すなわち、具体的には、速度信号（ドプラ信号）を微分
することにより加速度信号を得る。

船舶速度信号算出部４２は、加速度信号検出回路１４２
ａ、ｎ４２ｂから構成され、前記加速度信号算出部４０
から出力される加速度信号を入力し、加速度信号を出力
している。すなわち、加速度信号を微分することにより
、加加速度信号を得る。

ｍ情報メモリ４４は、観ΔＦ１運動物体１０の特定領域
における分布質量を記憶しており、これは、該物体の分
布密度データから予め想定した分布質量、あるいは７ｉ
ｐ＋定値としての分布質量等である。

すなわち、具体的には、被検体の場合では、第３図で示
す心ＩＩａ１２等の各部の分布質量、移動物体の場合で
は、船舶、航空機、自動車等の各種類別の重量（分布質
量）に相当する。。

力算出回路４６は、前記加速度信号算出部４０の出力す
る加速度信号と前記ｍ情報メモリ４４の分布質量とを乗
算して、力の分布ｆを演算出力する回路である。そして
、この結果を力の分布信号として出力している。

力の変化算出部４８は、力の変化算出回路Ｉ４８ａ、ｌ
Ｉ４８ｂと、更に両者の算出結果を合成して力の変化分
布信号を出力する力の変化合成回路４８ｃとから形成さ
れている。すなわち、この力の変化算出部４８は、前記
船舶速度信号算出部４２の出力する加加速度信号と前記
ｍ情報４４の分布質量とを乗算して、力の変化の分布Δ
ｆを演算出力する回路である。そして、この結果を力の
変化分布信号として出力している。

表示信号発生回路５０は、前記力の分布信号と力の変化
分布信号とを人力し、画像表示するため、画像表示信号
に変換、出力している。

表示器５２は、該画像表示信号に基づいて、例えばテレ
ビモニタ等のＣＲＴ上に前記力の分布ｆや力の変化分布
Δｆを画像表示する表示装置である。

方位ゲート発生回路５４は、前記送受波部３４で送波さ
れるビームが該物体へ入射される所定の角度を特定領域
において定めるために設けられ、設定された入射角度に
対応する方位ゲート信号を出力する。

距離ゲート発生回路５６は、前記送受波部３４から送波
されるビームが、該物体へ入射される所定の深度を特定
領域において定めるために設けられ、設定された入射深
度に対応する距離ゲートを出力する。

ゲート信号トリガ回路５８は、前記方位ゲート発生回路
５４の出力する方位ゲート信号と、前記距離ゲート発生
回路５６の出力する距離ゲート信号とを人力し、前記速
度信号検出部３８ヘゲ一ト信号を出力する。

すなわち、このゲート信号により、サンプルゲートをか
ければ、特定領域において検出したい所定位置の深度に
おけるドプラ信号を取り出すことができる。

次に、以下、第１図のブロック図について超音波診断装
置を使用した場合の動作を説明する。

まず、力の分布ｆを検出場合について説明する。

ここで、本実施例では、送受波部３４は、送受波器３４
ａと受波器３４ｂとの２系統で速度情報を検出して制御
を行っているが、両者は同じ動作をするため、送受波５
３４ａ側だけ説明する。

第１図に示すように送受波器３４ａから前記運動物体ｌ
Ｏへ超音波が送波されると、該運動物体１０の特定領域
により反射された反射エコーは、送受波器３４ａで受波
される。

そして、反射エコーは、受波信号増幅回路１３６ａで増
幅され、ドプラ信号検出回路１３８ａに人力され、反射
波成分から速度情報が取り出されるが、ここで、前記方
位ゲート信号と距離ゲート信号から前記運動物体の所定
位置及び深度を指定するためのゲート信号がドプラ信号
検出回路１３８ａに入力される。

これにより、ドプラ信号検出回路１３８ａにはサンプル
ゲートがかけられ、所定の速度情報のみが検出され、該
速度情報に対応したドプラ信号が出力される。

そして、このドプラ信号は、加速度信号検出回路１４０
ａに人力されて、例えば速度を微分することにより毎秒
当たりの変化を求めて加速度を算出し、加速度信号に変
換される。

一方、ｒｎ情報メモリ４４には、運動物体１０の分布密
度から特定領域の分布質Ｗｍが設定されているので力算
出回路４６により、加速度信号は、分布質量が乗算され
て力の分布信号に変換される。

この結果、力の分布信号は、表示信号発生回路５０を介
し、表示器５２により、テレビ画像表示される。

次に、力の変化分布Δｆを検出する場合について説明す
る。

前記加速度信号検出回路１４２ａにより出力された加速
度信号は、更に加速度信号検出回路４２ａに入力され、
微分されることとにより、毎秒当りの変化として、加加
速度（加速度変化）を算出し、加加速度信号に変換され
る。

そして、この加加速度信号は前述したようにｍ情報メモ
リ４４により、分布質量と乗算される。

この結果、力の変化の分布Δｆが求められ、力の変化の
分布信号に変換される。

そして、力の変化分布信号は、表示信号発生回路５０を
介し、表示器５２によりテレビ画像表示される。

なお、以上の回路動作は送受波器３４ａ側について説明
したが、受波器３４ｂ側にも同時に反射エコーが受波さ
れて同様な動作が行われ、両受波器により受波された２
種類の反射エコー成分を検体と送受波器及び受波器の相
対位置により、ベクトル加算を行い、最終的には力及び
力の変化の成分を算出している。

また、本実施例では、超音波診断装置を例として説明し
たが、レーダ観測装置、あるいはレーザーレーダ装置に
も適用できる。

以上のようにして、本実施例の回路構成によれば、例え
ば超音波診断装置の医療用ドプラ断層画像装置では、心
臓等の各部分の動きから力及び力の変化を知ることがで
き、これによって、従来では分析不可能であった心筋層
等の働きが判明され、心臓疾患に関し細部にわたって詳
しく分析することが可能となる。

一方、主にパルスドプラ方式におけるレーダ観ｔＰ１装
置では、船舶、航空機、自動車等の移動目標物の加速、
減速状態を知ることができ、力の作用を分析可能なこと
から、該物体等の移動を予測することが可能となる。こ
の結果、例えば衝突事故防止に有用である。

［発明の効果］ 以上のようにして、本発明に係る力の分布検出表示装置
によれば、従来では、観／Ｉ？Ｊ運動物体から反射され
た反射波をドプラ効果により速度情報を得て診断、ある
いは観測画像を表示しているのに対し、該速度情報から
加速度及び加加速度を求め、更に予め設定されている特
定領域における運動物体の質量を前記加速度又は加加速
度に乗算することで力又は力の変化の分布を求めること
ができる。

この結果、本発明によれば、観４ｐ１運動物体あるいは
構成組織の運動状況及び運動の変化を詳細に分析するこ
とが可能となる。

すなわち、運動物体の解析において重要な力の分布、力
の変化の分布を知ることにより、例えば、観４ν１対象
物が機械系の場合の機械的円滑な運動状態の確認や故障
検出）に、また１ｌＰ１定機器の設置が不可能な個所の
解析及び改善の診断等に広範囲に利用することができる
という利点がある。

また、本発明によれば、従来における運動物体の速度情
報だけでな（、力の分布又は力の変化の分布を観７１１
１可能となったため、観測者はその力の分布、力の変化
の情報から、運動物体の変化あるいは運動物体の構造の
状態変化を観ａｌｌｌすることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、力の分Ｏ５及び力の変化分４１検出表示装置
の一実施例を示すブロック図、 第２図は、本発明の装置に関する基本原理を示した観測
運動物体の模式図、 第３図は、一実施例として運動物体を心臓とした場合の
力の分布及び力の変化分布を示した図である。 運動物体 送受波部 受波器 送受波器 受信増幅部 速度信号検出部 ドプラ信号検出回路Ｉ ドプラ信号検出回路■ 加速度信号算出部 ・・・　加速度信号検出回路Ｉ ・・・　加速度信号検出回路■ 加速度信号検出回 路・・　船舶速度信号検出回路Ｉ ・・・　船舶速度信号検出回路■ ・・・　ｍ情報メモリ ・・　力算出回路 ・・・　力の変化算出部 ・・　力の変化算出回路Ｉ ・・・　力の変化算出回路■ ・・・　力の変化算出合成回路 １０　　・・・ ３４　　・・・ ３４ａ　　　・・・ ３４ｂ　　　・・・ ３６　　・・・ ３８　　・・・ ３８ａ　　　・・・ ３８ｂ　　　・・・ ４０　　・・・ ０ａ ０ｂ ４２　　・・・ ２ａ ２ｂ ８ａ ８ｂ ８ｃ ｍｌ。 ａｌ。 ｆｌ。 ａｌ Δｆ１ ・・　表示信号発生回路 ・・　表示器 ｍ２．ｍ３ ａ２．ａ３ ｆ２．ｆ３ 、Δｆ２゜ ・・　分布質量 ・・・　加速度 ・・・　力の分布 ａ３″　・・・　船舶速度 Δｆ３・・・　力の変化の分布。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）観測運動物体の特定領域に音波又は電磁波を送波
   し、該特定領域から反射された反射波を受波する送受波
   器及び受波器と、 前記送受波器及び受波器により受波された反射波成分か
   ら所定の速度情報を検出し、ドプラ信号として出力する
   ドプラ信号検出手段と、 前記ドプラ信号の単位時間当りの速度変化を検出して加
   速度信号を出力する加速度信号検出手段と、 運動物体の分布密度から特定領域の分布質量を予め設定
   しておき、 前記分布質量と加速度信号とを乗算して力の分布を算出
   する力の分布検出手段と、を有し、前記運動物体の速度
   情報と分布質量とから力の分布を観測することを特徴と
   する力の分布検出表示装置。
2. （２）観測運動物体の特定領域に音波又は電磁波を送波
   し、該特定領域から反射された反射波を受波する送受波
   器及び受波器と、 前記送受波器及び受波器により受波された反射波成分か
   ら所定の速度情報を検出し、ドプラ信号として出力する
   ドプラ信号検出手段と、 前記ドプラ信号の単位時間当りの速度変化を検出して加
   速度信号を出力する加速度信号検出手段と、 前記加速度信号の単位時間当りの加速度変化を検出して
   加加速度信号を出力する加加速度信号検出手段と、 運動物体の分布密度から特定領域の分布質量を予め設定
   しておき、 前記分布質量と加加速度信号とを乗算して力の変化の分
   布を算出する力の変化の分布検出手段と、を有し、 前記運動物体の速度情報と分布質量とから力の変化の分
   布を観測することを特徴とする力の分布検出表示装置。