JPH0239253B2 - - Google Patents

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JPH0239253B2
JPH0239253B2 JP59146926A JP14692684A JPH0239253B2 JP H0239253 B2 JPH0239253 B2 JP H0239253B2 JP 59146926 A JP59146926 A JP 59146926A JP 14692684 A JP14692684 A JP 14692684A JP H0239253 B2 JPH0239253 B2 JP H0239253B2
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JP
Japan
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gaussian
signal
circuit
spectrum
echo signal
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JP59146926A
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JPS6125535A (ja
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Takeshi Mochizuki
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Hitachi Ltd
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Aloka Co Ltd
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は超音波パルスを生体内に放射し、生体
内の組織から反射してくるエコー信号を解析し生
体内の任意の組織の位置あるいは当該組織の超音
波に及ぼす減衰係数を測定し、疾病等の診断を行
なう超音波診断装置に関する。
[従来技術] 従来の一般的な超音波エコー法を使用した診断
装置は生体内の組織から反射してくるエコー信号
の位置とその信号の振幅情報より主に組織の形態
情報を映像化するものであり、組織自体の固有特
性を詳細に知ることはできなかつた。
一方、生体中を伝搬する超音波はその伝搬中の
組織により組織固有の周波数依存性に基づく減衰
を受けることが知られている。すなわち、一般に
生体では高い周波数に対する減衰率が、低い周波
数のそれに比べ大きくなる特性を有する。そし
て、減衰特性α(f)は次式のごとく周波数fに
比例することが知られている。
α(f)=βf ここにβは組織により異なる減衰係数である。
また、この減衰係数は異常組織、正常組織の間で
異なることも報告されており、この減衰係数を正
確に測定することが疾病等の診断に強く望まれて
いた。
この減衰係数を求める方法として従来提案され
ている方法の1つは、被測定部位の前後より得ら
れた各々のエコー信号のスペクトラムの差からそ
の間で受けた減衰係数を求める方法である。この
方法の欠点は測定距離内の組織構造に起因して生
ずる細かいスペクトラムが減衰係数の測定を困難
にしている点である。
そこで、直接にはスペクトラムの差を求めず、
各々のスペクトラムの中心周波数を求め、その中
心周波数の差から減衰係数を求める方法が提案さ
れている。この方法によれば、上記の細かい組織
構造によるスペクトラムの影響は受けにくい利点
があるが、中心周波数の差の値を減衰係数値に変
換する必要があり、この変換は探触子のスペクト
ラムに関係するため、一般には困難となる。とこ
ろが、そのスペクトラムがガウス型のスペクトラ
ムであると仮定すると、数式的な処理が著しく簡
単となり、その応用が期待されていた。しかしな
がら、現実にはこのようなガウス型のスペクトラ
ムを有する探触子を作ることは極めて困難であつ
た。
[発明の目的] 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、通常の非ガウス型スペクトラ
ムを有する探触子を用いながらガウス型のスペク
トラムと同様の極めて簡単な演算処理によつて生
体組織の減衰係数を正確に測定し、これによつて
組織診断を容易に行うことのできる改良された超
音波診断装置を提供することにある。
[発明の構成] 上記目的を達成するために、本発明は、非ガウ
ス型超音波振動子から超音波パルスを生体内に放
射し生体内組織からのエコー信号をデイコンボリ
ユーシヨン処理で探触子固有のスペクトラムを除
去して解析し所望組織の減衰係数を測定する超音
波診断装置において、前記エコー信号を所定の異
なる遅延時間で遅延処理し複数の遅延信号として
出力する遅延回路と、予め定められ前記各遅延信
号に対応させた所定の重み付け信号と該各遅延信
号とを乗算して該遅延信号にガウス型の重み付け
処理を行なうガウス重み付け回路と、前記重み付
け処理された各遅延信号を加算処理してガウス型
パルス波形信号を演算算出する加算回路と、から
成り該エコー信号のガウス型スペクトラムを得る
デイコンボリユーシヨン処理回路を有することを
特徴とする。
これにより、前記エコー信号のスペクトラムを
ガウス型のスペクトラムに変換し該ガウス型のス
ペクトラムの中心周波数の移動量により減衰係数
を正確にかつ容易に測定することができる。
[実施例の説明] 以下図面に基づいて本発明を詳細に説明する。
一般に超音波エコー法では、第1図に示される
ように、振動子10から放射され音響媒体12中
を伝搬するパルス波S(t)は音響インピーダン
スの異なる境界面で反射し、振動子10にて受波
される。被検体の被観測区間での各境界面に対応
する反射系列をr(t)とし、またその区間内で
パルス波S(t)が変化しないとすると、得られ
るエコー信号e(t)は e(t)=r(t)*S(t) …(1) と表わされる。ただし*はコンボリユーシヨンを
表わす。そして、これをフーリエ変換した後の各
関数を大文字で表わすと(1)式は E(f)=R(f)・S(f) …(2) と積の形で表わされ、故にR(f)は R(f)=E(f)/S(f) …(3) として求めることができる。これは一般にデイコ
ンボリユーシヨンと呼ばれ、公知である。これに
ガウス型のスペクトラムG(f)を掛けて EG(f)=R(f)・G(f) …(4) (4)式のEG(f)を求める。|R(f)|が|G
(f)|より十分小さいとき、G(f)の中心周波
数はほぼEG(f)のものと一致する。
次に、生体のような減衰のある媒質中からのエ
コー信号のスペクトラムをEF(f)と表わすと EF(f)=R(f)・S(f)e-fl …(5) のように表わせる。ただし、lは超音波パルスが
反射体から戻つてくるまでの往復距離とする。(5)
式を(3)式のE(f)に代入し、更に(4)式のごとく
ガウス型スペクトラムG(f)を掛けて(6)式を得
る。
EFG(f)=R(f)e-flG(f) …(6) G(f)はガウス型であるため(7)式のごとく仮
定する。
G(f)=exp{(f−fo)2/2σ2} …(7) ただし、foは中心周波数、σは統計学で使用さ
れているガウス分布の標準偏差に相当するものと
する。(7)式を(6)式に代入し(8)式を得る。
EFG(f) =KR(f)exp[{f−fo+Δf)}2/2σ] …(8) ただしKは定数とする。またΔfは Δf=αflσ2 …(9) とした。(4)式のG(f)に(7)式を代入すると次式
が得られる。
EG(f)=R(f)exp{(f−fo)2/2σ2}…(10) (10)式を(8)式と比較すると、減衰特性の影響を受
けたEFG(f)も、ガウス型スペクトラムを維持し
ていることが分かる。ただし、スペクトラムの中
心周波数がΔf移動している点が異なつている。
つまり、この中心周波数の移動分を求めることに
より(9)式を用いて減衰係数αを得ることができ
る。
本発明において特徴的なことは、非ガウス型の
探触子から送受したエコー信号に対しデイコンボ
リユーシヨン処理によりガウス型の探触子から得
たエコー信号と等価の信号を得ることができるこ
とである。
次に、本発明のデイコンボリユーシヨン処理を
コンピユータで行つた例を示す。
第2図は水中に置かれたアクリル板の表面より
得られたエコー波形であり、第3図はそのスペク
トラムである。第2図の波形から明らかなよう
に、このエコーは時間軸に沿つて後方へ減衰して
行く形を示し、非ガウス型のパルス波形である。
一方、デイコンボリユーシヨン処理を行いガウス
型の重み付けを施した第4図の波形は、そのエン
ベロープがガウス型で重み付けされたガウス型パ
ルスを示している。
第5図は第4図のスペクトラムであり、ガウス
型パルスのスペクトラムも同様にガウス型とな
り、第4図は実際の波形を処理して得られたデー
タを基としているため、形に少し凹凸があるもの
の、ガウス型スペクトラムを示していることが理
解される。つまり、これはガウス型パルスを送受
信して得られる波形とスペクトラムを示し、現実
には困難なガウス型パルスによるエコー信号を得
ることができたことを示す。
第6図には、本発明の超音波診断装置の好適な
実施例が示されている。
実施例の装置は、振動子10のフオーカシング
調整を行うフオーカス回路及び振動子10の電子
切替走査を行う切替回路を含むスキヤナ16を有
し、オシレータ回路18からスキヤナ16に超音
波パルスの送信繰返し周期を定めるトリガパルス
が入力されると、このスキヤナ16は該トリガパ
ルスの入力に同期して振動子10を励振制御し、
被検体12に向け超音波パルスS(t)の放射を
行う。
このようにして放射された超音波パルスS(t)
は、被検体12内部を伝搬する途中で音響インピ
ーダンスの異なる各境界面で次々と反射される。
そして、その反射エコーe(t)は振動子10で
受波され、ここで電気信号に変換され、更にスキ
ヤナ16内に設けられたフオーカス回路を介して
本発明の特徴的構成要素であるデイコンボリユー
シヨン回路及びガウス重み付け回路20に入力さ
れる。
本発明の装置において、この回路20は、エコ
ー信号を遅延処理しこれを一定の間隔で遅延され
た複数の遅延信号として出力する遅延回路と、各
遅延回路に所定の重み付け処理を行なう重み付け
回路と、重み付けされた各遅延信号を加熱出力す
る加算器とを含み、これら回路を用いて入力され
たエコー信号e(t)をデイコンボリユーシヨン
処理し、更にガウス型の重み付け処理を施すこと
により得られたガウス型エコー信号を増幅器22
及び中心周波数検出器30に向け出力している。
このようにして増幅器22に入力されたガウス
型信号は、ここで所定の増幅率をもつて増幅され
た後検波器24を介してメモリ26に入力され、
ここでビデオ信号として記憶された後CRT28
上に診断画像として表示されることとなる。
一方、中心周波数検出器30にてガウス型信号
の中心周波数が指示された深さに相当する時点の
ガウス型信号より測定され、減衰係数演算器32
に送られる。そして演算器32では減衰のない状
態で測定された中心周波数との差から減衰係数が
計算され、メモリ26に書き込まれ、CRTに表
示される。以下に本発明のデイコンボリユーシヨ
ン回路及びガウス重み付け回路20の好適な実施
例を説明する。
第7図には、非再帰型のデイコンボリユーシヨ
ン処理回路20の好適な実施例が示されており、
実施例の回路は、スキヤナ16から出力されるエ
コー信号e(t)をそのまま遅延回路34に入力
し、エコー信号e(t)の非再帰型デイコンボリ
ユーシヨン処理を行つている。
ここにおいて、前記遅延回路34は、入力され
たエコー信号e(t)に所定の遅延処理を施し、
エコー信号e(t)をそれぞれ一定時間間隔τで
遅延した複数の遅延信号e(t−τ)、e(t−2τ)
………e(t−nτ)として重み付け回路36に向
け出力している。
重み付け回路36は、図示しない制御回路から
の信号に基づき各遅延信号に対応した複数の重み
付け信号a1,a2…aoを出力する重み付け器38
と、これら重み付け信号と遅延回路34の出力す
る各遅延信号とを乗算する複数の乗算器40―
1,40―2…40―nとを含み、遅延回路34
から出力される遅延信号に所定の重み付け処理を
行つている。
そして、このようにして重み付け回路36から
出力される重み付けされた各遅延信号は加算器4
2にて加算され、デイコンボリユーシヨンされた
画像信号r(t)となる。
従つて、加算器42から出力される信号r(t)
は次式 r(t)=oi=1 aie(t―iτ) …(11) をもつて表わされることになる。
ここにおいて、前記(11)式の両辺をフーリエ変換
すると、 R(f)=∫ -∞∞i=1 aie(t−iτ)e-j2ftdt =E(f)i=1 aie-j2fi〓 …(12) となり、これはE(f)とi=1 aie-j2fi〓のコンボリ
ユーシヨンの形を表わしている。従つて、この(12)
式を前記(3)式と比較すれば、 i=1 aie-j2fi〓=1/S(f) …(13) の関係が得られ、この(13)式で表わされる1/S
(f)を逆フーリエ変換することにより、aiを求
めることができる。
従つて、1/S(f)を求めておきこれを逆フ
ーリエ変換することによりデイコンボリユーシヨ
ンに必要なaiを予め求めることができ、このよう
にして求めたaiを重み付け器38から出力するこ
とにより加算器42から出力される前記(11)式の信
号r(t)は、エコー信号e(t)をデイコンボリ
ユーシヨン処理したものとすることができる。
次に、このデイコンボリユーシヨン処理された
信号をガウス型信号に変換する方法について述べ
る。ガウス型信号のスペクトラムをEG(f)とす
ると、これは前述の(4)式のようにガウス型スペク
トラムG(f)を掛けて得られる。従つて、 EG(f)=E(f)・G(f)/S(f) …(14) と表わすことができる。
つまり(13)式で重み付け定数aiを求める際に i=1 aie-j2fi〓=G(f)/S(f) …(15) (15)式よりaiを求めることによりデイコンボリ
ユーシヨンとガウス型の重み付けの両方を一度に
行うことが可能となる。
[発明の効果] 以上説明したように、本発明によれば、非ガウ
ス型のスペクトラムを有する超音波探触子を用い
ながら、被検体から得られたエコー信号に対して
デイコンボリユーシヨン処理を行ない探触子固有
のスペクトラムを取り除いた後にガウス型のスペ
クトラムへの変換処理を行い、この結果、ガウス
型のスペクトラムを有する探触子と同等のエコー
信号を得ることができ、これによつて、減衰係数
を容易に求めることを可能とし、超音波診断によ
り得られる情報を著しく増大することが可能とな
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は一般的な超音波診断装置における放射
された超音波及び反射エコー信号を示す説明図、
第2,3,4,5図はそれぞれ本発明の原理を示
す説明図、第6図は本発明に係る超音波診断装置
の好適な実施例を示す要部概略図、第7図は本発
明に用いられるデイコンボリユーシヨン回路及び
重み付け回路の好適な実施例を示すブロツク図で
ある。 10…振動子、12…被検体、16…スキヤ
ナ、20…デイコンボリユーシヨン処理回路、2
4…検波器、26…メモリ、28…CRT、30
…中心周波数検出器、32…減衰係数演算器、3
6…重み付け回路、38…重み付け器。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 非ガウス型超音波振動子から超音波パルスを
    生体内に放射し生体内組織からのエコー信号をデ
    イコンボリユーシヨン処理で探触子固有のスペク
    トラムを除去して解析し所望組織の減衰係数を測
    定する超音波診断装置において、 前記エコー信号を所定の異なる遅延時間で遅延
    処理し複数の遅延信号として出力する遅延回路
    と、 予め定められ前記各遅延信号に対応させた所定
    の重み付け信号と該各遅延信号とを乗算して該遅
    延信号にガウス型の重み付け処理を行なうガウス
    重み付け回路と、前記重み付け処理された各遅延
    信号を加算処理してガウス型パルス波形信号を演
    算算出する加算回路と、から成るデイコンボリユ
    ーシヨン処理回路を有し、 前記エコー信号のスペクトラムをガウス型のス
    ペクトラムに変換し該ガウス型のスペクトラムの
    中心周波数の移動量により所望組織の減衰係数を
    正確に測定することを特徴とする超音波診断装
    置。 2 特許請求の範囲1記載の装置において、前記
    ガウス型パルス波形信号への変換は、前記エコー
    信号を直接前記遅延回路に入力し該エコー信号の
    非再帰型又は再帰型デイコンボリユーシヨン処理
    を行う際に同時に行うことを特徴とする超音波診
    断装置。 3 特許請求の範囲1、2のいずれかに記載され
    た装置において、ガウス型に変換されたエコー信
    号の中心周波数の移動量から所望組織の減衰係数
    を求め、断層画像と同時に表示することを特徴と
    する超音波診断装置。
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