JPH0239254B2 - - Google Patents

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JPH0239254B2
JPH0239254B2 JP59146927A JP14692784A JPH0239254B2 JP H0239254 B2 JPH0239254 B2 JP H0239254B2 JP 59146927 A JP59146927 A JP 59146927A JP 14692784 A JP14692784 A JP 14692784A JP H0239254 B2 JPH0239254 B2 JP H0239254B2
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JP
Japan
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signal
average
attenuation coefficient
value
calculates
Prior art date
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Application number
JP59146927A
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Japanese (ja)
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JPS6125536A (en
Inventor
Takeshi Mochizuki
Koroku Namekawa
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Aloka Co Ltd
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Publication date
Application filed by Aloka Co Ltd filed Critical Aloka Co Ltd
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Publication of JPS6125536A publication Critical patent/JPS6125536A/en
Publication of JPH0239254B2 publication Critical patent/JPH0239254B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は超音波診断装置、特に生体内の形態
的、動態的状況又は組織内状況等の種々の情報を
超音波受信波から測定、解析する改良された超音
波診断装置に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to an ultrasonic diagnostic device, particularly an ultrasonic diagnostic device that measures and analyzes various information such as in-vivo morphological and dynamic conditions or intra-tissue conditions from received ultrasonic waves. This invention relates to an improved ultrasonic diagnostic device.

[従来技術] 生体内の異常組織を発見し、その異常組織の形
態的な分析や異常組織の定性的な分析等を行うた
め超音波の生体内から受信波を解析する方法が開
発されている。
[Prior art] A method has been developed to analyze received ultrasonic waves from within a living body in order to discover abnormal tissue within a living body and perform morphological analysis and qualitative analysis of the abnormal tissue. .

生体内に送信された超音波の生体組織内の反射
散乱波はその周波数スペクトラムの分布特性が組
織の減衰や散乱の周波数特性によつて特徴的な変
化をすることが分かつており、この事実を用いて
特に超音波の生体内の組織の減衰係数を求め、こ
れを生体内の情報として使用することが有益であ
ることが認められてきた。従来において、この減
衰係数は、超音波受信信号を一旦記憶させコンピ
ユータの解析にて求められていたが、多大な時間
と手間がかかるという欠点をがあり、また減衰係
数を生体内の正確な位置での情報としてとらえる
ことも実現しておらず、有効な情報として実際に
用いることができなかつた。
It has been found that the distribution characteristics of the frequency spectrum of ultrasound waves transmitted into a living body and reflected and scattered within the living tissue change characteristically depending on the attenuation and scattering frequency characteristics of the tissue. In particular, it has been recognized that it is useful to determine the attenuation coefficient of ultrasound waves in tissues in the living body and use this as in-vivo information. Conventionally, this attenuation coefficient has been determined by storing the received ultrasound signal and analyzing it on a computer, but this method has the drawback of requiring a great deal of time and effort, and it is difficult to determine the attenuation coefficient at the exact position within the body. It has not been realized that the information can be understood as information, and it has not been possible to actually use it as effective information.

[発明の目的] 本発明は前記従来の課題に鑑みなされたもので
あり、その目的は、超音波受信信号のパワースペ
クトラムの平均周波数と分散を実時間で求めると
同時に生体組織内の減衰係数を実時間で求めるこ
とによつて生体内の組織の形態と性質を正確に判
別可能とし、組織診断等を容易に行い得る超音波
診断装置を提供することにある。
[Object of the Invention] The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and its purpose is to obtain the average frequency and dispersion of the power spectrum of an ultrasonic reception signal in real time, and at the same time calculate the attenuation coefficient in biological tissue. It is an object of the present invention to provide an ultrasonic diagnostic apparatus that can accurately determine the morphology and properties of tissues in a living body by determining them in real time, and can easily perform tissue diagnosis.

[発明の構成] 前記目的を達成するために、本発明の超音波診
断装置は、互いに複素関係にある一組の複素基準
信号と一定時間領域での前記受信高周波信号とを
混合し前記受信高周波信号を実数部と虚数部とか
ら成る複素信号に変換する複素信号変換器と、前
記複素信号を絶対値演算しその絶対値演算結果で
前記実数部と虚数部とをそれぞれ別々に除算し、
該複素信号の振幅の最大値が1となるように正規
化する正規化回路と、正規化された前記複素信号
を遅延回路により所定の遅れ時間を設けて遅延さ
せ該複素信号の自己相関値を演算算出する自己相
関器と、遅延回路と加算回路と重み付け回路とか
ら成り余分な信号成分を除去するために前記自己
相関値の実数部と虚数部とをそれぞれ平均化して
平均自已相関値を算出する平均化回路と、から成
る平均自己相関回路と、前記平均自己相関値の実
数部と虚数部とから位相角を算出し該位相角から
平均周波数を演算算出する平均周波数演算器と、
前記平均自己相関値の実数部と虚数部とをそれぞ
れ2乗演算して加算し、この加算結果に基づいて
自己相関関数パワー変動から分散値を演算算出す
る分散演算器と、前記平均周波数と該平均周波数
を所定時間遅延させた平均周波数との差を求め、
前記分散値で除算して減衰係数を演算し、該減衰
係数を遅延回路と加算回路と重み付け回路とから
成る平均化回路により安定化させて平均減衰係数
を算出する平均減衰係数演算器と、を有し、生体
内からの前記受信高周波信号のパワースペクトラ
ムを一定時間領域毎に解析して平均周波数、分散
値を実時間で求め、減衰係数を実時間で測定し、
減衰係数の変化を表示することを特徴とする。
[Structure of the Invention] In order to achieve the above object, the ultrasonic diagnostic apparatus of the present invention mixes a set of complex reference signals having a complex relationship with each other and the received high frequency signal in a certain time domain, and mixes the received high frequency signal. a complex signal converter that converts a signal into a complex signal consisting of a real part and an imaginary part; a complex signal converter that calculates an absolute value of the complex signal and separately divides the real part and the imaginary part by the result of the absolute value calculation;
A normalization circuit normalizes the complex signal so that the maximum value of the amplitude becomes 1, and a delay circuit delays the normalized complex signal by providing a predetermined delay time to calculate the autocorrelation value of the complex signal. It consists of an autocorrelator for calculation, a delay circuit, an addition circuit, and a weighting circuit, and calculates an average autocorrelation value by averaging the real part and imaginary part of the autocorrelation value, respectively, to remove extra signal components. an average autocorrelation circuit comprising: an average autocorrelation circuit comprising an average autocorrelation circuit; an average frequency calculator that calculates a phase angle from the real part and imaginary part of the average autocorrelation value and calculates an average frequency from the phase angle;
a dispersion calculator that squares and adds the real part and imaginary part of the average autocorrelation value, respectively, and calculates a variance value from the autocorrelation function power fluctuation based on the addition result; Find the difference between the average frequency and the average frequency delayed by a predetermined time,
an average attenuation coefficient calculation unit that calculates an attenuation coefficient by dividing by the dispersion value, and stabilizes the attenuation coefficient by an averaging circuit including a delay circuit, an addition circuit, and a weighting circuit to calculate an average attenuation coefficient; analyzing the power spectrum of the received high-frequency signal from within the living body for each fixed time domain, determining the average frequency and dispersion value in real time, and measuring the attenuation coefficient in real time,
It is characterized by displaying changes in the attenuation coefficient.

[実施例] 以下図面に基づいて本発明の好適な実施例を説
明する。
[Embodiments] Preferred embodiments of the present invention will be described below based on the drawings.

第1図には、本発明の実施例による超音波診断
装置のブロツク回路が示されている。
FIG. 1 shows a block circuit of an ultrasonic diagnostic apparatus according to an embodiment of the present invention.

安定な高周波信号を発生する水晶発振器10の
出力は分周同期回路12に供給され、該分周同期
回路12によつて所望周波数の各種出力信号が得
られる。これらの出力信号は超音波パルスビーム
送信用の送信繰返し周波数信号100、複素変換
のための複素基準信号102,104、超音波診
断結果の表示を行なうための掃引同期信号106
及び装置の各部の同期作用を行うクロツク信号1
08を含む。前記複素基準信号102,104は
互いに複素関係となるように実施例においては、
90゜の位相差を有する。
The output of the crystal oscillator 10, which generates a stable high frequency signal, is supplied to a frequency division synchronization circuit 12, and the frequency division synchronization circuit 12 obtains various output signals of desired frequencies. These output signals include a transmission repetition frequency signal 100 for ultrasonic pulse beam transmission, complex reference signals 102 and 104 for complex conversion, and a sweep synchronization signal 106 for displaying ultrasonic diagnostic results.
and a clock signal 1 for synchronizing each part of the device.
Including 08. In the embodiment, the complex reference signals 102 and 104 have a complex relationship with each other.
It has a phase difference of 90°.

前記送信信号100は駆動回路14及び送受切
替回路16を介して探触子18に供給され、該探
触子18を励振し、超音波パルスビームが被検体
20内に送信される。
The transmission signal 100 is supplied to the probe 18 via the drive circuit 14 and the transmission/reception switching circuit 16, excites the probe 18, and transmits an ultrasonic pulse beam into the subject 20.

被検体20からの反射エコーは探触子18によ
つて電気信号に変換され、送受切替回路16から
高周波増幅器22へ送られて所望の増幅作用が施
された後、その一方の出力が通常のBモードある
いはMモード表示信号として表示部に供給され、
また他方の出力は生体組織の形態、性質等の情報
として演算するため、演算処理部へ供給される。
The reflected echo from the subject 20 is converted into an electrical signal by the probe 18, and sent from the transmission/reception switching circuit 16 to the high frequency amplifier 22 where it is subjected to the desired amplification action, and then the output of one of the signals is converted into a normal signal. It is supplied to the display section as a B mode or M mode display signal,
The other output is supplied to the arithmetic processing section in order to be computed as information on the morphology, properties, etc. of the living tissue.

通常のBモードあるいはMモード表示を行うた
めの出力信号は検波器24及びビデオ増幅器26
からD.S.C.28を介してCRT表示器30に供給
され、CRT表示器30の表面を輝度変調する。
The output signal for normal B-mode or M-mode display is sent to a detector 24 and a video amplifier 26.
The light is supplied to the CRT display 30 via the DSC 28, and the surface of the CRT display 30 is modulated in brightness.

前記探触子18の超音波パルスビームを機械的
あるいは電気的な角度偏向などによつて走査させ
超音波パルスビームで被検体20を周期的に走査
し、更に所望の偏向角にて走査を停止するために
走査制御器32が設けられており、該走査制御器
32の走査位置信号はクロツク信号108に同期
し、探触子18に供給され、同時に分周同期回路
12から得られる掃引同期信号106と共に表示
位置制御のため、D.S.C.28に供給されている。
The ultrasonic pulse beam of the probe 18 is scanned by mechanical or electrical angle deflection, the object 20 is periodically scanned with the ultrasonic pulse beam, and the scanning is stopped at a desired deflection angle. A scan controller 32 is provided for the purpose of this, and the scan position signal of the scan controller 32 is synchronized with the clock signal 108 and supplied to the probe 18, and at the same time the sweep synchronization signal obtained from the frequency dividing synchronization circuit 12 is synchronized with the clock signal 108. Together with 106, it is supplied to the DSC 28 for display position control.

本発明において、特徴的なことは、生体内から
反射される超音波受信信号のパワースペクトラム
の平均周波数又は分散を実時間で求めると同時
に、この平均周波数と分散値から生体の減衰係数
を実時間で求めることであり、これは生体から得
られる超音波受信信号を第2図に示されるよう
に、e(t)として、このe(t)の波形に一定短
時間間隔Gを設定して行う。そして、このG内の
受信信号のパワースペクトラムの平均周波数と分
散又は減衰係数を求め、更に少しづつGをずらし
てそれぞれのG内のデータを求めてこれらを合成
することにより超音波受信信号の解析が行われ
る。
The characteristic feature of the present invention is that the average frequency or dispersion of the power spectrum of the received ultrasound signal reflected from within the living body is determined in real time, and at the same time, the attenuation coefficient of the living body is calculated in real time from this average frequency and the dispersion value. This is done by setting the ultrasonic reception signal obtained from the living body as e(t) and setting a constant short time interval G to the waveform of e(t), as shown in Figure 2. . Then, the average frequency and dispersion or attenuation coefficient of the power spectrum of the received signal within this G are determined, and then G is shifted little by little to obtain data within each G and these are combined to analyze the ultrasound received signal. will be held.

前記パワースペクトラムの平均周波数と分散値
又は生体内の減衰係数を実時間で求めるために受
信信号を複素変換してその自己相関関数を演算す
る装置が用いられる。以下にその構成を説明す
る。
In order to obtain the average frequency and dispersion value of the power spectrum or the in-vivo attenuation coefficient in real time, a device is used that complex-transforms the received signal and calculates its autocorrelation function. The configuration will be explained below.

前記高周波増幅器22の他方の出力が自己相関
演算に供されるため、まず高周波増幅器22から
得られる受信高周波信号は複素信号変換器36に
供給されて複素信号に変換される。
Since the other output of the high frequency amplifier 22 is used for autocorrelation calculation, the received high frequency signal obtained from the high frequency amplifier 22 is first supplied to the complex signal converter 36 and converted into a complex signal.

すなわち、実施例においては、複素信号変換器
36は位相検波器を含む一組のミキサ38a,3
8bを有し、各ミキサ38において前記受信高周
波信号がそれぞれ前記複素基準信号102,10
4と演算され、複素基準信号102,104は前
述したように互いに90゜位相の異なる複素関係に
あるため、ミキサ38から前記受信高周波信号に
対応した複素信号を出力することができる。すな
わち、各ミキサ38は、混合検波によつて入力さ
れた受信高周波信号と複素基準信号との両周波数
の和と差の周波数の信号を出力し、これら両信号
が低域フイルタ40a,40bに供給され、差の
周波数成分のみが取り出される。
That is, in the embodiment, the complex signal converter 36 includes a pair of mixers 38a, 38a and 38a, including a phase detector.
8b, and in each mixer 38, the received high frequency signal is connected to the complex reference signal 102, 10, respectively.
Since the complex reference signals 102 and 104 are in a complex relationship with a phase difference of 90 degrees from each other as described above, the mixer 38 can output a complex signal corresponding to the received high frequency signal. That is, each mixer 38 outputs a signal having a frequency that is the sum and difference of the frequencies of the received high-frequency signal and the complex reference signal input through mixed detection, and these two signals are supplied to the low-pass filters 40a and 40b. and only the difference frequency components are extracted.

前記ミキサ38の混合検波作用において、複素
基準信号102,104は単一周波数の連続波で
あるが、他方の入力信号である受信高周波信号は
生体組織内情報を含むパルス波なので、前記低減
フイルタ40の出力には多数のスペクトル成分が
現れることとなる。この複素信号変換器での複素
変換は特願昭57−70479に詳しく説明され、これ
によつて得られた複素信号は実数部をXo、虚数
部をYoとすると複素式 Zo=Xo+iYo ……(1) で表わされる。
In the mixed detection function of the mixer 38, the complex reference signals 102 and 104 are continuous waves of a single frequency, but the received high frequency signal, which is the other input signal, is a pulse wave containing information in living tissue, so the reduction filter 40 A large number of spectral components will appear in the output. The complex conversion using this complex signal converter is explained in detail in Japanese Patent Application No. 57-70479, and the complex signal obtained by this is expressed by the complex formula Zo=Xo+iYo, where the real part is Xo and the imaginary part is Yo... 1).

次に複素変換された複素信号は正規化器44に
入力され、この正規化器44によつて前記(1)式 の複素信号の振幅はその最大値が「1」となるよ
うに正規化される。
Next, the complex signal that has undergone complex conversion is input to the normalizer 44, and the amplitude of the complex signal in equation (1) is normalized by the normalizer 44 so that its maximum value is "1". Ru.

この正規化器44は、後の自己相関演算により
デジタル乗算演算が行われるため、高精度に演算
するために設けられている。
This normalizer 44 is provided to perform highly accurate calculations since digital multiplication calculations are performed in the subsequent autocorrelation calculations.

すなわち、後の自己相関演算では、前記受信信
号が非常に大きな信号から小さな信号までを同じ
に精度良く演算する必要があるので、少しでも誤
差が生じると、それが乗算演算(積分)により積
算されることになる。従つて、このような問題を
極力なくするために自己相関器の前段で振幅情報
を全て正規化している。
In other words, in the subsequent autocorrelation calculation, it is necessary to calculate the received signal from a very large signal to a very small signal with the same precision, so if even a small error occurs, it is integrated by multiplication (integration). That will happen. Therefore, in order to eliminate such problems as much as possible, all amplitude information is normalized before the autocorrelator.

これによつて、後の平均周波数を算出するのに
必要な位相情報を効率良く演算することができ
る。
This makes it possible to efficiently calculate the phase information necessary to calculate the average frequency later.

更に、このような正規化が行われることによ
り、後の分散値の算出には、非常に安定にかつ精
度良く行える利点がある。
Furthermore, by performing such normalization, there is an advantage that the subsequent calculation of the variance value can be performed very stably and accurately.

このような正規化器44により(1)式のZoの絶
対値√22は絶対値演算器46にて演算さ
れ、割算器48a,48bによつて実数部と虚数
部を別々に絶対値√22で割れば、複素信
号は振幅の最大値が「1」にそろつた信号にとな
り、結果的にXo、Yoがsin、cosで表わされる時
の角度に生体内の情報が含まれることになる。し
たがつて正規化器44で求められ、正規化された
複素信号は で示される。
With such a normalizer 44, the absolute value √ 2 + 2 of Zo in equation (1) is calculated in an absolute value calculator 46, and the real part and imaginary part are divided into absolute values separately by dividers 48a and 48b. When divided by the value √ 2 + 2 , the complex signal becomes a signal whose maximum amplitude value is 1, and as a result, the angles when Xo and Yo are expressed by sin and cos contain in-vivo information. It will be. Therefore, the complex signal obtained and normalized by the normalizer 44 is It is indicated by.

以上のようにして正規化された複素信号は、次
に自己相関器50によつて演算処理され、遅延量
TとするZ1の自己相関が求められる。
The complex signal normalized as described above is then subjected to arithmetic processing by the autocorrelator 50, and the autocorrelation of Z1 , which is the delay amount T, is determined.

まず入力信号Z1はデイレーライン52a,52
bにより1周期分遅延されてZ2が得られる。この
出力Z2は以下の式で示される。
First, the input signal Z 1 is input to the delay lines 52a, 52
Z 2 is obtained by delaying one period by b. This output Z 2 is expressed by the following formula.

Z2=X2+iY2 ……(3) そして、Z2 *=X2−iY2とすると、前記Z1の(2)
式の関係から、以下の式によつて相関が求められ
る。
Z 2 = X 2 + iY 2 ... (3) Then, if Z 2 * =
Based on the relationship in the equation, the correlation can be calculated using the following equation.

Z1Z2 *=(X1+iY1)(X2−iY2) =X1X2+Y1Y2+i(X2Y1−X1Y2) ……(4) 上記のようにして相関を求めるため、自己相関
器50には4個の掛算器54a,54b,56
a,56b、そして加減算器58a,58bが設
けられ、前記相関演算が行われる。
Z 1 Z 2 * = (X 1 + iY 1 ) (X 2 − iY 2 ) = X 1 X 2 + Y 1 Y 2 + i ( X 2 Y 1 − In order to obtain the correlation, the autocorrelator 50 includes four multipliers 54a, 54b, 56.
a, 56b, and adders/subtractors 58a, 58b are provided to perform the correlation calculation.

また、加減算器58aの出力をRとすれば R=X1X2+Y1Y2 ……(5) が得られ、他方加減算器58bの出力をIとすれ
ば、同様に I=X2X1−Y1Y2 ……(6) が得られ、両加減算器58の出力を合わせて次式
にて示される。
Furthermore, if the output of the adder / subtractor 58a is R, then R=X 1 1 −Y 1 Y 2 ...(6) is obtained, and the outputs of both adders and subtracters 58 are combined and expressed by the following equation.

S=R+iI ……(7) そして、この出力Sは信号の変動成分や装置か
ら発生する雑音成分を含むので、これら雑音成分
を除去するために平均回路によつて平均が求めら
れ、この平均は=+iで表わされ、複素相
関が演算される。
S=R+iI...(7) Then, this output S includes signal fluctuation components and noise components generated from the equipment, so in order to remove these noise components, an average is obtained by an averaging circuit, and this average is =+i, and complex correlation is calculated.

前記平均回路はデイレーライン60a,60b
にて1周間遅延した出力を現時刻の入力信号に加
算器62a,62bにて加算し、再びこの出力を
デイレーライン60に供給する操作を繰返し、こ
の加算を例えば、デジタル回路で構成する場合に
は、その加算出力の上位ビツトを出力すれば、平
均値を得ることができる。しかし、単にこの操作
を繰返し行つていくと、加算回数の増加に伴い、
出力値が逐次増大し、ついには飽和する。そこ
で、実施例においては、重み付け回路64a,6
4bが設けられ、出力を減衰させて入力と加算し
ている。すなわち、減衰量をαとすれば、現時刻
の信号より例えば10周期前の信号α10だけ減衰し
て現時刻の信号と加算されるので、出力に与える
影響度が小さくなり、低域フイルタや移動平均回
路と同様の平均機能を果たすことが可能となる。
また重み付回路64の重み付量を変えることによ
り、平均化の度合を変更することが可能となる。
The average circuit includes delay lines 60a and 60b.
The output delayed by one round is added to the input signal at the current time by adders 62a and 62b, and the operation of supplying this output to the delay line 60 is repeated, and this addition is performed by, for example, a digital circuit. In this case, the average value can be obtained by outputting the upper bits of the summed output. However, if you simply repeat this operation, as the number of additions increases,
The output value increases successively and finally reaches saturation. Therefore, in the embodiment, the weighting circuits 64a, 6
4b is provided to attenuate the output and add it to the input. In other words, if the attenuation amount is α, the signal α10 , which is 10 cycles earlier than the current time signal, will be attenuated and added to the current time signal, so the influence on the output will be small, and the low-pass filter or It becomes possible to perform the same averaging function as a moving average circuit.
Furthermore, by changing the weighting amount of the weighting circuit 64, it is possible to change the degree of averaging.

以上のようにして、複素信号の相関が自己相関
器50から得られた自己相関値は =+i ……(8) で示される。
As described above, the autocorrelation value obtained from the autocorrelator 50 as the correlation of the complex signal is expressed as =+i (8).

以上のようにして得られた自己相関値は前述
したように第2図の一定短時間間隔G内の受信信
号のパワースペクトラムの解析のための基礎とな
るものであり、自己相関器50によつてパワース
ペクトラム解析の実時間処理が可能となる。
As mentioned above, the autocorrelation value obtained in the above manner serves as the basis for analyzing the power spectrum of the received signal within a fixed short time interval G in FIG. This enables real-time processing of power spectrum analysis.

次に自己相関器50で得られた自己相関値の
実数部と虚数部は、平均周波数を演算する平
均周波数演算器66と周波数の分散値を演算する
分散演算器68に入力される。
Next, the real part and imaginary part of the autocorrelation value obtained by the autocorrelator 50 are input to an average frequency calculator 66 that calculates an average frequency and a variance calculator 68 that calculates a frequency variance value.

平均周波数演算器66では、平均周波数が前
記自己相関関数の位相角により演算されるが、以
下にその説明を示す。
In the average frequency calculator 66, the average frequency is calculated based on the phase angle of the autocorrelation function, and the explanation will be given below.

G内のエンベロープ信号のパワースペクトラム
をP(f)とすると自己相関関数S(τ)は次の関
係式で表わされる。
When the power spectrum of the envelope signal in G is P(f), the autocorrelation function S(τ) is expressed by the following relational expression.

S(τ)=∫ -∞P(f)ej2f〓df ……(9) これを微分すると S〓(τ)=S(τ)/dτ=j 2π∫fp(f)ej2f
〓df……(10) となり、ここでπ=Oとおくと S〓(O)=j 2π∫ -∞fp(f)df となる。更にS(τ)についてτ=Oとすると S〓(O)=∫p(f)df である。従つて、 S〓(O)/S(O)=j2π∫-∞fp(f)df/∫
-∞p(f)df ≒j2π ……(11) となり、が平均周波数として求められる。
S(τ)=∫ -∞ P(f)e j2f 〓df ……(9) Differentiating this, S〓(τ)=S(τ)/dτ=j 2π∫fp(f)e j2f
〓df...(10), and if we set π=O here, then S〓(O)=j 2π∫ -∞ fp(f)df. Furthermore, if τ=O for S(τ), then S〓(O)=∫p(f)df. Therefore, S〓(O)/S(O)=j2π∫ / -∞ fp(f)df/∫
/ -∞ p(f)df ≒j2π ...(11), which is obtained as the average frequency.

一方、自己相関関数S(τ)は複素数であるか
ら次のように表わせる。
On the other hand, since the autocorrelation function S(τ) is a complex number, it can be expressed as follows.

S(τ)=A(τ)ej() ……(12) である。また自己相関関数の性質から S〓(O)/S(O) の比を次のように変形できる。 S(τ)=A(τ)e j() ……(12) It is. Also, from the properties of the autocorrelation function, the ratio of S〓(O)/S(O) can be transformed as follows.

S〓(O)/S(O)=jφ〓(O) ……(15) 従つて、(11)式と(15)式からは =1/2πφ〓(O) ……(16) となり自己相関関数の位相角ψ(τ)より求める
ことができる。ただし位相角の微分値φ(O)は φ〓(O)=φ(τ)−φ(O)/τであり φ(O)=0として近似式 φ〓(O)≒φ(τ)/τ ……(17) で求めることができる。従つて(14)式が示す通り
Rととによりφ(τ)が求められ、(17)式よりφ〓
(O)が求められるのでは、 で与えられる。
S〓(O)/S(O)=jφ〓(O) ……(15) Therefore, from equations (11) and (15), =1/2πφ〓(O) ……(16) and self It can be determined from the phase angle ψ(τ) of the correlation function. However, the differential value φ(O) of the phase angle is φ〓(O)=φ(τ)−φ(O)/τ, and assuming φ(O)=0, the approximate formula φ〓(O)≒φ(τ)/ τ can be found using (17). Therefore, as shown in equation (14), φ(τ) can be obtained from R and , and from equation (17), φ〓
(O) is required, is given by

ここで、この平均周波数演算器66では、平均
回路を含む自己相関器50からの演算結果を前記
(18)式に基づいて、を算出しているので、例え
ば前記受信高周波信号の周波数変動(位相変動)
が激しい場合には誤差を少なく、かつ高精度に測
定することができる。
Here, since the average frequency calculator 66 calculates the calculation result from the autocorrelator 50 including the average circuit based on the equation (18), for example, the frequency fluctuation (phase Fluctuation)
If the error is severe, the error can be reduced and the measurement can be performed with high precision.

一方、分散演算器68においては、自己相関器
50で得られたととにより分散値が求められ
るが以下にこの分散演算を説明する。
On the other hand, in the variance calculation unit 68, a variance value is obtained from the values obtained by the autocorrelator 50, and this variance calculation will be explained below.

自己相関関数(12)式の2回微分は次の式で示され
る。
The second differential of the autocorrelation function (12) is expressed by the following equation.

S¨(O)=A¨(O)−A(O){φ〓(O)}2
…(19) また(9)式の2回微分は R¨(O)=(j2π)2∫f2p(f)df≒(j2π)2 2……(2
0) で示され、一方分散値のσ2は一般に σ2=∫-∞(f−f/―)2p(f)df/∫-∞
(f)df=−()2……(21) と定義される。(19)式、(20)式を(21)式に代入する
と近似的に σ2=−1/2π2τ2S(O)−|S(τ)|/S(O
)……(22) が得られる。これは、S(τ)のパワーS(O)に
対する変化率を表わしており、この式からσ2はパ
ワー変動に比例することが理解される。
S¨(O)=A¨(O)−A(O) {φ〓(O)} 2 ...
…(19) Also, the second differential of equation (9) is R¨(O)=(j2π) 2 ∫f 2 p(f)df≒(j2π) 2 2 …(2
0), while the variance value σ 2 is generally expressed as σ 2 =∫ / -∞ (f - f / -) 2 p(f)df / ∫ / -∞ p
(f)df=−() 2 ……(21) is defined. Substituting equations (19) and (20) into equation (21) approximately yields σ 2 =-1/2π 2 τ 2 S(O)-|S(τ)|/S(O
)...(22) is obtained. This represents the rate of change of S(τ) with respect to the power S(O), and it is understood from this equation that σ 2 is proportional to the power fluctuation.

ここで、S(τ)はすでに正規化された複素信
号Z1により計算されているので、分数値σ2は次の
式によつてとにより演算することができる。
Here, since S(τ) has already been calculated using the normalized complex signal Z 1 , the fractional value σ 2 can be calculated by the following equation.

すなわち、分散演算器68では二乗算器70
a,70bにより自己相関器50で演算された
R、が2乗され22となり、この22
は加算器72によつて加算されて22とな
る。これは分散値器74により(23)式に従つて演
算され、分散値σ2が演算される。
That is, in the distributed arithmetic unit 68, the square multiplier 70
R, calculated by the autocorrelator 50 using a, 70b, is squared and becomes 2 , 2 , and these 2 and 2
are added by adder 72 to become 2 + 2 . This is calculated by the variance value calculator 74 according to equation (23), and the variance value σ 2 is calculated.

この分散の演算は、正規化器44によつて近似
的に(23)式が使用でき、非常に安定にかつ精度良
く行える利点がある。
The calculation of this variance can be approximately performed using equation (23) by the normalizer 44, which has the advantage of being very stable and accurate.

以上のように演算された平均周波数と分散値
σ2は超音波受信信号の一定領域G内の値であり、
この領域Gを少しずつ移動させてそれぞれについ
てとσ2を順次演算する。このようにして求めた
波形が第3図に示されている。
The average frequency and variance value σ 2 calculated as above are values within a certain region G of the ultrasonic reception signal,
This region G is moved little by little and σ 2 is calculated for each region one by one. The waveform obtained in this way is shown in FIG.

次に実施例においては、生体組織内減衰係数を
演算する減衰係数演算器76が設けられており、
前記パワースペクトルの平均周波数と分散値σ2
によつて減衰係数演算される。
Next, in the embodiment, an attenuation coefficient calculator 76 is provided to calculate the attenuation coefficient in living tissue.
Average frequency and variance value σ 2 of the power spectrum
The damping coefficient is calculated by .

減衰係数の演算方法は、平均周波数の微分値
を分散値で割ることにより求めることができる
が、本実施例においては、第3図aに示されるよ
うに、時間lを保つたA点とB点を設定し、A点
での平均周波数AとB点での平均周波数Bとの
差を分散値σ2で割ることにより求めている。すな
わち、平均周波数ABを前述した平均周波数
fの微分値とみなしたものであり、 Δf=ABとすると減衰係数は α=Δf/σ2 ……(24) で示される。
The attenuation coefficient can be calculated by dividing the differential value of the average frequency by the variance value. It is obtained by setting a point and dividing the difference between the average frequency A at point A and the average frequency B at point B by the variance value σ 2 . That is, the average frequency AB is regarded as the differential value of the average frequency f described above, and when Δf= AB , the attenuation coefficient is expressed as α=Δf/σ 2 (24).

従つて、減衰係数演算器76においては、まず
デイレーライン78により時間lだけ遅延された
平均周波数Bが演算され減衰器80に入力され
ることにより、この減衰器80にすでに入力され
ているAとの差Δfが演算される。次に割算器8
2では、前記分散演算器68からの出力である分
散値σ2が入力されており、減衰器80によつて得
られたΔfを割ることによつて減衰係数αが演算
される。この減衰係数αは平均回路によつて前述
した自己相関器50と同様方法で平均化され、平
均値はデイレーライン84、加算器86、重み
付回路88によつて演算される。第4図には減衰
係数演算器の各演算処理によつて演算される信号
が示され、最終的に得られる減衰係数の平均値
が第4図cに示されるように安定した信号とな
り、これは生体内の減衰係数を示す信号となる。
Therefore, in the attenuation coefficient calculator 76, first, the average frequency B delayed by the time l by the delay line 78 is calculated and inputted to the attenuator 80 . The difference Δf is calculated. Next, divider 8
2, the dispersion value σ 2 which is the output from the dispersion calculator 68 is input, and the attenuation coefficient α is calculated by dividing Δf obtained by the attenuator 80. This attenuation coefficient α is averaged by an averaging circuit in the same manner as the autocorrelator 50 described above, and the average value is calculated by a delay line 84, an adder 86, and a weighting circuit 88. Fig. 4 shows the signals calculated by each calculation process of the damping coefficient calculator, and the average value of the damping coefficients finally obtained becomes a stable signal as shown in Fig. 4c. is a signal indicating the attenuation coefficient in the living body.

以上のようにして求めたパワースペクトラムの
平均周波数と分散値σ2、又は生体内の減衰係数
は画像信号に変換されてCRT30の画面上に選
択的に切り換え表示され、実施例においては例え
ば減衰係数の変化に対応し色を決めており、生体
内の各位置における減衰係数の変化を色の変化と
して表示させることができる。
The average frequency and dispersion value σ 2 of the power spectrum obtained as described above or the in-vivo attenuation coefficient are converted into image signals and selectively displayed on the screen of the CRT 30. In the embodiment, for example, the attenuation coefficient Colors are determined according to changes in the attenuation coefficient, and changes in the attenuation coefficient at each location within the body can be displayed as changes in color.

[発明の効果] 以上説明したように、本発明によれば、自己相
関を用いてパワースペクトラムの平均周波数と分
散とを実時間で求め、必要に応じて減衰係数演算
を行なうことによつて生体内の減衰係数を実時間
で求めることが可能となり、このことは、生体内
のそれぞれの位置での組織の詳細に亘る形態的あ
るいは定性的な分析が極めて容易となる。
[Effects of the Invention] As explained above, according to the present invention, the average frequency and variance of the power spectrum are determined in real time using autocorrelation, and the attenuation coefficient is calculated as necessary. It becomes possible to determine the attenuation coefficient in the body in real time, which makes detailed morphological or qualitative analysis of the tissue at each location in the body extremely easy.

従つて、超音波信断においても例えば異常組織
が良性であるか悪性であるかのいわゆる組織診断
が可能となり、また病巣の進行状況その他の有益
な情報を画像表示することが容易となり、Bモー
ドあるいはMモードの画像と併用することによつ
て種々の診断に貢献することができる。
Therefore, it is also possible to perform so-called histological diagnosis, for example, whether abnormal tissue is benign or malignant, even with ultrasound, and it is also easy to display images of the progress status of lesions and other useful information. Alternatively, by using it together with M-mode images, it can contribute to various diagnoses.

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

第1図は本発明に係る超音波診断装置の好適な
実施例を示すブロツク回路図である。第2図、第
3図、第4図は本実施例において、超音波受信信
号の各演算器での演算処理の説明図である。 10…水晶発振器、12…分周周期回路、18
…探触子、20…被検体、30…CRT、36…
複素信号変換器、38a,38b…ミキサ、40
…低域フイルタ、44…正規化器、46…絶対値
演算器、48a,48b…割算器、50…自己相
関器、52a,52b…デイレーライン、54
a,54b,56a,56b…掛算器、58a,
58b…加減算器、66…平均周波数演算器、6
8…分散演算器、70a,70b…二乗算器、7
2…加算器、74…分散値器、76…減衰係数演
算器、78…デイレーライン、80…減算器、8
2…割算器。
FIG. 1 is a block circuit diagram showing a preferred embodiment of the ultrasonic diagnostic apparatus according to the present invention. FIG. 2, FIG. 3, and FIG. 4 are explanatory diagrams of arithmetic processing of ultrasonic reception signals in each arithmetic unit in this embodiment. 10...Crystal oscillator, 12...Divide period circuit, 18
...Probe, 20...Subject, 30...CRT, 36...
Complex signal converter, 38a, 38b... mixer, 40
...Low pass filter, 44...Normalizer, 46...Absolute value calculator, 48a, 48b...Divider, 50...Autocorrelator, 52a, 52b...Delay line, 54
a, 54b, 56a, 56b...multiplier, 58a,
58b... Adder/subtractor, 66... Average frequency calculator, 6
8... Distributed arithmetic unit, 70a, 70b... Square multiplier, 7
2...Adder, 74...Dispersion value unit, 76...Attenuation coefficient calculator, 78...Delay line, 80...Subtractor, 8
2...Divider.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 超音波パルスビームを一定の繰返し周波数で
生体内に送信し反射波としての受信高周波信号か
ら自己相関器を用いて減衰係数を求めると共に表
示する超音波診断装置において、 互いに複素関係にある一組の複素基準信号と一
定時間領域での前記受信高周波信号とを混合し前
記受信高周波信号を実数部と虚数部とから成る複
素信号に変換する複素信号変換器と、 前記複素信号を絶対値演算しその絶対値演算結
果で前記実数部と虚数部とをそれぞれ別々に除算
し、該複素信号の振幅の最大値が1となるように
正規化する正規化回路と、 正規化された前記複素信号を遅延回路により所
定の遅れ時間を設けて遅延させ該複素信号の自己
相関値を演算算出する自己相関器と、遅延回路と
加算回路と重み付け回路とから成り余分な信号成
分を除去するために前記自己相関値の実数部と虚
数部とをそれぞれ平均化して平均自己相関値を算
出する平均化回路と、から成る平均自己相関回路
と、 前記平均自己相関値の実数部と虚数部とから位
相角を算出し該位相角から平均周波数を演算算出
する平均周波数演算器と、 前記平均自己相関値の実数部と虚数部とをそれ
ぞれ2乗演算して加算し、この加算結果に基づい
て自己相関関数のパワー変動から分散値を演算算
出する分散演算器と、 前記平均周波数と該平均周波数を所定時間遅延
させた平均周波数との差を求め、前記分散値で除
算して減衰係数を演算し、該減衰係数を遅延回路
と加算回路と重み付け回路とから成る平均化回路
により安定化させて平均減衰係数を算出する平均
減衰係数演算器と、 を有し、 生体内からの前記受信高周波信号のパワースペ
クトラムを一定時間領域毎に解析して平均周波
数、分散値を実時間で求め、平均減衰係数を実時
間で測定し、減衰係数の変化を表示することを特
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
平均周波数、分散値、減衰係数の各演算結果のい
ずれかを選択可能とし画像表示信号に変換して出
力する画像表示選択手段を備え、 Bモード上の超音波断層像と前記パワースペク
トラムの平均周波数の変化、分散の変化又は超音
波受信信号の減衰係数の変化を同時に若しくは
別々に異なつた色を用いて画像表示させることを
特徴とする超音波診断装置。
[Claims] 1. In an ultrasonic diagnostic apparatus that transmits an ultrasonic pulse beam into a living body at a constant repetition frequency and uses an autocorrelator to determine and display an attenuation coefficient from a received high-frequency signal as a reflected wave, a complex signal converter that mixes a set of complex reference signals having a complex relationship and the received high frequency signal in a certain time domain and converts the received high frequency signal into a complex signal consisting of a real part and an imaginary part; a normalization circuit that calculates the absolute value of a signal, divides the real part and the imaginary part separately by the result of the absolute value calculation, and normalizes the complex signal so that the maximum value of the amplitude is 1; An autocorrelator for calculating the autocorrelation value of the complex signal by delaying the complex signal by a predetermined delay time using a delay circuit, and a delay circuit, an addition circuit, and a weighting circuit to remove excess signal components. an averaging circuit that averages the real part and the imaginary part of the autocorrelation value to calculate an average autocorrelation value in order to remove the real part and the imaginary part of the average autocorrelation value; an average frequency calculator that calculates a phase angle from the phase angle and calculates an average frequency from the phase angle; and an average frequency calculator that calculates and calculates the average frequency from the phase angle; a dispersion calculator that calculates a dispersion value from the power fluctuation of the autocorrelation function based on the above-mentioned information; and a dispersion calculator that calculates a dispersion value from the power fluctuation of the autocorrelation function; and an average attenuation coefficient calculator that calculates the average attenuation coefficient by stabilizing the attenuation coefficient by an averaging circuit including a delay circuit, an addition circuit, and a weighting circuit; Ultrasonic diagnosis characterized by analyzing the power spectrum of a high frequency signal in each fixed time domain to obtain the average frequency and dispersion value in real time, measuring the average attenuation coefficient in real time, and displaying changes in the attenuation coefficient. Device. 2. The apparatus according to claim 1, further comprising an image display selection means for selecting one of the calculation results of the average frequency, dispersion value, and attenuation coefficient, converting it into an image display signal and outputting it, An ultrasonic diagnosis characterized by displaying an ultrasonic tomographic image of the image and a change in the average frequency of the power spectrum, a change in dispersion, or a change in the attenuation coefficient of the received ultrasonic signal simultaneously or separately using different colors. Device.
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