JPH0261254B2

JPH0261254B2 -

Info

Publication number: JPH0261254B2
Application number: JP59050193A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Fujii
Original assignee: Terumo Corp
Current assignee: Terumo Corp
Priority date: 1984-03-17
Filing date: 1984-03-17
Publication date: 1990-12-19
Also published as: DE3579835D1; EP0155630A3; JPS60195473A; EP0155630B1; EP0155630A2; US4644510A

Description

【発明の詳細な説明】発明の背景Ａ技術分野本発明は、超音波を物体に送信し、物体の内部
からの反射超音波を受信して、物体内部の音響特
性を定量的に測定する超音波測定方法およびその
装置の改良に係り、特に超音波探触子の送信音場
特性のため生じる受信波への悪影響を補正するこ
とで被測定物体の音響特性の測定の定量性を、改
善する超音波測定装置に関する。Ｂ先行技術とその問題点超音波測定技術は現在、金属探傷、魚群探知、
医療診断分野等、広範囲にわたつて利用されてい
る。中でも医療用の超音波断層装置の最近の発展
は目をみはるものがある。超音波断層装置は原理
的にはパルスエコー法を用いており、生体内へ送
信された超音波パルスが生体内部の音響インピー
ダンスの異なる境界で反射する現象を利用して、
この反射波（エコー）を受信して、いわゆるＢモ
ード法による断層像を表示するものである。従つてこのエコーには生体内部での超音波の減
衰情報、音響インピーダンス、音速等の情報が含
まれているにもかかわらず、現在、利用している
情報はエコーの振幅のみである。具体的には、生体内の音速を一定と仮定し、生
体内の超音波伝播による減衰はいわゆるSTC回
路（Sensitivity Time Control）あるいはTGC
回路（Time Gain Control）と呼ばれる回路に
よつて任意的に補正をしたエコー振幅値で輝度変
調を行ない、ブラウン管に断層像として表示して
いるのみである。従つて得られた断層像は生体内
部の音響インピーダンスの不連続面の２次元的分
布を定性的に画像化しているにすぎず、必然的に
生体組織の位置や形に関する形態情報が、その利
用の中心となつている。しかし生体組織の特性で
ある超音波の減衰情報等の測定はなされていない
のが現状である。生体組織の減衰情報を得ようとする試みがいく
つか報告されている。しかしこの場合、例えば減
衰情報等の測定に使用する超音波探触子から送信
される超音波ビームの音場特性に測定結果が依存
するという、現実的な問題がある。すなわち第１図のように、例えば円形平板振動
子１から非減衰物質、あるいは減衰が極めて小さ
いような媒質２（脱気水）へ送信された超音波ビ
ーム３が、探触子１からの伝播距離Ｘに関係なく
一定のビーム幅で、一定の音圧をもつ、いわばペ
ンシルビームであれば、第２図のようにある減衰
媒質４を探触子１から、異なる距離においた場合
でも、この媒質４に入射する送信超音波ビーム３
の特性（ビーム幅、音圧）は同等であり、従つて
送信音場特性が測定結果に影響を及ぼすというこ
とは免れることになる。しかしながら、よく知られているように超音波
には干渉あるいは回折現象があるため、有限の開
口を有する例えば円板振動子の送信音場特性は、
第３図のように複雑である。従つてこの場合、同
一の減衰媒質４があつても、それに入射する送信
超音波ビーム３の特性は、探触子１からの距離Ｘ
によつて異なり、測定結果が送信音場特性に依存
するという問題が発生してしまう。この問題を解決しようとする報告がいくつかあ
る。たとえば、IEEE Transactions on Sonics
and Ultrasonics第30巻、第１号（1983年）の
Matthew O′ Donnellによる“Quantitative
Volume Backscatter Imaging”，おび
Ultrasonic Imaging第５巻（1983年）のM.J.T.
M Cloostermans等による“Ａ Beam
Corrected Estimation of the Frequency
Dependent Attenuation of Biological
Tissuefrom Backscattered Ultrasound”の中
に、基準反射体からの受信エコー信号で、被測定
物体の同一距離からの受信エコー信号を、規格化
することによつて送信音場特性の影響を小さくし
ようとする試みが記載されている。これによれば、基準反射体としては脱気水中の
平面反射体を使用している。平面反射体を基準反
射体として使用するという考えは、日刊工業新聞
社発行の「超音波技術便覧」の第49頁において、
反射能の定義として完全反射する無限大平面から
の反射波の音圧を規準とする旨の記載からも比較
的常識的な方法であると考えられる。しかしながら前記の報告の結果でも、このよう
な単純な平面反射体からの反射波音圧で規格化す
るという方法で、満足行く結果が得られていると
は言い難い。またどのような反射体を、規準反射体として選
んだら良いのかについては、例えば生体組織のよ
うに複雑な被測定物体の場合に明確な答えは今の
ところ得られてはいない。発明の目的本発明は、このような従来技術の欠点を解消
し、探触子からの送信音場特性のため生じる受信
波への影響を極力小さくして被測定物体の音響特
性を測定する超音波測定装置を提供することを目
的とする。本発明によれば、超音波パルスを被測定物体に
送信し、被測定物体から反射された超音波エコー
信号を検出することによつて被測定物体の音響特
性を測定する超音波測定装置は、超音波パルスを
送信し超音波信号を受信する送受信手段と、送受
信手段で受信した超音波信号を蓄積する記憶手段
と、受信した超音波信号を演算して減衰率および
その差分を求める演算手段と、送受信手段、記憶
手段および演算手段を制御する制御手段とを含
み、制御手段は、異なる減衰係数を有する複数の
標準媒質に送受信手段により超音波パルスを送信
して標準媒質の様々な深度から得られた超音波エ
コー信号より演算手段で各深度ごとの減衰率を求
めて記憶手段に蓄積し、複数の異なる周波数成分
をもつ超音波パルスを標準媒質に送受信手段によ
り送信して標準媒質を透過した超音波信号より演
算手段で減衰係数を求めて記憶手段に蓄積し、送
受信手段によつて複数の異なる周波数成分をもつ
超音波パルスを被測定物体に送信し、被測定物体
からの超音波エコー信号より演算手段によつて所
望の深度範囲の減衰率を求め、被測定物体の所望
の深度範囲に対応する標準媒質の深度範囲の減衰
率を記憶手段から読み出し、さらに演算手段によ
つて、前記読み出した減衰率と被測定物体の所望
の深度範囲について得られた減衰率との差分をと
り、その差分が最小となる標準媒質の減衰係数を
求め、これをもつて物体の所望の深度範囲の減衰
係数とする。発明の具体的説明および作用以下本発明を、実施例によつて詳細に説明す
る。第４図は本発明の原理を示す図である。容器１
０に収容された媒質１２は均一減衰媒質であり、
例えば、減衰係数は生体の軟組織の平均減衰係数
1dB／cm・ＭHzと実質的に同じで、音速も生体の
平均音速1500ｍ／ｓと実質的に同じで、音響イン
ピーダンスも同じく平均の1.5×10⁶Kg／m²・ｓに
なるように作られている。このようないわば生体
に近いフアントムの製作法については、既にいく
つかの報告がある。すなわち、Ultrasound in
Medicine ＆ Biology第８巻、第３号（1982
年）のErnest L.Madsenによる“Oil−in−
gelatin Dispersions for use as ultrasonically
Tissue−Mimicking Materials”，及びMedical
Physics第５巻、第５号（1978年）のErnest L.
Madsenによる“Tissue mimicking
materialsfor ultrasound phantoms”等である。さてこのようにして作られたフアントム（均一
減衰媒質１２）の各音響パラメータは、予め測定
することが可能である。すなわち減衰率は、例え
ば第６図Ａ，ＢあるいはＣ，Ｄのようないわゆる
透過反射法あるいは透過法で測定出来る。まず第
６図Ａでは容器１４に満した脱気水７０中の完全
反射体８０からのエコー振幅V₀（ｆ）を測定し、
次に同じ条件で探触子１と反射体８０の間に、減
衰媒質１２と同じ材料のフアントム１２ａを設置
してこのときの反射体８０からのエコー振幅Ｖ
（ｆ）を測定する。これを用いて次式よりフアン
トム１２ａの減衰係数の平均値α₀を求めることが
出来る。 α₀＝ln（V₀（ｆ）／Ｖ（ｆ））／2l・ｆ但しここでｌは媒質１２ａの厚さ、またα（ｆ）
＝α₀・ｆとした。またα₀＝∫^l ₀α₀（Ｘ）dXで与えられる。次に平均音速Ｃは第６図Ｂで媒質１２ａの表面
４１と裏面４２からのエコーを受信した時間t₄₁
およびt₄₂より次式で求められる。Ｃ＝2l／（t₄₂−t₄₁）この平均音速Ｃと媒質１２ａの密度ρの積より
音響インピーダンスＺ＝ρCも求められる。第６図Ｃでは、同じく容器１４に満した脱気水
７０中に、送信用探触子１と対向して受信用探触
子１′を設け、探触子１からの、送信超音波を探
触子１′で受信しこのときの振巾をV⁰ _T（ｆ）とす
る。次に、同じ条件で探触子１と探触子１′の間
に減衰媒質１２と同じ材料のフアントム１２ａを
設置して、このときフアントム１２ａを透過した
超音波を探触子１′で受信する。このときの振巾
をV_T（ｆ）とすれば、これを用いて次式より、フ
アントム１２ａの減衰係数の平均値α₀を求めるこ
とが出来る。 α₀＝ln（V⁰ _T（ｆ）／V_T（ｆ））／ｌ・ｆ但し、α₀＝∫^l ₀α₀（Ｘ）dX 以上のように、媒質１２を、ほぼ生体軟組織の
音響特性に近いフアントムに、製作することも、
またこれを測定して確認することも、現在の既知
の技術ですべて可能であると言える。さて次に、この媒質１２を従来のパルス・エコ
ー法で測定した場合どのようになるかを第４図で
考えてみる。第４図に戻つて、そのブロツク図部分に示すよ
うに、通常のパルス・エコー法によるＢモード・
スキヤナブロツク図である。送信回路２０によつ
て探触子１にパルス駆動電圧が印加され、探触子
１から超音波７２が、媒質１２中に送波される。
媒質１２からのエコーは探触子１で受波され、受
信回路３０を経て対数増幅回路４０で対数増幅さ
れる。対数増幅された出力が検波回路５０へ入力
され、この回路５０の出力がメモリ６０へ記憶さ
れ、表示部６５でＢモード像として展開表示され
る。探触子１は、図示しない走査機構によつて矢
印１６，１８で示すＹ方向に走査され、また全体
の動作タイミングは図示しないコントロール回路
によつて制御されている。さてこの場合、ある位置でのＡモード信号の出
力Ｖ（ｆ，Ｘ）すなわち検波回路５０の出力は、
深度Ｘに伴つて次式で与えられるはずである。Ｖ（ｆ，Ｘ）＝V₀（ｆ）・Ｒ（ｆ，Ｘ）・exp（−2∫
^X ₀
α（ｆ，Ｘ）dX） (1) ここでＲ（ｆ，Ｘ）は反射強度である。(1)式の
両辺の自然対数をとつて変形すると、次式のよう
になる。 lnV（ｆ，Ｘ）＝lnV₀（ｆ）＋lnR（ｆ，Ｘ）−2∫^X ₀α
（ｆ，Ｘ）dX (2) α（ｆ，Ｘ）＝α₀（Ｘ）・ｆとすると∫^X ₀α（ｆ，Ｘ
）
dX＝ｆ・₀・Ｘ ∂／∂Xα₀（Ｘ）＝０、すなわち∫^X ₀α₀（Ｘ）dX＝₀∫^X ₀ dX＝₀・Ｘとした。また∂／∂XＲ（ｆ，Ｘ）＝０、すなわちＲ（ｆ，Ｘ
）は媒質１２中では均一であるとする。従つて(2)式
は lnV（ｆ，Ｘ）＝lnV₀（ｆ）＋lnR（ｆ）−２₀・
ｆ・Ｘ (3) となる。 (3)式の右辺第１項及び第２項は深度Ｘに依存し
ない定数項であるので、第５図のように横軸に深
度Ｘを、縦軸にエコー振幅lnV（ｆ，Ｘ）をとる
と、一定の周波数ｆでは、線形に減少していく傾
向１００が測定されるはずである。ところが既に
述べたように、送信音場のビーム形状が深度Ｘに
依存して、第４図７２のように変化することがわ
かつている。従つて、このビーム拡散のために探触子１で受
波されるエコー強度が弱まり、この結果エコー振
幅lnV（ｆ，Ｘ）は、第５図の実線１１０のよう
に理想的な減衰線１００よりも距離Ｘに伴つてさ
らに減衰することが推測される。被測定物体が生体組織の場合でも、上記のよう
な送信音場特性によるビーム拡散現象によつて、
測定された音響特性は影響を受けることになる。
このような送信音場を何らかの方法で実際に測
定、あるいは理論的に予め解析することが出来れ
ば、送信音場の特性を補正し、より定量的な音響
特性を得ることが可能となろう。しかしながら現
実にはこのような技術はまだ確立しておらず、既
に述べたように、標準平面反射体による送信音場
補正という方法が現状の技術レベルとなつてい
る。本発明では媒質１２を１つの標準媒質と考え、
この媒質１２から探触子１によつて得られたＢモ
ード像と、同じ探触子１を用いて生体組織から得
られたＢモード像とを比較して、探触子１の送信
音場特性の影響を少なくした超音波測定方法およ
びその装置を提供することがその目的である。パルス・エコー法によつて被測定物体の減衰係
数を求める方法の１つとして既に知られている測
定法に次のものがある。すなわち第７図において距離X₁およびX₂にお
ける２つの反射体２００および２１０からのパル
ス・エコー振幅Ｖ（ｆ，X₁）およびＶ（ｆ，X₂）
は次式のように与えられる。Ｖ（ｆ，X₁）＝V₀（ｆ）・Ｒ（ｆ，X₁）・exp（−2
∫^X1 ₀α（ｆ，Ｘ）dX）(4) Ｖ（ｆ，X₂）＝V₀（ｆ）・Ｒ（ｆ，X₂）・exp（−2
∫^X2 ₀α（ｆ，Ｘ）dX）(5) (4)および(5)式の両辺の自然対数をとり変形する
と、 ln〔Ｖ（ｆ，X₁）／V₀（ｆ）〕＝ln〔Ｒ（ｆ，X₁）
〕−2∫^X1 ₀α（ｆ，Ｘ）dX(6) ln〔Ｖ（ｆ，X₂）／V₀（ｆ）〕＝ln〔Ｒ（ｆ，X₂）
−2∫^X2 ₀α（ｆ，Ｘ）dX(7) (6)−(7)より ln〔Ｖ（ｆ，X₁）／Ｖ（ｆ，X₂）〕＝ln〔Ｒ（ｆ，
X₁）／Ｒ（ｆ，X₂）〕＋2∫^X2 ₀α（ｆ，Ｘ）dX(8) ∴∫^X2 _X1α（ｆ，Ｘ）dX＝１／２ln〔Ｖ（ｆ，X₁）／Ｖ（ｆ，X₂）〕 −１／２ln〔Ｒ（ｆ，X₁）／Ｒ（ｆ，X₂）〕 (9) 生体軟組織ではα（ｆ，Ｘ）＝α₀（Ｘ）・ｆとおける
ので、 ∫^X2 _X1α（ｆ，Ｘ）dX＝ｆ・∫^X2 _X1α₀（Ｘ）dX＝
ｆ₀∫^X2 _X1dX＝∫₀（X₂−X₁）ここで₀は、区間X₁−X₂での平均の減衰係数
である。従つて(9)式より₀が次式で与えられる。 ₀＝１／2f（X₂−X₁）｛ln〔Ｖ（ｆ，X₁）／Ｖ（ｆ
，X₂）〕−ln〔Ｒ（ｆ，X₁）／Ｒ（ｆ，X₂）〕｝(10) このとき右辺の第２項は、X₁およびX₂からの
エコーにおける反射強度の比の項である。この２つの反射強度はほぼ等しければ、すなわ
ちＲ（ｆ，X₁）／Ｒ（ｆ，X₂）１であれば、第
２項は零に近くなり、減衰係数の平均値はほぼ
正確に測定出来るわけである。更に異なる２つの周波数f₁およびf₂になつて測
定を行えば、これらのf₁，f₂に対して(8)式より、
次の２つの式が与えられる。 ln〔Ｖ（f₁，X₁）／Ｖ（f₁，X₂）〕＝ln〔Ｒ（f₁，X₁）／Ｒ（f₁，X₂）〕＋2∫^X2 _X1α（f₁，Ｘ）dX(11) ln〔Ｖ（f₂，X₁）／Ｖ（f₂，X₂）〕＝ln〔Ｒ（f₂，X₁）／Ｒ（f₂，X₂）〕＋2∫^X2 _X1α（f₂，Ｘ）dX(12) (12)−(11) ln〔Ｖ（f₂，X₁）／Ｖ（f₂，X₂）／Ｖ（f₁，
X₁）／Ｖ（f₁，X₂）〕＝ln〔Ｒ（f₂，X₁）／Ｒ（f₂，X₂）／Ｒ（f₁，X₁）／Ｒ（f₁，X₂）〕＋2∫^X2 _X1〔α（f₂，Ｘ）−α（f₁，Ｘ）
〕dX（13） α（ｆ，Ｘ）＝α₀（Ｘ）・ｆより ∫^X2 _X1〔（α（f₂，Ｘ）−α（f₁・Ｘ）〕dX＝（f₂−
f₁）
α₀（X₂−X₁）よつて ₀＝１／２（f₂−f₁）・（X₂−X₁）｛ln〔
Ｖ（f₂，X₁）／Ｖ（f₂，X₂）／Ｖ（f₁，X₁）／Ｖ（f₁，
X₂）〕 −ln〔Ｒ（f₂，X₁）／Ｒ（f₂，X₂）／Ｒ（
f₁，X₁）／Ｒ（f₁，X₂）〕｝（14）ここで前と同様に、反射強度がほぼ均一であれ
ば、すなわち〔Ｒ（f₂，X₁）／Ｒ（f₁，X₁）／Ｒ（f₂，X₂）／Ｒ（f₁，X₂）〕１であれば、（14）式の右辺第２項は零に近くなり、次式によ
つて₀が求められる。 ₀＝１／２（f₂−f₁）（X₂−X₁）｛ln〔Ｖ
（f₂，X₁）／Ｖ（f₂，X₂）／Ｖ（f₁，X₁）／Ｖ（f₁，X₂）〕｝（15）しかしながら、既に説明したように、送信ビー
ム７２の拡散現象によつて、第５図の曲線１１０
のように測定値lnV（ｆ，ｘ）は距離Ｘに、伴な
つて見かけ上減少してくる。従つて減衰係数は距
離Ｘに伴なつて見かけ上、大きく測定されてしま
うという問題が生じてくる。また反射波が空間的
に拡がりながら探触子１に到達するための影響
も、同様に考慮する必要が生じて来る。これらの点を考慮すると、基本式(1)は次のよう
に修正されてくる。Ｖ（ｆ，Ｘ）＝V₀（ｆ）・Ｇ（ｆ，Ｘ）・Ｒ（ｆ，Ｘ
）・Ｄ（ｆ，Ｘ）・exp（−2∫^X ₀α（ｆ，Ｘ）dX）（16
）Ｇ（ｆ，Ｘ）は、送信ビーム７２の拡散の項で
あり、Ｄ（ｆ，Ｘ）は、反射波の拡散の項である。これより(9)式は次のように修正されてくる。 2∫^X2 _X1α（ｆ，Ｘ）dX ＝ln〔Ｖ（ｆ，X₁）／Ｖ（ｆ，X₂）〕 −ln〔Ｇ（ｆ，X₁）／Ｇ（ｆ，X₂）〕 −ln〔Ｒ（ｆ，X₁）／Ｒ（ｆ，X₂）〕 −ln〔Ｄ（ｆ，X₁）／Ｄ（ｆ，X₂）〕（17）右辺第２項が送信音場による誤差項であるが、
深度（距離）ＸによらずＧ（ｆ，Ｘ）が一定であ
れば、この項は零に近くなる。しかしながら、既に述べたように送信音場は複
雑に変化しているために、Ｇ（ｆ，Ｘ）は距離Ｘ
に従つて変化していることが推測される。いま、
標準媒質１２からのエコーをVs（ｆ，Ｘ）とする
と、同じ探触子１では Vs（ｆ，Xs）＝V₀（ｆ）・Gs（ｆ，X_S）・Rs（ｆ，X_S）・Ds（ｆ，X_S）・exp（−2∫^XS ₀αs（ｆ，X_S）dX_S）（18）で与えられる。（16）式を（18）で規格化すると、Ｖ（ｆ，Ｘ）／Vs（ｆ，X_S）＝〔Ｇ（ｆ，Ｘ）／Gs（ｆ
，X_S）〕・〔Ｒ（ｆ，Ｘ）／Rs（ｆ，X_S）〕 ×〔Ｄ（ｆ，Ｘ）／Ds（ｆ，X_S）〕×〔exp（−2∫^X ₀α
（ｆ，Ｘ）dX）／exp（−2∫^XS ₀αs（ｆ，X_S）dX_S）〕
（19）ここでＸ＝Ct，X_S＝C_Sｔで与えられ、Ｃおよ
びC_Sは各々生体組織および標準媒質１２の平均音
速である。既に述べたように、標準媒質の平均音速C_Sを生
体組織の平均音速Ｃと等しいように標準媒質１２
を作れば、C_S＝Ｃとなり、従つてＸ＝X_Sとなる。
（19）式の両辺の自然対数をとつて変形すると、 ln〔Ｖ（ｆ，Ｘ）／Vs（ｆ，Ｘ）〕＝ln〔Ｇ（ｆ，Ｘ）／Gs（ｆ，Ｘ）〕＋ln〔Ｒ（ｆ，Ｘ）／Rs（ｆ，Ｘ）〕＋ln〔Ｄ（ｆ，Ｘ）／Ds（ｆ，Ｘ）〕＋2∫^X ₀〔αs（ｆ，Ｘ）−α（ｆ，Ｘ）〕dX
（20）前記と同様に、異なる２つの距離X₁，X₂に対
してパルス・エコー振幅Ｖ（ｆ，X₁），Ｖ（ｆ，
X₂）の測定を行い、その差分を求めると次式の
ようになる。 ln〔Ｖ（ｆ，X₁）／Vs（ｆ，X₁）／Ｖ（ｆ，X₂）／Vs
（ｆ，X₂）〕＝ln〔Ｇ（ｆ，X₁）／Gs（ｆ，X₁）／Ｇ（ｆ，X₂）
／Gs（ｆ，X₂）〕＋ln〔Ｒ（ｆ，X₁）／Rs（ｆ，X₁）／
Ｒ（ｆ，X₂）／Rs（ｆ，X₂）〕＋ln〔Ｄ（ｆ，X₁）／Ds（ｆ，X₁）／Ｄ（ｆ，X₂）
／Ds（ｆ，₂）〕＋2∫^X2 _X1〔αs（ｆ，Ｘ）−α（ｆ，
Ｘ）〕dX（21）右辺第２項は、前記と同様にＲ（ｆ，X₁）／Ｒ
（ｆ，X₂）１と考えれば、零に近くなる。又、
第１項の送信音場による拡散項は、標準媒質１２
で規格化することで、無視出来る程小さな値の項
となることが予想される。従つて（21）式は次の
ように近似出来よう。 ln〔Ｖ（ｆ，X₁）／Vs（ｆ，X₁）／Ｖ（ｆ，X₂）／Vs
（ｆ，X₂）〕 ≒ln〔Ｄ（ｆ，X₁）／Ds（ｆ，X₁）／Ｄ（ｆ，X₂）／
Ds（ｆ，X₂）〕＋2∫^X2 _X1〔αs（ｆ，Ｘ）−α（ｆ，Ｘ
）〕dX（22）ここでＡ≡ln〔Ｖ（ｆ，X₁）／Vs（ｆ，X₁）／Ｖ（ｆ
，X₂）／Vs（ｆ，X₂）〕を、X₁−X₂間の標準媒質１２を規準とした減衰
度と定義することにする。従つてもし、被測定物
体の減衰係数が標準媒質１２のそれに近ければ、
すなわちα（ｆ，Ｘ）αs（ｆ，Ｘ）であれば
（22）式の右辺第２項は零に近くなる。右辺第１項の反射波の拡散項が残る。しかし、
既に報告されているように、Ｄ（ｆ，Ｘ）＝X^b(x)
と考えると、ｂ（Ｘ）は超音波の波長に比べて大
きな散乱体に対しては零であり、波長に比べて小
さな散乱体に対しては−１であると考えられる。
さらにこの関係は使用する波長すなわち周波数の
範囲では一定と考える。そこで２つの周波数f₁およびf₂に対して（22）
式をたてると、（13）式より ln｛〔Ｖ（f₂，X₁）／Vs（f₂，X₁）／Ｖ（f₂，X₂）／
Vs（f₂，X₂）〕／〔Ｖ（f₁，X₁）／Vs（f₁，X₁）／（Ｖ
（f₁，X₂）／Vs（f₁，X₂）〕｝ ≒ln｛〔Ｄ（f₂，X₁）／Ds（f₂，X₁）／Ｄ（f₂，X₂）／Ds（f₂，X₂）〕／〔Ｄ（f₁，X₁）／Ds（f₁，X₁）／
Ｄ（f₁，X₂）／Ds（f₁，X₂）〕｝＋2∫^X2 _X1｛〔αs（f₂，Ｘ）−α（f₂，Ｘ）〕−〔
αs（f₁，Ｘ）−α（f₁，Ｘ）〕｝dX（23）となる。ところで、Ｄ（f₁，Ｘ）Ｄ（f₂，Ｘ）より右辺
第２項は零に近くなる。従つて（23）式は次式の
ように更に近似出来る。 ln｛〔Ｖ（f₂，X₁）／Vs（f₂，X₁）／Ｖ（f₂，X₂）／
Vs（f₂，X₂）〕／〔Ｖ（f₁，X₁）／Vs（f₁，X₁）／Ｖ（
f₁，X₂）／Vs（f₁，X₂）〕｝ ≒2∫^X2 _X1｛〔αs（f₂，Ｘ）−α（f₂，Ｘ）〕−〔
αs（f₁，Ｘ）−α（f₁，Ｘ）〕｝dX ＝2∫^X2 _X1｛〔αs（f₂，Ｘ）−αs（f₁，Ｘ）〕−
〔α（f₂，Ｘ）−α（f₁，Ｘ）〕｝dX（24）従つて、２つの異なる周波数f₁およびf₂につい
て被測定物体の２つの異なる距離X₁およびX₂に
おけるパルス・エコー振幅Ｖ（f₁，X₁），Ｖ（f₂，
X₁），Ｖ（f₁，X₂）およびＶ（f₂，X₂）を標準媒質
１２の対応するパルスエコー振幅Vs（f₁，X₁），
Vs（f₂，X₁），Vs（f₁，X₂）およびVs（f₂，X₂）で
規格化した量、すなわち（24）式左辺の測定量
は、右辺の項である標準媒質１２のf₂およびf₁で
の減衰係数αs（f₂，Ｘ），αs（f₁，Ｘ）との差を与
えるものである。従つて、被測定物体の減衰係数
（f₁およびf₂での）α（（f₂，Ｘ），α（f₁，Ｘ）が標
準媒質１２の値に近ければ、前記測定量は零に近
くなつてくる。この現象を利用して、被測定物体の減衰係数周
波数依存性を近似的に測定することが出来る。すなわち、予め種々の減衰係数αs（ｆ）をもつ
標準媒質を作成、これらの標準媒質のVs（ｆ，
Ｘ）を測定し、同時にαs（ｆ）も記憶させてお
く。次に被測定物体のＶ（ｆ，Ｘ）を測定し、
（24）式の左辺の項を演算してこの項の値が零に
近くなるような Vs（ｆ，Ｘ）を求める。これに対応するαs（ｆ）
を上述の記憶より引出し、この値（減衰係数）を
もつて被測定物体の減衰係数と定義する。以上の
方法によつて、被測定物体の減衰係数を標準媒質
を使用することで測定する探触子の送信音場の影
響を少なくして測定することが可能となつてく
る。（24）式を変形すると次式のようになる。 ln〔Ｖ（f₂，X₁）／Ｖ（f₂，X₂）／Ｖ（f₁，X₁）／Ｖ
（f₁，X₂）〕−ln〔Vs（f₂，X₁）／Vs（f₂，X₂）／Vs（
f₁，X₁）／Vs（f₁，X₂）〕 ≒2∫^X2 _X1〔｛αs（f₂，Ｘ）−αs（f₁，Ｘ）｝−
｛α（f₂，Ｘ）−α（f₁，Ｘ）｝〕dX（25）（25）式は次のような形をとつている。Ｗ（f₁，f₂）x₁，x₂−Ws（f₁，f₂）x₁，x₂≒Δαs
（f₁，f₂）−Δα（f₁，f₂）（26）但し、Ｗ（f₁，f₂）x₁，x₂＝１／２（X₂−X₁）・（f₂−f₁）
・ln〔Ｖ（f₂，X₁）／Ｖ（f₂，X₂）／Ｖ（f₁，X₁）／Ｖ
（f₁，X₂）〕 Ws（f₁，f₂）x₁，x₂＝１／２（X₂−X₁）・（f₂−f₁）
・ln〔Vs（f₂，X₁）／Vs（f₂，X₂）／Vs（f₁，X₁）／Vs
（f₁，X₂）〕 Δαs（f₁，f₂）＝１／（X₂−X₁）・（f₂−f₁）∫^X2 _X
1〔αs（f₂，Ｘ）−αs（f₁，Ｘ）〕dX Δα（f₁，f₂）＝１／（X₂−X₁）・（f₂−f₁）∫^X2 _X1〔α（f₂，Ｘ）−α（f₁，Ｘ）〕dX 次に第８図の実施例に従つて本測定法を更に詳
細に説明を行う。点線枠内２０００がとくに本発
明の関係するブロツクであり、その他のブロツク
は従来のパルス・エコーＢモード断層装置と同様
であり、既知であるので、ここでは詳細な説明を
省略する。被測定物体４００の表面に設定される探触子１
は、走査部５００によつてその表面上を方位方向
Ｘとは垂直なＹ方向に走査される。探触子１に
は、図示のように送信回路２０および受信回路３
０が接続され、コントロール回路１４０２の制御
の下に前者は探触子１を介して超音波を送信し、
後者は被測定物体４００の内部から反射したエコ
ーを受信する。受信したエコー信号は、対数増幅器４０によつ
て対数増幅され、検波回路５０で検波される。そ
の検波出力はSTC回路１０００によつて、いわ
ゆるSTC補正を受ける。これは、デイジタル信
号の形で画像メモリ１１００に蓄積される。メモ
リ１１００に蓄積されたエコーデータは、ビデオ
アンプ１２００によつて増幅され、映像信号とし
て表示部１３００に供給される。表示部１３００
はたとえば、CRT表示装置を有し、測定エコー
データがいわゆるＢモード画像として表示され
る。ブロツク２０００は、図からわかるように、２
つの記憶部、すなわちエコーデータ記憶部２４０
０および標準データ記憶部２３００と、演算部２
２００と、関心領域（ROI）設定部２１００とか
らなる。後の説明でわかるように、エコーデータ
記憶部２４００は受信回路３０で受信されたエコ
ー信号をデイジタルデータの形で格納する記憶領
域である。演算部２２００は、前述の本発明の原
理に従つて標準媒質１２や被測定物体４００の、
たとえば減衰係数などの音響特性を算出する演算
機能を有する。標準媒質１２について算出された
標準データは、標準データ記憶部２４００に蓄積
される。 ROI設定部２１００は、表示部１３００に表示
された被測定物体４００のＢモードエコー像にお
いて、とくにその音響特性を測定したい領域、す
なわち関心領域を設定するための操作装置であ
る。そのような関心領域を特定するために、本装
置は、所望の瞬間のエコー像を凍結するためのフ
リーズスイツチ１４００を有している。第８図の装置を使用してまず、第９図のように
異なる減衰係数αs（ｆ）をもつた複数の標準媒質
（本例では１２ｂ，１２ｃ，１２ｄについて予め
測定を行う。この測定では、第１０Ａ図および第
１０Ｂ図のフローチヤートと同様のフローに従つ
てWs（f₁，f₂）ｉを第８図の演算部２２００で算
出し、これを標準データ記憶部２３００に記憶さ
せる。なお第１０Ａ図〜第１０Ｃ図に示すフロー
は、第１２図に示す被測定物体の被測定領域３０
００について減衰係数を求めるものであるが、第
９図に示す標準媒質１２ｂ，１２ｃ，１２ｄの測
定や第６図に示す較正方法についても同様に適用
することができる。又、第６図で説明した方法によつてエコーを測
定し、この測定されたエコーより演算部２２００
でΔαs（f₁，f₂）を求め、この値を標準データ記憶
部２３００に記憶する。Ws（f₁，f₂）ｉとΔαs
（f₁，f₂）を、対応づけるため（この例では標準
媒質１２ｂ，１２ｃ，１２ｄについてそれぞれｉ
は１，２，３をとる）、標準データ記憶部２３０
０には第１１図のような形式でこれらのデータが
記憶される。すなわち、例えば標準媒質１２ｂ
（減衰係数の周波数依存性Δαs₁をもつ）について
見れば、単位区間ΔX毎のパルス・エコー法で測
定された周波数f₁のときのエコー振幅の減衰率と
周波数f₂のときのエコー振幅の減衰率との差が記
憶される。さて次に被測定物体４００の減衰率を本発明の
原理より求める方法について説明を行う。このよ
うな測定動作はコントロール回路１４０２の制御
下に実行される。まず従来の方法で被測定物体４００のＢモード
断像層を第８図に示す装置の受信回路３０からメ
モリ１１００を通つて表示部１３００に至る回路
によつて得る。この結果表示部１３００にはたと
えば第１２図のような断層像３０００が展開され
る。この断層像３０００は、観察のためにフリー
ズスイツチ１４００を操作していわゆるフリーズ
画像として画像メモリ１１００から出力されて表
示されるのが通常である。測定者は、ROI設定部
２１００を操作して画像３０００上で減衰率を測
定したい領域３１００をたとえば第１２図のよう
に設定する。さてこの画像３０００のエコーデータは、画像
メモリ１１００内に画像データがフリーズスイツ
チ１４００の指令によつて記憶されると同時に、
エコーデータ記憶部２４００にも受信信号が記憶
される。演算部２２００は、領域３１００に相当
するエコーデータをエコーデータ記憶部２４００
より読み出して、以下第１０Ａ図〜第１０Ｃ図に
示したフローチヤートに従つてこのエコーデータ
を演算し、減衰係数を測定する。このフローチヤートでは、説明を簡単にするた
めに標準媒質を３つとしたが、実際の生体軟組織
の減衰係数は、次の表にも示してあるように、概
略0.1〜3.0dB／cm・ＭHzの範囲であることが予想
される。従つて上記の範囲についてなるべく細か
い間隔で異つた減衰係数をもつ標準媒質を作成
し、この標準データを予め標準データ記憶部２３
００に記憶させておけば、更に測定精度は高くな
る。また実際の標準データ測定はある程度にして、
補間法で中間の標準データを求めることも、ごく
常識的手段と言えよう。また標準媒質として前記
のようなフアントムではなく、実際の生体（動物
の摘出した組織等）をその標準媒質とすることも
考えられる。以上、被測定物体４００の関心領域３１００に
ついて減衰係数を測定する方法について説明をし
たが、本法を拡張し被測定物体４００を第１３図
のような仮想マトリツクスに区分し、このマトリ
ツクスの単位画素５０００の１つ１つを前記の関
心領域として取扱うようにしてもよい。すなわ
ち、順次各画素について第１０Ａ図〜第１０Ｃ図
のフローチヤートに従つて演算を実施し、演算値
を輝度変調して表示部１３００へ展開すれば、そ
の結果として被測定物体４００の減衰係数の２次
元分布像が得られる。

【表】発明の具体的効果以上のように本発明によれば、予め測定された
減衰係数の異なる複数の標準媒質のパルス・エコ
ー信号と別の方法、具体的には透過反射法で測定
されたこれらの媒質の減衰係数の周波数依存性と
を記憶させ、被測定物体について測定し情報処理
されたパルス・エコー信号と前記記憶された標準
媒質の同じく情報処理されたパルス・エコー信号
との差分を演算し、この差分値が最小となるよう
な標準媒質の減衰係数をもつてこの被測定物体の
減衰係数とすることで、測定に使用された探触子
の送信音場の減衰係数への影響を少なくして、被
測定物体の減衰係数の周波数依存性を測定するこ
とが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は、従来の超音波測定装置
の説明に使用する説明図、第４図は本発明による
超音波測定装置の原理を説明するための機能ブロ
ツク図、第５図ないし第７図は、本発明の基本原
理を説明するための説明図、第８図は本発明によ
る超音波測定装置の実施例を示すブロツク図、第
９図は、第８図に示す実施例装置における超音波
測定動作を説明する説明図、第１０Ａ図ないし第
１０Ｃ図は、第８図に示す装置の動作を示す動作
フロー図、第１１図は、第８図に示す装置におけ
る標準データ記憶部のデータ記憶形式の例を示す
図、第１２図は、第８図に示す装置の表示部にお
ける被測定領域のＢモード表示画像の例を示す
図、第１３図は本発明の他の実施例における被測
定領域の測定例を説明する説明図である。主要部分の符号の説明、１……探触子、１２ａ
……標準媒質、３０……受信回路、４０……対数
増幅回路、５０……検波回路、１０００……
STC回路、１１００……画像メモリ、１３００
……表示部、１４００……フリーズスイツチ、１
４０２……コントロール回路、２１００……関心
領域設定部、２２００……演算部、２３００……
標準データ記憶部、２４００……エコーデータ記
憶部。

Claims

【特許請求の範囲】１超音波パルスを被測定物体に送信し、該被測
定物体から反射された超音波エコー信号を検出す
ることによつて該物体の音響特性を測定する超音
波測定装置において、該装置は、超音波パルスを送信し、超音波信号を受信する
送受信手段と、該送受信手段で受信した超音波信号を蓄積する
記憶手段と、該受信した超音波信号を演算して減衰率および
その差分を求める演算手段と、前記送受信手段、記憶手段および演算手段を制
御する制御手段とを含み、該制御手段は、異なる減衰係数を有する複数の標準媒質に前記
送受信手段により超音波パルスを送信して該媒質
の様々な深度から得られた超音波エコー信号より
前記演算手段で各深度ごとの減衰率を求めて前記
記憶手段に蓄積し、複数の異なる周波数成分をもつ超音波パルスを
前記標準媒質に前記送受信手段により送信して該
媒質を透過した超音波信号より前記演算手段で減
衰係数を求めて該記憶手段に蓄積し、前記送受信手段によつて複数の異なる周波数成
分をもつ超音波パルスを前記被測定物体に送信
し、該被測定物体からの超音波エコー信号より前記
演算手段によつて所望の深度範囲の減衰率を求
め、該被測定物体の所望の深度範囲に対応する前記
標準媒質の深度範囲の減衰率を前記記憶手段から
読み出し、前記演算手段によつて、該読み出した減衰率と
前記被測定物体の所望の深度範囲について得られ
た減衰率との差分をとり、該差分が最小となる前
記標準媒質の減衰係数を求め、これをもつて前記
物体の所望の深度範囲の減衰係数とすることを特
徴とする超音波測定装置。