JPH0548130B2 - - Google Patents

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JPH0548130B2
JPH0548130B2 JP62074128A JP7412887A JPH0548130B2 JP H0548130 B2 JPH0548130 B2 JP H0548130B2 JP 62074128 A JP62074128 A JP 62074128A JP 7412887 A JP7412887 A JP 7412887A JP H0548130 B2 JPH0548130 B2 JP H0548130B2
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JP
Japan
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pulse
frequency
delay time
calculation unit
calculates
Prior art date
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Application number
JP62074128A
Other languages
Japanese (ja)
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JPS63240829A (en
Inventor
Shinichiro Ueno
Hiroshi Fukukita
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
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Agency of Industrial Science and Technology
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Publication date
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Priority to JP62074128A priority Critical patent/JPS63240829A/en
Publication of JPS63240829A publication Critical patent/JPS63240829A/en
Publication of JPH0548130B2 publication Critical patent/JPH0548130B2/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、被検体内に超音波を送受波し、被検
体内の音響伝搬特性を計測し、被検体内の温度変
化を求める超音波測温装置に関するものである。
Detailed Description of the Invention Field of Industrial Application The present invention is an ultrasonic temperature measurement method that transmits and receives ultrasonic waves into a subject, measures acoustic propagation characteristics within the subject, and determines temperature changes within the subject. It is related to the device.

従来の技術 被検体内の音響的情報を超音波を用いて得る方
式の例としては超音波診断装置がある。超音波診
断装置は生体内に超音波を送波し、生体内からの
反射波により生体内の情報を得るパルス反射法を
用いるものが主流を占めている。通常、パルス反
射法は生体内の音響インピーダンスの差のある界
面からの反射エコー強度、すなわち振幅値と超音
波の伝搬時間とから生体内の情報を2次元的に集
め表示することで断層像を得るものである。しか
し近年、おもに生体組織の形状判断を行う超音波
診断装置に対し、生体内組織形状のみならず質の
情報も得たいという要望も高まつている。このよ
うな生体組織の質に関する情報は例えば生体内の
各種臓器で特有の値を有する超音波の減衰の大き
さ、音速等を計測することにより得ることができ
る。この超音波の減衰係数を計測する方法として
例えばウルトラソニツク、イメージング
(ULTRASONIC IMAGING)、vol5、No.2、
1983、117〜135頁に記載されている構成が知られ
ている。以下、第7図を参照して従来の超音波減
衰係数計測法について説明する。
2. Description of the Related Art An example of a method for obtaining acoustic information inside a subject using ultrasound is an ultrasound diagnostic apparatus. The mainstream of ultrasonic diagnostic devices uses a pulse reflection method in which ultrasonic waves are transmitted into a living body and information about the inside of the living body is obtained by reflected waves from the living body. Normally, the pulse reflection method collects and displays in-vivo information two-dimensionally from the reflected echo intensity from interfaces with different acoustic impedances, that is, the amplitude values and the propagation time of ultrasound waves, to obtain tomographic images. It's something you get. However, in recent years, there has been an increasing demand for ultrasonic diagnostic apparatuses that mainly determine the shape of living tissues to obtain information on not only the shape but also the quality of living tissues. Such information regarding the quality of living tissue can be obtained, for example, by measuring the magnitude of attenuation of ultrasonic waves, the speed of sound, etc., which have specific values in various organs within the living body. As a method for measuring the attenuation coefficient of ultrasonic waves, for example, see Ultrasonic IMAGING, Vol. 5, No. 2.
1983, pp. 117-135 is known. Hereinafter, a conventional ultrasonic attenuation coefficient measuring method will be explained with reference to FIG.

第7図において、101は被検体、102は被
検体101に対して超音波の送受信を行う超音波
探触子、103は超音波探触子102を駆動する
パルス駆動器、104は超音波探触子102の受
信信号を増幅する受信回路、105は受信回路1
04の出力に対し周波数分析を行う周波数分析
器、106は周波数分析器105の出力に対し演
算を行う演算部である。
In FIG. 7, 101 is a subject, 102 is an ultrasound probe that transmits and receives ultrasound to and from the subject 101, 103 is a pulse driver that drives the ultrasound probe 102, and 104 is an ultrasound probe. A receiving circuit that amplifies the received signal of the toucher 102, 105 is a receiving circuit 1
A frequency analyzer 106 performs frequency analysis on the output of the frequency analyzer 105;

以上のような構成において、以下その動作につ
いて説明する。
The operation of the above configuration will be explained below.

まずパルス駆動器103により駆動パルスが送
出され、超音波探触子102に加えられ、超音波
探触子102は超音波パルスを発生する。発生し
た超音波パルスは被検体101の中を伝搬しなが
ら組織の音響的性質に対応して次々に散乱され、
その一部は伝搬経路すなわち音響走査線上を逆行
して超音波探触子102へ到達し、受信信号に変
換される。この過程で超音波パルスは生体組織の
超音波減衰特性や超音波散乱特性の影響を受け
る。受信信号は受信回路104で増幅され、周波
数分析器105で中心周波数が求められる。中心
周波数の求め方としては、ゼロクロスカウンタ
法、あるいはFFT等を利用した方法がある。こ
の中心周波数は伝搬距離、超音波の減衰係数に依
存する値である。演算部106では、周波数分析
器105の中心周波数出力から超音波の減衰係数
を求める。以上の説明では被検体101の超音波
散乱係数の影響が無いものとしている。
First, a driving pulse is sent out by the pulse driver 103 and applied to the ultrasound probe 102, and the ultrasound probe 102 generates an ultrasound pulse. The generated ultrasonic pulses propagate through the object 101 and are successively scattered in accordance with the acoustic properties of the tissue.
A portion of the signal travels backward along the propagation path, that is, the acoustic scanning line, reaches the ultrasound probe 102, and is converted into a received signal. In this process, the ultrasound pulse is affected by the ultrasound attenuation characteristics and ultrasound scattering characteristics of the living tissue. The received signal is amplified by the receiving circuit 104, and the center frequency is determined by the frequency analyzer 105. The center frequency can be determined using a zero-cross counter method, FFT, or the like. This center frequency is a value that depends on the propagation distance and the attenuation coefficient of the ultrasonic wave. The calculation unit 106 calculates the attenuation coefficient of the ultrasonic wave from the center frequency output of the frequency analyzer 105. In the above description, it is assumed that there is no influence of the ultrasonic scattering coefficient of the subject 101.

発明が解決しようとする問題点 しかし、以上のような構成では、同じ組織にお
いても少し場所が異なると超音波散乱状態がかな
り変化するという被検体101の超音波散乱係数
の影響を大きく受け、中心周波数から超音波減衰
係数を求めることは誤差が非常に大きいという問
題があつた。
Problems to be Solved by the Invention However, with the above configuration, the ultrasound scattering state of the subject 101 changes considerably even if the location is slightly different even in the same tissue. There was a problem in that the error in determining the ultrasonic attenuation coefficient from the frequency was very large.

本発明は従来技術の以上のような問題点を解決
するもので、生体のように複雑な超音波散乱特性
を有する被検体に対して、この超音波散乱特性の
影響を受けずに受信信号の中心周波数を計測し、
超音波減衰係数を求め、この超音波減衰係数の温
度依存を利用し、生体内の特定部位の相対温度変
化を高精度に求めることを目的とするものであ
る。
The present invention solves the above-mentioned problems of the prior art, and it is possible to detect a received signal without being affected by the ultrasonic scattering characteristics of a subject that has complex ultrasonic scattering characteristics, such as a living body. Measure the center frequency,
The purpose of this method is to obtain an ultrasonic attenuation coefficient and utilize the temperature dependence of this ultrasonic attenuation coefficient to obtain a relative temperature change at a specific site within a living body with high precision.

問題点を解決するための手段 本発明は、ポンプ波超音波パルスを送出するポ
ンプ波超音波変換器と、 前記ポンプ波超音波パルスより周波数の高いプ
ローブ波超音波パルスを送出するプローブ波超音
波変換器と、 前記ポンプ波超音波パルス、及び前記プローブ
波超音波パルスの駆動を制御し、そのポンプ波超
音波パルスの粒子速度が極小から極大に変化する
領域でかつその変化率の最も大きい第1の位置、
及び前記ポンプ波超音波パルスの粒子速度が極大
から極小に変化する領域でかつその変化率の最も
大きい第2の位置で、前記プローブ波超音波パル
スを当該ポンプ波超音波パルスに重畳させる制御
駆動部と、 前記ポンプ波超音波パルスによつて生じる前記
プローブ波超音波パルスの遅延時間差を求める遅
延時間差算出部と、 前記制御駆動部により、前記第1の位置に重畳
した時の被検体からの受信信号のスペクトル分布
と、前記第2の位置に重畳した時の被検体からの
受信信号のスペクトル分布を求める周波数分析器
と、 前記周波数分析器に接続され、前記第1、第2
の位置における2つのスペクトル分布の交差する
周波数を求める交差周波数演算部と、 前記ポンプ波超音波パルスの強度を変化させる
パルス駆動部と、 前記交差周波数演算部の出力と前記遅延時間算
出部の出力から前記プローブ波超音波パルスの受
信信号の中心周波数を求める中心周波数演算部
と、 前記中心周波数演算部の出力から超音波減衰特
性を求める減衰算出部と、 前記減衰算出部に接続され、前記超音波減衰特
性の変化より相対温度変化を求める温度変化演算
部とを設けることにより、上記目的を達成するも
のである。
Means for Solving the Problems The present invention provides a pump wave ultrasonic transducer that sends out pump wave ultrasonic pulses, and a probe wave ultrasonic wave that sends out probe wave ultrasonic pulses having a higher frequency than the pump wave ultrasonic pulses. a transducer, controlling the drive of the pump wave ultrasonic pulse and the probe wave ultrasonic pulse, and controlling the drive of the pump wave ultrasonic pulse and the probe wave ultrasonic pulse to a region where the particle velocity of the pump wave ultrasonic pulse changes from a minimum to a maximum, and where the rate of change is greatest. 1 position,
and a control drive for superimposing the probe wave ultrasonic pulse on the pump wave ultrasonic pulse at a second position in a region where the particle velocity of the pump wave ultrasonic pulse changes from a maximum to a minimum and the rate of change is largest. a delay time difference calculation unit that calculates a delay time difference of the probe wave ultrasound pulse generated by the pump wave ultrasound pulse; and a delay time difference calculation unit that calculates a delay time difference of the probe wave ultrasound pulse generated by the pump wave ultrasound pulse; a frequency analyzer that calculates the spectral distribution of the received signal and the spectral distribution of the received signal from the subject when superimposed on the second position;
a cross frequency calculation unit that calculates the frequency at which two spectral distributions intersect at a position; a pulse drive unit that changes the intensity of the pump wave ultrasonic pulse; an output of the cross frequency calculation unit and an output of the delay time calculation unit. a center frequency calculation unit that calculates the center frequency of the received signal of the probe wave ultrasonic pulse from the center frequency calculation unit; an attenuation calculation unit that calculates the ultrasonic attenuation characteristic from the output of the center frequency calculation unit; The above object is achieved by providing a temperature change calculating section that calculates a relative temperature change from a change in acoustic wave attenuation characteristics.

作 用 本発明は上記構成により、被検体中に実現した
ポンプ波パルスとプローブ波パルスの2種類の特
定の重ね合わせた状態の各々に対応した受信信号
のスペクトル分布の交差周波数を、ポンプ波パル
スの強度を変え遅延時間差を変更しながら求める
ことにより受信信号が有するスペクトル分布の中
心周波数を精度良く求めることができ、温度変化
を高精度に計測できる。
Effects With the above configuration, the present invention calculates the crossing frequency of the spectral distribution of the received signal corresponding to each of two specific superimposed states of the pump wave pulse and the probe wave pulse realized in the subject. By changing the intensity and determining the delay time difference, the center frequency of the spectral distribution of the received signal can be determined with high precision, and temperature changes can be measured with high precision.

実施例 以下に本発明の実施例を図面を用いて詳細に説
明する。
Examples Examples of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

第1図は本発明の一実施例における超音波測温
装置を示すブロツク図である。第1図において、
1は低周波帯のポンプ波超音波パルス(以後、ポ
ンプ波パルスと称す)を送出するポンプ波超音波
変換器、2はポンプ波超音波パルスより周波数の
高いプローブ波超音波パルス(以後、プローブ波
パルスと称す)を送出するプローブ波超音波変換
器、3はポンプ波超音波変換器1及びプローブ波
超音波変換器2を位相制御駆動する制御駆動部で
ある。制御駆動部3はポンプ波超音波変換器1を
駆動する可変出力のパルス駆動器31、プローブ
波超音波変換器2を駆動するパルス駆動器32、
パルス駆動器31及び32の相互のパルス発生タ
イミング差を制御する遅延制御部33で構成され
る。また4はプローブ波超音波変換器2の出力を
増幅する受信回路、5は受信回路4の出力に信号
処理を行う信号処理部である。信号処理部5は受
信回路4の出力信号をデジタル信号に変換する
A/D変換器51、A/D変換器51の出力を記
憶するメモリ52、メモリ52の出力データに対
して周波数分析を行う周波数分析器53、周波数
分析器53の出力である複数の周波数スペクトル
の交差する周波数の算出を行う交差周波数演算部
54で構成される。更に6は制御駆動部3等へク
ロツクを供給するクロツク源、7は受信回路4に
接続された遅延時間差演出部である。遅延時間差
算出部7は受信回路4の出力信号をデジタル信号
に変換するA/D変換器71、A/D変換器71
の出力を記憶するメモリ72、メモリ72の出力
データに対して位相を求める位相算出部73、位
相算出部73の出力をもとに位相シフト量を求め
る位相シフト量算出部74、位相シフト量算出部
74の出力をもとに遅延時間差を求める遅延時間
差変換部75で構成される。8は信号処理部5の
出力と遅延時間差算出部7の出力を記憶するメモ
リ、9はメモリ8に記憶されているデータより中
心周波数を求める中心周波数演算部、10は中心
周波数演算部9の出力をもとに超音波の減衰係数
を算出する減衰算出部、11は減衰算出部の出力
を記憶するメモリ、12はメモリ11に記憶され
ているデータと減衰算出部10の出力より相対温
度変化を算出する温度変化演算部、13は温度変
化演算部12の出力を表示する表示部、14はシ
ステム全体の制御を行う主制御部、15は被検体
である。
FIG. 1 is a block diagram showing an ultrasonic temperature measuring device in one embodiment of the present invention. In Figure 1,
1 is a pump wave ultrasonic transducer that sends out a pump wave ultrasonic pulse in a low frequency band (hereinafter referred to as a pump wave pulse), and 2 is a probe wave ultrasonic pulse having a higher frequency than the pump wave ultrasonic pulse (hereinafter referred to as a probe). 3 is a control drive unit that drives the pump wave ultrasound transducer 1 and the probe wave ultrasound transducer 2 in a phase controlled manner. The control drive unit 3 includes a variable output pulse driver 31 that drives the pump wave ultrasonic transducer 1, a pulse driver 32 that drives the probe wave ultrasonic converter 2,
It is comprised of a delay control section 33 that controls the difference in pulse generation timing between the pulse drivers 31 and 32. Further, 4 is a receiving circuit that amplifies the output of the probe wave ultrasound converter 2, and 5 is a signal processing section that performs signal processing on the output of the receiving circuit 4. The signal processing unit 5 includes an A/D converter 51 that converts the output signal of the receiving circuit 4 into a digital signal, a memory 52 that stores the output of the A/D converter 51, and performs frequency analysis on the output data of the memory 52. It is comprised of a frequency analyzer 53 and a crossing frequency calculation unit 54 that calculates the frequency at which a plurality of frequency spectra output from the frequency analyzer 53 intersect. Furthermore, 6 is a clock source that supplies clocks to the control drive section 3 and the like, and 7 is a delay time difference producing section connected to the receiving circuit 4. The delay time difference calculating section 7 includes an A/D converter 71 that converts the output signal of the receiving circuit 4 into a digital signal;
A memory 72 that stores the output of the memory 72, a phase calculation section 73 that calculates the phase of the output data of the memory 72, a phase shift amount calculation section 74 that calculates the phase shift amount based on the output of the phase calculation section 73, and a phase shift amount calculation section 74 that calculates the phase shift amount based on the output of the phase calculation section 73. The delay time difference conversion section 75 calculates a delay time difference based on the output of the section 74. 8 is a memory that stores the output of the signal processing section 5 and the output of the delay time difference calculation section 7; 9 is a center frequency calculation section that calculates the center frequency from the data stored in the memory 8; and 10 is the output of the center frequency calculation section 9. 11 is a memory that stores the output of the attenuation calculation section; 12 is a section that calculates the relative temperature change from the data stored in the memory 11 and the output of the attenuation calculation section 10; 13 is a display unit that displays the output of the temperature change calculation unit 12; 14 is a main control unit that controls the entire system; and 15 is a subject.

以上のような構成において、以下その動作を説
明する。
The operation of the above configuration will be explained below.

まず、プローブ波パルスの例を第2図aに、ポ
ンプ波パルスの例を第2図bに示す。第2図c,
dは、ポンプ波パルスとプローブル波パルスの特
定の2種類の重ね合わせの位置を示す図である。
これらの波形は制御駆動部3の出力状態変化に対
応するものある。ポンプ波パルスの中心周波数は
例えば0.3MHz、プローブ波パルスの中心周波数
は例えば3MHzとし、これらの中心周波数の値は
互いに大幅に異なる値が選ばれている。第2図c
においては、プローブ波パルスの波形の重心はポ
ンプ波パルスの粒子速度(音圧)が雰近傍、かつ
その粒子加速度が正のピークを示すタイミング
(ポンプ波パルスの粒子速度が極小から極大に変
化する領域でかつその変化率の最も大きい位置)
で重畳されており、この状態を位相状態A+と呼
ぶ。一方、第2図dにおいてはプローブ波パルス
の波形の重心はポンプ波パルスの粒子速度が雰近
傍、かつその粒子加速度が負のピークを示すタイ
ミング(ポンプ波パルスの粒子速度が極大から極
小に変化する領域でかつその変化率の最も大きい
位置)で重畳されており、この状態を位相状態
A-と呼ぶ。又、これらのポンプ波パルスの波長
をΛ、プローブ波パルスのパルス長をtとしたと
き、 2t<Λ ……(1) とすることが望ましい。(1)式の関係を満たすと、
プローブ波パルスの変調特性の解析が容易にでき
る。
First, an example of a probe wave pulse is shown in FIG. 2a, and an example of a pump wave pulse is shown in FIG. 2b. Figure 2c,
d is a diagram showing the position of two specific types of superposition of pump wave pulses and probe wave pulses;
Some of these waveforms correspond to changes in the output state of the control drive unit 3. The center frequency of the pump wave pulse is, for example, 0.3 MHz, and the center frequency of the probe wave pulse is, for example, 3 MHz, and the values of these center frequencies are selected to be significantly different from each other. Figure 2c
In , the center of gravity of the waveform of the probe wave pulse is at the timing when the particle velocity (sound pressure) of the pump wave pulse is near the atmosphere and the particle acceleration shows a positive peak (the particle velocity of the pump wave pulse changes from the minimum to the maximum). area and the position where the rate of change is greatest)
This state is called phase state A + . On the other hand, in Figure 2 d, the center of gravity of the waveform of the probe wave pulse is located at the timing when the particle velocity of the pump wave pulse is near the atmosphere and the particle acceleration reaches a negative peak (the particle velocity of the pump wave pulse changes from the maximum to the minimum). and the position where the rate of change is the largest), and this state is called the phase state.
Call it A- . Further, when the wavelength of these pump wave pulses is Λ and the pulse length of the probe wave pulse is t, it is desirable to set 2t<Λ (1). If the relationship of equation (1) is satisfied,
The modulation characteristics of probe wave pulses can be easily analyzed.

次に、第2図に示した各パルスが被検体15内
を伝搬しながら歪む様子を詳しく説明する。
Next, the manner in which each pulse shown in FIG. 2 is distorted while propagating inside the subject 15 will be explained in detail.

第3図aの破線で示したポンプ波パルスは、伝
搬に伴い粒子速度(音圧)に依存し図示した矢印
の方向に歪み、結果として実線で示すような波形
に変調される。より具体的には、この歪は粒子速
度の大きさに依存するもので、粒子速度が正の部
分(同図では波形の上の部分)では伝搬方向と同
じ方向の歪を受け、逆に粒子速度が負の部分(同
図では波形の下の部分)では伝搬方向と逆の歪を
受ける。この現象は対象物の非線形性により程度
の差はあるものの、一意的に決定されるものであ
る。第3b図及びcはポンプ波パルスの歪みによ
り、重畳されたプローブ波パルスが変調される様
子を示す。第3図bでは位相状態A+で重畳され
たプローブ波パルスの中心周波数が伝搬に伴い高
周波側へシフトし、第3図cでは位相状態A-
重畳されたプローブ波パルスの中心周波数が伝搬
に伴い低周波側にシフトする様子を示す。より具
体的には、図3bに示す如く、ポンプ波パルスの
極小点から極大点へ変化する領域に重ねた場合
は、重ね合わせた部分のポンプ波パルスの波形は
伝搬に伴い「立つた状態」に歪むので、重ね合わ
されたプローブ波パルスは時間領域で圧縮され
る。即ち、周波数領域では高周波側にシフトされ
る。
The pump wave pulse shown by the broken line in FIG. 3a is distorted in the direction of the arrow shown depending on the particle velocity (sound pressure) as it propagates, and as a result is modulated into a waveform as shown by the solid line. More specifically, this strain depends on the size of the particle velocity; the part where the particle velocity is positive (the upper part of the waveform in the figure) experiences strain in the same direction as the propagation direction; In the portion where the velocity is negative (the lower portion of the waveform in the figure), distortion occurs in the opposite direction to the propagation direction. Although the degree of this phenomenon varies depending on the nonlinearity of the object, it is uniquely determined. Figures 3b and 3c show how the superimposed probe wave pulse is modulated by the distortion of the pump wave pulse. In Figure 3b, the center frequency of the superimposed probe wave pulse in phase state A + shifts to the higher frequency side as it propagates, and in Figure 3c, the center frequency of the probe wave pulse superimposed in phase state A - shifts to the higher frequency side as it propagates. This shows how the frequency shifts to the lower frequency side. More specifically, as shown in Fig. 3b, when the pump wave pulse is overlapped with a region where the pump wave pulse changes from its minimum point to its maximum point, the waveform of the pump wave pulse in the overlapped portion becomes "in a standing state" as it propagates. The superimposed probe wave pulses are compressed in the time domain. That is, in the frequency domain, it is shifted to the high frequency side.

逆に、ポンプ波パルスの極大点から極小点の間
に重ねた場合は、図3cに示す如く、重ね合わせ
た部分のポンプ波パルスの波形は伝搬に伴い「寝
た状態」に歪み、プローブ波パルスは時間領域に
伸ばされ、周波数領域では低周波側シフトされ
る。
On the other hand, when the pump wave pulses are overlapped between the maximum point and the minimum point, the waveform of the pump wave pulse in the overlapped part is distorted into a "lying state" as it propagates, as shown in Figure 3c, and the probe wave The pulses are stretched in the time domain and shifted to lower frequencies in the frequency domain.

ところでプローブ波パルスの周波数特性T(f)を
(2)式で示すようなガウス状のものとする。
By the way, the frequency characteristic T(f) of the probe wave pulse is
It is assumed to be Gaussian as shown in equation (2).

T(f)=exp{−(f−fC2/B} ……(2) 但し、f;周波数、fC;中心周波数、B;定数
である。ポンプ数パルスの非線形相互作用により
中心周波数が高周波側にシフトする位相状態A+
と、中心周波数が低周波側にシフトする位相状態
A-で重畳したプローブ波パルスの被検体15中
を伝搬したときのスペクトルをT+(f)、T-(f)とす
る。T+(f)及びT-(f)はポンプ波パルスの非線形相
互作用により、それぞれの中心周波数が変化する
とともに(2)式に示すBの値が変化する。すなわち
高周波側に中心周波数がシフトするT+(f)のBの
値は大きくなり、逆に低周波側に中周波数がシフ
トするT-(f)のBの値は小さくなる。更に被検体
15内を伝搬するプローブ波パルスは伝搬に伴う
減衰の影響により中心周波数は低周波側にシフト
し、また振巾は小さくなる。この減衰の影響と非
線形相互作用の影響によりT+(f)とT-(f)の形状は
第4図に示すようになる。なお超音波の周波数依
存減衰特性α(f)は次の式で表わされる。
T(f)=exp{-(f-f C ) 2 /B} ...(2) However, f: frequency, f C : center frequency, B: constant. Phase state A + where the center frequency shifts to the higher frequency side due to nonlinear interaction of pump number pulses
and a phase state in which the center frequency shifts to the lower frequency side.
Let T + (f) and T - (f) be the spectra of the probe wave pulse superimposed at A - when it propagates through the object 15. As the center frequencies of T + (f) and T - (f) change due to the nonlinear interaction of the pump wave pulses, the value of B shown in equation (2) changes. That is, the value of B for T + (f), where the center frequency shifts to the high frequency side, becomes large, and conversely, the value of B for T - (f), where the middle frequency shifts to the low frequency side, becomes small. Furthermore, the center frequency of the probe wave pulse propagating within the subject 15 shifts to the lower frequency side due to the influence of attenuation accompanying propagation, and the amplitude becomes smaller. Due to the influence of this attenuation and the influence of nonlinear interaction, the shapes of T + (f) and T - (f) become as shown in Figure 4. Note that the frequency-dependent attenuation characteristic α(f) of ultrasonic waves is expressed by the following equation.

α(f)=A0(f/f0n ……(3) 但し A0;周波数f0における超音波減衰係数 n;通常の生体軟組織に対しては約1 次にプローブ波をポンプ波の粒子速度ピーク部
分に重畳させると、ポンプ波がない場合に比べて
伝搬速度が変化する。その結果、次式で示すよう
に微小区間△x伝搬したときに伝搬時間差(以下
遅延時間τと呼ぶ)を生じる。
α(f)=A 0 (f/f 0 ) n ...(3) However, A 0 ; Ultrasonic attenuation coefficient n at frequency f 0 ; Approximately 1 for normal biological soft tissue Next probe wave is pump wave When the pump wave is superimposed on the particle velocity peak part, the propagation velocity changes compared to when there is no pump wave. As a result, a propagation time difference (hereinafter referred to as delay time τ) occurs when propagating in a minute interval Δx, as shown in the following equation.

τ=△x(1/C0−1/C) ……(4) 但し C0;無限小振幅時の音速 C;ポンプ波パルス粒子速度ピーク部分の伝搬速
度 ポンプ波パルスの無い場合、すなわち伝搬に伴
う減衰の影響だけによる入射プローブ波パルスの
中心周波数数の伝搬距離に対する変化と、ポンプ
波パルスの粒子加速度ピーク部分に重畳したプロ
ーブ波パルスの伝搬に伴う減衰と非線形相互作用
による第4図に示した2つのT+(f)T-(f)の交差す
る周波数の伝搬距離に対する変化は第5図に示す
ようになる。例えば、ポンプ波パルスの強度を通
常の超音波診断装置に使用している程度、
0.25w/cm3とするとτは△x=1cmに対して約
1nsecとなる。ポンプ波パルスの中心周波数を
0.3MHz、入射プローブ波パルスの中心周波数を
3MHzとし、音響伝搬速度1480m/secの被検体1
5において伝搬距離20cmで、T(f)の中心周波数fC
に対し、T+(f)、T-(f)の交差する周波数の方が数
%程度大きくなる。更に制御駆動部3の出力状態
を変えポンプ波パルスの強度を変えて遅延時間差
τが変つたときの被検体15の同じ伝搬距離に対
するT+(f)、T-(f)の交差する周波数を求める。こ
のようにポンプ波パルスの強度を変えて複数回測
定した任意の伝搬距離に対する遅延時間差と交差
する周波数との関係を第6図に示す。
τ=△x (1/C 0 -1/C) ...(4) However, C 0 ; Speed of sound at infinitesimal amplitude C; Propagation velocity of pump wave pulse particle velocity peak part When there is no pump wave pulse, that is, propagation Figure 4 shows the change in the center frequency of the incident probe wave pulse with respect to the propagation distance due only to the effect of attenuation associated with The change in the frequency at which the two T + (f) T - (f) shown above intersect with respect to the propagation distance is as shown in FIG. For example, the intensity of pump wave pulses is used in ordinary ultrasound diagnostic equipment,
Assuming 0.25w/ cm3 , τ is approximately for △x=1cm
1n sec . Set the center frequency of the pump wave pulse to
0.3MHz, the center frequency of the incident probe wave pulse
3MHz, sound propagation speed 1480m/ sec , object 1
5, the propagation distance is 20 cm, and the center frequency f C of T(f)
On the other hand, the frequency at which T + (f) and T - (f) intersect is approximately several percent larger. Furthermore, when the delay time difference τ changes by changing the output state of the control drive unit 3 and the intensity of the pump wave pulse, the frequency at which T + (f) and T - (f) intersect for the same propagation distance of the object 15 is calculated. demand. FIG. 6 shows the relationship between the delay time difference and the intersecting frequency for an arbitrary propagation distance measured multiple times while changing the intensity of the pump wave pulse in this way.

第6図において、横軸のτ0(すなわち、τ=0
のとき)がポンプ波パルスの無い場合、すなわち
伝搬に伴う減衰の影響だけによるものでありτ0
ときの交差周波数fCは、実線に示したように、複
数の遅延時間差、例えば第6図のτ1、τ2、τ3、τ4
とそれぞれに対応する交差する周波数のデータを
高次の曲線で近似することにより、fCを推定する
ことが可能である。このτ0のときの交差周波数fC
は減衰の影響だけによる伝搬距離に対する入射プ
ローブ波パルスの変化した中心周波数と考えるこ
とができる。すなわち第6図に示したように複数
の遅延時間差と交差周波数のデータを用いて特定
の伝搬距離に対する入射プローブ波パルスの中心
周波数fCを精度よく求められることが原理的に明
らかになつた。
In Figure 6, τ 0 on the horizontal axis (i.e., τ=0
) when there is no pump wave pulse, that is, it is due only to the effect of attenuation accompanying propagation, and when τ 0 , the crossover frequency f C is determined by multiple delay time differences, for example, as shown in Fig. 6, as shown by the solid line. τ 1 , τ 2 , τ 3 , τ 4
It is possible to estimate f C by approximating data of intersecting frequencies corresponding to and respectively with a high-order curve. Crossing frequency f C when this τ 0
can be considered as the changing center frequency of the incident probe wave pulse with respect to the propagation distance due only to the effect of attenuation. That is, as shown in FIG. 6, it has become clear in principle that the center frequency f C of the incident probe wave pulse for a specific propagation distance can be determined with high accuracy using data on multiple delay time differences and crossing frequencies.

更に、受信信号が有するスペクトル分布の中心
周波数におけるシフト量の被検体15中における
伝搬距離依存を求めれば、従来知られている方法
で、被検体15中の超音波の減衰特性を求めるこ
とが可能である。また、この減衰特性は温度依存
を有する量であるから、減衰特性の変化を求めれ
ば、更に温度変化を得ることも可能になる。
Furthermore, by determining the propagation distance dependence in the object 15 of the shift amount in the center frequency of the spectral distribution of the received signal, it is possible to determine the attenuation characteristics of the ultrasonic waves in the object 15 using a conventionally known method. It is. Further, since this attenuation characteristic is a quantity that is temperature dependent, it is also possible to obtain a temperature change by determining a change in the attenuation characteristic.

次に、精度良く中心周波数を測定するため補正
に用いる、遅延時間差τを測定する方式について
説明する。遅延時間差τを測定する方式は種々知
られているが、例えば、プローブ波パルスの位相
シフト量を測定することにより実現可能である。
まず制御駆動部3のパルス駆動器32を動作さ
せ、超音波変換器2を駆動し被検体15中にプロ
ーブ波パルスだけを送出させる。被検体15中を
伝搬するプローブ波パルスは、被検体15の音響
的性質の変化に対応して次々に散乱され、散乱さ
れた超音波はプローブ波超音波変換器2において
受信される。受信された受信信号は受信回路4で
増幅され遅延時間差算出部7に送られる。遅延時
間差算出部7において、A/D変換器71は受信
回路4の出力をデジタル信号に変換する。A/D
変換器71のサンプルタイミングはクロツク源6
のクロツクパルスで制御される。このサンプルタ
イミングはパルス駆動器31,32と同期してい
るものとする。A/D変換器71の出力はメモリ
72に記憶される。メモリ72で記憶されたデー
タは、位相算出部73で入射プローブ波パルスの
位相の算出を行う。次に、制御駆動部3の遅延制
御部33は、パルス駆動器31及びパルス駆動器
32を動作させ、被検体15中にポンプ波パルス
とプローブ波パルスを送出する。このときプロー
ブ波パルスはポンプ波パルスの粒子速度が最大即
ちポンプ波形のピーク位置となるタイミング重畳
させる。被検体15中で交差、重畳したプローブ
波パルスとポンプ波パルスは被検体15中を伝搬
しながら非線形相互作用を行い、同時に被検体1
5の音響的性質の変化に対応して次々に散乱さ
れ、散乱された超音波は超音波変換器2において
受信される。受信された受信信号はポンプ波パル
スの無い場合と同様に位相算出部73で入射プロ
ーブ波パルスの位相の算出を行う。次に位相シフ
ト量算出部74は、この2つの位相、すなわちポ
ンプ波パルスの無い場合とポンプ波パルスの有る
場合の位相関係、すなわち重ね合わせの位置関係
から非線形相互作用による位相シフト量を求め、
遅延時間差変換部75で例えば(5)式に示すような
関係より遅延時間差τを求める。
Next, a method for measuring the delay time difference τ, which is used for correction in order to accurately measure the center frequency, will be described. Various methods are known for measuring the delay time difference τ, and for example, it can be realized by measuring the amount of phase shift of the probe wave pulse.
First, the pulse driver 32 of the control drive unit 3 is operated to drive the ultrasonic transducer 2 and send only probe wave pulses into the subject 15 . Probe wave pulses propagating through the object 15 are successively scattered in response to changes in the acoustic properties of the object 15, and the scattered ultrasound waves are received by the probe wave ultrasound transducer 2. The received signal is amplified by the receiving circuit 4 and sent to the delay time difference calculating section 7. In the delay time difference calculating section 7, an A/D converter 71 converts the output of the receiving circuit 4 into a digital signal. A/D
The sample timing of converter 71 is determined by clock source 6.
controlled by clock pulses. It is assumed that this sample timing is synchronized with the pulse drivers 31 and 32. The output of A/D converter 71 is stored in memory 72. Using the data stored in the memory 72, a phase calculation section 73 calculates the phase of the incident probe wave pulse. Next, the delay controller 33 of the control driver 3 operates the pulse driver 31 and the pulse driver 32 to send out pump wave pulses and probe wave pulses into the subject 15 . At this time, the probe wave pulse is superimposed on the timing at which the particle velocity of the pump wave pulse is at its maximum, that is, at the peak position of the pump waveform. The probe wave pulse and the pump wave pulse that are crossed and superimposed in the test object 15 perform nonlinear interaction while propagating through the test object 15, and at the same time
The ultrasound waves are successively scattered in response to changes in the acoustic properties of the waves 5, and the scattered ultrasound waves are received by the ultrasound transducer 2. The phase calculation unit 73 calculates the phase of the incident probe wave pulse on the received reception signal in the same way as when there is no pump wave pulse. Next, the phase shift amount calculation unit 74 calculates the amount of phase shift due to nonlinear interaction from these two phases, that is, the phase relationship between the case where there is no pump wave pulse and the case where there is a pump wave pulse, that is, the positional relationship of superposition.
The delay time difference converter 75 calculates the delay time difference τ from the relationship shown in equation (5), for example.

τ=−∂φ/∂ω ……(5) 但しφ;位相、ω;角周波数 以上のようにある強さのポンプ波パルスの非線
形相互作用による遅延時間差τを求めることがで
きる。
τ = −∂φ/∂ω ...(5) where φ: phase, ω: angular frequency As described above, the delay time difference τ due to the nonlinear interaction of pump wave pulses of a certain strength can be found.

次に、制御駆動部3の出力の状態変化に対応し
た第2図に示す波形により被検体15から受信信
号を得、処理する過程について説明する。
Next, a process of obtaining and processing a received signal from the subject 15 using the waveform shown in FIG. 2 corresponding to a change in the state of the output of the control drive unit 3 will be described.

まず、制御駆動部3のパルス駆動器31及びパ
ルス駆動器32を動作させ、ポンプ波超音波変換
器1及びプローブ波超音波変換器2を駆動し、被
検体15中に位相状態A+を実現する。このとき
パルス駆動器31は前述の遅延時間差τを求めた
ときと同じ強度のポンプ波パルスを被検体15中
に送出する駆動パルスをポンプ波超音波変換器1
に送出するものとする。被検体13中で交差、重
畳したポンプ波パルスとプローブ波パルスは被検
体15中で散乱され、散乱された超音波は超音波
変換器2において受信される。受信された受信信
号は受信回路4で増幅され、信号処理部5へ送ら
れる。信号処理部5において、A/D変換器51
は受信回路4の出力をデジタル信号に変換する。
A/D変換器51のサンプルタイミングはクロツ
ク源6のクロツクパルスで制御される。このサン
プルタイミングはパルス駆動器31,32と同期
しているものとする。A/D変換器51の出力デ
ータはメモリ52で記憶される。次にメモリ52
で記憶されたデータの中で被検体15の深さZ1
相当する窓区間に相当するデータについて周波数
分析器53で周波数分析を行い周波数特性、すな
わちスペクトル分布P+(Z1、f)を求める。但し
fは周波数である。窓区間の長さとしては例えば
1cm程度とする。更に深さZ2に相当する窓区間に
相当するデータについてもスペクトル分布P+
(Z2、f)を求める。次に被検体15中に位相状
態A-を実現する。実現方法としては位相状態A+
におけるポンプ波パルスとプローブ波パルスの位
相関係、すなわち重ね合わせの位置関係を、ポン
プ波パルスに関して位相を180度ずらす、あるい
はポンプ波パルスの出力電圧の極性を反転させる
等で実現することが可能である。位相状態A-
おいて得られた受信信号についても同様に被検体
15の深さZ1におけるスペクトル分布P-(Z1
f)、深さZ2におけるスペクトル分布P-(Z2、f)
を求める。これらの受信信号のスペクトル分布
は、前述の各被検深さにおける入射プローブ波パ
ルスのスペクトル分布T、及び超音波散乱の周波
数特性Sを用いて以下のように表わすことでき
る。
First, the pulse driver 31 and pulse driver 32 of the control drive section 3 are operated to drive the pump wave ultrasonic transducer 1 and the probe wave ultrasonic transducer 2 to achieve phase state A + in the subject 15. do. At this time, the pulse driver 31 transmits a drive pulse to the pump wave ultrasonic transducer 1 to send out a pump wave pulse of the same intensity into the subject 15 as when calculating the delay time difference τ described above.
shall be sent to. The pump wave pulse and the probe wave pulse that have crossed and overlapped in the subject 13 are scattered in the subject 15, and the scattered ultrasound waves are received by the ultrasound transducer 2. The received signal is amplified by the receiving circuit 4 and sent to the signal processing section 5. In the signal processing section 5, an A/D converter 51
converts the output of the receiving circuit 4 into a digital signal.
The sample timing of A/D converter 51 is controlled by clock pulses from clock source 6. It is assumed that this sample timing is synchronized with the pulse drivers 31 and 32. The output data of A/D converter 51 is stored in memory 52. Next, the memory 52
Among the data stored in , the frequency analyzer 53 performs frequency analysis on the data corresponding to the window section corresponding to the depth Z 1 of the subject 15 to obtain the frequency characteristics, that is, the spectral distribution P + (Z 1 , f). demand. However, f is the frequency. The length of the window section is, for example, about 1 cm. Furthermore, the spectral distribution P + for the data corresponding to the window section corresponding to depth Z 2
Find (Z 2 , f). Next, a phase state A is realized in the subject 15 . The implementation method is phase state A +
The phase relationship between the pump wave pulse and the probe wave pulse, that is, the positional relationship of superposition, can be achieved by shifting the phase by 180 degrees with respect to the pump wave pulse, or by reversing the polarity of the output voltage of the pump wave pulse. be. Similarly, for the received signal obtained in the phase state A - , the spectral distribution P - (Z 1 ,
f), spectral distribution P at depth Z 2 - (Z 2 , f)
seek. The spectral distribution of these received signals can be expressed as follows using the spectral distribution T of the incident probe wave pulse at each test depth described above and the frequency characteristic S of ultrasonic scattering.

P+(Z1、f)=T+(Z1、f)×S(Z1、f) ……(6) P-(Z1、f)=T-(Z1、f)×S(Z1、f) ……(7) P+(Z2、f)=T+(Z2、f)×S(Z2、f) ……(8) P-(Z2、f)=T-(Z2、f)×S(Z2、f) ……(9) すなわち前述のように、ポンプ波パルスが無い
ときの入射プローブ波パルスのスペクトル分布を
Tとしたとき、位相状態A+では入射プローブ波
パルスのスペクトル分布T+は高周波側へシフト
し、位相状態A-では入射プローブ波パルスのス
ペクトル分布T-は低周波側へシフトする。又、
被検体15が有する超音波の周波数依存減衰の影
響により入射プローブ波パルスの深さZ2における
スペクトル分布T(Z2、f)は、深さZ1における
スペクトル分布T(Z1、f)に比べて低周波側に
シフトする。受信信号が有するスペクトル分布の
中心周波数におけるシフト量の被検体15中の伝
搬距離依存を求めれば、被検体15中の超音波の
減衰特性を求めることが可能である。しかし、実
際には生体のような複雑な超音波散乱特性Sを有
する被検体15からの受信信号の中心周波数を求
めることは、この超音波散乱特性Sの周波数依存
により誤差が非常に大きいという問題があつた。
この超音波散乱特性Sの影響を無くすため、(6)と
(7)式、及び(8)と(9)式についてPの値が一致する周
波数を交差周波数演算部54で求める。すなわち
被検体15の深さZ1におけるスペクトル分布T+
(Z1、f)とT-(Z1、f)の交差する位置に対応
する周波数と深さZ2におけるスペクトル分布T+
(Z2、f)とT-(Z2、f)との交差する位置に対
応する周波数を求める。以上のように遅延時間差
算出部7はある強度のポンプ波パルスにおける遅
延時間差を求め、また信号処理部5では同じ強度
のポンプ波パルスにおける伝搬距離Z1のT+(Z1
f)とT-(Z1、f)の交差周波数と伝搬距離Z2
おけるT+(Z2、f)とT-(Z2、f)の交差周波数
を求めそれぞれメモリ8′に記憶する。このとき
の遅延時間差をτ1、伝搬距離Z1の交差周波数をf1
(Z1)、伝搬距離Z2の交差周波数をf2(Z2)とする。
P + (Z 1 , f) = T + (Z 1 , f) × S (Z 1 , f) ... (6) P - (Z 1 , f) = T - (Z 1 , f) × S ( Z 1 , f) ……(7) P + (Z 2 , f)=T + (Z 2 , f)×S(Z 2 , f) ……(8) P - (Z 2 , f)=T - (Z 2 , f) × S (Z 2 , f) ... (9) That is, as mentioned above, when the spectral distribution of the incident probe wave pulse when there is no pump wave pulse is T, the phase state A + In phase state A, the spectral distribution T + of the incident probe wave pulse shifts to the high frequency side, and in phase state A -, the spectral distribution T - of the incident probe wave pulse shifts to the low frequency side. or,
Due to the influence of the frequency-dependent attenuation of the ultrasound of the object 15, the spectral distribution T (Z 2 , f) of the incident probe wave pulse at depth Z 2 changes to the spectral distribution T (Z 1 , f) at depth Z 1 . It shifts to the lower frequency side. By determining the dependence of the amount of shift in the center frequency of the spectral distribution of the received signal on the propagation distance in the subject 15, it is possible to determine the attenuation characteristics of the ultrasound in the subject 15. However, in reality, determining the center frequency of a received signal from a subject 15 having a complex ultrasound scattering characteristic S such as a living body has a problem in that the error is extremely large due to the frequency dependence of this ultrasound scattering characteristic S. It was hot.
In order to eliminate the influence of this ultrasonic scattering characteristic S, (6) and
The frequency at which the value of P coincides with equation (7), and equations (8) and (9) is determined by the cross frequency calculation unit 54. That is, the spectral distribution T + at the depth Z 1 of the object 15
Spectral distribution T + at the frequency and depth Z 2 corresponding to the intersection of (Z 1 , f) and T - (Z 1 , f)
Find the frequency corresponding to the intersection of (Z 2 , f) and T - (Z 2 , f). As described above, the delay time difference calculation unit 7 calculates the delay time difference between pump wave pulses of a certain intensity, and the signal processing unit 5 calculates the delay time difference of the propagation distance Z 1 for pump wave pulses of the same intensity .
The cross frequencies of T + ( Z 2 , f) and T - (Z 2 , f) at the propagation distance Z 2 are determined and stored in the memory 8'. The delay time difference at this time is τ 1 , and the crossing frequency of propagation distance Z 1 is f 1
(Z 1 ), and the crossing frequency of the propagation distance Z 2 is f 2 (Z 2 ).

次に制御駆動部3のパルス駆動器31は主制御
部14の制御信号により前述の遅延時間差τ1と異
なつた遅延時間差とするため、ポンプ波パルスの
強度を変更する駆動パルスを超音波変換器1に送
り、遅延時間差τ1と異なつた遅延時間差を生じる
ポンプ波パルスを被検体15中に送出する。前述
の説明と同様に遅延時間差算出部7は遅延時間差
を求め、信号処理部5では伝搬距離Z1における
T+(Z1、f)とT-(Z1、f)の交差周波数と伝搬
距離Z2におけるT+(Z1、f)とT-(Z1、f)の交
差周波数を求めそれぞれメモリ8に記憶する。こ
のときの遅延時間差をτ2、また伝搬距離Z1のT+
(Z1、f)とT-(Z1、f)の交差周波数をf2(Z1)、
伝搬距離Z2のT+(Z2、f)とT-(Z2、f)の交差
周波数ををf2(Z2)とする。次に中心周波数演算
部9は、メモリ8に記憶してある伝搬距離Z1に対
する遅延時間差τ1の交差周波数f1(Z1)と、遅延
時間差τ2の交差周波数f2(Z1)を用いて、第6図
に示すように遅延時間差τ0における周波数を、例
えば2点を通る直線との交点より求め、伝搬距離
Z1における中心周波数とする。同様に伝搬距離Z2
に対する遅延時間差τ1の交差周波数f1(Z2)と遅
延時間差τ2の交差周波数f2(Z2)より伝搬距離Z2
における中心周波数を求める。このようにして得
られた受信信号の伝搬距離Z1,Z2における中心周
波数をもとに減衰演算部10では伝搬距離Z1、Z2
間の中心周波数の変化より超音波減衰特性、例え
ば超音波減衰係数が算出されメモリ11記憶させ
る。
Next, the pulse driver 31 of the control drive section 3 transmits a drive pulse for changing the intensity of the pump wave pulse to an ultrasonic transducer in order to obtain a delay time difference different from the delay time difference τ 1 described above according to the control signal of the main control section 14. 1, and a pump wave pulse that produces a delay time difference different from the delay time difference τ 1 is sent into the subject 15. Similarly to the above explanation, the delay time difference calculation section 7 calculates the delay time difference, and the signal processing section 5 calculates the delay time difference at the propagation distance Z1 .
Find the crossing frequencies of T + (Z 1 , f) and T - (Z 1 , f) and the crossing frequencies of T + (Z 1 , f) and T - (Z 1 , f) at the propagation distance Z 2 and store them in memory. Store in 8. The delay time difference at this time is τ 2 , and the propagation distance Z 1 is T +
The intersection frequency of (Z 1 , f) and T - (Z 1 , f) is f 2 (Z 1 ),
Let f 2 (Z 2 ) be the crossing frequency of T + (Z 2 , f) and T - (Z 2 , f) at propagation distance Z 2 . Next, the center frequency calculation unit 9 calculates the cross frequency f 1 (Z 1 ) of the delay time difference τ 1 and the cross frequency f 2 (Z 1 ) of the delay time difference τ 2 with respect to the propagation distance Z 1 stored in the memory 8. As shown in Figure 6, the frequency at the delay time difference τ 0 is determined from the intersection with a straight line passing through the two points, and the propagation distance is
Let it be the center frequency at Z 1 . Similarly, the propagation distance Z 2
From the crossing frequency f 1 (Z 2 ) of the delay time difference τ 1 and the crossing frequency f 2 (Z 2 ) of the delay time difference τ 2 , the propagation distance Z 2
Find the center frequency at . Based on the center frequencies at the propagation distances Z 1 and Z 2 of the received signals obtained in this way, the attenuation calculation unit 10 calculates the propagation distances Z 1 and Z 2 .
An ultrasonic attenuation characteristic, for example an ultrasonic attenuation coefficient, is calculated from the change in the center frequency between the two and stored in the memory 11.

次に被検体15の温度を、例えばマイクロ波あ
るいは強力超音波を用いて加温し変化させる。前
述のように中心周波数演算部9は2種類の遅延時
間差τ1、τ2とそれに対する交差周波数より被検体
15内の同じ部位での被検深さZ1、Z2における中
心周波数を求め、更に減衰演算部10において被
検深さZ1、Z2間の超音波減衰係数が算出される。
次に温度変化演算部12は、メモリ11に記憶し
てある加温前の被検深さZ1、Z2間の超音波減衰係
数と、減衰演算部10の出力である加温後の被検
深さZ1、Z2間の超音波減衰係数とを用いて加温前
後の温度変化量を求め表示部13に表示させる。
Next, the temperature of the subject 15 is heated and changed using, for example, microwaves or powerful ultrasonic waves. As mentioned above, the center frequency calculation unit 9 calculates the center frequency at the inspection depths Z 1 and Z 2 at the same site in the subject 15 from the two types of delay time differences τ 1 and τ 2 and the corresponding crossing frequencies, Further, the attenuation calculation unit 10 calculates the ultrasonic attenuation coefficient between the test depths Z 1 and Z 2 .
Next, the temperature change calculation unit 12 calculates the ultrasonic attenuation coefficient between the test depths Z 1 and Z 2 before heating, which is stored in the memory 11, and the ultrasonic attenuation coefficient after heating, which is the output of the attenuation calculation unit 10. Using the ultrasonic attenuation coefficient between the probe depths Z 1 and Z 2 , the amount of temperature change before and after heating is determined and displayed on the display unit 13 .

以上の説明では、中心周波数を算出する場合に
2種類の遅延時間差τ1とτ2における各々のスペク
トル分布T+(f)、T-(f)の交差する周波数により任
意の伝搬距離に対する中心周波数の求める方式に
ついて説明したが、3種類以上の遅延時間差に対
する交差周波数を求め第6図において高次の曲線
で近似して求めることも可能であり、この場合中
心周波数の精度は高くなる。
In the above explanation, when calculating the center frequency, the center frequency for any propagation distance is calculated by the intersection frequency of the spectral distributions T + (f) and T - (f ) at two types of delay time differences τ 1 and τ 2. Although the method for determining the cross frequency for three or more types of delay time differences has been described, it is also possible to determine the cross frequencies for three or more types of delay time differences and approximate them using a higher-order curve in FIG. 6, and in this case, the accuracy of the center frequency will be higher.

以上の説明から明らかなように、本実施例によ
れば複数の遅延時間差とその遅延時間差に対応し
たスペクトル分布T+(f)、T-(f)の交差する周波数
のデータより受信信号の任意の被検深さでの中心
周波数を求め、異なつた被検深さでのこの中心周
波数の変化より超音波減衰係数を得ることが可能
であり、更にこの超音波減衰係数の変化から温度
変化量を得ることが可能である。更に測定場所を
変えることにより広範囲の超音波減衰係数の分布
を計測することができ、また広範囲の温度変化量
を計測することができる。
As is clear from the above explanation, according to this embodiment, a received signal can be arbitrarily selected from data at frequencies at which a plurality of delay time differences and the spectral distributions T + (f) and T - (f) corresponding to the delay time differences intersect. It is possible to obtain the center frequency at the depth to be tested, and obtain the ultrasonic attenuation coefficient from the change in this center frequency at different depths to be tested, and further calculate the amount of temperature change from the change in the ultrasonic attenuation coefficient. It is possible to obtain Furthermore, by changing the measurement location, it is possible to measure the distribution of the ultrasonic attenuation coefficient over a wide range, and it is also possible to measure the amount of temperature change over a wide range.

発明の効果 以上のように本発明は、制御駆動部により被検
体中にポンプ波パルスとプローブ波パルスを送出
し、非線形相互作用により遅延時間差と、被検体
中に実現したポンプ波パルスとプローブ波パルス
の位相状態A+,A-のそれぞれの位相状態に対応
した受信信号のスペクトル分布の交差する周波数
を求め、更に複数回ポンプ波パルスの強度を変え
遅延時間差を変更し交差周波数を求めることによ
り受信信号が有するスペクトル分布に中心周波数
を精度よく求めることができ、異なつた被検深さ
におけるこの中心周波数の変化より超音波減衰特
性を得ることができ、更にこの超音波減衰特性の
変化から温度変化量を求めることができ、例えば
癌温熱治療用の温度モニタとして利用することが
可能でありその効果は大きい。
Effects of the Invention As described above, the present invention sends pump wave pulses and probe wave pulses into a subject by a control drive unit, and by nonlinear interaction, the delay time difference and the pump wave pulse and probe wave realized in the subject are realized. By finding the crossing frequency of the spectral distribution of the received signal corresponding to each phase state of the pulse A + and A - , and then changing the pump wave pulse intensity multiple times and changing the delay time difference to find the crossing frequency. The center frequency can be accurately determined from the spectral distribution of the received signal, and the ultrasonic attenuation characteristics can be obtained from the changes in this center frequency at different depths of inspection, and the temperature can also be determined from the changes in the ultrasonic attenuation characteristics. The amount of change can be determined, and it can be used, for example, as a temperature monitor for cancer thermotherapy, which is highly effective.

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

第1図は本発明の一実施例における超音波測温
装置の機能ブロツク図、第2図a〜dは本発明の
一実施例における超音波変換器の出力波形を説明
する波形図、第3図a〜cは超音波パルス波形が
伝搬の非線形現象により歪みを生じることを説明
する波形図、第4図は本発明の一実施例における
入射プローブ波パルスのスペクトル特性図、第5
図は本発明の一実施例における中心周波数と交差
周波数の伝搬距離特性図、第6図は本発明の一実
施例における中心周波数の求める方法を説明する
交差周波数と遅延時間差の相関図、第7図は従来
の超音波減衰特性測定を説明する機能ブロツク図
である。 1,2……超音波変換器、3……制御駆動部、
4……受信回路、5……信号処理部、6……クロ
ツク源、7……遅延時間差算出部、8……メモ
リ、9……中心周波数演算部、10……減衰算出
部、11……メモリ、12……温度変化演算部、
13……表示部、14……主制御部、15……被
検体。
FIG. 1 is a functional block diagram of an ultrasonic temperature measuring device according to an embodiment of the present invention, FIGS. Figures a to c are waveform diagrams explaining that distortion occurs in the ultrasonic pulse waveform due to nonlinear propagation phenomena; Figure 4 is a spectral characteristic diagram of an incident probe wave pulse in an embodiment of the present invention; Figure 5
The figure is a propagation distance characteristic diagram of the center frequency and cross frequency in one embodiment of the present invention, FIG. The figure is a functional block diagram illustrating conventional ultrasonic attenuation characteristic measurement. 1, 2... Ultrasonic transducer, 3... Control drive unit,
4... Receiving circuit, 5... Signal processing section, 6... Clock source, 7... Delay time difference calculation section, 8... Memory, 9... Center frequency calculation section, 10... Attenuation calculation section, 11... Memory, 12...Temperature change calculation section,
13...display unit, 14...main control unit, 15...subject.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 ポンプ波超音波パルスを送出するポンプ波超
音波変換器と、 前記ポンプ波超音波パルスより周波数の高いプ
ローブ波超音波パルスを送出するプローブ波超音
波変換器と、 前記ポンプ波超音波パルス、及び前記プローブ
波超音波パルスの駆動を制御し、そのポンプ波超
音波パルスの粒子速度が極小から極大に変化する
領域でかつその変化率の最も大きい第1の位置、
及び前記ポンプ波超音波パルスの粒子速度が極大
から極小に変化する領域でかつその変化率の最も
大きい第2の位置で、前記プローブ波超音波パル
スを当該ポンプ波超音波パルスに重畳させる制御
駆動部と、 前記ポンプ波超音波パルスによつて生じる前記
プローブ波超音波パルスの遅延時間差を求める遅
延時間差算出部と、 前記制御駆動部により、前記第1の位置に重畳
した時の被検体からの受信信号のスペクトル分布
と、前記第2の位置に重畳した時の被検体からの
受信信号のスペクトル分布を求める周波数分析器
と、 前記周波数分析器に接続され、前記第1、第2
の位置における2つのスペクトル分布の交差する
周波数を求める交差周波数演算部と、 前記ポンプ波超音波パルスの強度を変化させる
パルス駆動部と、 前記交差周波数演算部の出力と前記遅延時間算
出部の出力から前記プローブ波超音波パルスの受
信信号の中心周波数を求める中心周波数演算部
と、 前記中心周波数演算部の出力から超音波減衰特
性を求める減衰算出部と、 前記減衰算出部に接続され、前記超音波減衰特
性の変化より相対温度変化を求める温度変化演算
部を具備することを特徴とする超音波測温装置。
[Scope of Claims] 1. A pump wave ultrasonic transducer that sends out a pump wave ultrasonic pulse; a probe wave ultrasonic converter that sends out a probe wave ultrasonic pulse having a higher frequency than the pump wave ultrasonic pulse; A first position that controls the drive of the pump wave ultrasonic pulse and the probe wave ultrasonic pulse, and is a region where the particle velocity of the pump wave ultrasonic pulse changes from a minimum to a maximum and the rate of change is greatest;
and a control drive for superimposing the probe wave ultrasonic pulse on the pump wave ultrasonic pulse at a second position in a region where the particle velocity of the pump wave ultrasonic pulse changes from a maximum to a minimum and the rate of change is largest. a delay time difference calculation unit that calculates a delay time difference of the probe wave ultrasound pulse generated by the pump wave ultrasound pulse; and a delay time difference calculation unit that calculates a delay time difference of the probe wave ultrasound pulse generated by the pump wave ultrasound pulse; a frequency analyzer that calculates the spectral distribution of the received signal and the spectral distribution of the received signal from the subject when superimposed on the second position;
a cross frequency calculation unit that calculates the frequency at which two spectral distributions intersect at a position; a pulse drive unit that changes the intensity of the pump wave ultrasonic pulse; an output of the cross frequency calculation unit and an output of the delay time calculation unit. a center frequency calculation unit that calculates the center frequency of the received signal of the probe wave ultrasonic pulse from the center frequency calculation unit; an attenuation calculation unit that calculates the ultrasonic attenuation characteristic from the output of the center frequency calculation unit; An ultrasonic temperature measurement device comprising a temperature change calculating section that calculates a relative temperature change from a change in acoustic wave attenuation characteristics.
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