JPH066124B2 - 超音波計測装置 - Google Patents
超音波計測装置Info
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- JPH066124B2 JPH066124B2 JP61071539A JP7153986A JPH066124B2 JP H066124 B2 JPH066124 B2 JP H066124B2 JP 61071539 A JP61071539 A JP 61071539A JP 7153986 A JP7153986 A JP 7153986A JP H066124 B2 JPH066124 B2 JP H066124B2
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- pulse
- ultrasonic
- ultrasonic transducer
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 生体内に対して超音波を送、受信し生体内からの反射波
に包含される生体の音響特性、特に特性深度の組織から
の反射波の位相の周波数依存性を測定する超音波計測装
置に関するものである。
に包含される生体の音響特性、特に特性深度の組織から
の反射波の位相の周波数依存性を測定する超音波計測装
置に関するものである。
従来の技術 生体内の情報を超音波を用いて得る方式として超音波診
断装置がある。超音波診断装置は生体内に超音波を送波
し生体内の反射波より生体内の情報を得る反射エコー法
として良く知られている。反射エコー法は生体内の音響
インピーダンス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、おもに生体内組織の形状判断を行う
超音波診断装置に対し、生体内組織の形状のみならずこ
の質の情報も得たいという要望も高まっている。このよ
うな生体組織の質に関する情報は、例えば生体内での超
音波の減衰の大きさ、音速等を計測することで可能であ
る。これはティシュキャラクタリゼイションと呼ばれ、
近年これらの研究が盛んになっている。
断装置がある。超音波診断装置は生体内に超音波を送波
し生体内の反射波より生体内の情報を得る反射エコー法
として良く知られている。反射エコー法は生体内の音響
インピーダンス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、おもに生体内組織の形状判断を行う
超音波診断装置に対し、生体内組織の形状のみならずこ
の質の情報も得たいという要望も高まっている。このよ
うな生体組織の質に関する情報は、例えば生体内での超
音波の減衰の大きさ、音速等を計測することで可能であ
る。これはティシュキャラクタリゼイションと呼ばれ、
近年これらの研究が盛んになっている。
生体内組織の質の情報を得る一つの方法として音速を測
定する方式がある。音速の値が生体の組織に依存してそ
の値が変化することは良く知られており、例えば奥山大
太郎、他編集「超音波診断マニュアル」、1981.6.20、
テクノ、第３頁に代表的な組織とその音速の値が記載さ
れている。又実際に生体内の組織の音速を得る方法が交
差ビーム法として知られており、例えば日本超音波医学
会研究発表会論文集、45号、21〜22頁、1984に記載され
ている。
定する方式がある。音速の値が生体の組織に依存してそ
の値が変化することは良く知られており、例えば奥山大
太郎、他編集「超音波診断マニュアル」、1981.6.20、
テクノ、第３頁に代表的な組織とその音速の値が記載さ
れている。又実際に生体内の組織の音速を得る方法が交
差ビーム法として知られており、例えば日本超音波医学
会研究発表会論文集、45号、21〜22頁、1984に記載され
ている。
以下、第４図を参照して交差ビーム法について説明す
る。
る。
第４図において、１、２はそれぞれ超音波の送、受信を
行う超音波変換器、３は超音波変換器１、２を所定の角
度、間隔で固定する保持器、４は被検体、５は超音波変
換器１のビーム方向、６は超音波変換器２のビーム方向
Ｐはビーム方向５とビーム方向６が交差する点である。
行う超音波変換器、３は超音波変換器１、２を所定の角
度、間隔で固定する保持器、４は被検体、５は超音波変
換器１のビーム方向、６は超音波変換器２のビーム方向
Ｐはビーム方向５とビーム方向６が交差する点である。
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。
する。
まず超音波変換器１において駆動パルスが加えられ、生
体４内へ超音波パルスが照射される。超音波パルスはビ
ーム方向５に沿って生体内の組織により散乱されながら
進行する。その後、超音波パルスは点Ｐに到達し、そこ
で散乱された超音波パルスの一部はビーム方向６を逆行
して超音波変換器２に到達する。ビーム方向５、６に沿
った超音波パルスの伝搬距離は、超音波変換器１、２と
保持器３の寸法により決まるから、超音波パルスの伝搬
時間を計測することにより生体内の組織の音速を求める
ことが可能である。
体４内へ超音波パルスが照射される。超音波パルスはビ
ーム方向５に沿って生体内の組織により散乱されながら
進行する。その後、超音波パルスは点Ｐに到達し、そこ
で散乱された超音波パルスの一部はビーム方向６を逆行
して超音波変換器２に到達する。ビーム方向５、６に沿
った超音波パルスの伝搬距離は、超音波変換器１、２と
保持器３の寸法により決まるから、超音波パルスの伝搬
時間を計測することにより生体内の組織の音速を求める
ことが可能である。
発明が解決しようとする問題点 しかし、以上のような構成は生体内において音速が至る
所一定であるという前提のもとで音速測定が可能であ
り、実際の生体のように組織に依存して音速が変化する
場合には音波ビーム方向は複雑に屈折するため、超音波
の伝搬経路を直線で近似して音速を求めるという方法は
誤差が多く問題があつた。
所一定であるという前提のもとで音速測定が可能であ
り、実際の生体のように組織に依存して音速が変化する
場合には音波ビーム方向は複雑に屈折するため、超音波
の伝搬経路を直線で近似して音速を求めるという方法は
誤差が多く問題があつた。
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、生体のように組織に依存して音速が変化する場合に
も任意の箇所において音速に関するデータを検出するこ
とを目的とするものである。
で、生体のように組織に依存して音速が変化する場合に
も任意の箇所において音速に関するデータを検出するこ
とを目的とするものである。
問題点を解決するための手段 本発明は異なる周波数の複数の駆動パルスを生体内に同
時に照射し、かつタイミング制御部によりこれらの駆動
パルスの位相関係を変化させるとともに、複数ゲート区
間において受信信号の位相を検出し、各ゲート間におけ
る位相差を求め、この位相差の変化から位相シフトを求
め、又、受信信号の位相を検出する検査周波数を変化さ
せて位相シフトを求め、これらの位相シフトに関するデ
ータから消去演算により異なる周波数における位相速度
の比を求めることにより上記目的を達成するものであ
る。
時に照射し、かつタイミング制御部によりこれらの駆動
パルスの位相関係を変化させるとともに、複数ゲート区
間において受信信号の位相を検出し、各ゲート間におけ
る位相差を求め、この位相差の変化から位相シフトを求
め、又、受信信号の位相を検出する検査周波数を変化さ
せて位相シフトを求め、これらの位相シフトに関するデ
ータから消去演算により異なる周波数における位相速度
の比を求めることにより上記目的を達成するものであ
る。
作用 本発明は上記構成により、複数の異なる周波数の超音波
パルスの非線形伝搬による位相シフト、ならびに生体内
組織の音速の周波数依存による位相シフトを検出し、こ
れらの位相に関するデータから任意のゲート区間におけ
る組織の音速の位相速度の周波数依存を得るものであ
る。この位相速度の周波数依存が生体の各種組織により
変化することは知られており、例えば、ウルトラソニッ
クイメージング：ULTRASONIC IMAGING、４、1982、355〜
377頁に記載されている。従ってこのようにして得られ
た位相速度の周波数依存に関するデータから逆に組織を
特定化することも可能である。
パルスの非線形伝搬による位相シフト、ならびに生体内
組織の音速の周波数依存による位相シフトを検出し、こ
れらの位相に関するデータから任意のゲート区間におけ
る組織の音速の位相速度の周波数依存を得るものであ
る。この位相速度の周波数依存が生体の各種組織により
変化することは知られており、例えば、ウルトラソニッ
クイメージング：ULTRASONIC IMAGING、４、1982、355〜
377頁に記載されている。従ってこのようにして得られ
た位相速度の周波数依存に関するデータから逆に組織を
特定化することも可能である。
実施例 以下、図面を参照しながら本発明の実施例について説明
する。
する。
第１図は本発明の一実施例における超音波計測装置の機
能ブロック図である。
能ブロック図である。
第１図において、10は低周波側の超音波変換器、11は高
周波側の超音波変換器、12は超音波変換器10を駆動する
パルス駆動器、13は超音波変換器11を駆動するパルス駆
動器、14はパルス駆動器12、13より構成されるパルス駆
動部、15はパルス駆動器12、13の出力の位相関係を制御
するタイミング制御部、16はタイミング制御部15へクロ
ックを供給するクロック発生部、17は高周波側の超音波
変換器11からの受信信号を増幅するプリアンプ、18、19
はプリアンプ17の出力に接続された位相検波器、20はク
ロック発生部16からクロックを供給され位相検波信号の
周波数を発生させる位相制御部であり位相制御部20は検
査周波数を変化させる手段も有する。21は位相制御部20
の出力に接続された位相検波信号発生部であり、位相検
波器18へＣＯＳ信号、位相検波器19へＳＩＮ信号を加え
る。22、23は積分器タイミング制御部15が発生するゲー
トパルス信号ｇ１のタイミングにおいて、それぞれ位相
検波器18、19の出力を積分する。24、25はＡ／Ｄ変換器
であり、積分器22、23の出力をディジタル信号へ変換す
る。26、27は積分器でありタイミング制御部15が発生す
るゲートパルス信号ｇ２のタイミングにおいて、それぞ
れ位相検波器18、19の出力を積分する。タイミング制御
部15は複数のゲート区間発生手段としても動作する。
周波側の超音波変換器、12は超音波変換器10を駆動する
パルス駆動器、13は超音波変換器11を駆動するパルス駆
動器、14はパルス駆動器12、13より構成されるパルス駆
動部、15はパルス駆動器12、13の出力の位相関係を制御
するタイミング制御部、16はタイミング制御部15へクロ
ックを供給するクロック発生部、17は高周波側の超音波
変換器11からの受信信号を増幅するプリアンプ、18、19
はプリアンプ17の出力に接続された位相検波器、20はク
ロック発生部16からクロックを供給され位相検波信号の
周波数を発生させる位相制御部であり位相制御部20は検
査周波数を変化させる手段も有する。21は位相制御部20
の出力に接続された位相検波信号発生部であり、位相検
波器18へＣＯＳ信号、位相検波器19へＳＩＮ信号を加え
る。22、23は積分器タイミング制御部15が発生するゲー
トパルス信号ｇ１のタイミングにおいて、それぞれ位相
検波器18、19の出力を積分する。24、25はＡ／Ｄ変換器
であり、積分器22、23の出力をディジタル信号へ変換す
る。26、27は積分器でありタイミング制御部15が発生す
るゲートパルス信号ｇ２のタイミングにおいて、それぞ
れ位相検波器18、19の出力を積分する。タイミング制御
部15は複数のゲート区間発生手段としても動作する。
28、29はＡ／Ｄ変換器であり、積分器26、27の出力をデ
ィジタル信号へ変換する。位相検波器18、19、積分器2
2、23、26、27、Ａ／Ｄ変換器24、25、28、29により位
相検出手段30を構成する。31はＡ／Ｄ変換器24、25の出
力から位相角φ1、Ａ／Ｄ変換器28、29の出力から位相
角φ2を計算する演算器、32は演算器31の位相角φ1出力
を記憶するメモリ、33は演算器31の位相角φ2出力を記
憶するメモリ、34はメモリ32、33の内容である位相角φ
1、φ2から位相差△φを出力する演算器であり、演算器
31、34、メモリ32、33により位相差演算手段35を構成す
る。36は位相差演算手段35の位相差△φ出力を記録する
第１のメモリ、37は位相差△φ出力を記憶する第２のメ
モリ、38はメモリ36、37の内容の減算を行い位相シフト
△△φを出力する演算器であり、メモリ35、36、演算器
38で位相シフト演算手段39を構成する。40、41、42、43
はメモリであり、前記したシステムの異なる状態で得ら
れた演算器38の位相シフト△△φ出力をそれぞれ記憶
し、演算器44はメモリ40、41及び42、43の内容について
消去演算を行い、異なる周波数における位相速度の比を
求める演算器であり、メモリ40、41、42、43、演算器44
で消去演算部45を構成する。46は演算器44の出力を表示
する表示部、50は被検体、R1は被検体50内の第１の反射
体Ｒ２は第２の反射体である。
ィジタル信号へ変換する。位相検波器18、19、積分器2
2、23、26、27、Ａ／Ｄ変換器24、25、28、29により位
相検出手段30を構成する。31はＡ／Ｄ変換器24、25の出
力から位相角φ1、Ａ／Ｄ変換器28、29の出力から位相
角φ2を計算する演算器、32は演算器31の位相角φ1出力
を記憶するメモリ、33は演算器31の位相角φ2出力を記
憶するメモリ、34はメモリ32、33の内容である位相角φ
1、φ2から位相差△φを出力する演算器であり、演算器
31、34、メモリ32、33により位相差演算手段35を構成す
る。36は位相差演算手段35の位相差△φ出力を記録する
第１のメモリ、37は位相差△φ出力を記憶する第２のメ
モリ、38はメモリ36、37の内容の減算を行い位相シフト
△△φを出力する演算器であり、メモリ35、36、演算器
38で位相シフト演算手段39を構成する。40、41、42、43
はメモリであり、前記したシステムの異なる状態で得ら
れた演算器38の位相シフト△△φ出力をそれぞれ記憶
し、演算器44はメモリ40、41及び42、43の内容について
消去演算を行い、異なる周波数における位相速度の比を
求める演算器であり、メモリ40、41、42、43、演算器44
で消去演算部45を構成する。46は演算器44の出力を表示
する表示部、50は被検体、R1は被検体50内の第１の反射
体Ｒ２は第２の反射体である。
以上のような構成において、以下その動作を説明する。
まず、本実施例で用いる周波数の異なる超音波パルスの
特定の２つの位相状態ａ、ｂについて説明する。状態ａ
における低周波側の超音波変換器10が出力する超音波パ
ルスと高周波側の超音波変換器11が出力する超音波パル
スのそれぞれの粒子速度波形の互いの位相関係を第２図
(a)、(b)に示す。低周波側の超音波パルスは例えば０．
２５ＭHz、高周波側の超音波パルスは例えば２．５ＭHz
としその中心周波数は大幅にずらしてある。高周波側の
パルスは低周波側のパルスの粒子速度の方向が超音波進
行方向と同一である時に出力されている。高周波側パル
スの主応答部分は、低周波側のパルスの半サイクル以内
に収まっている。一方、状態ｂにおいては低周波側パル
スの粒子速度方向が超音波進行方向に対し逆方向である
ときに出力される。すなわち、図２において(b)の高周
波側パルスが、(a)の低周波側パルスの位相に対し１８
０°ずれた位置に重なり合いながら出力される。
特定の２つの位相状態ａ、ｂについて説明する。状態ａ
における低周波側の超音波変換器10が出力する超音波パ
ルスと高周波側の超音波変換器11が出力する超音波パル
スのそれぞれの粒子速度波形の互いの位相関係を第２図
(a)、(b)に示す。低周波側の超音波パルスは例えば０．
２５ＭHz、高周波側の超音波パルスは例えば２．５ＭHz
としその中心周波数は大幅にずらしてある。高周波側の
パルスは低周波側のパルスの粒子速度の方向が超音波進
行方向と同一である時に出力されている。高周波側パル
スの主応答部分は、低周波側のパルスの半サイクル以内
に収まっている。一方、状態ｂにおいては低周波側パル
スの粒子速度方向が超音波進行方向に対し逆方向である
ときに出力される。すなわち、図２において(b)の高周
波側パルスが、(a)の低周波側パルスの位相に対し１８
０°ずれた位置に重なり合いながら出力される。
このような位相、及び周波数関係で出力された超音波パ
ルスが被検体50内を重なり合いながら伝搬する様子を詳
しく説明する。通常の超音波診断装置で用いられる程度
のピーク超音波出力レベルの場合でも伝搬の非線形現象
により超音波パルスの伝搬速度はパルス波形の山と谷で
は異なる。この関係は次式で表わされる。
ルスが被検体50内を重なり合いながら伝搬する様子を詳
しく説明する。通常の超音波診断装置で用いられる程度
のピーク超音波出力レベルの場合でも伝搬の非線形現象
により超音波パルスの伝搬速度はパルス波形の山と谷で
は異なる。この関係は次式で表わされる。
ここでＢ／Ａは伝搬媒体の非線形パラメータであり、生
体の場合組織により異なるが、例えば６程度の値であ
る。Ｃ0は無限小振幅超音波の位相速度、ｕは粒子速度
である。粒子速度ｕは超音波パワー１Ｗ／cm2の場合水
中で約12cm／secとなる。第２図の状態ａにおける高周
波側の超音波パルスの伝搬速度の場合△Ｃは約50cm／se
cとなる。生体内における位相速度Ｃ0を１５００ｍ／se
cとすれば、この位相速度の相対的な変化量△Ｃ／Ｃ0は
０．０３％程度にすぎないが、この程度の音速の変化量
でも精密な位相検波技術により精度良く検出することが
可能である。
体の場合組織により異なるが、例えば６程度の値であ
る。Ｃ0は無限小振幅超音波の位相速度、ｕは粒子速度
である。粒子速度ｕは超音波パワー１Ｗ／cm2の場合水
中で約12cm／secとなる。第２図の状態ａにおける高周
波側の超音波パルスの伝搬速度の場合△Ｃは約50cm／se
cとなる。生体内における位相速度Ｃ0を１５００ｍ／se
cとすれば、この位相速度の相対的な変化量△Ｃ／Ｃ0は
０．０３％程度にすぎないが、この程度の音速の変化量
でも精密な位相検波技術により精度良く検出することが
可能である。
第２図(a)、(b)に示す関係で出力された高周波側のパル
スが反射体R1、R2により反射され、その受信信号が位相
検波される過程を次に示す。反射体R1、R2からのエコー
は高周波側の変換器11において電気信号に変換され、プ
リアンプ17で増幅され、位相検波器18、19により周波数
ｆで位相検波される。周波数ｆの値は高周波側の駆動周
波数２．５ＭHzの近傍、例えば１．５〜３ＭHzの中の適
当な周波数が選択される。どの周波数が選択されるかは
後で説明する。直交する周波数ｆのＣＯＳ信号とＳＩＮ
信号は直交位相検波信号発生部21で発生する。直交位相
検波信号発生部21は、位相制御部20に同期しており、位
相制御部20はクロック発生部16に同期している。位相制
御部20を市販のシンセサイザを用いて構成しても良い。
ゲートパルス信号g1のタイミングで位相検波器18の出力
は積分器22により積分され、位相検波器19の出力は積分
器23で積分される。ゲートパルス信号g2のタイミングで
は位相検波器18の出力は積分器26により積分され、位相
検波器19の出力は積分器27により積分される。位相検波
器22、23の出力はＡ／Ｄ変換器24、25によりデジタル量
ＤＣ、ＤＳへ変換される。デジタル量ＤＣとＤＳを次式
のように複素数の実部と虚部とみなし Ｚ＝ＤＣ＋ｊ・ＤＳ ……(2) としたときの複素数Ｚの位相角φを求めれば、位相角φ
は受信信号の周波数ｆ成分に関する位相検波信号との相
対的な位相差である。位相角φは演算器31で計算され
る。Ａ／Ｄ変換器28、29の出力についても同様に位相角
が計算される。ゲートパルス信号g1のタイミングに対応
した位相角φ1が反射体R1によるものであり、ゲートパ
ルス信号g2のタイミングに対応した位相角φ2反射体R2
によるものであるとする。反射体R1、R2からのエコーと
ゲートパルス信号g1、g2のタイミング関係を第３図
(a)、(b)に示す。位相角φ1はメモリ32へ記憶され、位
相角φ2はメモリ33へ記憶され、演算器34において位相
差△φ △φ＝φ1−φ2 ……(3) げ計算される。
スが反射体R1、R2により反射され、その受信信号が位相
検波される過程を次に示す。反射体R1、R2からのエコー
は高周波側の変換器11において電気信号に変換され、プ
リアンプ17で増幅され、位相検波器18、19により周波数
ｆで位相検波される。周波数ｆの値は高周波側の駆動周
波数２．５ＭHzの近傍、例えば１．５〜３ＭHzの中の適
当な周波数が選択される。どの周波数が選択されるかは
後で説明する。直交する周波数ｆのＣＯＳ信号とＳＩＮ
信号は直交位相検波信号発生部21で発生する。直交位相
検波信号発生部21は、位相制御部20に同期しており、位
相制御部20はクロック発生部16に同期している。位相制
御部20を市販のシンセサイザを用いて構成しても良い。
ゲートパルス信号g1のタイミングで位相検波器18の出力
は積分器22により積分され、位相検波器19の出力は積分
器23で積分される。ゲートパルス信号g2のタイミングで
は位相検波器18の出力は積分器26により積分され、位相
検波器19の出力は積分器27により積分される。位相検波
器22、23の出力はＡ／Ｄ変換器24、25によりデジタル量
ＤＣ、ＤＳへ変換される。デジタル量ＤＣとＤＳを次式
のように複素数の実部と虚部とみなし Ｚ＝ＤＣ＋ｊ・ＤＳ ……(2) としたときの複素数Ｚの位相角φを求めれば、位相角φ
は受信信号の周波数ｆ成分に関する位相検波信号との相
対的な位相差である。位相角φは演算器31で計算され
る。Ａ／Ｄ変換器28、29の出力についても同様に位相角
が計算される。ゲートパルス信号g1のタイミングに対応
した位相角φ1が反射体R1によるものであり、ゲートパ
ルス信号g2のタイミングに対応した位相角φ2反射体R2
によるものであるとする。反射体R1、R2からのエコーと
ゲートパルス信号g1、g2のタイミング関係を第３図
(a)、(b)に示す。位相角φ1はメモリ32へ記憶され、位
相角φ2はメモリ33へ記憶され、演算器34において位相
差△φ △φ＝φ1−φ2 ……(3) げ計算される。
一方、反射体R1とR2の間の距離は△ｘ（ω）と表すこと
ができる。ここで距離△ｘを角周波数ω（＝２π・ｆ）
の関数としたのは反射体R1、R2の超音波の反射率が周波
数により変化するような場合には、これら反射体の実質
的な反射面を超音波変換器からの最短距離の点であると
固定することはできないからである。従って、反射体R1
とR2における実質的な音波の反射面の間の距離△ｘは角
周波数ωの関数で表わされる。この未知の量である距離
△ｘ（ω）を用いることにより位相差△φ（ω）は次式
で表わされる。
ができる。ここで距離△ｘを角周波数ω（＝２π・ｆ）
の関数としたのは反射体R1、R2の超音波の反射率が周波
数により変化するような場合には、これら反射体の実質
的な反射面を超音波変換器からの最短距離の点であると
固定することはできないからである。従って、反射体R1
とR2における実質的な音波の反射面の間の距離△ｘは角
周波数ωの関数で表わされる。この未知の量である距離
△ｘ（ω）を用いることにより位相差△φ（ω）は次式
で表わされる。
ここで、位相速度C0、Ｃを角周波数ωの関数で表わすこ
とにより位相速度が分散特性を有することを明確にする
ためである。この分散特性については後で詳しく説明す
る。
とにより位相速度が分散特性を有することを明確にする
ためである。この分散特性については後で詳しく説明す
る。
パルス駆動部14の状態ａにおける位相差を△φa状態ｂ
における位相差を△φbとし、位相差△φaをメモリ36
へ、位相差△φbをメモリ37へ記憶する。位相差△φaと
位相差△φbの差、位相シフト△△φは演算器38におい
て以下の様に計算される。
における位相差を△φbとし、位相差△φaをメモリ36
へ、位相差△φbをメモリ37へ記憶する。位相差△φaと
位相差△φbの差、位相シフト△△φは演算器38におい
て以下の様に計算される。
△△φ＝△φa−△φb ……(5) パルス駆動部14の状態ａにおける高周波側のパルスの位
相速度をC0＋△Ｃ、状態ｂにおける位相速度をC0−△Ｃ
とすれば位相シフト△△φは次式で表わされる。
相速度をC0＋△Ｃ、状態ｂにおける位相速度をC0−△Ｃ
とすれば位相シフト△△φは次式で表わされる。
ここで△ｔは無限小振幅超音波が反射体R1とR2の間を往
復するのに要する時間である。又△△φの括弧内のパラ
メータＮはこの位相シフトが非線形現象により生じるこ
とを示す。(6)式は(1)式で用いた非線形パラメータＢ／
Ａを用いて次式の様に表せる。
復するのに要する時間である。又△△φの括弧内のパラ
メータＮはこの位相シフトが非線形現象により生じるこ
とを示す。(6)式は(1)式で用いた非線形パラメータＢ／
Ａを用いて次式の様に表せる。
(7)式において用いた遅延時間△ｔ(ω)は以下に示すよ
うに測定可能な量であるから、異なる角周波数ω1とω2
において位相シフト△△φを求めその比を計算すれば位
相速度の比を既知量で表わすことが可能である。
うに測定可能な量であるから、異なる角周波数ω1とω2
において位相シフト△△φを求めその比を計算すれば位
相速度の比を既知量で表わすことが可能である。
遅延時間△ｔ(ω)は以下の様にして求めることができ
る。まず低周波側のパルス駆動器12を停止した状態で高
周波側のパルス駆動器13のみを動作させ受信信号を角周
波数ωで位相検波器18、19で位相検波し、前に述べたと
同様にして、受信信号の反射体Ｒ１による位相角φ1を
メモリ32、反射体R2による位相角φ2をメモリ33へ記憶
し、演算器34において位相差△φ(ω)を求め、メモリ36
へ記憶する。位相差△φ(ω)は次式で表せる。
る。まず低周波側のパルス駆動器12を停止した状態で高
周波側のパルス駆動器13のみを動作させ受信信号を角周
波数ωで位相検波器18、19で位相検波し、前に述べたと
同様にして、受信信号の反射体Ｒ１による位相角φ1を
メモリ32、反射体R2による位相角φ2をメモリ33へ記憶
し、演算器34において位相差△φ(ω)を求め、メモリ36
へ記憶する。位相差△φ(ω)は次式で表せる。
次に、角周波数ω＋△ωで受信信号を位相検波し、位相
差△φ（ω＋△ω）をメモリ37へ記憶する。位相検波の
周波数の変化は位相制御部20の発振周波数を変化するこ
とで実行される。位相検波の周波数を変化させたことに
よる位相差△φの差、位相シフト△△φは演算器38にお
いて以下の様に計算される。
差△φ（ω＋△ω）をメモリ37へ記憶する。位相検波の
周波数の変化は位相制御部20の発振周波数を変化するこ
とで実行される。位相検波の周波数を変化させたことに
よる位相差△φの差、位相シフト△△φは演算器38にお
いて以下の様に計算される。
△△φ＝△φ(ω)−△φ（ω＋△ω） ……(1
1) 角周波数△ωの変化が小さいとすれば位相シフト△△φ
は次式で近似される。
1) 角周波数△ωの変化が小さいとすれば位相シフト△△φ
は次式で近似される。
ここで△△φの括弧内のパラメータ△ωはこの位相シフ
トが位相検波周波数の変化により生じることを示す。上
式より遅延時間△ｔ(ω)は次式で表わせる。
トが位相検波周波数の変化により生じることを示す。上
式より遅延時間△ｔ(ω)は次式で表わせる。
(13)式を用いることにより、位相速度の比を表す(9)式
は次式の様に測定可能な量で表せる。
は次式の様に測定可能な量で表せる。
以上述べた関係から異なる角周波数ω1とω2における位
相速度の比を具体的に求めることが可能である。
相速度の比を具体的に求めることが可能である。
まず、位相検波の角度波数をω1としパルス駆動部の状
態ａで超音波の送、受信、続いて状態ｂで超音波の送、
受信を行い、得られた位相シフト△△φ（Ｎ、ω1）を
メモリ40へ記憶する。次に低周波側のパルス駆動器12の
動作を停止した状態で高周波側の超音波変換器のみによ
る超音波の送、受信を２回行い、第１回目は角周波数ω
1で位相検波を行い、第２回目は角周波数ω1＋△ωで位
相検波を行い、得られた位相シフト△△φ（△ω、
ω1）をメモリ41へ記憶する。次に位相検波の角周波数
をω2とし、同様な送、受信、位相検波を行い、得られ
た位相シフト△△φ（Ｎ、ω2）をメモリ42へ、△△φ
（△ω、ω2）をメモリ43へ記憶する。演算器44におい
てはメモリ40、41、42、43の内容と、角周波数ω1、ω2
の値をもとに(14)式に示した乗除算を行い位相速度の比
を求める。なおこの位相速度の周波数による変化は、す
なわち分散特性は例えばω2／ω1＝２の場合、脂肪組織
では１ｍ／sec、筋肉では３ｍ／sec程度であることが知
られている。ω2／ω1＝２とすると高周波側の駆動周波
数２．５ＭHzに対してはω1＝２π×１．５ＭHz、ω2＝
２π×３ＭHzは適当な選択である。このようにして得ら
れた位相速度の比C0（ω2）／C0（ω1）は表示部46へ表
示される。
態ａで超音波の送、受信、続いて状態ｂで超音波の送、
受信を行い、得られた位相シフト△△φ（Ｎ、ω1）を
メモリ40へ記憶する。次に低周波側のパルス駆動器12の
動作を停止した状態で高周波側の超音波変換器のみによ
る超音波の送、受信を２回行い、第１回目は角周波数ω
1で位相検波を行い、第２回目は角周波数ω1＋△ωで位
相検波を行い、得られた位相シフト△△φ（△ω、
ω1）をメモリ41へ記憶する。次に位相検波の角周波数
をω2とし、同様な送、受信、位相検波を行い、得られ
た位相シフト△△φ（Ｎ、ω2）をメモリ42へ、△△φ
（△ω、ω2）をメモリ43へ記憶する。演算器44におい
てはメモリ40、41、42、43の内容と、角周波数ω1、ω2
の値をもとに(14)式に示した乗除算を行い位相速度の比
を求める。なおこの位相速度の周波数による変化は、す
なわち分散特性は例えばω2／ω1＝２の場合、脂肪組織
では１ｍ／sec、筋肉では３ｍ／sec程度であることが知
られている。ω2／ω1＝２とすると高周波側の駆動周波
数２．５ＭHzに対してはω1＝２π×１．５ＭHz、ω2＝
２π×３ＭHzは適当な選択である。このようにして得ら
れた位相速度の比C0（ω2）／C0（ω1）は表示部46へ表
示される。
以上の説明から明らかなように本実施例によれば、タイ
ミング制御部15、パルス駆動部14により異なる周波数の
駆動パルス間の位相を制御することにより、伝搬の非線
形現象にもとづく反射信号の位相シフト△△φ（Ｎ、
ω）を求め、次に位相制御部20の発振周波数をわずかに
変化させて反射信号の位相シフト△△φ（△ω、ω）を
求め、これらの測定を位相検波の角周波数ω＝ω1とω2
で行い、消去演算部45により位相速度の比を求めること
ができ、従来例のような伝搬経路に影響される測定法で
はないので精度高く生体内の組織の音速に関するデータ
を得ることができる。
ミング制御部15、パルス駆動部14により異なる周波数の
駆動パルス間の位相を制御することにより、伝搬の非線
形現象にもとづく反射信号の位相シフト△△φ（Ｎ、
ω）を求め、次に位相制御部20の発振周波数をわずかに
変化させて反射信号の位相シフト△△φ（△ω、ω）を
求め、これらの測定を位相検波の角周波数ω＝ω1とω2
で行い、消去演算部45により位相速度の比を求めること
ができ、従来例のような伝搬経路に影響される測定法で
はないので精度高く生体内の組織の音速に関するデータ
を得ることができる。
なお、以上の説明では、高周波側のパルス駆動器13の中
心周波数は一定としたが位相検波の周波数を変化させる
のに連動してその中心周波数を変化させても良い。又、
ここで得られた音速に関するデータを通常のＢモード断
層像と同時に表示する種々の方式が考えられ、例えば断
層像上にゲート区間を対応させ、このゲート位置に位相
速度の比の値を擬似カラーで表示する等の方法が考えら
れる。又、位相速度の比をＳ／Ｎ良く得るために、多数
回測定した結果を平均するというような手段を用いても
よい。又、プリアンプ17の後に波形メモリを設け、多く
の波形を記憶した後に位相検波、各種演算を行うことも
可能である。又、位相検波器１つに対して２つの積分器
を設けたが、積分器の数は任意に選ぶことが可能であ
る。
心周波数は一定としたが位相検波の周波数を変化させる
のに連動してその中心周波数を変化させても良い。又、
ここで得られた音速に関するデータを通常のＢモード断
層像と同時に表示する種々の方式が考えられ、例えば断
層像上にゲート区間を対応させ、このゲート位置に位相
速度の比の値を擬似カラーで表示する等の方法が考えら
れる。又、位相速度の比をＳ／Ｎ良く得るために、多数
回測定した結果を平均するというような手段を用いても
よい。又、プリアンプ17の後に波形メモリを設け、多く
の波形を記憶した後に位相検波、各種演算を行うことも
可能である。又、位相検波器１つに対して２つの積分器
を設けたが、積分器の数は任意に選ぶことが可能であ
る。
発明の効果 以上のように本発明は、異なる周波数の位相制御された
駆動パルスの送、受信、及び位相検波の周波数を制御、
変化させることにより得られた複数ゲート区間の受信信
号の位相シフトを検出し、この位相シフトデータを消去
演算することにより異なる周波数における位相速度の比
を得るものであり、生体内において超音波パルスが複雑
に屈折、あるいは反射体の反射率が周波数特性を有する
場合にも正確に音速に関する情報を得ることができ、そ
の効果は大きい。
駆動パルスの送、受信、及び位相検波の周波数を制御、
変化させることにより得られた複数ゲート区間の受信信
号の位相シフトを検出し、この位相シフトデータを消去
演算することにより異なる周波数における位相速度の比
を得るものであり、生体内において超音波パルスが複雑
に屈折、あるいは反射体の反射率が周波数特性を有する
場合にも正確に音速に関する情報を得ることができ、そ
の効果は大きい。
第１図は本発明の一実施例における超音波計測装置の機
能ブロック図、第２図(a)、(b)は本発明の一実施例にお
ける低周波側と高周波側の超音波パルスの位相関係の一
例を示す図第３図(a)、(b)は、本実施例の反射体からの
エコーとゲートパルスのタイミング関係の一例を示す
図、第４図は従来の超音波計測装置の概念図である。 10、11…超音波変換器、14…パルス駆動部、15…タイミ
ング制御部（複数のゲート区間発生手段）30…位相検出
手段、35…位相差演算手段、39…位相シフト演算手段、
45…消去演算手段。
能ブロック図、第２図(a)、(b)は本発明の一実施例にお
ける低周波側と高周波側の超音波パルスの位相関係の一
例を示す図第３図(a)、(b)は、本実施例の反射体からの
エコーとゲートパルスのタイミング関係の一例を示す
図、第４図は従来の超音波計測装置の概念図である。 10、11…超音波変換器、14…パルス駆動部、15…タイミ
ング制御部（複数のゲート区間発生手段）30…位相検出
手段、35…位相差演算手段、39…位相シフト演算手段、
45…消去演算手段。
Claims (1)
- 【請求項１】低周波数側と高周波数側の互いに異なる周
波数の複数の駆動パルスを発生するパルス駆動部と、前
記複数の駆動パルス間の発生タイミングを制御するタイ
ミング制御部と、前記パルス駆動部の駆動パルス発生タ
イミングに同期した複数のゲート区間を発生する手段
と、前記パルス駆動部に接続され低周波数側の超音波パ
ルスを送信する第１の超音波変換器と、前記パルス駆動
部に接続され高周波数側の超音波パルスを送信し、被検
体からの反射信号を受信する第２の超音波変換器と、前
記第２の超音波変換器の受信信号を検査周波数ωで位相
検波して２つの異なるゲート区間g1、g2に対応する位相
φ1、φ2を出力する位相検出手段と、前記位相検出手段
の出力である前記２つの異なるゲート区間g1、g2に対応
する位相φ1とｇ2の差△φを求める位相差演算手段と、
前記位相検出手段における位相検波の際の検査周波数ω
を変化させる位相検波信号発生手段と、前記タイミング
制御部で制御された駆動パルスの発生タイミングが異な
る２つの送波タイミングにおいて前記第２の超音波変換
器の受信信号から前記位相検出手段および前記位相差演
算手段から求めた２つの位相差の差である位相シフト△
△φを求める位相シフト演算手段と、前記パルス駆動部
により超音波パルスを発生させて得られる前記第２の超
音波変換器の受信信号から前記位相検出手段、位相差演
算手段、位相シフト演算手段により位相シフトを求める
動作を前記位相検波信号発生手段により検査周波数を変
化させて複数回行い、前記複数回の動作で得られた複数
の位相シフトから異なる検査周波数における位相速度の
比を求める消去演算手段とを具備することを特徴とする
超音波計測装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61071539A JPH066124B2 (ja) | 1986-03-28 | 1986-03-28 | 超音波計測装置 |
| DE86309693T DE3688702T2 (de) | 1985-12-13 | 1986-12-12 | Ultraschalldiagnosegerät, beruhend auf den Veränderungen einer akustischen Eigenschaft. |
| EP90115644A EP0406915A1 (en) | 1985-12-13 | 1986-12-12 | Ultrasonic diagnostic apparatus based on variations of acoustic characteristic |
| US06/941,221 US4817615A (en) | 1985-12-13 | 1986-12-12 | Ultrasonic temperature measurement apparatus |
| EP86309693A EP0226466B1 (en) | 1985-12-13 | 1986-12-12 | Ultrasonic diagnostic apparatus based on variations of acoustic characteristic |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61071539A JPH066124B2 (ja) | 1986-03-28 | 1986-03-28 | 超音波計測装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62227331A JPS62227331A (ja) | 1987-10-06 |
| JPH066124B2 true JPH066124B2 (ja) | 1994-01-26 |
Family
ID=13463645
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61071539A Expired - Fee Related JPH066124B2 (ja) | 1985-12-13 | 1986-03-28 | 超音波計測装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH066124B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3492095B2 (ja) * | 1996-07-22 | 2004-02-03 | ジーイー横河メディカルシステム株式会社 | 超音波撮像装置 |
| JP5399192B2 (ja) * | 2009-09-30 | 2014-01-29 | 富士フイルム株式会社 | 超音波診断装置、および超音波診断装置の作動方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60253434A (ja) * | 1984-05-30 | 1985-12-14 | 富士通株式会社 | 超音波媒体の非線形パラメ−タ分布測定装置 |
-
1986
- 1986-03-28 JP JP61071539A patent/JPH066124B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62227331A (ja) | 1987-10-06 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |