JPH0696013B2 - 超音波計測装置 - Google Patents
超音波計測装置Info
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- JPH0696013B2 JPH0696013B2 JP60281336A JP28133685A JPH0696013B2 JP H0696013 B2 JPH0696013 B2 JP H0696013B2 JP 60281336 A JP60281336 A JP 60281336A JP 28133685 A JP28133685 A JP 28133685A JP H0696013 B2 JPH0696013 B2 JP H0696013B2
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- Japan
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- ultrasonic
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- pulse
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- Measuring And Recording Apparatus For Diagnosis (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、生体内組織の音響特性変動、とりわけ温熱療
法加温時の温度上昇に伴う音響特性変動を検出する超音
波計測装置に関するものである。
法加温時の温度上昇に伴う音響特性変動を検出する超音
波計測装置に関するものである。
従来の技術 最近、生体内の温度計測は癌の温熱療法の温度モニタと
して必要であるため注目されている。生体内組織の種々
音響特性は温度依存性を有するため極めて重要な測定項
目となっている。その一つのパラメータである音速の温
度依存特性を利用して逆に温度変化を求める方法が超音
波医学会研究発表会講演論文集（45号、21〜22頁、198
4）等に記載されている交差ビーム法として知られてい
る。以下、第２図を参照して交差ビーム法について説明
する。
して必要であるため注目されている。生体内組織の種々
音響特性は温度依存性を有するため極めて重要な測定項
目となっている。その一つのパラメータである音速の温
度依存特性を利用して逆に温度変化を求める方法が超音
波医学会研究発表会講演論文集（45号、21〜22頁、198
4）等に記載されている交差ビーム法として知られてい
る。以下、第２図を参照して交差ビーム法について説明
する。
第２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。
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、被
検体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に沿って被検体４である生体組織により散
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音速を求め
ることが可能である。
検体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に沿って被検体４である生体組織により散
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組織の音速があらゆ
る場所で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し、直線で近
似して音速を求めるということは誤差が多く意味がな
い。これは加温による音速変化が１％程度のわずかな量
であり、精密な音速測定が要求されるという理由によ
る。又、局所的な温度上昇にもとづく音速変化も正確に
求まらないという問題があった。
る場所で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し、直線で近
似して音速を求めるということは誤差が多く意味がな
い。これは加温による音速変化が１％程度のわずかな量
であり、精密な音速測定が要求されるという理由によ
る。又、局所的な温度上昇にもとづく音速変化も正確に
求まらないという問題があった。
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
も任意の部位における温度上昇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
も任意の部位における温度上昇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、超音波エコー信号を複数のゲート区間におい
て位相検波し、複数ゲート間のエコーのお互いの位相差
を検出し、超音波駆動周波数を変化させたときの位相変
化から、加温前後の被検体の速度分散の相対変化を求め
ることにより上記目的を達成するものである。
て位相検波し、複数ゲート間のエコーのお互いの位相差
を検出し、超音波駆動周波数を変化させたときの位相変
化から、加温前後の被検体の速度分散の相対変化を求め
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被検体の速度分散の相対変化を
求めるようにしたもので、被検体の速度分散の温度依存
データをもとに、速度分散の相対変化データから被検体
内の局所的温度上昇を見積ることが可能である。
求めるようにしたもので、被検体の速度分散の温度依存
データをもとに、速度分散の相対変化データから被検体
内の局所的温度上昇を見積ることが可能である。
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は超音波変換器、11は超音波変換器
10を励振するパルス駆動器、12はパルス駆動器11にクロ
ック信号CK1を供給する可変周波数の発振器、13は超音
波変換器10からの受信信号を増幅するプリアンプ、14,1
5はプリアンプ13の出力に接続された位相検波器、16は
可変周波数の発振器12のクロック信号CK2に同期した直
交位相検波信号COS,SINを位相検波器14,15に供給する位
相検波信号発生器、17,18は位相検波器14,15の出力を積
分する積分器、19は積分器17,18にゲートパルス信号ｇ
を、及びパルス駆動器11に送信タイミング信号TX等を供
給するタイミング発生器、20,21は積分器17,18の出力を
デジタル信号に変換するA/D変換器、22はA/D変換器20,2
1の出力の位相角を計算する演算器、23,24は隣接するゲ
ートパルス区間の位相角データを記憶するメモリ、25は
メモリ23,24のデータ内容を減じて位相差データを演算
する演算器、26,27は可変周波数の発振器12の発振周波
数を変化させる前後の位相差データを記憶するメモリ、
28はメモリ26,27のデータ内容から分散データを計算す
る演算器、29,30は可変周波数の発振器12の異なる発振
周波数で得られた分散データを記憶するメモリ、31はメ
モリ29,30のデータ内容から速度比データを計算する演
算器、32,33は被検体の変動、例えば温度上昇の前後に
おける速度比データを記憶するメモリ、34はメモリ32,3
3のデータ内容から速度比データの相対変化を求める演
算器であり、演算器22,25,28,31,34により演算部35を構
成する。36は演算器34の出力等を表示する表示部、37は
可変周波数の発振器12、タイミング発生器19、演算部35
等を制御する制御部である。38は被検体であり、被検体
38内には反射体R1，R2を含む。
10を励振するパルス駆動器、12はパルス駆動器11にクロ
ック信号CK1を供給する可変周波数の発振器、13は超音
波変換器10からの受信信号を増幅するプリアンプ、14,1
5はプリアンプ13の出力に接続された位相検波器、16は
可変周波数の発振器12のクロック信号CK2に同期した直
交位相検波信号COS,SINを位相検波器14,15に供給する位
相検波信号発生器、17,18は位相検波器14,15の出力を積
分する積分器、19は積分器17,18にゲートパルス信号ｇ
を、及びパルス駆動器11に送信タイミング信号TX等を供
給するタイミング発生器、20,21は積分器17,18の出力を
デジタル信号に変換するA/D変換器、22はA/D変換器20,2
1の出力の位相角を計算する演算器、23,24は隣接するゲ
ートパルス区間の位相角データを記憶するメモリ、25は
メモリ23,24のデータ内容を減じて位相差データを演算
する演算器、26,27は可変周波数の発振器12の発振周波
数を変化させる前後の位相差データを記憶するメモリ、
28はメモリ26,27のデータ内容から分散データを計算す
る演算器、29,30は可変周波数の発振器12の異なる発振
周波数で得られた分散データを記憶するメモリ、31はメ
モリ29,30のデータ内容から速度比データを計算する演
算器、32,33は被検体の変動、例えば温度上昇の前後に
おける速度比データを記憶するメモリ、34はメモリ32,3
3のデータ内容から速度比データの相対変化を求める演
算器であり、演算器22,25,28,31,34により演算部35を構
成する。36は演算器34の出力等を表示する表示部、37は
可変周波数の発振器12、タイミング発生器19、演算部35
等を制御する制御部である。38は被検体であり、被検体
38内には反射体R1，R2を含む。
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、パルス駆動器11の角周波数ωのパルスで励振され
た超音波変換器10は被検体38内へ超音波パルスを照射す
る。超音波パルスは反射体R1，R2で次々に反射され、超
音波変換器10において受信信号に変換される。反射体
R1，R2による受信信号をそれぞれe1,e2と表わす。受信
信号e1とe2のパルス間隔の変化を位相検波技術を用いて
求める。受信信号e1とe2の交流分S1とS2を次式で表わ
す。
た超音波変換器10は被検体38内へ超音波パルスを照射す
る。超音波パルスは反射体R1，R2で次々に反射され、超
音波変換器10において受信信号に変換される。反射体
R1，R2による受信信号をそれぞれe1,e2と表わす。受信
信号e1とe2のパルス間隔の変化を位相検波技術を用いて
求める。受信信号e1とe2の交流分S1とS2を次式で表わ
す。
S1＝COS（ωｔ＋ψ） S2＝COS（ω（ｔ−Δｔ）＋ψ） （１） ψは定数、Δｔは音波が反射体R1とR2の間の距離Δｘを
往復するのに要する時間であるから次式で表わせる。
往復するのに要する時間であるから次式で表わせる。
Δｔ＝２Δx/C（ω） （２） ここでＣ（ω）は被検体38の反射体R1とR2の間の音速で
あり、その分散性を明示するため角周波数ωの関数で表
わされる。交流分S1とS2はそれぞれ位相検波器14,15に
おいて角周波数ωで直交位相検波される。反射体R1に対
応する交流分S1の位相検波出力PC1，PS1は次式で表わさ
れる。
あり、その分散性を明示するため角周波数ωの関数で表
わされる。交流分S1とS2はそれぞれ位相検波器14,15に
おいて角周波数ωで直交位相検波される。反射体R1に対
応する交流分S1の位相検波出力PC1，PS1は次式で表わさ
れる。
PC1＝COS（ωｔ＋ψ）×COSωｔ PS1＝COS（ωｔ＋ψ）×sinωｔ （３） 位相検波出力PC1，PS1は積分器17,18でそれぞれ積分さ
れる。積分区間はタイミング発生器19が発生する第１の
ゲート区間において行われる。積分器17,18の出力IC1，
IS1は（３）式の位相検波出力PC1とPS1の高周波成分を
除いた値が対応するから次式で表わせる。
れる。積分区間はタイミング発生器19が発生する第１の
ゲート区間において行われる。積分器17,18の出力IC1，
IS1は（３）式の位相検波出力PC1とPS1の高周波成分を
除いた値が対応するから次式で表わせる。
IC1＝COSψ IS1＝sinψ （４） 積分器17,18の出力、IC1，IS1はA/D変換器20,21におい
てデジタル値へ変換され、演算器22において位相φ１が
以下のように計算される。
てデジタル値へ変換され、演算器22において位相φ１が
以下のように計算される。
φ１＝tan-1(IS1/IC1)＝ψ （５） 同様にして反射体R2による受信信号e2の交流分S2は位相
検波器14,15で位相検波された後、タイミング発生器19
が発生する第２のゲート区間で積分され、その積分器出
力IC2，IS2及び位相φ２は次式で表わされる。
検波器14,15で位相検波された後、タイミング発生器19
が発生する第２のゲート区間で積分され、その積分器出
力IC2，IS2及び位相φ２は次式で表わされる。
IC2＝COS（−ω・Δｔ＋ψ） IS2＝sin（−ω・Δｔ＋ψ） （６） φ２＝tan-1(IS2/IC2)＝−ω・Δｔ＋ψ （７） 位相φ１、位相φ２はそれぞれメモリ23,24へ記憶され
る。位相φ１と位相φ２の差、すなわち位相差Δφは演
算器25による減算で次式のように求まる。
る。位相φ１と位相φ２の差、すなわち位相差Δφは演
算器25による減算で次式のように求まる。
以上説明した位相差Δφを求める過程を隣接する角周波
数ω１とω２においてそれぞれ行う。角周波数の変化は
制御部37が可変周波数発生器12の発振周波数を指定する
ことにより行なわれる。角周波数ω２はω１＋Δωと表
わせる。角周波数ωにおける位相差をΔφ1,Δφ２にお
ける位相差をΔφ２とする。位相差Δφ1,φ２はそれぞ
れメモリ26,27に記憶される。位相差Δφ１とφ２の差
である分散データΔΔφは演算器28における減算による
次式のように求まる。
数ω１とω２においてそれぞれ行う。角周波数の変化は
制御部37が可変周波数発生器12の発振周波数を指定する
ことにより行なわれる。角周波数ω２はω１＋Δωと表
わせる。角周波数ωにおける位相差をΔφ1,Δφ２にお
ける位相差をΔφ２とする。位相差Δφ1,φ２はそれぞ
れメモリ26,27に記憶される。位相差Δφ１とφ２の差
である分散データΔΔφは演算器28における減算による
次式のように求まる。
（９）式においてΔωが小さく角周波数ωの変化による
音速Ｃ（ω）の変化が無視できるとすれば、次式とな
る。
音速Ｃ（ω）の変化が無視できるとすれば、次式とな
る。
角周波数ω１における分散データをΔΔφ１、角周波数
ωｎ＝ω１＋（ｎ−１）Δωにおける分散データをΔΔ
φｎと表わす。分散データΔΔφ1,分散データΔΔφｎ
はメモリ29,30に記憶される。ΔΔφ１とΔΔφｎの速
度比データＲφは演算器31による除算で次式のように求
まる。
ωｎ＝ω１＋（ｎ−１）Δωにおける分散データをΔΔ
φｎと表わす。分散データΔΔφ1,分散データΔΔφｎ
はメモリ29,30に記憶される。ΔΔφ１とΔΔφｎの速
度比データＲφは演算器31による除算で次式のように求
まる。
（11）式で表わされるように速度比データＲφは速度Ｃ
（ω）の相対変化になっており、反射体R1とR2の間の距
離Δｘには依存しない。従って加温の前後において距離
Δｘが変化しても意味を持つ値である。また、音速Ｃの
温度依存性は周波数ωによって変化するため、前記（1
1）式の値は温度により異なる。すなわち、Ｒφは温度
の関数として、Ｒφ（Ｔ）と表わすことができる。
（ω）の相対変化になっており、反射体R1とR2の間の距
離Δｘには依存しない。従って加温の前後において距離
Δｘが変化しても意味を持つ値である。また、音速Ｃの
温度依存性は周波数ωによって変化するため、前記（1
1）式の値は温度により異なる。すなわち、Ｒφは温度
の関数として、Ｒφ（Ｔ）と表わすことができる。
加温前の温度T1における速度比データＲφ（T1）と、加
温後の温度T2＝T1＋ΔＴにおける速度比データＲφ（T
2）をメモリ32,33に記憶させることにより速度比データ
Ｒφ（T1）とＲφ（T2）の相対変化ΔＲを演算器34で演
算することができる。例えば、加温前の速度比データＲ
φ（T1）により、加温後の速度比データＲφ（T2）の変
化分を正規化したものを相対変化ΔＲとしても良い。相
対変化ΔＲは表示部36に数値として表示され、この数値
と、予め求めておいた対象部位の温度依存データとの比
較により、温度上昇が求められる。
温後の温度T2＝T1＋ΔＴにおける速度比データＲφ（T
2）をメモリ32,33に記憶させることにより速度比データ
Ｒφ（T1）とＲφ（T2）の相対変化ΔＲを演算器34で演
算することができる。例えば、加温前の速度比データＲ
φ（T1）により、加温後の速度比データＲφ（T2）の変
化分を正規化したものを相対変化ΔＲとしても良い。相
対変化ΔＲは表示部36に数値として表示され、この数値
と、予め求めておいた対象部位の温度依存データとの比
較により、温度上昇が求められる。
音速Ｃ（ω）の分散の代表例としては、周波数１〜2MHz
の間で、肝臓では、1.5m/sec、筋肉では3m/sec程度であ
り、その温度依存は更に小さい。従って（11）式の速度
比データＲφの計算には十分な精度が要求される。デジ
タル演算における誤差を軽減するため速度比データＲφ
を多数回計測し、その結果をメモリ32,33へすべて記憶
させ、演算器34で平均化処理しても良い。又、超音波変
換器10をわずかに走査させ、被検体内の複数ケ所におけ
る速度比データＲφの平均値を用いても良い。又、音速
測定にあたっては超音波変換器10の超音波ビームパター
ンも影響することが考えられる。その影響を避けるた
め、超音波変換器10をその超音波ビーム方向にわずかに
ずらしつつ速度比Ｒφの平均値を求めてもよい。あるい
は超音波変換器をアレイ状にし、複数のRFパルス駆動器
による電子フォーカスとし、そのフォーカス位置をずら
しつつ速度比Ｒφの平均値を求めてもよい。
の間で、肝臓では、1.5m/sec、筋肉では3m/sec程度であ
り、その温度依存は更に小さい。従って（11）式の速度
比データＲφの計算には十分な精度が要求される。デジ
タル演算における誤差を軽減するため速度比データＲφ
を多数回計測し、その結果をメモリ32,33へすべて記憶
させ、演算器34で平均化処理しても良い。又、超音波変
換器10をわずかに走査させ、被検体内の複数ケ所におけ
る速度比データＲφの平均値を用いても良い。又、音速
測定にあたっては超音波変換器10の超音波ビームパター
ンも影響することが考えられる。その影響を避けるた
め、超音波変換器10をその超音波ビーム方向にわずかに
ずらしつつ速度比Ｒφの平均値を求めてもよい。あるい
は超音波変換器をアレイ状にし、複数のRFパルス駆動器
による電子フォーカスとし、そのフォーカス位置をずら
しつつ速度比Ｒφの平均値を求めてもよい。
以上の説明では、被検体38内には２個の独立した反射体
しかないとした。実際の生体では積分のゲート区間に対
応する時間幅には多数の散乱体からの反射エコーが重な
り合っていると考えられるが、その場合にも以上の説明
は十分成立つ。
しかないとした。実際の生体では積分のゲート区間に対
応する時間幅には多数の散乱体からの反射エコーが重な
り合っていると考えられるが、その場合にも以上の説明
は十分成立つ。
なお、生体内における音度計測位置を明確にするため積
分のゲート区間を超音波断層像等の上に重ねて表示して
も良い。あるいは、そのゲート区間を表示する際に、相
対変化ΔＲにグレイスケール、又はカラーコードを対応
させてその位置に重ねて表示しても良い。
分のゲート区間を超音波断層像等の上に重ねて表示して
も良い。あるいは、そのゲート区間を表示する際に、相
対変化ΔＲにグレイスケール、又はカラーコードを対応
させてその位置に重ねて表示しても良い。
発明の効果 以上のように本発明は、周波数を変えて複数のゲート区
間内の受信信号の位相変化を求めることにより生体の音
速の分散に関するデータを出力するようにし、このデー
タをもとに被検体内の温度上昇を推測できるようにした
ものであり、被検体内での音波ビームの屈折や、加熱前
後における被検体の変形に影響されることは無く実用的
なものであり、その効果は大きい。
間内の受信信号の位相変化を求めることにより生体の音
速の分散に関するデータを出力するようにし、このデー
タをもとに被検体内の温度上昇を推測できるようにした
ものであり、被検体内での音波ビームの屈折や、加熱前
後における被検体の変形に影響されることは無く実用的
なものであり、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図は従来の超音波計測装置の概念図
である。 10…超音波変換器、11…RFパルス駆動器、12…可変周波
数発振器、13…プリアンプ、14,15…位相検波器、16…
直交位相検波信号発振器、17,18…積分器、19…タイミ
ング発生器、20,21…A/D変換器、35…演算器。
能ブロック図、第２図は従来の超音波計測装置の概念図
である。 10…超音波変換器、11…RFパルス駆動器、12…可変周波
数発振器、13…プリアンプ、14,15…位相検波器、16…
直交位相検波信号発振器、17,18…積分器、19…タイミ
ング発生器、20,21…A/D変換器、35…演算器。
Claims (1)
- 【請求項１】周波数可変の発振器と、前記発振器からの
信号に基づきパルスを発生するパルス駆動器と、前記パ
ルス駆動器により励振される超音波変換器と、前記超音
波変換器からの受信信号を前記周波数に同期して位相検
波する位相検波器と、前記励振に同期して被検深さ方向
に複数のゲート区間を発生するタイミング発生器と、前
記位相検波器の出力に基づき、複数ゲート区間における
お互いの位相差を複数の周波数について求め、各周波数
間の位相差の変化分である分散及び各分散間の相対変化
を演算する演算部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 |
|---|---|---|---|
| JP60281336A JPH0696013B2 (ja) | 1985-12-13 | 1985-12-13 | 超音波計測装置 |
| EP86309693A EP0226466B1 (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 |
| 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 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60281336A JPH0696013B2 (ja) | 1985-12-13 | 1985-12-13 | 超音波計測装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62139636A JPS62139636A (ja) | 1987-06-23 |
| JPH0696013B2 true JPH0696013B2 (ja) | 1994-11-30 |
Family
ID=17637685
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60281336A Expired - Fee Related JPH0696013B2 (ja) | 1985-12-13 | 1985-12-13 | 超音波計測装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0696013B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02264647A (ja) * | 1988-11-24 | 1990-10-29 | Agency Of Ind Science & Technol | 音響特性測定並びに測温方法およびその装置 |
| 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 |
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1985
- 1985-12-13 JP JP60281336A patent/JPH0696013B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JPS62139636A (ja) | 1987-06-23 |
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