JPH074368B2 - Non-linear parameter measuring device - Google Patents

Non-linear parameter measuring device

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JPH074368B2
JPH074368B2 JP22471785A JP22471785A JPH074368B2 JP H074368 B2 JPH074368 B2 JP H074368B2 JP 22471785 A JP22471785 A JP 22471785A JP 22471785 A JP22471785 A JP 22471785A JP H074368 B2 JPH074368 B2 JP H074368B2
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JP
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wave
probe
frequency
propagating
pump
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久司 西山
チヤールズ・アラン・ケイン
景義 片倉
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は超音波による医用診断に用いる、媒質の非線形
パラメータB/Aの空間分布を映像する装置に関する。
Description: FIELD OF THE INVENTION The present invention relates to an apparatus for imaging the spatial distribution of a nonlinear parameter B / A of a medium, which is used for medical diagnosis by ultrasonic waves.

〔発明の背景〕[Background of the Invention]

音波と媒質の非線形な相互作用の大きさを表わす特性量
である非線形パラメータB/Aを用い、その空間分を像と
して得ることが医用診断の分野で有効であることが日本
音響学会誌第39巻8号(1983),第521〜530頁に指摘さ
れている。このような映像を得るため従来提案された装
置は上述の文献のように透過法による映像法である。そ
のため人体の診断へ適用することを考えた場合、乳房以
外では撮像すべき臓器を体外へ摘出することなしに生体
中で測定すること(in vivo計測)は困難であると考え
られる。
It is effective in the field of medical diagnosis to acquire the spatial component as an image by using the nonlinear parameter B / A, which is a characteristic quantity that expresses the magnitude of the nonlinear interaction between a sound wave and a medium. Volume 8 (1983), pages 521-530. The apparatus conventionally proposed for obtaining such an image is an image method by a transmission method as in the above-mentioned document. Therefore, when it is considered to be applied to the diagnosis of the human body, it is considered difficult to measure in vivo (ex vivo measurement) without removing the organ to be imaged except the breast outside the body.

一方、反射法による計測を非線形パラメータ映像装置に
適用した場合、目的とする臓器内を通過して反射して来
る反射波に体内各部からの多重の反射波が混在して計測
され、この多重反射による位相誤差により正確な計測が
妨げられる。
On the other hand, when the measurement by the reflection method is applied to a non-linear parameter imaging device, multiple reflected waves from various parts of the body are mixed with the reflected waves that have passed through the target organ and are reflected. Accurate measurement is hindered by the phase error due to.

〔発明の目的〕[Object of the Invention]

そこで本発明の目的は、非線形パラメータB/A空間分布
を得るのに際して、悪影響を及ぼす多重反射による位相
誤差を除去した反射法による非線形パラメータ測定装置
を提供するにある。
Therefore, an object of the present invention is to provide a non-linear parameter measuring device by a reflection method, in which a phase error due to multiple reflections that adversely affects the non-linear parameter B / A spatial distribution is removed.

〔発明の概要〕[Outline of Invention]

反射映像法において、一定の周波数の正弦波プローブ波
を用いることがB/Aの空間分布に相関のある、特定の時
間区間における受波信号の正確な位相シフトを得ること
困難にさせることがある。プローブ波にチヤープ波を用
いれば、反射したチヤープ波は、それと対向するポンプ
波と空間の各点において異なる単一の周波数の波と相互
に作用する。そのことにより、多重反射の悪影響のない
正確な非線形パラメータB/Aの空間分布の影像が得られ
る。
In the reflection imaging method, using a sinusoidal probe wave with a constant frequency may make it difficult to obtain an accurate phase shift of the received signal in a specific time interval that correlates with the spatial distribution of B / A. . When a chap wave is used as the probe wave, the reflected chap wave interacts with a pump wave opposite thereto and a wave of a single frequency different at each point in space. As a result, an accurate image of the spatial distribution of the nonlinear parameter B / A can be obtained without the adverse effect of multiple reflection.

第1図にチヤープ波を用いた反射映像法の原理を示し
た。第1図bの20に示す高周波(1MHz以上)のチヤープ
波プローブ波の後縁に22に示す強度の、短いポンプパル
ス波を連ねた音響波が送受波探触子から送波される。壁
(x=l)でチヤープ波プローブ波は反射する。このと
き、x=0からx=lに至る伝播径路の全ての線上を映
像化するには、プローブ波20の時間長はτd=2l/coだ
け必要になる。そこで、プローブ波20の時間長は送受波
探触子と反射壁間の信号伝送時間の2倍以上のものが使
用される。第1図bは、信号の送波開始後、時間t=
τdの状況を示している。それによれば、ポンプ波P
(t,x)は反射壁面で反射したプローブ波S(t,x)とx
=0からx=lまでの全映像線上の各点において異なる
単一の周波数の波形と相互作用することが明らかであ
る。B/Aが第1図aに示したように、空間上で変化する
ならば、プローブ波S(t,x)は全時間長τd=2l/coに
おいて位相変動を被むる。第1図cには時間t3τd/
2=3l/2での状況を示している。結局チヤープ波プロー
ブ波20の送波開始(t=0)からプローブ波の後縁が受
波されるまでに4l/co=2τdの時間が経過する。
FIG. 1 shows the principle of the reflection imaging method using the chap wave. An acoustic wave in which a short pump pulse wave having an intensity of 22 is connected to the trailing edge of the high frequency (1 MHz or more) chirp wave probe wave shown by 20 in FIG. 1b is transmitted from the transmitting / receiving probe. The chirp probe wave is reflected by the wall (x = 1). At this time, in order to image all the lines of the propagation path from x = 0 to x = 1, the time length of the probe wave 20 is required to be τd = 2l / co. Therefore, the time length of the probe wave 20 is at least twice as long as the signal transmission time between the transmitting / receiving probe and the reflecting wall. FIG. 1b shows that the time t =
The situation of τd is shown. According to it, the pump wave P
(T, x) is the probe wave S (t, x) and x reflected by the reflecting wall
It is clear that each point on all image lines from = 0 to x = 1 interacts with a different single frequency waveform. If B / A changes in space as shown in FIG. 1a, the probe wave S (t, x) undergoes phase fluctuations over the entire time length τd = 2l / co. In FIG. 1c, the time t3τd /
It shows the situation at 2 = 3l / 2. Eventually, 4 l / co = 2τd elapses from the start of the transmission of the probe wave 20 (t = 0) to the reception of the trailing edge of the probe wave.

第2図の原理図は信号処理に関するものである。実際に
得られる反射信号は、bに示す必要な反射波とaに示す
不要反射波とからなることを描いている。しかしなが
ら、受波した信号がT1,T2,…Tnの時間区間に分けられる
と、それぞれの時間区間に存在する反射波のスペクトル
は先験的に知られる。そのため必要な反射波から遠くに
存在する反射壁からの不要反射波は、必要な反射波のス
ペクトルの帯域外となる。したがつて、適当なフイルタ
を用いれば、各時間区間に存在する不要反射スペクトル
を容易に除去できる。
The principle diagram of FIG. 2 relates to signal processing. It is drawn that the actually-reflected reflected signal is composed of the necessary reflected wave shown in b and the unnecessary reflected wave shown in a. However, when the received signal is divided into time intervals T 1 , T 2 , ... Tn, the spectrum of the reflected wave existing in each time interval is known a priori. Therefore, the unnecessary reflection wave from the reflection wall existing far from the necessary reflection wave is outside the band of the spectrum of the necessary reflection wave. Therefore, by using an appropriate filter, the unnecessary reflection spectrum existing in each time section can be easily removed.

B/Aが第3図aに示したように空間上で変化すると、上
記に説明した原理的な信号処理により、第3図bに示し
た位相分布スペクトルが得られる。したがつてポンプ波
とチヤープ波プローブ波との非線形な相互作用により生
じる位相変動分布は、空間の各点のB/Aとプローブ波周
波数に比例する。受波した反射プローブ波をフーリエ変
換すれば、B/Aの空間分布の情報を含んだ位相分布スペ
クトルが得られる。絶対量を表わす位相差分布スペクト
ルは、ポンプ波ありの反射チヤープ波プローブ波とポン
プなしの反射チヤープ波プローブ波との差のスペクトル
を用いて得られる。
When B / A changes in space as shown in FIG. 3a, the phase distribution spectrum shown in FIG. 3b is obtained by the above-described principle signal processing. Therefore, the phase fluctuation distribution caused by the nonlinear interaction between the pump wave and the chirp wave probe wave is proportional to the B / A at each point in space and the probe wave frequency. By Fourier transforming the received reflected probe wave, a phase distribution spectrum including information on the spatial distribution of B / A can be obtained. The phase difference distribution spectrum representing the absolute amount is obtained using the spectrum of the difference between the reflected chap wave probe wave with the pump wave and the reflected chap wave probe wave without the pump wave.

チヤープ波プローブ波としては、周波数が時間とともに
次第に増加するのを用いても可能である。第3図cに
は、そのとき得られる位相変動分布スペクトルを示して
いる。
It is also possible to use a probe wave having a sharp wave whose frequency gradually increases with time. FIG. 3c shows the phase fluctuation distribution spectrum obtained at that time.

〔発明の実施例〕Example of Invention

以下、本発明の一実施例を第4図により説明する。掃引
発振器2からチヤープ信号が周期τdで繰り返し発せら
れると、ゲート回路3は時間長τdのゲートをチヤープ
信号に施し増幅器4と増幅後プローブ送受探触子を駆動
する。時間長τdのチヤープ波プローブ波の後縁に高強
度の短いポンプ波を連ねるようポンプ波探触子6とポン
プパルス発生器5を用いる。チヤープ波としては5MHzか
ら3MHzに変化する高周波数のものを使用する。1はこの
ようなチヤープ波の発生の基準周波数信号を発する主発
振器である。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. When the sweep signal is repeatedly emitted from the sweep oscillator 2 with the period τd, the gate circuit 3 applies a gate having the time length τd to the chap signal to drive the amplifier 4 and the probe transmitting / receiving probe after amplification. A pump wave probe 6 and a pump pulse generator 5 are used so that a short pump wave of high intensity is connected to the trailing edge of the probe wave of the time length τd. A high frequency wave that changes from 5 MHz to 3 MHz is used as the chirp wave. Reference numeral 1 is a master oscillator which emits a reference frequency signal for generating such a chirp wave.

プローブ波送受探触子6により受波した反射プローブ波
は受波回路10により検出され、AD変換器11によりデイジ
タル信号に変換される。このとき用いる標本化周波数は
ナイキストの標本化定理を満たすものを用いる。タイミ
ング制御器8は超音波の送受のタイミングを制御するも
のであり、ゲートを施すタイミング,ポンプパルス発生
のタイミング,受波に関するタイミングの制御を行う。
The reflected probe wave received by the probe wave transmitting / receiving probe 6 is detected by the wave receiving circuit 10 and converted into a digital signal by the AD converter 11. The sampling frequency used at this time is one that satisfies the Nyquist sampling theorem. The timing controller 8 controls the timing of transmitting / receiving ultrasonic waves, and controls the timing of gate application, the timing of pump pulse generation, and the timing of wave reception.

バンドパスフイルタ12は入力される信号の遅延時間に応
じて、共振周波数の変更できる構成を取つている。共振
周波数の変更は係数ROM9からデイジタルバンドパスフイ
ルタの係数を遅延時間に応じて転送することにより行
う。タイミング制御器8の転送のタイミングも制御す
る。このようにしてバンドパスフイルタ12により、不要
信号が除去される。高速フーリエ変換器13は、瀘波され
た反射信号をフーリエ変換し、周波数に比例した位相分
布を出力する。位相分布中の雑音を平滑化するため、加
算平均回路14を用いて加算平均を実行する。座標変換回
路15は加算平均した位相分布を周波数軸ωについて逆に
並べるものである。
The bandpass filter 12 has a configuration in which the resonance frequency can be changed according to the delay time of the input signal. The resonance frequency is changed by transferring the coefficient of the digital band pass filter from the coefficient ROM 9 according to the delay time. It also controls the transfer timing of the timing controller 8. In this way, the bandpass filter 12 removes unnecessary signals. The fast Fourier transformer 13 Fourier transforms the filtered reflected signal and outputs a phase distribution proportional to the frequency. In order to smooth the noise in the phase distribution, the averaging circuit 14 is used to perform averaging. The coordinate conversion circuit 15 arranges the averaged phase distribution in reverse with respect to the frequency axis ω.

ポンプ波の波形は既知であるので、デコンボリユーシヨ
ン回路16においてデコンボリユーシヨン演算が実行さ
れ、非線形パラメータ分布B/Aが得られる。
Since the waveform of the pump wave is already known, the deconvolution calculation circuit 16 executes the deconvolution calculation to obtain the nonlinear parameter distribution B / A.

チヤープ波プローブ波として、周波数が時間とともに次
第に増加するものを用いた場合、座標変換回路15は必要
ない。
When a probe wave whose frequency is gradually increased as the probe wave is used, the coordinate conversion circuit 15 is not necessary.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明によれば、非線形パラメータB/A空間分布を得る
のに際し、悪影響のある多重反射による位相誤差を改善
できるので正確なB/Aの映像が得られる効果がある。
According to the present invention, when obtaining the non-linear parameter B / A spatial distribution, it is possible to improve the phase error due to the multiple reflection, which has an adverse effect, so that an accurate B / A image can be obtained.

以上はチヤープ波形について説明しているが、広帯域信
号であれば相関受信を行うことにより同様の効果が得ら
れることは当然である。
Although the above description has been made on the chirp waveform, it is natural that a similar effect can be obtained by performing correlated reception for a wideband signal.

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

第1図はB/Aの反射映像法の原理図で、aはB/Aの空間変
化、bは時間tτdの状況、cは時間t3/2τdで
の状況を示す。ただしτdはプローブ波の全時間長。第
2図は信号処理の原理図である。第3図aはB/Aの空間
変化、第3図b,cは信号処理により得られる,位相分布
スペクトルを示す。第4図は本発明による一実施例を示
す。 1……主発振器、2……掃引発振器、3……ゲート回
路、4……増幅器、5……ポンプパルス発生器、6……
ポンプ波探触子、7……プローブ波送受波探触子、8…
…タイミング制御器、9……係数ROM、10……受波回
路、11……AD変換器、12……デイジタルバンドパスタイ
ルタ、13……高速フーリエ変換器、14……加算回路、15
……座標変換回路、16……デコンボリユーシヨン回路。
FIG. 1 is a principle diagram of the B / A reflection imaging method, where a is a spatial change of B / A, b is a situation at time tτd, and c is a situation at time t3 / 2τd. However, τd is the total time length of the probe wave. FIG. 2 is a principle diagram of signal processing. FIG. 3a shows the spatial variation of B / A, and FIGS. 3b and 3c show the phase distribution spectrum obtained by signal processing. FIG. 4 shows an embodiment according to the present invention. 1 ... Main oscillator, 2 ... Sweep oscillator, 3 ... Gate circuit, 4 ... Amplifier, 5 ... Pump pulse generator, 6 ...
Pump wave probe, 7 ... Probe wave transmission / reception probe, 8 ...
... Timing controller, 9 ... Coefficient ROM, 10 ... Reception circuit, 11 ... AD converter, 12 ... Digital band path converter, 13 ... Fast Fourier transformer, 14 ... Adding circuit, 15
...... Coordinate conversion circuit, 16 …… Deconvolution solution circuit.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】高周波のチヤープ波プローブ波の後縁に比
較的大パワのパルス波ポンプを連ねた普響波を送波しか
つ反射して伝播するプローブ波と逆向きに伝播するパル
ス波ポンプ波を受波する振動子又は振動子アレイと、受
波したプローブ波を時間区間に応じて共振周波数の異な
るバンドパスフイルタを施し不要反射信号を除去する手
段と、前記バンドパスフイルタの出力をフーリエ変換し
周波数に比例した位相分布を得る手段と、前記位相分布
を加算平均し平均位相分布を得る手段と、前記平均位相
分布を周波数上で逆に並べる手段と、前記並べかえた平
均位相分布からポンプ波をもとにデコンボリユーシヨン
する手段とにより非線形パラメータの映像線上の空間分
布を得る手段を持つことを特徴とする非線形パラメータ
測定装置。
1. A pulse wave pump propagating in the opposite direction to a probe wave propagating by reflecting and propagating a reverberation wave in which a pulse wave pump having a relatively large power is connected to a trailing edge of a high frequency chirp wave probe wave. A transducer or an array of transducers that receives the waves, a means for removing unnecessary reflection signals by applying a bandpass filter having a different resonance frequency to the received probe wave according to the time interval, and a Fourier transform of the output of the bandpass filter. Means for obtaining a phase distribution proportional to frequency, means for adding and averaging the phase distributions to obtain an average phase distribution, means for arranging the average phase distributions in reverse on frequency, and pumping from the rearranged average phase distributions. A non-linear parameter measuring apparatus having means for obtaining a spatial distribution of non-linear parameters on a video line by means of deconvolution based on waves.
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