JPS59209335A - Ultrasonic diagnostic apparatus - Google Patents

Ultrasonic diagnostic apparatus

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JPS59209335A
JPS59209335A JP8374383A JP8374383A JPS59209335A JP S59209335 A JPS59209335 A JP S59209335A JP 8374383 A JP8374383 A JP 8374383A JP 8374383 A JP8374383 A JP 8374383A JP S59209335 A JPS59209335 A JP S59209335A
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JP
Japan
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component
specular
filter
random
tissue
Prior art date
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JP8374383A
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毅 椎名
三輪 博秀
治 林
孚城 志村
敬一 村上
章 司波
寛 五十嵐
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、超音波診断装置に係り生体からのパルスエコ
ー信号を組織の輪郭を表わすスペキュラ成分と、組織内
部の特徴パラメータの抽出に有効なランダム成分とに分
離することにより、超音波断層像における形状情報およ
び特徴パラメータによる定量情報を同時に画像表示し得
る装置に関するO 従来の超音波による組織定量化は、弱不均−媒体でのエ
コー信号(ランダム)成分のスペクトル周波数依存性に
より行なったり、この信号の振幅または時間間隔の頻度
分布測定などにより行なわれでいる。しかし、この信号
にMi賊の不連続による大きな反射エコー信号(スペキ
ュラ)成分が重なると、上記の定量化に対し誤差が生ず
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an ultrasonic diagnostic apparatus that separates a pulse echo signal from a living body into a specular component representing the outline of a tissue and a random component effective for extracting characteristic parameters inside the tissue. O relates to an apparatus that can simultaneously display shape information and quantitative information based on characteristic parameters in an ultrasound tomogram. Conventional tissue quantification using ultrasound is based on the spectral frequency of the echo signal (random) component in a weakly heterogeneous medium. This can be done based on dependence, or by measuring the frequency distribution of the amplitude or time interval of this signal. However, if a large reflected echo signal (specular) component due to the discontinuity of the Mi band is superimposed on this signal, an error will occur in the above quantification.

また、従来のBモード画像ではスペキュラ成分とランダ
ム成分が分離されずに夏なり合った形で表示されるため
、組織の境界を明確にできないという欠点がある。
Furthermore, in conventional B-mode images, specular components and random components are not separated and are displayed side by side, so there is a drawback that tissue boundaries cannot be clearly defined.

本発明の目的は、生体からのパルエコー信号を組織の輪
仰を表わすスペキュラ成分と、組織内部の特徴パラメー
タの抽出に有効なランダム成分とに分離し処理すること
により、超音波断層像における形状情報および特徴パラ
メータによる定量情報を同時に画像表示し得る装置を提
供することにある。
An object of the present invention is to separate and process a pal-echo signal from a living body into a specular component representing the annular elevation of the tissue and a random component effective for extracting characteristic parameters inside the tissue. It is an object of the present invention to provide a device capable of simultaneously displaying quantitative information based on quantitative information and characteristic parameters as an image.

本発明は、■分離回路を設けたこと、■さらに分離回路
として生体からのパルスエコー信号を線形フィルタだけ
でなく非線形フィルタも組合せて用いることにより、ス
ペキュラ成分とランダム成分とのより容易な分離を可能
にし、生体組繊の形状8よば定量情報を同時に画*表示
できるようにしたものである。
The present invention enables easier separation of specular components and random components by (1) providing a separation circuit; and (2) using a pulse echo signal from a living body as a separation circuit in combination with not only a linear filter but also a nonlinear filter. This makes it possible to simultaneously display quantitative information such as the shape 8 of the biological tissue.

ィルタから成る分離回路によって、生体内の明確な組織
の不連続部により返る大きなエコー信号(スペキュラ)
Eiy、分S (t)と組織の微細な弱不均−構造から
返る弱いエコー信号(ランダム)成分R(t)とに分離
される。線形フィルタと非線形フィルタを徴パラメータ
を抽出する。この繰作を2次元的に行ない、組織の輪郭
線と特徴パラメータを同時に画像表示する。
A separation circuit consisting of a filter detects large echo signals (specular) returned by distinct tissue discontinuities within the body.
Eiy, S(t) and a weak echo signal (random) component R(t) returning from the fine weak heterogeneous structure of the tissue. Extract characteristic parameters using linear filters and nonlinear filters. This repetition is performed two-dimensionally, and the tissue outline and characteristic parameters are displayed simultaneously as images.

第2図に、第1図内のm分啼回路のブロック図を示す。FIG. 2 shows a block diagram of the m-minute circuit shown in FIG.

これは軸形フィルタに制限つき逆たたみこみフィルタお
よびたたみこみフィルタ、また非線形フィルタに非緩形
整合フィルタを用いて個々のフィルタを組合せた例であ
る。エコー信号X(1)はスペキュラ成分s (t)と
ランダム成分R(t)の皿で表わされる0即ち x(t)= S (t)+R(t)         
 (1)−:3− と表せ、5(t)は理想的には電気的特性によって決ま
る振動子のインパルス応答h (t)、遅延時間τ1お
よび振幅fLlをパラメータとして、 5(t)=  Σath (t−4t)=〔Σalδ(
を−τI) (*) h (t)     (2)と表
わされる。但し■はたたみこみ、δ(1)はデルタ関数
を示す〇 従来、受信信号x (t)からスペキュラ成分S (t
)を求めるには、例えば振動子のインパルス応答ψ(1
)とx (t)との相関を求め、大きなピーク値を示す
位置にスペキュラな反射体が存在すると見做したりして
いた0このスペキュラ反射体の位置を求める際通常の線
形相関を用いるよりも、例えば参照関数と入力関数との
誤差パワーの逆数を出力とする様な非線形整合フィルタ
を用いた方が(一致がとれた時に誤差が殆んどゼロとな
って非常に大きな出力を与え、一致がとれた所カーら少
しでもずれると誤差が大きくなって出力が小さくなるた
め)非常に鋭いピークを出力に持つ事になり、位置精度
が向上する事になる。ただし、非線形フィルタを4− 用いる場合、線形システムの重ね合わせの原理が適用さ
れず、もし2つ以上のスペキュラー反射波が部分的にせ
よ重なり合ったものが入力された場合、これらをうまく
分離できないとか、各スペキュラ反射波に対するフィル
タの出力が大幅に低下する等の不具合を生じる。そこで
、特許請求の範囲第1項に示した如く、先ず振動子のイ
ンパルス応答で受信信号x (t)の逆たたみ込み(線
形フィルタ動作)を行ない、x (t)のパルス継続時
間を短くしてできるだけスペキュラー反射波間の厘なり
を少なくした上で、上記の如き非線形フィルタリングを
行なえば良い。
This is an example in which individual filters are combined using a limited deconvolution filter and a convolution filter as an axial filter, and a non-relaxed matched filter as a nonlinear filter. The echo signal X(1) is represented by a dish of specular component s(t) and random component R(t), i.e. x(t)=S(t)+R(t)
(1)-:3-, where 5(t) is ideally determined by the electrical characteristics, with impulse response h(t) of the resonator, delay time τ1, and amplitude fLl as parameters, 5(t)=Σath (t-4t)=[Σalδ(
is expressed as −τI) (*) h (t) (2). However, ■ indicates convolution, and δ(1) indicates a delta function. Conventionally, specular component S (t
), for example, the impulse response ψ(1
) and x (t), and assumed that a specular reflector exists at a position that shows a large peak value. For example, it is better to use a nonlinear matched filter whose output is the reciprocal of the error power between the reference function and the input function (when a match is achieved, the error becomes almost zero, giving a very large output, If there is even a slight deviation from the matching point, the error will increase and the output will become smaller), resulting in a very sharp peak in the output, improving position accuracy. However, when using a nonlinear filter, the principle of superposition of linear systems does not apply, and if two or more specular reflected waves that overlap, even partially, are input, it may not be possible to separate them well. , problems such as a significant drop in the output of the filter for each specular reflected wave occur. Therefore, as shown in claim 1, the received signal x (t) is first deconvolved (linear filter operation) using the impulse response of the vibrator to shorten the pulse duration of x (t). The nonlinear filtering described above may be performed after minimizing the deviation between the specular reflected waves as much as possible.

以下に式(2)のalおよびτ1を推定する手順の一実
施例を示す。
An example of a procedure for estimating al and τ1 in equation (2) will be shown below.

(1)振動子の帯域制限を考慮して、雑音の分散が既知
であるとした制限つき逆たたみを用いてインパルス応答
の推定値g (t)を得る。
(1) In consideration of the band limit of the vibrator, the estimated value g (t) of the impulse response is obtained using limited inverse convolution assuming that the noise variance is known.

(11)このg (t)の信号の低いレベルの波形を切
り捨てた信号を以下のように非線形整合フィルタを通し
、alの符号5srnra+)c’τtG求める。
(11) A signal obtained by discarding the low-level waveform of this g (t) signal is passed through a nonlinear matched filter as shown below to obtain the sign 5srnra+)c'τtG of al.

ここで説明する非1ν形腎曾フイルタは振動子の帯域に
合わせて帯域制限した時のデルタ関数を計算しておき、
その極性を変えた2つのデルタ関数δ+(1)とδ−(
t)K基準信号とした次のようなものである。
For the non-1ν type renal filter described here, calculate the delta function when the band is limited according to the band of the oscillator.
Two delta functions δ+(1) and δ−(
t) The following is used as the K reference signal.

低いレベルは切り捨てた逆たたみこみフィルタの出力で
あるインパルス応答g (t)と適当な区間Δ内で次の
2つの誤差パワーの逆数N”、N−を計算する。
Calculate the impulse response g (t) which is the output of the deconvolution filter with the lower level truncated, and the reciprocal numbers N'' and N- of the next two error powers within an appropriate interval Δ.

N(τ+) −I、l kg(t)−δ−(を−τt)
l”dt  (4)ここでkは区間Δ内でインパルス応
答g (t)とデルタ関数の最大振幅を等しくする規格
化定数である。区間内でτiをずらせなからN+ (τ
+)、N  (τ1)を計算すると、インパルス応答と
デルタ関数との相関が蔦い時、どちらか一方が鋭いピー
クを与える。しきい値検出し、この時のピークの位置が
τlとなる。但し記号“Δ”は推定値を示すON”、N
−のどちらがピークを与えるかで8gn(IILI)の
符号がそれぞれプラスかマイナスか大まる。
N(τ+) −I, l kg(t) −δ−(−τt)
l”dt (4) Here, k is a normalization constant that equalizes the impulse response g (t) and the maximum amplitude of the delta function within the interval Δ. Since τi is not shifted within the interval, N+ (τ
+) and N (τ1), when the correlation between the impulse response and the delta function is strong, one of them gives a sharp peak. A threshold value is detected, and the peak position at this time is τl. However, the symbol “Δ” indicates the estimated value
- The sign of 8gn (IILI) increases depending on whether it is plus or minus, depending on which one gives the peak.

θ10  たたみこみによる合成値 ip (t−9t) I Qt l sgn(Qt)l
。h(1)と入力信号x (t)との誤差の二乗が最小
となるように適応的にla+18求める0この操作はゲ
ートがかけられたある一定の時間幅内で行なわれる。
θ10 Convolution composite value ip (t-9t) I Qt l sgn(Qt)l
. Adaptively find la+18 so that the square of the error between h(1) and the input signal x (t) is minimized. This operation is performed within a certain gated time width.

(ψ 誤差の二乗を最小とするalによる合成値がスペ
キュラ成分自(t)を与え、この時の誤M x (t)
 −△ S (t)は(1)式らリランダム成分R(t)に対し
、R(t)= x(t) −5(t)        
 (5)となる。
(ψ The composite value by al that minimizes the square of the error gives the specular component itself (t), and the error M x (t)
−△ S (t) is the rerandom component R(t) from equation (1), R(t) = x(t) −5(t)
(5) becomes.

第3図に厚さ3朋のアクリル板に対して得られたエコ−
1B号のフィルタ出力の例を示す。使用した振動子は中
心周波M 2.25 M)[zのものである。
Figure 3 shows the echo obtained for an acrylic plate with a thickness of 3 mm.
An example of the filter output of No. 1B is shown. The vibrator used has a center frequency M 2.25 M)[z.

図(4)はアクリル板の前面および裏面から反射してき
た原波形である0(B)はその原波形を逆たたみこみフ
ィルタを通した後の出力(アクリル板のインパルス応答
)を示す。 (C)はこのインパルス応答をさらに非線
形整合フィルタに通した結果である。
Figure (4) shows the original waveform reflected from the front and back surfaces of the acrylic plate. 0(B) shows the output (impulse response of the acrylic plate) after the original waveform is deconvoluted and passed through a filter. (C) is the result of passing this impulse response further through a nonlinear matched filter.

7− アクリル板の前面・裏面に対応した2つの鋭いピークが
得られている。
7- Two sharp peaks corresponding to the front and back surfaces of the acrylic plate are obtained.

第4図は鳥肉に対するエコー信号の処理結果である。同
様に中心周波数2.25MHzの振動子を使用した◇(
5)はfall形003)はそのインパルス応答(逆た
たみ込みフィルタの出力)、 (C)は用いた振動子の
帯域に合わせて帯域制限した時のデルタ関数を示し、こ
れが非線形整合フィルタの基準信号として用いられる0
(2)は非線形整合フィルタの出力結果である。■)■
はそれぞれ最終的に分離されたスペキュラ成分とランダ
ム成分を示す。
FIG. 4 shows the processing results of echo signals for chicken meat. Similarly, a vibrator with a center frequency of 2.25 MHz was used◇(
5) shows the fall type 003) its impulse response (output of the deconvolution filter), and (C) shows the delta function when the band is limited according to the band of the resonator used, and this is the reference signal of the nonlinear matched filter. 0 used as
(2) is the output result of the nonlinear matched filter. ■)■
represent the finally separated specular component and random component, respectively.

第1図において、組織の輪郭線を明示するためにスペキ
ュラ成分を用いているが、スペキュラ成分を求める際に
組織からのインパルス応答、または非線形整合フィルタ
の出力を利用しているので、この出力を用いて輪S表示
に適用すると、包絡線検波よりも高い距離分解能で画像
化することが可能である。
In Figure 1, the specular component is used to clearly show the contour of the tissue, but when determining the specular component, the impulse response from the tissue or the output of the nonlinear matched filter is used, so this output is When applied to ring S display using this method, it is possible to image with higher distance resolution than envelope detection.

本発明によれば、生体からのパルスエコー信号を組織の
輪郭を表わすスペキュラ成分と組織内部8一 部の特徴パラメータの抽出などの組織特性化に有効なラ
ンダム成分とに分離できるので、超音波断層像における
形状情報および特徴パラメータによる定量情報を同時に
画像表示することを可能にする0
According to the present invention, a pulse echo signal from a living body can be separated into a specular component representing the contour of the tissue and a random component effective for tissue characterization such as extraction of characteristic parameters of a part of the inside of the tissue. 0 that enables simultaneous image display of shape information in an image and quantitative information based on feature parameters.

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

第1図は装置の全構成を示す。第2図は信号分離システ
ムのブロック図である。第3図はアクリル板に対して得
られたエコー信号のフィルタ出力の例を示す0第4図は
鳥肉に対するエコー信号の処理結果を示す。
FIG. 1 shows the entire configuration of the device. FIG. 2 is a block diagram of the signal separation system. FIG. 3 shows an example of a filter output of an echo signal obtained for an acrylic plate. FIG. 4 shows a processing result of an echo signal for chicken meat.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1)生体に超音波パルスを送信し、該生体からの受信超
音波エコー信号を生体内の明確な組織の不連続部より返
る大きなエコー信号(スペキュラ)成分と、組織の微細
な弱不均−構造から返る弱いエコー信号(ランダム)成
分とに分離する回路を有し、かつ該スペキュラ成分及び
/又は該ランダム成分により組織の特徴パラメータを抽
出し表示する回路を有することを特徴とする超音波診断
装置0 2)該スペキュラ成分と該ランダム成分とを分離する回
路は線形フィルタと非線形フィルタの組合せであること
を特徴とする特許請求の範囲第1項記載の超音波診断装
置0 3)該非線形フィルタは非線形整合フィルタであり、そ
の出力は整合区間における誤差パワーの逆数を出力とす
るものであることを特徴とする特許請求の範囲第2項記
載の超音波断層像。 4)前記表示回路は前記スペキュラ成分による組織輪郭
を2次元表示する回路を有する事を特徴とする特許請求
の範囲第1〜3項のいずれかに記載の超音波診断装置。
[Claims] 1) Ultrasonic pulses are transmitted to a living body, and the ultrasound echo signals received from the living body are divided into large echo signal (specular) components that return from distinct tissue discontinuities within the living body, and It has a circuit that separates a weak echo signal (random) component returned from a minute weak heterogeneity structure and a weak echo signal (random) component returned from the structure, and a circuit that extracts and displays tissue characteristic parameters using the specular component and/or the random component. 2) The ultrasonic diagnostic apparatus according to claim 1, wherein the circuit for separating the specular component and the random component is a combination of a linear filter and a nonlinear filter. 3) The ultrasonic tomographic image according to claim 2, wherein the nonlinear filter is a nonlinear matched filter, and its output is the reciprocal of the error power in the matching section. 4) The ultrasonic diagnostic apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the display circuit includes a circuit for two-dimensionally displaying a tissue contour based on the specular component.
JP8374383A 1983-05-13 1983-05-13 Ultrasonic diagnostic apparatus Granted JPS59209335A (en)

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JPH0246215B2 JPH0246215B2 (en) 1990-10-15

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014158548A (en) * 2013-02-19 2014-09-04 Canon Inc Subject information acquisition apparatus and method of controlling the same

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5897347A (en) * 1981-12-03 1983-06-09 株式会社東芝 Ultrasonic diagnostic apparatus
JPS5990556A (en) * 1982-11-16 1984-05-25 三菱電機株式会社 Ultrasonic diagnostic apparatus

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