JPS5926073A - 周期的波構造を決定する方法と装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は一般に超音波診断システムに関するものであり
、更に詳しくは超音波や同様な波における周期的構造を
確認する方法および手段・に関するものである。

生物学的組織は超音波技術を使ってその組織内の周期的
構造を見出すことによって特依付けることができる。こ
れは結晶構造の特性を分析するためのＸ線回析技術に類
似している。この結晶構造には支配的な散乱を行なう物
体がある周期的な間隔で配置されている。そのため波が
格子を通って進行することにより生じる建設的ならびに
破壊的な干渉パターンは、反射波に特徴のある周期的パ
ターンを生じさせる。生物学的組織に超音波技術を使う
ことによって、時間領域または周波数領域釦おいて周期
性を検出することができる。というのは任意の時間的１
周期性は同様に周波数領域における周期的構造として存
在するからである。時間と周波数との間のこの双対関係
は重要である。

と−うのは、空間捷だは時間領域で密な構造は周ｅ、数
領域では粗であり、空間または時間領域で粗な構造ｄ、
周波数領域では密であるからである。したがって、問題
とする構造を１つの領域で直接観察することが間隔又は
分解能が密接しているため可能でないときに、他の領域
からこの構造を確かめることが出来る場合が多い。

生物学的組織の超音波検査の分野における作業は現在、
超音波反射波の電力密度スペクトルにおいて周期的な構
造または標示を確認することに向けられている。この目
的のため自己相関法を使って電カスベクトルにおいて周
期性の確認が行なわれ、場合によってはセプストラム（
Ｏｅｐｓｔｒｕｍ　’）を使って周期性の確認が行なわ
れる。いずれの場合も、反射信号の′電力密度が導き出
され、それに付随したすべての位相情報が失なわれてい
る。場合によっては、短時間のエネルギーのバーストお
よびエネルギー・パターンが電１カスベクトルの分析で
支配的になり、組織内に何ら真の周期的構造が存在しな
いにも拘わらず、電力密度スペクトルに見掛は上周期性
が現われる。このだめ、時間的信号に存在する真実の構
造は時間領域における位相構造ならびに電力密度スペク
トルにおける周間的な振幅構造として現われる。しかし
、その逆は必らずしも成り立たない。電力密度スペクト
ルでの成る周期性は時間領域での位相コヒーレンスを保
証する充分条件では々い。たとえば、インパルスとラン
ダム雑音は共に同じ電力密度スペクトルを有する。しか
し、インパルスは位相コヒーレンスを有するのに対して
、ランダム雑音はランダムな位相パターンを有している
。

しだがって、本発明の１つの目的は位相コヒーレンスを
検出することにより周期的波構造を決定する方法を提供
することである。

本発明のもう１つの目的は複合波における位相コヒーレ
ンスを検出するのに役立つ装置を提供することである。

本発明の更にもう１つの目的（１超音波反射波を分析し
て生物学的組織の特性を決定する改良された方法を提供
することである。

本発明の特徴は反射波の七゛口交差点を検出し、相次ぐ
ゼロ交差の間の時間を測定することである。

本発明ならびにその目的と特徴は図面による以下の詳細
な説明と請求範囲により一層明らかになろう。

第１ａ図、第１ｂ図、第２ａ図、ならびに第２ｂ図は周
期的信号とランダム信号の時間と周波数との間の双対関
係を示している。第１ａ図は周期的な複合信号を示して
おり、第１ｂ図はその周波数スペクトルを示している。

これらの図から、第１ａ図の時間的周期性は第１ｂ図の
周波数領域。

における周期的構造としても存在することがわかる。時
間と周波数との間のこの双対関係かられかることは、あ
る波の構造は片方の領域では確認がａｔ〜いが、他方の
領域ではより容易に確認し得ることがあるということで
ある。同様に、第２ａ図に例示するランダム信号は第２
ｂ図に示すような周波数領域のスペクトルを有し、その
特徴４Ｊ多数のピークがランダムな位置にあることであ
る。

しかし、実際には周期的構造が存在しないにも拘わらず
、成る波の電力密度またｄ、周波数領域のスペクトルで
周期性があるように見えることがある。このことが第３
ａ図および第５ｂ図に例示されている。第６ａ図および
第３ｂ図はランタム信号に短時間の大振幅のバーストを
重畳した信号を時間領域と周波数領域で表わし、た図を
示している。第５ｂ図に示す周波数領域では信号に周期
性が認められ、これは第１ｂ図の周期的（ｇ号の周期性
と類似しており、誤鯖を招く。この場合、大振幅パース
）Ｋは周波数領域でのスペクトル分解曲を低下させる作
用がある。このスペクトルを［平滑化］する作用によっ
て、見用り上周期性が現われる。上記周期的な例でもバ
ーストの例でも、電カスベクトル領域への変換の際に信
号の位相１￥＋　Ｎが失なわれる。したがって、真の周
期的波構造弘し１電カスベクトル領域での周期的な振幅
構造とともに位相構造と１．て現われる。然し、この逆
のことし：１必ずしも成り立たない。し′／こがって、
電力密度スペクトルでる周期性は時間領域での位相コヒ
ーレンスを保証する充分条件では々い。

この梃念の更にもう１つの例は第４ａ図、第４ｂ図、第
５ａ図ならびに第５ｂ図に示しである。

第４ａ図および第４ｂ図はインパルス信号を時間領域と
周波数領域で表わした図であり、第５ａ図および第５ｂ
図は白色雑音を時間領域と周波数領域で表わ［７だ図で
ある。第４ａ図および第５ａ図に示なれているように、
この２つの信号は時間領域では明らかに全く異なってい
るが、この２つの信号の電力密度スペクトル即ち周波数
領域における特性は極めて類似している。周波数領域の
図から見出せない重要な相違点は、時間軸の成る点にす
べての信号が集まってインパルスを形成シ、かつ他のす
べての時間においては互いに打ち消し合うような位相コ
ヒーレンスをインパルスが有しているということである
。他方、白色雑音はランダムな位相パターンを有してい
るに過ぎない。

本発明によれば、信号が周期的波構造を有しているか否
かを確鯖する手段として、信号の位４１１コヒーレンス
が検出される。これは、Ｉｉ’ｆｌ波数を頁ｈｑのモー
メントに関連した時間ヒストグラムを求めることによっ
て達成される。好ましい実施例しておいては、信号のゼ
ロ交差の間の時間間隔を決定することにより時間的なヒ
ストグラムが得らｔしる。

ゼロ交差の時間間隔についての時間間隔ヒストグラムを
作成する（相異なる時間間隔毎にその＋１＠　ｌ用間隔
が生じた度数を求めてグラフを作成する）ことにより、
波の周期性が容易に確かめられる。だとえば、時間的な
波形に存在する周期的構造は、ゼロ交差の時間間隔に一
様性を生じる傾向力；ある。

逆に、純粋にランダムな時間領域の構造はランタ゛ムな
時間間隔ヒストグラムによって示されるようなランダム
な位相構造を持つことになる。このことは第６ａ図およ
び第６ｂ図に例示されている。

第６ａ図および第６ｂ図は時間的に周′期的な波とその
ゼロ交差の時間間隔の図である。盾期的な波のゼロ交差
の間の時間間隔は第６ｂ図の時ＩＨＩ　Ｉｆ−１１Ｍ１
４および１６の中に入る傾向がある。

逆に第７ａ図はランダム信号の時間線図である。第７ｂ
図に示すその時間間隔ヒストグラムは、ゼロ交差の間の
時間間隔が除立った構造を持つとと分水しておらず、時
間間隔は広仲囲にわたって変化してる。このように、第
６ｂ図のゼロ交差の時間間隔の一様性は周期的波形を表
わしており、一方策７ｂ図に示すランダムな時間間隔は
ランク”ム信号を表わしている。

波のゼロ交差の間の時間間隔を調べることにより周期的
波構造の決定は容易に行なえる。第８図は時間間隔の決
定に有用な装置の機能ブロック図である。実時間ＲＦ　
　（高周波）入力信号がゼロ交差検出器２０に加えられ
、そこでＲＦ　信号のゼロ交差が検出される。このよう
なゼロ交差検出器はシュミット・トリガ単安定マルチバ
イブレータノ で構成することができ、このマルチバイブレークｆヨＴ
Ｉ　７４２２１　　プーアル・シュミット・トリガ単安
定回路等の市販のものでよい。検出器は信号のゼロ交差
ごとに１つのパルスを発生し、このパルスがリセット信
号として間隔タイマー２２＋こ印力１１される。このよ
うにして、ＲＦ　　入力がゼロ交差する度ごとに、検出
器２０からのパルスでタイマー２２がリセットされる。

しかし、ゼロにリセットされる直ｉ１■にノｌウンタの
出力が読み取られる。そのときこの表示された計数値は
複数のビン・カウンタの１つに対応している。その瞬間
、表示された計数値に対応す２）特定のビン・カウンタ
の値が増加させられる。このようにして、多くのゼロ交
差が検出きれた後、（サンプル期間中の）時間間隔の長
さの分布のレコードが各ビンに計数値として記録される
。

以上、波構造の周期性を決定するために波の時間的なヒ
ストグラムを発生する方法１について述べた。この方法
は容易に実現できる。特定の実施例により本発明を説明
したが、この説明は本発明を例示するだめのものであっ
て、本発明を限定するものではない。請求範囲で限定さ
れた不発゛明の頁の趣旨と範囲から逸脱することなく種
々の変形や応用を当業者が行ない得ること一ニ明らかで
ある。

【図面の簡単な説明】

第１ａ図および第１ｂ図は周期的信号を時間領域および
周波数領域で表わした図である。第２ａ図および第２ｂ
［％はランダム信号を時間領域および周波数領域で表わ
した図である。第３ａ図および第３ｂ図はランダム信号
に非周期的な信号バーストが重畳したものを時間領域お
よび周波数領域で表わしだ図である。第４ａ図および第
４ｂ図は信号インパルスとその電力密度スペクトルを示
す図である。第５ａ図および第５ｂ図は白色雑音および
その電力密度スペクトルを示す図である。 第６ａ図および第６ｂ図は周期的波とそのゼロ交差の時
間間隔ヒストグラムを示す図である。第７ａ図および第
７ｂ図はランダム信号とそのゼロ交差の時間間隔ヒスト
グラムを示す図である。第８図は本発明による周期的波
構造の判定に有用な装置の機能ブロック図である。 （符号の説明） ２０・−・ゼロ交差検出器、２２・・・間隔タイマー、
２４・・・ビン・カウンタ。 時呪配捕 １Ｇ、−６ａ ７ｂ １、事件の表示 昭和５８年特許願第０６７８８８Ｍ ２、発明の名称 周期的波構造を決定する方法と装置 ３、補正をづる者 事件との関係　　　　　　出願人 住　所　　アメリカ合衆国、１２３０５、ニューヨーク
州、スケネクタデイ、リバーロード、１番 名　称　　ゼネラル・エレクトリック・カンバニイ代表
者　　アーリー・エム・キング ４、代理人 住　所　　１０７東京都港区赤坂１丁目１４番１４号第
３５＄Ｊ和ビル　４階 日本ゼネラル・エレクトリック株式会社・極東特許部内
電話（５８８）５２００−５２０７ 昭和５８年７月６日 ６、補正の対象 図面 ７、補正の内容 図面の浄書（内容に変更なし）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）周期的波構造を次定する方法において、該波構造
   のゼロ交差点を決定し、ゼロ交差の間の時間間隔を測定
   し、そして該測定した時間間隔に一様性があるかどうか
   分析することを特徴とする周期的波構造を決定する方法
   。 （２、特許請求の範囲第（１）項記載の方法において、
   上記測定した時間間隔の分析工程が上記測定した時間間
   隔のヒストグラムを作ることを含む方法。 （３）周期的波構造を決定する装置において、ゼロ交差
   検出器と、該ゼロ交差検出器に波を印加する手段とを有
   し、前記ゼロ交差検出器は各ゼロ交差を表示する信号を
   発生し、更に、タイミング手段と、前記ゼロ交差検出器
   からの前記信号を前記タイミング手段に印加する手段と
   を設け、前記タイミング手段は印加された信号間の時間
   間隔を表示し、そして更に時間間隔を計数するだめのカ
   ウンタ手段を設けた周期的波構造を決定する装置。 （４）特許請求の範囲第（３）項記載の装置において、
   前記ゼロ交差検出器が各ゼロ交差に応じてノくルスを発
   生するシーミツト・トリガ型巣安定マルチノ（イブレー
   タで構成されている装置。