JPS6111658A - 超音波測定方法およびその装置 - Google Patents

超音波測定方法およびその装置

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JPS6111658A
JPS6111658A JP59131918A JP13191884A JPS6111658A JP S6111658 A JPS6111658 A JP S6111658A JP 59131918 A JP59131918 A JP 59131918A JP 13191884 A JP13191884 A JP 13191884A JP S6111658 A JPS6111658 A JP S6111658A
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intensity
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Tadashi Fujii
正 藤井
Yoshinori Hayakawa
吉則 早川
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 １、発明の背景 Ａ、技術分野 本発明は、超音波を物体に送信し、物体の内部からの反
射超音波を受信して□、物体内部の音響特性を測定する
超音波測定方法の改良に係シ、特に物体内部の超音波伝
播に伴う減衰に関する情報を提供する超音波測定方法お
よびその装置に関する。
Ｂ、先行技術とその問題点 超音波測定技術は現在超音波探傷、魚群探知、医療診断
分野等広範囲にわたって利用されている。超音波探傷に
おいて被測定物体の超音波の減衰度を測定することは、
その物体の物理学的および材料学的性質の解明には、大
変有効な手段の１つである。さらに超音波探傷器で欠陥
を検査する際、超音波の減衰の大き々試料に対しては欠
陥の大きさを推定する場合、減衰分だけその補正を行な
う必要があシ、このためにも減衰係数の正確゛な測定が
望まれている。
しかしながら超音波が物体内を伝播する場合に回折効果
によって超音波の波面が次第に広がるため、音圧は次第
に減少してくる。これを拡散損失といい、減衰係数の測
定の場合には必ずこの拡散損失の補正を行わなければな
らない。
拡散損失の補正については日刊工業新聞社発行の「超音
波探傷法」の第６章に詳しく述べられているように、減
衰測定用基準片との比較測定という方法で行われている
。この基準片は、測定物体と形状寸法、表面状況および
音響インピーダンスが同一で減衰係数が明らかにされて
おシ、更に減衰が無視出来る程小さいものが現実には要
求される。したがって必ずしも測定物体に応じた目的の
基準片が製作できるとは限らない。
このように基準片によって実用的に補正をしなければな
らない理由として次の理由があげられる。例えば平面円
形振動子の場合、との探触子の作る音場はよく知られて
いるように、第２図のように複雑な変化をしている。特
に通常使用する音場はこの中でも更に複雑な近距離音場
付近であシ、従って理論的補正がかなシ困難である。
■１発明の目的 本発明はこのような従来技術の欠点を解消し、減衰測定
用の基準片を使用しないで拡散損失による減衰係数測定
上の誤差を極力小さくするような被測定物体の減衰係数
の測定方法およびその装置を提供することを目的とする
。
本発明による超音波測定方法は、実質的に球面波状に超
音波を送信する超音波振動子を該超音波の送信方向にほ
ぼ垂直に順次走査しながら、少なくとも３つの周波数の
超音波を送信してこれによる被測定物体からのエコーを
受信し、エコーによる反射波の強度を測定し開口合成法
による演算を行なって被測定物体における強度のＢモー
ド分布を得、この得られたＢモード分布における指定さ
れた複数の関心位置を結ぶ線のほぼ延長上にある送受信
手段の走査位置についての反射波の強度に基づいて被測
定物体の減衰係数を求める。
本発明の１つの特徴によれば、前記送信された超音波の
被測定物体中での伝播による拡散損失を伝播の距離の２
乗に比例するものと演算し、拡散損失を減衰係数より差
し引く。
本発明による超音波測定装置は、実質的に球面波状に超
音波を送信する超音波振動子を超音波の送信方向にほぼ
垂直に順次走査しながら、少なくとも３つの周波数の超
音波を送信してこれによる被測定物体からのエコーを受
信する送受信手段と、エコーによる反射波の強度を測定
し開口合成法による演算を行なって被測定物体における
強度のＢモード分布を得る第１の演算手段と、得られた
Ｂモード分布における複数の関心位置を指定する指定手
段と、指定された複数の位置を結ぶ線のほぼ延長上にあ
る送受信手段の走査位置についての反射波の強度に基づ
いて被測定物体の減衰係数を求める第２の演算手段とを
有する。
本発明の他の特徴によれば、第２の演算手段は、前記送
信された超音波の被測定物体中での伝播による拡散損失
を伝播の距離の２乗に比例するものと演算し、拡散損失
を減衰係数より差し引く。
本発明の他の特徴によれば、指定手段は、Ｂモード分布
を可視表示する表示手段を有し、表示手段に表示された
Ｂモード分布に基づいて関心位置を指定し、第２の演算
手段は、前記求めた減衰係数を表示手段に表示する。
■１発明の詳細な説明および作用 以下本発明を実施例によって詳細に説明する。
第３図は本発明に使用するいわゆる開口合成法による超
音波探傷法の原理図である。開口合成法はレーダの分野
では５ｙｎｔｈｅｔｉｃ　ＡｐｅｒｔｕｒｅＲａｄａｒ
　（開口合成レーダ）として古くからよく知られた画像
形成法の１つである。開口合成法は、例えばＭｃＧｒａ
ｗ−Ｈｉｌｌ　Ｂｏｏｋ　Ｃｏｍｐａｎｙ発行。
Ｍ−Ｌ、５ｋｏｌｎｉｋ編集のｒ　Ｒａｄａｒ　Ｈａｎ
ｄｂｏｏｋ　Ｊの第２３章等に詳しく述べられている。
この原理を超音波探傷法に応用した例は、昭和５６年度
秋季大会講演概要「非破壊検査」第３０巻第９号第７２
０頁に「開口合成超音波探傷法による探傷実験」として
その概略の原理が記載されているように、被検体に対し
て複数の位置から順次超音波信号を送信し、被検体内部
で反射された信号を複数の開口面で受信し、こＣように
して受信した信号を分析して編集合成することによって
、被検体断層像などの画像情報を得るものである。
第３図および第４図に従って本原理を簡単に説明すると
、探触子１はビーム指向角の広いＮ個の振動子１０から
なる。まず振動子４Ｐ１から送信部１００よりの駆動信
号６によって超音波が広い指向角θで例えば７のような
広がりをもって被測定物体２の中に送波される。物体２
中の欠陥４で反射されたエコーは再び同じ振動子１で受
信され、受信信号８を得る。このときの受信信号８は受
信部１２０で必要な大きさに増幅され、振幅と位相が第
４図の波形記憶部１３０に記憶される。
次に振動子２より同じく送波を行い、受信信号を同様に
波形記憶部１３０へ記憶させる。以下同様な過程を振動
子Ｎまで行う。っまシ振動子切換部１１０によって振動
子１，２・・・Ｎと順次送受信を伴って走査するわけで
ある。この走査の結果、波形記憶部１３０には各振動子
のエコー信号と振幅と位相がすべて記憶されたことにな
る。つまり丁度物体２の超音波主ログラムのようなもの
が波形記憶部１３０内に形成されたわけである。
次に開口合成演算部１４０では、この記憶された波形よ
り物体２の断層像を演算する。開口合成法のアルゴリズ
ムについては種々の方法があシ、現在も改良研究中であ
る。例えば第４１回日本超音波医学会講演論文集（昭和
５７年）の第５８７頁の４ｌ−ＰＥ−３３ｒ開口合成超
音波診断装置」にその概略が紹介されている。ここでは
最も基本的なアルゴリズムである累積加算法について概
略の説明を行う。
第３図において振動子＋１で得られた受信波形１１を像
再成面３０上に≠１を中心とした超音波エコー受信時間
、すなわち位相Ｐ１を半径とした同心円上にエコー振幅
に応じた値を書き込む。次に振動子≠２で得られた受信
波形２１についても同様に位相Ｐ２を半径として同心円
上にエコー振幅に応じた値を重ねて書き込む。
以下振動子Ｎまで同様な過程を繰返すことで、像再生面
３０上に４０のような軌跡が描かれる。
このとき欠陥４の位置に対応した像再生面上の位置にこ
れらの同心円上の軌跡が集中して交差することで欠陥４
の像が形成されるわけである。
被測定物体２の音速が既知であるか、あるいは物体２中
で一定のある値Ｃをとると仮定すれば、物体２０表面か
ら欠陥４までの距離はｃｔで求められる。但しｔは欠陥
４とその真上の表面までのエコー受信時間を表わしてい
る。とのようにして得られた画像は画像記憶部１５０に
入力され、例えばＣＲＴのような表示部１６０へ輝度変
調された断層像として表示される。なお全体のコントロ
ールは制御部１７０によって行われている。
開口合成法によって得られた像は、従来のパルス・エコ
ーによるＢモード像に比べて、その空間分解能が画像全
体にわたって飛躍的に改良されている。改良される理由
については、先に述べたｒ　Ｒａｄａｒ　Ｈａｎｄｂｏ
ｏｋ　Ｊ等に詳しく記載されているので、ここでは説明
を省略する。
さて以上のようにして得られた画像は、空間分解能に関
しては従来の画像より格段に改良されてはいる。しかし
得られる情報としては従来のＢモード像と全く同様な被
測定物体２の音響インピーダンスの異なる境界面の２次
元分布像であυ、すなわちその物体の形態学的情報のみ
に留っているのが現状である。つまり物体中の超音波伝
播に伴う減衰については、従来の減衰補正法である基線
補正法あるいはＳＴＣ（ＳｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙＴｉｍ
ｅ　ＣｏｎｔｒｏＩ　）法と呼ばれている方法によって
行っているものと推測される。すなわち画像が再生する
前の原信号（第３図でけ１１，２１゜３１、・・・）に
ついてＳＴＣ補正を行った後、累積加算を行うか、ある
いは最終的に再生された画像が表面から深部まで平均し
てほぼ二定の明るさになるようにＳＴＣ補正を外部から
任意的に施すことで、減衰補正を行っているものと考え
られる。
開口面合成法を超音波探傷あるいは医用超音波診断装置
に応用した報告は既に述べたようにいくつかチシ、又改
良法についても例えば特開昭５５−１４．３４７６に記
載されている。しかしいずれも減衰については無視をし
ているが、あるいは上記のようなＳＴＣ法で補正してい
るものと認識出来る。
本発明は、この開口合成法による画像形成法の特長を利
用して被測定物体中での拡散損失による減衰係数への誤
差を少々クシ、この物体の減衰係数を測定するものであ
り、第５図にその原理図を示す。第５図ω）は開口合成
後の画像であり、既に任意の減衰補正が施されている。
５０．６０は被測定物体２中の欠陥あるいは被測定物体
中に予め設けられた標的を示す。
一般に第６図のように被測定物体２１０に探触子２００
から超音波パルス■。（Ａ３００を送信したどき、音響
インピーダンスの異なる界面である反射体からのエコー
強度Ｉ　（ｆ　、　ｘ　）は次のように表わされる。
・・・（１） ここでＧ（ｆ、ｘ）は超音波送信ビームの回折による拡
散の項であり、 Ｄ（７，ｘ）は反射体による反射波の拡散の項であり、
ＲＣｆ、ｘ）は反射体の標的強度（反射率）であシ、α
（ｆ　、　ｘ）は平面超音波伝播による振幅減衰係数で
ある。
つまり減衰係数α（ｆ、ｘ）を正確に測定するためには
、ｃ（ｆ、ｘ）　、Ｄ（ｆ、ｘ）、Ｒ（ｆ、ｘ）および
■。Ｖ）が与える影響すなわち誤差を極力少なくするこ
とが望まれてくる。
上記誤差を極力除外することを目的として、本発明者等
は複数の周波数の超音波を使用し、これによって検出さ
れた複数のエコーを情報処理することによって、被測定
物体の音響特性である減衰係数を測定する方法、および
更にこの方法を改良しより定量的に減衰係数を測定する
方法を発明し、各々特願昭５５−４９５７１および特願
昭５８−２２９８５３として出願している。この方法に
よってＲ（ｆ、ｘ）およびＤ（ｆ、ｘ）の影響を少なく
して減衰係数が測定されることが示されている。但しこ
の方法では送信超音波は理想的な細いペンシル・ビーム
と仮定している。つまシ送信超音波の拡散損失について
は考慮には入っておらず、無視をしている。
本発明では開口合成法を用いることでこの拡散損失によ
る測定誤差を少なくして、更に減衰係数の測定精度を高
めようとするものである。
すなわち開口合成法では、従来法のように送受信用振動
子の開口［Ｆ］）は波長（λ）に比べて充分大きくなく
、原理的に指向性の少ない（指向角λ沖の広い）超音波
ビームを被測定物体中に形成させるだめに、波長に比べ
て小さい開口を有することが要求されてくるわけである
。従ってよく知られているように、波長に比べて小さい
開口からの送信超音波音場は、その開口を離れるとすぐ
に球面波となって広がっていくことになる。
す々わち従来の探触子に比べて探触子の近傍よりすぐに
遠距離音場を形成することになる。
この様子を近似的に示しだのが第７図である。
第７図（４）は３　ＭＨｚの周波数の平面円形振動子で
開口が１０瓢の場合であり同図（Ｂ）は同周波数で開口
が１晒の場合である。
さて球面波が形成する遠距離音場の強度は伝播距離の２
乗に反比例することがよく知られている。これらのこと
は例えば前記の「超音波探傷法」の第２章に詳しく記載
されている。従っ出来る。ｋは比例定数であシ、測定す
る周波数の範囲では周波数には依存しないと考える。前
起特許出願に記載されているように、 Ｒ（ｆ、ｘ）−ｇ（ｘ）ｆＥ″（ｆ”　、　Ｄ（ｆ、ｘ
）＝ｘｂ（ｘ）トオケｉＩ’、（１）式は次式のように
書くことが出来る。
まとめると、 ・・・（２） （２）式の両辺の自然対数をとると、 ａ（ｆ、ｘ）の値は、波長（λ−Ｖ／ｆ　）より充分大
きい音響特性不連続面では、ａ（ｆ、ｘ）＝Ｏであシ、
波長より充分小さい音響特性不連続面では、ａ（７，ｘ
）＝４である（但しＶは被測定物体内での音速を表わす
）。従っである特定の周波数帯域内ではａ（７，ｘ）は
一定であり、 ０くα（ｆ＋ｘ）　＜　４であると考えられる。またｘ
ｂ（ｘ）は、反射波が広がることに起因して超音波探触
子２００の位置での反射強度が弱まる効果を考慮したも
ので、充分に広い音響特性不連続面では、ｂ（ｘ）　−
〇　、小さい音響特性不連続面では、ｂ（ｘ）＝−２で
ある。従って一般に−２＜　ｂ　（ｘ）≦０であると考
えられる。
第６図のように２つの反射体２２０および２３０からの
エコー強度２２５および２３５に対して（３）式を適用
しすると、次式（４）　、　（５）式を得る。
ｔｎＩ（ｆ＋Ｘ１　）−’４ｋＩｏ（ｆ）＋ａ（ｆ＋Ｘ
４　）４ｎｆ＋Ｉｎｃ　ｇ　（ｘＩ）・ｘｌｂ（ｘｌ）
−２）ｔｎＩ（ｆ、ｘ２）”４ｎｋＩｏ（ｆ）＋ａ（？
’、Ｘ２）−ｔｎｆ＋ｔｎ　［：　ｇ　（ｘ２）’ｘ２
”（ｘ２）−２：］両位置Ｘ１およびＸ２の間で（４）
および（５）式の差分を求め変形すると、次式のように
なる。
＋７［ａ（ｆ、ｘ２）−ａ（ｆ、ｘｌ））　ｔｎｆ＋−
ｚｎｃｇ（ｘ２）、Ｘ、、ｂ（ｘ２）−シｇ　（ｘＩ−
ｘ４ｂ（ｘｌ）−２〕−（６）２つの周波数ｆ１　’　
ｆ３につい、て（６）式を求めこ整理すると、次式のよ
うになる。
つｔｂ送信波の拡散および反射波の拡散の影響は２つの
周波数（ｆｌ、ｆ３）でのエコー強度の差分をとること
で、とりのぞかれたわけである。さらＫｆ・飴をヵ、け
、次式を得、。
・・・（８） ただし α（ｆ、ｘ）−α声）ｆｌ（Ｘ）より であるから、 の周波数ｆ、　＋　ｆ２＋　ｉ５　（ｔｌ＜　ｆ２＜　
ｆ３）についてデータをとシ、周波数の対数１ｎｆ１．
　Ｌｎｆ２　＋　１ｎｆ５　Ｋ　関して２階の差分向を
とって変形すれば次式を得る。
＋α（ｆ３．ｘ）’ｚ−ｎ（ｆ１／ｆ２）：）　ｄｘた
だし ＋　（ａ（ｆ２．ｘ２）−ａ（ｆ２＋Ｘ１　）　）ｔｎ
、？’２−４　Ｃｆ３／ｆ１）＋　（ａ（ｆ３．ｘ２）
−ａ（ｆ３．ｘｌ））ｚｎｆ３４ｎ（７１／ｆ２）’）
但し、Ａ−２／（ｔｎ（ｆ、／ｆ２）・ｔｎ（ｆ２／ｆ
３）ｔｎ（ｆ１／ｆ３））したがって に与えている。
αめ／（９）より ・・・（６） すなわちこの（２）式はＸｌとｘ２およびｆｌとｆ５の
間におけるβ（Ｘ）の平均値の近似式を与える。又（８
）。
（ＩＣ１式より、Ｈｓ　／　Ｈ２は次式のようになる。
但しここで −（ａ（ｆｌ、ｘ２）−ａ（ｆｌ、ｘｌ））ｔｎｆ１〕
また５αめ式と（９）式より ・・・α→ すなわちこのα→式はＸｌとｘ２およびｆｌとｆ３の間
（おけるα（ｆ、ｘ）の平均値を与える。又（８）、６
１式よ！１ｌ（Ｈ２）２／Ｈ６は次式のようになる。
ａ：１式の分母および分子の第１項は測定量であるが、
第２項のＤ２およびＤ３は音響特性不連続面の反射強度
による周波数依存性があるために生じる項であシ、β（
、）に対しては誤差の項となる。
反射強度の周波数依存性ｆａｃｆ・Ｘ）が測定する周波
数の範囲で一定であれば、すなわちａ（ｆｌ、Ｘｌ）＝
　ａｃｆ２．Ｘｌ）　＝　ａ（７３，ｘｌ）およびａ　
（ｆｌ、　Ｘ２　）　＝ａ（ｆ２．　ｘ２）＝ａ　（ｆ
　ｓ　ｒ　ｘ　２　）であれば、ａはＸのみの関数とな
りＤ３は零となる。よって（８）式および０１式は次式
のようになる。
（’、’Ｄ３＝Ｏ）　　　　　　　　　　　　　　　　
・・・αカ従ってα１式はαＱおよびαη式より 又９０式もαＱおよびαり式より ・・・αつ となシ、これら２つの式はα１式および００式に比べる
と誤差の項が少なくなっていることがわかる。
存せず一定であれば、ａ（ｘ２）　−ａ（ｘｌ）よりα
→式は次式のようにさらに誤差の少ない式と橙る。
應 ｅ１ビ つまシ反射強度の周波数依存性を示す係数ａ（７，ｘ）
が測定する範囲の周波数ｆおよび距離Ｘに依存せず一定
であればａ（ｆ、ｘ）−ａとなり、■式°によって減衰
係数α（ｆ、ｘ）の周波数依存性の平均値β（、）が゛
さらに正確に測定されるわけである。この場合には、α
窃式により、α（ｆ、Ｘ）も次式のようにさらに正確に
測定することが可能となる。
この場合α。（、）もα。（Ｘ）＝α（ｆ、ｘ）／ｆβ
（ωの、関係よりさらに正確に求められる。
（８）式及びα１式においてＤ２及びＤ３は測定値から
は求まらない誤差項である。（８）式においてＤ２はａ
（ｆ、ｘ）がｆ１＋　ｆ５　＋　Ｘｌ　ｒ　Ｘ２によら
ず定数の。
ときは消去され、α０式においてＤ３はａ（ｆ、ｘ）が
Ｘ１＋Ｘ２には依存していても周波数ｆ１　ｒ　ｆ２　
、ｆ５について一定であるときは消去されるが、そうで
ない場合については次のようにしてその相対誤差を評価
できる。即ちＯ＜ａ（７，ｘ）　＜　４であるので ・・・に） となり、これは（８）式におけるＤ２による相対誤差を
与える。また同様にして ｌｌ 訓ガ これは９１式のＤ３による相対誤差の値を与える。
結論としてに）、一式より が充分大きい場合は誤差項、Ｄ　及びＤ３は無視できる
。
以上説明したエコー強度の処理方法を第５図の開口合成
法にそのまま適用すると次のようになる。すなわち、第
５図゛（Ｂ）は再構成された画像であシ、５０および６
０は各々反射体であシ、第６図の反射体２２０および２
３Ｇに対応している。ここでこの反射体５０および６０
の間の減衰係数を求めるために、５０と６０を結ぶ直線
８０を求め、この直線を探触子側に延長し、第５図（４
）に示すように探触子１中の振動子群（１〜Ｎ）と交差
させる。このとき交差点に最も近い振動子（この図の例
では振動子５）を見つける。次にこの振動子５のエコー
信号（但し減衰補正等の処理をする前の原信号）５００
を第４図の波形記憶部１３０より抽出する。このエコー
信号５００には反射体５０および６０からの対応するエ
コー信号５１０および５２０が含まれている。つまシ（
４）式の■（ｆ、ｘｌ）が信号５１０の強度であり　（
５）式の工（ｆ、ｘ２）が信号５２０の強度に対応する
わけである。又Ｉ。Ｖ）は５０および６０の方向に対す
る送信超音波強度と考えればよい。
以下、既に詳細に述べた処理方法を適用することによっ
て、反射体５０と６０の間の減衰係数に関する値α（ｆ
、ｘ）、α、（Ｘ）、β（、）がこの反射体の性質と減
衰との関係によって近似的にａ亀αつ式より、あるいは
より正確にＫＯ）式より測定することができるわけであ
る。
第８図は第５図の例をさらに複雑にした場合であシ、反
射体５０および６０の他にもう１つの反射体９０が存在
している。しかもこの場合、反射体９０と８０は振動子
５からみて等距離にある。従って振動子５のエコー信号
５００の内には反射体８０と９０からのエコー信号が同
受信時間内に混って５３０のエコー信号として測定され
ている。
この場合、振動子５に対して反射体９０が反射体６０と
等距離にあるかどうかは、後で詳しく述べるように再生
像である第８図（Ｂ）上で予め知ることが出来る。従っ
てこの場合は、反射体９０と５０との結ぶ線１００を探
触子１へ延長し、振動子７と交差する。よって振動子７
のエコー信号７００の内の反射体５０からの信号７１０
をＩ（ｆ、Ｘｌ）、反射体９０からの信号７２０を工（
ｆ、Ｘ２）として上記と同様の信号処理を行うことで、
反射体９０と５０の間の減衰係数に関する情報を求める
ことが出来る。
以上のように、既に本発明者等によって出願した前記特
願昭５５−４９５７１の信号処理法を拡張し、さらにこ
の方法を開口合成法に適用することで、従来の方法及び
開口合成法でも得られなかった被測定物体の減衰係数に
関する情報を、従来のように送信音場の拡散損失による
誤差を多く含むことなく、又減衰測定用基準片によって
拡散損失を補正するという手間をかけることなく、正し
く測定できることが示されたわけである。なお本発明は
超音波探傷に限定されるものではなく、例えば減衰係数
が未知な液体試料に、ついても適用出来る。すなわち第
５図に示す測定物体２を液体として、その中に例えばプ
ラスチック棒のような反射体５０および６０を設けるこ
とで、容易に達成できる。
更に本発明の医療用超音波診断装置への適用、す彦わち
生体組織への適用について考えると、生体組織は第５図
あるいは第８図に示したような簡単な構成ではなく、か
なシ複雑な散乱体の集合と考えることが出来るので、更
に複雑な情報処理方法が要求されてくると考えられる。
しかし、例えば第９図のように、肝臓３００内に丁度第
４図に示すものに対応するような反射体として比較的太
い血管３１０および３２０が存在する場合を想定すれば
、その解析は比較的容易である。この場合送信音源４０
０からネ射体３１０までの距離ｒ　”　ｒ　１を半径と
した指向角４１０の中に含まれる３３０の円弧状にある
反射体からのエコー信号強度と反射体３１０からのエコ
ー信号強度が混って受信されることになる。反射体３２
０についても同じ事情にある。
（２）式に戻って反射体３１０からのエコー信号強度を
ＩＣｆ、ｒｌ）とし、円弧３３０上の他の反射体からの
エコー信号強度の和を工′（ｆ、ｒ、）とすると、受信
子４００で受信されるエコー株’！ｊ強ＩＬＪ（７，ｒ
ｌ、）は、 と表わせる゛とする。
玖ｆ、ｒ、）を次式で表わす。
ここで送信超音波強度は指向角４１Ｇの中では一定の■
。（ｆ）としている。（２）および（ハ）式より（ハ）
式は次式のようになる。
・・・（ロ） （ロ）式の両辺の自然対数をとると、 ｔｎＪ（ｆ＋ｒ１）＝ｔｎｋＩ、（ハ＋”（ｆ＋　ｒ　
１　）ｔｎｆ＋　ｔｎ　［ｇ　（ｒｌ　）　・ｒ　１ｂ
（ｒｌ）−２］上式で、右辺の最後の項は、（２）式と
比べて円弧３３０上の反射体３１Ｇを除く反射体の存在
によって生じた誤差項である。
ここで反射体３１０の反射強度は、他の円弧３３０上か
らの反射体からの反射強度に比べて充分大きいとする。
すなわち ｆ＆（ｆ”１）・ｇ（ｒｌ）　＞ｆ””＋’ｇ’（ｒｌ
）　　＋＋＋　ｅＡの条件が成立しているとする。又３
３０上の反射体（３１０を除く）は波長に比べて充分小
さいとすると、ｂ′（ｒｌ）−＝−２であシ、反射体３
１０についてはＯ＜　ｂ（ｒ＋　）　＜　　２と考える
と、ｒ１ｂ′（ｒｌ）／ｒ１ｂ（ｒｌ）−１／ｒ１ｂ（
ｒｌ）＋２トナル。又生体組の値はα′σｒ）ユα（７
，ｒ）と考えられるので、非常に小さい値ｌΔα１にな
ると推定される。従って（社）式の誤差項をＥ（ｆ、ｒ
ｌ）とおけば、ｅｘｐ（１Δα１）さ１と考えれば、（
至）式は従って（２９）式の条件よ、ｂｏ＋）式のｔｎ
の中の第２項は非常に小さく、 の条件が成立すると仮定すると、ｃｌｌ）式は、Ｅ　（
ｊ’、ｒｌ　）　＃　ｔｎ　（１）　＝０となシ、誤差
項は無視出来る程小さいと考えられる。反射体３２０に
ついても同様に考えてＥ（ｆ、ｒ２）＃Ｏと置くことが
出来る。あとの処理は既に詳細説明した通シであシ、こ
の場合反射体３１０と３２０の間の減衰係数に関する情
報が測定出来るわけである。以上のように生体組織につ
いても特定の仮定をおくことで、本発明による方法が適
用出来る可能性が示されたわけである。
次に第１図にブロック図で示す本発明の実施例について
詳細説明を行う。第４図に示す従来装置との主な相違は
、減衰情報演算部３０００と関心領域設定部２９００が
設けであることである。第４図の説明で、動作について
は詳しく述べたので、ここでは省略をする。
開口合成演算部１４０で画像再構成された画像は、画像
記憶部１５０に入力され、表示部１６０へ、第１０図（
Ｂ）に示したような任意の減衰補正を施した画像ｚ８５
０として表示される。
いま画像２８５０上に２つの欠陥１１００および１２０
０があった場合、これを利用した被測定物体１０００の
減衰情報の測定は、第１１Ａ図および第１１Ｂ図のアル
ゴリズムに従って減衰情報演算部３０００で実行される
。任意の減衰補正さ′れだ画像２８５０上では、欠陥１
１００および１２００が明瞭に目視で認識でき“る。従
って関心領域設定部２９００によって画像上で欠陥１１
００および１２００を例えばライト被ンのようなもので
指定を行うことで、この２つの欠陥の画像２８５０上で
の位置が減衰情報演算部３０００へ入力される。
またこの欠陥の位置の認識は、減衰情報演算部３０００
によって画像記憶部１５０中の画像データより自動的に
行うことも可能である。
次に減衰情報演算部３０００では第１０図（４）の画像
記憶部１５０中の画像データ２７５０中での欠陥１１０
０および１２００に対応する位置座標１１１０および１
２１０を検出しく４０００．第１１Ａ図）、この２つの
位置１１１０．１２１０を結ぶ直線１４１０を求め、こ
れを探触子側に延長して対応する振動子の位置を見出す
（４１００）（本例では第９図の振動子≠２）。
次に減衰情報演算部３０００は、波形記憶部１３０中の
波形データより振動子≠２のエコーデータ（信号）を減
衰情報演算部３０００へ読み出す（４２００）。この読
み出されたエコー信号は丁度第５図（４）の５００に対
応すると考えればよい。後はステツブ４３００〜４８０
０の通り、既に詳細に説明を行ったよう処理および演算
を前記演算部ａｏｏｏで実行することによって、欠陥１
１００．１２００の間の減衰情報（α（ｆ、Ｘ）、α（
Ｘ）。
β（Ｘ））が求められる。この値を再び画像記憶部１５
０へ書き込むことで、表示部１６０によって上記減衰情
報が画像２８５０と共に表示されることになる。
ところで本発明を実施するにあたって複数の周波数のエ
コー強度が必要であシ、従って探触子は複数の周波数に
対して良好な感度および応答性をもつものが要求されて
くる。
このような探触子を実現するには送信部１００より探触
子１に波形２２１０のような急峻に減衰する広帯域の駆
動・やルスが印加される。探触子１は高分子系振動子（
ポリフッ化ビニルデン：ＰＶＤＦ　）、高分子と無機物
の複合系振動子、あるいは音響整合層を付加したＰＺＴ
振動子が広帯域特性をもつ探触子として好ましい。この
結果、探触子１より波形２２１０のような広帯域超音波
パルスが被測定物体１０００の内部へ送波（信）される
。又このような広帯域探触子の代わりに前記特願昭５５
−４９５７１に記載しであるように、複数の異々る周波
数帯域を有する探触子を使用してもよい。
なお、前述のような複数の周波数のエコー強度を得る場
合、個別に複数の異なる周波数の超音波信号を送信して
測定してもよい。また、複数の異なる周波数成分を含む
超音波信号を送信してもよい。いずれにせよ、本明細書
中において［複数の周波数の超音波」なる記載、まだは
これに類似の記載は、個別の超音波のみならず、複数の
周波数成分が合成された超音波をも包含する広義に解釈
するものとする。
■１発明の具体的効果 以上のように本発明によれば、複数の異なる周波数を送
信して被測定物体から得られたエコーの強度をいわゆる
開口合成法によって測定し、これによって被測定物体の
減衰係数および減衰係数の周波数依存性を、送信超音波
め回折による拡散損失による誤差を少なくして、測定す
ることが出来る。よって、従来の形態学的な情報しか得
られなかった超音波測定方法および装置と異なり、被測
定物体の減衰に関する定量的情報を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明による超音波測定方法を実現する装置の
実施例を示すブロック図、 第２図は平面円形振動子により形成される近距離音場お
よび遠距離音場を示す説明図、第３図は開口合成法の原
理を示す説明図、第４図は従来の開口合成法による超音
波測定装置の例を示すブロック図、 第５図ないし第９図は、本発明による超音波測定方法の
原理説明に使用する説明図、第１０図は、第１図の実施
例の動作を説明する説明図、 第１１Ａ図および第１１Ｂ図は、第１図の実施例の動作
を示すフロー図である。 主要部分の符号の説明 １・・・超音波探触子 １４０・・・・開口合成演算部 １５０・・・画像記憶部　　　　　　　　　　　　惇１
６０・・・表示部 １７０・・・制御部 ２９００・・・関心領域設定部 ３０００・・・減衰情報演算部 第３図 第４図 第５図 （Ａ） 第６図 第７図 第８図 第９図 第１０図 （Ａ）　　　　　　（Ｂ） 第ｆｌＡ図 ■

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、実質的に球面波状に超音波を送信する超音波振動子
    を該超音波の送信方向にほぼ垂直に順次走査しながら、
    少なくとも３つの周波数の超音波を送信してこれによる
    被測定物体からのエコーを受信し、 該エコーによる反射波の強度を測定し、開口合成法によ
    る演算を行なって被測定物体における該強度のＢモード
    分布を得、 該得られたＢモード分布における指定された複数の関心
    位置を結ぶ線のほぼ延長上にある前記送受信手段の走査
    位置についての反射波の強度に基づいて前記被測定物体
    の減衰係数を求めることを特徴とする超音波測定方法。 ２、前記送信された超音波の前記被測定物体中での伝播
    による拡散損失を該伝播の距離の２乗に比例するものと
    演算し、該拡散損失を前記減衰係数より差し引いたこと
    を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の超音波測定方
    法。 ３、実質的に球面波状に超音波を送信する超音波振動子
    を該超音波の送信方向にほぼ垂直に順次走査しながら、
    少なくとも３つの周波数の超音波を送信してこれによる
    被測定物体からのエコーを受信する送受信手段と、 該エコーによる反射波の強度を測定し、開口合成法によ
    る演算を行なって被測定物体における該強度のＢモード
    分布を得る第１の演算手段と、 該得られたＢモード分布における複数の関心位置を指定
    する指定手段と、 該指定された複数の位置を結ぶ線のほぼ延長上にある前
    記送受信手段の走査位置についての反射波の強度に基づ
    いて前記被測定物体の減衰係数を求める第２の演算手段
    とを有することを特徴とする超音波測定装置。 ４、前記第２の演算手段は、前記送信された超音波の前
    記被測定物体中での伝播による拡散損失を該伝播の距離
    の２乗に比例するものと演算し、該拡散損失を前記減衰
    係数より差し引いたことを特徴とする特許請求の範囲第
    ３項記載の超音波測定装置。 ５、前記指定手段は、前記Ｂモード分布を可視表示する
    表示手段を有し、該表示手段に表示されたＢモード分布
    に基づいて前記関心位置を指定し、 第２の演算手段は、前記求めた減衰係数を前記表示手段
    に表示することを特徴とする特許請求の範囲第３項また
    は第４項記載の超音波測定装置。
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