JPS62120841A - 非線形パラメ−タｂ／ａ測定装置 - Google Patents
非線形パラメ−タｂ／ａ測定装置Info
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- JPS62120841A JPS62120841A JP26105785A JP26105785A JPS62120841A JP S62120841 A JPS62120841 A JP S62120841A JP 26105785 A JP26105785 A JP 26105785A JP 26105785 A JP26105785 A JP 26105785A JP S62120841 A JPS62120841 A JP S62120841A
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- wave
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
多くの重要な超音波の臨床応用により、生物媒体の音響
的伝播現象をより深く理解する必要性が増大している。
的伝播現象をより深く理解する必要性が増大している。
そのため、媒質の非線形パラメータＢ／Ａの正確な数値
を得る装置が望まれる。
を得る装置が望まれる。
媒質の非線形性は、Ｂ／Ａパラメータにより定量的に測
定される。Ｂ／Ａは、圧力と密度により、媒質の状態方
程式を表すのに用いられるテーラ級数の自乗項と線形項
の比である。Ｂ／Ａは計測する装置として、従来ジャー
ナル・オブ・アコ−ステイク・ソサイエテイ・オブ・ア
メリカ（Ｊ。
定される。Ｂ／Ａは、圧力と密度により、媒質の状態方
程式を表すのに用いられるテーラ級数の自乗項と線形項
の比である。Ｂ／Ａは計測する装置として、従来ジャー
ナル・オブ・アコ−ステイク・ソサイエテイ・オブ・ア
メリカ（Ｊ。
Ａｃｏｕｓｔ、 Ｓ ｏｃ、 Ａ ｍ、 ） 第７６
巻第４号（１９８４年８月）第１０２３頁に掲載された
ものが知られているがこの例では圧力容器を必要とし、
人体への適用を考えたときは現実的ではない。
巻第４号（１９８４年８月）第１０２３頁に掲載された
ものが知られているがこの例では圧力容器を必要とし、
人体への適用を考えたときは現実的ではない。
本発明の目的は簡単は構成の装置により非線形パラメー
タＢ／Ａ測定技術を提供することにある。
タＢ／Ａ測定技術を提供することにある。
第１図は本発明の原理を示す図である。低周波の正弦波
ポンプ波とそれより高周波のプローブ波の和からなる第
１図（ａ）のような複合周波数では、非線形媒体中で第
２図（ｂ）のようにプローブ波はポンプ波により媒質の
非線形性を反映した位相変調を受ける。ポンプ周波数に
おける位相偏差は直接測定することは可能である。位相
偏差はポンプ圧に依存して線形的に増加する。そして媒
質の非線形性の関数である傾きに線形に依存する。
ポンプ波とそれより高周波のプローブ波の和からなる第
１図（ａ）のような複合周波数では、非線形媒体中で第
２図（ｂ）のようにプローブ波はポンプ波により媒質の
非線形性を反映した位相変調を受ける。ポンプ周波数に
おける位相偏差は直接測定することは可能である。位相
偏差はポンプ圧に依存して線形的に増加する。そして媒
質の非線形性の関数である傾きに線形に依存する。
したがって、Ｂ／Ａの測定手段が提供される。
非吸収流体において、一般的非線形方程式は。
Ｘ
である、ただし、ξは粒子変位、Ｃｏは著しく小さい乱
れにおける音速である。圧力項により、■式の一般解は
、 ｐ＝Ｆ （ω（ｔ＋ｘ／ｖ）） ・・・・・
・■である。ただし、■は圧力関数としての波は伝播率
であり、 と与えられる。
れにおける音速である。圧力項により、■式の一般解は
、 ｐ＝Ｆ （ω（ｔ＋ｘ／ｖ）） ・・・・・
・■である。ただし、■は圧力関数としての波は伝播率
であり、 と与えられる。
ポンプ波とプローブ波がＸ＝Ｏで打ち出され、＋Ｘ方向
に伝播する波だけを与慮するものと仮定する。ポンプ圧
がプローブ圧を大きく上回るならば（ｐ、＞＞ｐｓ）、
境界条件 ｐ （０＋ ｔ）＝ Ｐｓ ｓｉｎ ωｓｔ ＋ Ｐａ
ｓｉｎ ωｍｔ ・−・■により、ｆＭ点近傍で陰解 ・・・・・・■ が得られる。ただし、Ｐ、とｐｓ （ω、とωＳ）は
、それぞれピークのポンプ圧とプローブ圧（ポンプ周波
数とプローブ周波数）である。■式は最初の２項を残す
ことで、 ｐ（ｘ、ｔ）屡Ｐｓｓｉｎ （ω５ｔ−ｋｓｘ＋ｙｓｐ
）＋Ｐｍ５ｉｎ （ωｓｔ−ｋｍＸ＋７＋＋ｐ）・・・
・・・■ と近似できる。ただし、ｋｓ＝ （１１５／ Ｃｏｔ
１（１＝（Ｊｌｌ／Ｇｏ、７ｓ：πｆｓｘ（Ｂ／Ａ＋２
）／ＰｏＣｏ３゜そしてｙ ｍ ＝ ｘ ｆ ｍ ｘ
（Ｂ ／ Ａ ＋２ ）／ Ｐ ｏ Ｃｏ３である。
に伝播する波だけを与慮するものと仮定する。ポンプ圧
がプローブ圧を大きく上回るならば（ｐ、＞＞ｐｓ）、
境界条件 ｐ （０＋ ｔ）＝ Ｐｓ ｓｉｎ ωｓｔ ＋ Ｐａ
ｓｉｎ ωｍｔ ・−・■により、ｆＭ点近傍で陰解 ・・・・・・■ が得られる。ただし、Ｐ、とｐｓ （ω、とωＳ）は
、それぞれピークのポンプ圧とプローブ圧（ポンプ周波
数とプローブ周波数）である。■式は最初の２項を残す
ことで、 ｐ（ｘ、ｔ）屡Ｐｓｓｉｎ （ω５ｔ−ｋｓｘ＋ｙｓｐ
）＋Ｐｍ５ｉｎ （ωｓｔ−ｋｍＸ＋７＋＋ｐ）・・・
・・・■ と近似できる。ただし、ｋｓ＝ （１１５／ Ｃｏｔ
１（１＝（Ｊｌｌ／Ｇｏ、７ｓ：πｆｓｘ（Ｂ／Ａ＋２
）／ＰｏＣｏ３゜そしてｙ ｍ ＝ ｘ ｆ ｍ ｘ
（Ｂ ／ Ａ ＋２ ）／ Ｐ ｏ Ｃｏ３である。
ピークポンプ圧がピークプローブ圧より、たいへん大き
いと仮定されているので（すなわちＰ、〉〉ＰＳ）、０
式の非線形項γｓｐとγ、ｐはポンプ圧により支配され
る。０式は ｐ （ｘ＋ ｔ）＝Ｐｓｓｉｎ（ωｑｔ ｋｓｘ＋γ
ｓ（Ｐｍｓｉｎ（ω＋ｍｔ −ｋ、ｘ）十Ｐｓｓｉｎ（
ω！、ｔ−ｋｓｘ）））＋Ｐｍ５ｉｎ （Ｃ＋３ｍｔ−
ｋｍｘ＋ｙＪＰｍｓｉｎ（ωｍｔ−ｋｍｘ）＋Ｐｓｓｉ
ｎ（ω５ｔ−ｋｒ；ｘ）））・・・・・・■ と書ける。
いと仮定されているので（すなわちＰ、〉〉ＰＳ）、０
式の非線形項γｓｐとγ、ｐはポンプ圧により支配され
る。０式は ｐ （ｘ＋ ｔ）＝Ｐｓｓｉｎ（ωｑｔ ｋｓｘ＋γ
ｓ（Ｐｍｓｉｎ（ω＋ｍｔ −ｋ、ｘ）十Ｐｓｓｉｎ（
ω！、ｔ−ｋｓｘ）））＋Ｐｍ５ｉｎ （Ｃ＋３ｍｔ−
ｋｍｘ＋ｙＪＰｍｓｉｎ（ωｍｔ−ｋｍｘ）＋Ｐｓｓｉ
ｎ（ω５ｔ−ｋｒ；ｘ）））・・・・・・■ と書ける。
■式の第１項は明らかにプローブがポンプにより位相変
調されることを示している。■式から、プローブのピー
クからピーク（ｐｅａｋ ｔｏ ｐｅａｋ）の位相偏差
は、 ２πｊｓｘ（＋２） ０式から言えるのは、位相偏差Δφはプローブ周波数ｆ
ｓ ｖ Ｘ ｔ ＋ ２とポンプ圧Ｐ、に比例するこ
とである、それはプローブの振幅Ｐｓの関数ではない。
調されることを示している。■式から、プローブのピー
クからピーク（ｐｅａｋ ｔｏ ｐｅａｋ）の位相偏差
は、 ２πｊｓｘ（＋２） ０式から言えるのは、位相偏差Δφはプローブ周波数ｆ
ｓ ｖ Ｘ ｔ ＋ ２とポンプ圧Ｐ、に比例するこ
とである、それはプローブの振幅Ｐｓの関数ではない。
これは重要なことである。なぜなら、たとえ搬送波（プ
ローブ）が減衰しても直接測定されることを意味するか
らである。ピーク力らピークの位相偏差はバーストロッ
ク位相同調回路ＰＰＬ Ｏ３Ｃを用いて直接測定可能で
ある。
ローブ）が減衰しても直接測定されることを意味するか
らである。ピーク力らピークの位相偏差はバーストロッ
ク位相同調回路ＰＰＬ Ｏ３Ｃを用いて直接測定可能で
ある。
なお、現在用いられている“有限振幅″技術においては
、第２高調波はしばしば、媒体中で顕著に減衰するほど
高周波数であるのが欠点である。
、第２高調波はしばしば、媒体中で顕著に減衰するほど
高周波数であるのが欠点である。
本方式第２高調波を用いるものではない。
第２図は本発明の一実施例である。
以下１本発明の一実施例を第２図により説明する。関数
発生器１はポンプの周波数源（０，３２５Ｍ Ｈｚ ）
として、またそれと同一の周波数のシンクパルス列源と
して用いられる。周波数合成器（Ｈｐ ３３３０ Ｂ
） ２はプローブの周波数源（４，０Ｍ Ｈｚ ）であ
る、加算回路３によりプローブとポンプが加算されて広
帯域パワーアンプ４に入力される。なお周波数合成器２
と回路網解析器（Ｈｐ３５７０ Ａ ）は組合せて用い
る６回路網解析器は±０．０１° の正確な位相測定が
可能な位相検出器として役立つ。
発生器１はポンプの周波数源（０，３２５Ｍ Ｈｚ ）
として、またそれと同一の周波数のシンクパルス列源と
して用いられる。周波数合成器（Ｈｐ ３３３０ Ｂ
） ２はプローブの周波数源（４，０Ｍ Ｈｚ ）であ
る、加算回路３によりプローブとポンプが加算されて広
帯域パワーアンプ４に入力される。なお周波数合成器２
と回路網解析器（Ｈｐ３５７０ Ａ ）は組合せて用い
る６回路網解析器は±０．０１° の正確な位相測定が
可能な位相検出器として役立つ。
送波器５は直径４．７９ ｃｓ、厚さ０．５９ ａｍの
ＰＺＴ板（富士セラミックスＣ−６）である、この送波
器５は広帯域パワーアンプ４により駆動されてポンプと
プローブ（送波器の共振周波数の第１１高調波に近い）
と両方を被検体２０に送波する。受波器６は直径０．８
４ ａｍ、共振周波数５Ｍ Ｈｚの狭帯域変換器（バナ
メトリクスＡ３１０）６である。受波器６の出力は増幅
なしで集積回路１１．１２に礎づく２つの特別に製作し
たバーストロック位相同調回路１４へ入力される。ピー
クとピークの位相偏差は、２つのフェーズロックドルー
プ（Ｐ Ｐ Ｌ）振動回路１１．１２を利用して得られ
る。これらの振動回路は短的間のゲートパルス中に存在
する受波プローブ波の位相と位相同期する。プローブ波
はポンプ波形の正確に半周期前れた時点で、２個のＰＰ
Ｌ振動回路に交互にゲイトされる。このとき２個の振動
回路の出力は、■式により与えられた位相偏差Δφに比
例する量、位相が異なる。その位相差は、ゲインパルス
幅がポンプ周期に関して狭く、そしてポンプ波形の極値
と同期するとき最大となる。ゲイトパルスは、ポンプ信
号に使っている関数発生器１の周期出力から得られる。
ＰＺＴ板（富士セラミックスＣ−６）である、この送波
器５は広帯域パワーアンプ４により駆動されてポンプと
プローブ（送波器の共振周波数の第１１高調波に近い）
と両方を被検体２０に送波する。受波器６は直径０．８
４ ａｍ、共振周波数５Ｍ Ｈｚの狭帯域変換器（バナ
メトリクスＡ３１０）６である。受波器６の出力は増幅
なしで集積回路１１．１２に礎づく２つの特別に製作し
たバーストロック位相同調回路１４へ入力される。ピー
クとピークの位相偏差は、２つのフェーズロックドルー
プ（Ｐ Ｐ Ｌ）振動回路１１．１２を利用して得られ
る。これらの振動回路は短的間のゲートパルス中に存在
する受波プローブ波の位相と位相同期する。プローブ波
はポンプ波形の正確に半周期前れた時点で、２個のＰＰ
Ｌ振動回路に交互にゲイトされる。このとき２個の振動
回路の出力は、■式により与えられた位相偏差Δφに比
例する量、位相が異なる。その位相差は、ゲインパルス
幅がポンプ周期に関して狭く、そしてポンプ波形の極値
と同期するとき最大となる。ゲイトパルスは、ポンプ信
号に使っている関数発生器１の周期出力から得られる。
すなわち、関数発生器１の周期出力を可変遅延回路７、
固定遅延回路８によりポンプの半周期（１，５４μｓ）
に相当する分だけ遅延してゲイトパルス発生器１０の同
期入力とする。
固定遅延回路８によりポンプの半周期（１，５４μｓ）
に相当する分だけ遅延してゲイトパルス発生器１０の同
期入力とする。
また可変遅延回路７はシンクパルス列を一定量（０〜３
．０７μｓ）遅延させる回路であり、この回路７により
遅延量を調整してゲイトパルス発生器９のゲイト信号を
得ることによりポンプ波形の極値と同期させる。またさ
らに固定遅延回路８によりポンプ波の半周期（１，５４
μｓ）だけ遅延した同期信号を得、ゲートパルス発生器
１０の同期入力とする。
．０７μｓ）遅延させる回路であり、この回路７により
遅延量を調整してゲイトパルス発生器９のゲイト信号を
得ることによりポンプ波形の極値と同期させる。またさ
らに固定遅延回路８によりポンプ波の半周期（１，５４
μｓ）だけ遅延した同期信号を得、ゲートパルス発生器
１０の同期入力とする。
２つの振動回路１１．１２の出力の位相差は回路網解析
器１３により測定される。第３図に示しているのは、２
つの変換器の離れた距離における、ポンプの受波出力電
圧の関数として、２つのＰＰＬ振動回路の位相差をプロ
ットしたものである。その結果、明らかに、ポンプ圧の
増加に併って、位相偏差Δφは線形的に増加することを
示している。
器１３により測定される。第３図に示しているのは、２
つの変換器の離れた距離における、ポンプの受波出力電
圧の関数として、２つのＰＰＬ振動回路の位相差をプロ
ットしたものである。その結果、明らかに、ポンプ圧の
増加に併って、位相偏差Δφは線形的に増加することを
示している。
それは、■式で搬送波（プローブ）のピークピーク位相
偏差Δφがポンプ圧によって線形的に増大すると予測さ
れたとおりである。さらに位相偏差Δφは、■式で予測
されたように、変換器距離Ｘの増大につれて、増加して
てることを示している。
偏差Δφがポンプ圧によって線形的に増大すると予測さ
れたとおりである。さらに位相偏差Δφは、■式で予測
されたように、変換器距離Ｘの増大につれて、増加して
てることを示している。
■式において、密度ρ０、音速Ｃｏ 、プローブ周波数
ｆｓ、変換器距離Ｘは既知である。適当なキャリブレー
ションを適用したのち、得られた直線の傾きから、非線
形パラメータＢ／Ａが与えられる。
ｆｓ、変換器距離Ｘは既知である。適当なキャリブレー
ションを適用したのち、得られた直線の傾きから、非線
形パラメータＢ／Ａが与えられる。
本発明による非線形パラメータＢ／Ａ測定装置によれば
、Ｂ／Ａの情報を反映している位相偏差は、簡易なバー
ストロック位相同調回路を用いて直接測定可能である０
位相偏差は搬送波（プローブ）の振幅の関数ではないの
で、プローブが大きく減衰しても検知できる。その上、
ポンプ周波数はプローブ周波数よりかなり下に選択でき
るので、測定系での減衰の影響をかなり軽減できる利点
がある。また本発明では、ポンプ圧に対して測定値を得
る方法であるので、切除または手を触れない形式での、
半固体の細胞を含む多くの標本を計測するのに有利であ
る。
、Ｂ／Ａの情報を反映している位相偏差は、簡易なバー
ストロック位相同調回路を用いて直接測定可能である０
位相偏差は搬送波（プローブ）の振幅の関数ではないの
で、プローブが大きく減衰しても検知できる。その上、
ポンプ周波数はプローブ周波数よりかなり下に選択でき
るので、測定系での減衰の影響をかなり軽減できる利点
がある。また本発明では、ポンプ圧に対して測定値を得
る方法であるので、切除または手を触れない形式での、
半固体の細胞を含む多くの標本を計測するのに有利であ
る。
第１図は本発明の原理図（ａ）は送波直後の波形（ｂ）
は送波後媒質の非線形性の影響を受けた波形、第２図は
本発明の一実施例のブロック構成図、第３図は受波ポン
プ電圧対ピーク対ピーク位相偏差の関係を表わす図。 １・・・関数発生器、２・・・周波数合成器、３・・・
加算回路、４・・・広？！；域増幅器、５・・・送波探
触子、６・・・受波探触子、７・・・可変遅延回路、８
・・・固定遅延回路、９．１０・・・ゲイトパルス発生
器、１１，１２・・・ＰＰＬ振動回路、１３・・・回路
網解析器、１４・・・バーストロック位相同調回路。
は送波後媒質の非線形性の影響を受けた波形、第２図は
本発明の一実施例のブロック構成図、第３図は受波ポン
プ電圧対ピーク対ピーク位相偏差の関係を表わす図。 １・・・関数発生器、２・・・周波数合成器、３・・・
加算回路、４・・・広？！；域増幅器、５・・・送波探
触子、６・・・受波探触子、７・・・可変遅延回路、８
・・・固定遅延回路、９．１０・・・ゲイトパルス発生
器、１１，１２・・・ＰＰＬ振動回路、１３・・・回路
網解析器、１４・・・バーストロック位相同調回路。
Claims (1)
- １、低周波数の高強度正弦波ポンプにそれより高周波数
の正弦波プローブを加算し単一の探触子もしくはそれぞ
れ別個の専用の探触子から送波する手段と、プローブ周
波数付近の狭帯域探触子により前記送波された波形を受
波する手段と、媒質の非線形性により位相変調を被つた
受波波形中においてポンプのピーク対ピークに相当する
位置にゲートをかける手段と、ゲートの幅と位置を任意
に変更できる手段と、前記ゲート中の受波波形をそれぞ
れ別個のパルス位相同調回路へ入力し受波プローブの位
相と位相同期させる手段と、前記二つの位相同期信号を
比較し位相偏差を検出する手段とにより非線形パラメー
タＢ／Ａ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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26105785A JPH074369B2 (ja) | 1985-11-22 | 1985-11-22 | 非線形パラメ−タｂ／ａ測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26105785A JPH074369B2 (ja) | 1985-11-22 | 1985-11-22 | 非線形パラメ−タｂ／ａ測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62120841A true JPS62120841A (ja) | 1987-06-02 |
| JPH074369B2 JPH074369B2 (ja) | 1995-01-25 |
Family
ID=17356470
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26105785A Expired - Lifetime JPH074369B2 (ja) | 1985-11-22 | 1985-11-22 | 非線形パラメ−タｂ／ａ測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH074369B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101647027B1 (ko) * | 2015-03-02 | 2016-08-23 | 주식회사 사람들과사람들 | 기준지점 기반의 가변형 패턴을 이용한 사용자 인증 장치 및 그 방법 |
-
1985
- 1985-11-22 JP JP26105785A patent/JPH074369B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH074369B2 (ja) | 1995-01-25 |
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