JPS62139636A - 超音波計測装置 - Google Patents

超音波計測装置

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JPS62139636A
JPS62139636A JP60281336A JP28133685A JPS62139636A JP S62139636 A JPS62139636 A JP S62139636A JP 60281336 A JP60281336 A JP 60281336A JP 28133685 A JP28133685 A JP 28133685A JP S62139636 A JPS62139636 A JP S62139636A
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ultrasonic transducer
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博 福喜多
植野 進一郎
利根 昌幸
屋野 勉
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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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】 産業上の利用分野 本発明は、生体内組織の音響特性変動、とりわけ温熱療
法加温時の温度上昇に伴う音響特性変動を検出する超音
波計測装置に関するものである。
従来の技術 最近、生体内の温度計測は癌の温熱療法の温度モニタと
して必要であるため注目されている。生体内組織の種々
音響特性は温度依存性を有するため極めて重要な測定項
目となっている。その一つのパラメータである音速の温
度依存特性を利用して逆に温度変化を求める方法が超音
波医学会研究発表会講演論文集(45号、21〜22頁
、1984)等に記載されている交差ビーム法として知
られている。以下、第2図を参照して交差ビーム法につ
いて説明する。
第2図において、1.2はそれぞれ超音波の送受信を行
う超音波変換器、3は超音波変換器1.2を所定の角度
、間隔で固定する保持器、4は被検体、5は超音波変換
器lのビーム方向、6は超音波変換器2のビーム方向、
Pはビーム方向5とビーム方向6が交差する点である。
以上のような構成において、以下その動作について説明
する。
まず超音波変換器1において駆動パルスが加えられ、被
検体4内へ超音波パルスが照射される。超音波パルスは
ビーム方向5に沿って被検体4である生体組織により散
乱されながら進行する。その後、超音波パルスは点Pに
到達し、そこで散乱された超音波パルスの一部はビーム
方向6を逆行して超音波変換器2に到達する。ビーム方
向5.6番こ沿った超音波パルスの伝搬距離は、超音波
変換器1.2と保持器3の寸法により決まるから、超音
波パルスの伝搬時間を計測することにより生体内の音速
を求めることが可能である。
発明が解決しようとする問題点 しかし、以上のような構成は生体内組織の音速があらゆ
る場所で一定であるという前提のもとて音速測定が可能
であり、実際の生体のように組織Oこ依存して音速が変
化する場合には音波ビーム方向は複雑に屈折し、直線で
近似して音速を求めるということは誤差が多く意味がな
い。これは加温による音速変化が1チ程度のわずかな量
であり、精密な音速測定が要求されるという理由による
父、局所的な温度上昇にもとづく温度変化も正確に求ま
らないという問題があった。
本発明は従来技術の以上のような問題点を解決するもの
で、生体のように組織に依存して音速が変化する場合に
も任意の部位における温度上昇を検出することを目的と
するものである。
間;頂点を解決するための手段 本発明は、超音波エコー信号を複数のゲート区間におい
て位相検波し、複数ゲート間のエコーのお互いの位相差
を検出し、超音波駆動周波数を変化させたときの位相変
化から、加温前後の被検体の速度分散の相対変化を求め
ることにより上記目的を達成するものである。
作    用 本発明は上記構成により被検体の速度分散の相対変化を
求めるようζこしたもので、被検体の速度分散の温度依
存データをもとに、速度分散の相対変化データから被検
体内の局所的温度上昇を見積ることが可能である。
実施例 以下、図面を参照しながら本発明の実施例について説明
する。
第1図は本発明の一実施例における超音波計測装置の機
能ブロック図である。
第1図において、10は超音波変換器、11は超音波変
換器10を励振するパルス駆動器、12はパルス駆動器
11にクロック信号CK1を供給する可変周波数の発振
器、13は超音波変換器10からの受信信号を増幅する
プリアンプ、14.15はプリアンプ13の出力に接続
された位相検波器、16は可変周波数の発信器12のク
ロック信号(、’に2に同期した直交位相検波信号CO
8、CINを位相検波器14.15に供給する位相検波
信号発生器、17.18は位相検波器14゜15の出力
を積分する積分器、19は積分器17 、18にゲート
パルス信号gを、及びパルス駆動器11に送信タイミン
グ信号TX等を供給するタイミング発生器、20 、2
1は積分器17.18の出力をデジタル信号に変換する
A/D変換器、22はA/D変換器20゜21の出力の
位相角を計算する演算器、23 、24は隣接するゲー
トパルス区間の位相角データを記憶するメモリ、25は
メモ123.24のデータ内容を減じて位相差データを
演算する演算器、26.27は可変周波数の発振器12
の発振周波数を変化させる前後の位相差データを記憶す
るメモリ、28はメモリ26゜27のデータ内容から分
散データを計算する演算器、29.30は可変周波数の
発振器12の異なる発振周波数で得られた分散データを
記憶するメモリ、31はメモIJ 29,30のデータ
内容から速度比データを計算する演算器、32.33は
被検体の変動、例えば温度上昇の前後における速度比デ
ータを記憶するメモリ、34はメモリ32 、33のデ
ータ内容から速度比データの相対変化を求める演算器で
あり、演算器22.25.28,31.34により演算
部35を構成する。36は演算器34の出力等を表示す
る表示部、37は可変周波数の発振器12、タイミング
発生器19、演算部35等を制御する制御部である。3
8は被検体であり、被検体38内には反射体R1,几2
を含む。
以上のような構成において以下その動作を説明する。
まず、パルス駆動器11の角周波数ωのパルスで励信さ
れた超音波変換器10は被検体38内へ超音波パルスを
照射する。超音波パルスは反射体1(1゜几2で次々に
反射され、超音波変換器104こおいて受信信号に変換
される。反射体r(1,R,2による受信信号をそれぞ
れel、e2と表わす。受信信号e1とe2のパルス間
隔の変化を位相検波技術を用いて求める。受信信号e1
とe2の交流会S1と82を次式で表わす。
81 =C08(ωt+ψ) s2=cO8(ω(t−△t)+ψ)(1)4は定数、
Δtは音波が反射体R1と几2の間の距離ΔXを往復す
るのに要する時間であるから次式%式% ここでC((−11は被検体38の反射体R1と几2の
間の音速であり、その分散性を明示するため角周波数ω
の関数で表わされる。交流会S1と82はそれぞれ位相
検波器14.15において角周波数ωで直交位相検波さ
れる。反射体几1に対応する交流会S1の位相検波出力
PCI、PStは次式で表わされる。
PCI=CO8(ωt+ψ)xcosωtPS1=CO
8(ωt±ψ)Xsinωt      (3)位相検
波出力PC3PStは積分器17 、18でそれぞれ積
分される。積分区間はタイミンク発生器19が発生する
第1のゲート区間において行われる。
積分器17.18の出力ICI、ISIは(3)式の位
相検波出力PCIとPStの高周波成分を除いた値が対
応するから次式で表わせる。
IC1=CO8ψ l5I=SiNψ           (4)積分器
17.18の出力、ICI、ISIはA/D変換器20
.21においてデジタル値へ変換され、演算器22にお
いて位相01が以下のように計算される。
m1=jan ’(ISI/ICI)=ψ   (5)
同様にして反射体R2による受信信号e2の交流会S2
は位相検波器14.15で位相検波された後、タイミン
グ発生器19が発生する第2のゲート区間で積分され、
その積分器出力IC2,IS2及び位相+212は次式
で表わされる。
1c2=cos(−ω・△t+ψ) IS2=sin(−(IJII△t+ψ)(6)yI2
= jan”(IS2/IC2)=−ωIIΔt+ψ 
   (7)位相$1、位相$2はそれぞれメモ123
.24へ記憶される。位相〆1と位相02の差、すなわ
ち位相差Δメは演算器25による減算で次式のように求
まる。
2△X ぴ=酊−02=(−)−Δ1=” ” C(64(8)
以上説明した位相差△Xを求める過程を隣接する角周波
数ω1とω2においてそれぞれ行う。角周波数の変化は
制御部37が可変周波数発振器12の発振周波数を指定
することにより行なわれる。角周波数ω2はωl+Δω
と表わせる。角周波数ω1における位相差をΔ01.ω
2における位相差をΔyi2とする。位相差Δり1.Δ
グ2はそれぞれメモリ26.27に記憶される。位相差
△01と△02の差である分散データΔΔメは演算器2
8における減算により次式のように求まる。
△△ダ=Δ01−△yi2 (9)式においてΔωが小さく角周波数ωの変化による
音速C←)の変化が無視できるとすれば、次式角周波数
ω1における分散データを△△01、角周波数ωn=ω
1+(n−1)△ωにおける分散データを△△Onと表
わす。分散データ△Δ01.△△g6nはメモリ29.
30に記憶される。△△01と△ΔOnの速度比データ
FLOは演算器31)こよる除算で次式のように求まる
0式で表わされるように速度比データR,dは速度C(
co)の相対変化になっており、反射体R1と几2の間
の距離ΔXには依存しない。従って加温の前後において
距離ΔXが変化しても意味を持つ値である。加温前後に
おける速度比データROの変化する状態をメモリ32.
33に記憶させることにより速度比データROの相対変
化△凡を演算器34で演算することができる。例えば、
加温前の速度比データR〆lこより、加温後の速度比デ
ータROの変化分を正規化したものを相対変化ΔRとし
ても良い。相対変化△1tは表示部36ζこ数値として
表示される。
音速Cutの分散の代表例としては、周波数1〜2MH
2の間で、肝1fiでは、1.5m/sec、  筋肉
では3m/sec程度、であり、その温度依存は更に小
さい。従って19式の速度比データRダの計算には十分
な精度が要求される。デジタル演算における誤差を軽減
するため速度比データRI21を多数回計測し、その結
果をメモIJ 32,33へすべて記憶させ、演算器3
4で平均化処理しても良い。又、超音波変換器10をわ
ずかに走査させ、被検体内の複数ケ所における速度比デ
ータRダの平均値を用いても良い。又、音速測定にあた
っては超音波変換器10の超音波ビームパターンも影響
することが考えられる。その影響を避けるため、超音波
変換器10をその超音波ビーム方向にわずかにずらしつ
つ速度比ROの平均値を求めてもよい。あるいは超音波
変換器をアレイ状にし、複数のRFパルス駆動器による
電子フォーカスとし、そのフォーカス位置をずらしつつ
速度比重りの平均値を求めてもよい。
以上の説明では、被検体38内には2個の独立した反射
体しかないとした。実際の生体では積分のゲート区間に
対応する時間幅には多数の散乱体からの反射エコーが重
なり合っていると考えられるが、その場合にも以上の説
明は十分成立つ。
なお、生体内における音度計測位置を明確にするため積
分のゲート区間を超音波断層像等の上に重ねて表示して
も良い。あるいは、そのゲート区間を表示する際に、相
対変化△Rにグレイスケール、又はカラーコードを対応
させてその位置に重ねて表示しても良い。
発明の効果 以上のように本発明は、周波数を変えて複数のゲート区
間内の受信信号の位相変化を求めることにより生体の音
速の分散に関するデータを出力するようにし、このデー
タをもとに被検体内の温度上昇を推測できるようにした
ものであり、被検体内での音波ビームの屈折や、加熱前
後における被検体の変形に影響されることは無く実用的
なものであり、その効果は大きい。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例における超音波計測装置の機
能ブロック図、第2図は従来の超音波計測装置の概念図
である。 10・・・超音波変換器、11・・・R■−パルス駆動
器、12・・・可変周波数発振器、13・・・プリアン
プ、14゜15・・・位相検波器、16・・・直交位相
検波信号発生器、17.18・・・積分器、19・・・
タイミンク発生器、20.21・・・A/D変換器、3
5・・・演算部。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 はか1名第2

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 周波数可変の発振器と、前記発振器からの信号に基づき
    パルスを発生するパルス駆動器と、前記パルス駆動器に
    より励振される超音波変換器と、前記超音波変換器から
    の受信信号を前記周波数に同期して位相検波する位相検
    波器と、前記励振に同期して被検深さ方向に複数のゲー
    ト区間を発生するタトミング発生器と、前記位相検波器
    の出力に基づき、複数ゲート区間におけるお互いの位相
    差を複数の周波数について求め、各周波数間の位相差の
    変化分である分散及び各分散間の相対変化を演算する演
    算部とを具備することを特徴とする超音波計測装置。
JP60281336A 1985-12-13 1985-12-13 超音波計測装置 Expired - Fee Related JPH0696013B2 (ja)

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EP90115644A EP0406915A1 (en) 1985-12-13 1986-12-12 Ultrasonic diagnostic apparatus based on variations of acoustic characteristic
US06/941,221 US4817615A (en) 1985-12-13 1986-12-12 Ultrasonic temperature measurement apparatus
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02264647A (ja) * 1988-11-24 1990-10-29 Agency Of Ind Science & Technol 音響特性測定並びに測温方法およびその装置
JP2011072584A (ja) * 2009-09-30 2011-04-14 Fujifilm Corp 超音波診断装置、および超音波診断方法

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JPH0564059B2 (ja) * 1988-11-24 1993-09-13 Kogyo Gijutsuin
JP2011072584A (ja) * 2009-09-30 2011-04-14 Fujifilm Corp 超音波診断装置、および超音波診断方法

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