JPS63134949A - Ultrasonic measuring instrument - Google Patents

Ultrasonic measuring instrument

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JPS63134949A
JPS63134949A JP61282413A JP28241386A JPS63134949A JP S63134949 A JPS63134949 A JP S63134949A JP 61282413 A JP61282413 A JP 61282413A JP 28241386 A JP28241386 A JP 28241386A JP S63134949 A JPS63134949 A JP S63134949A
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JP
Japan
Prior art keywords
ultrasonic
pulse
propagation
phase
ultrasonic pulse
Prior art date
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Pending
Application number
JP61282413A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Fukukita
博 福喜多
Shinichiro Ueno
植野 進一郎
Tsutomu Yano
屋野 勉
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP61282413A priority Critical patent/JPS63134949A/en
Publication of JPS63134949A publication Critical patent/JPS63134949A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
  • Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

PURPOSE:To exactly measure an absorption characteristic of an ultrasonic wave by utilizing a non-linear phenomenon of a propagation generated when different pulses is superposed, and deriving an attenuation of the ultrasonic wave is different depth by using a difference amplitude variation quantity and a difference phase variation quantity. CONSTITUTION:By controlling a driving control part 16, two ultrasonic pulses of different frequencies are generated by an ultrasonic transducer, they are sent to a body to be inspected, and in a state that a harmonic component by non-linearity of a propagation of a first ultrasonic pulse can be eliminated by an adder 23, an amplitude variation quantity and a phase variation quantity by non-linearily of a propagation of a second ultrasonic pulse and the first ultrasonic pulse which are superposed in a different phase state can be derived by a variation quantity detecting part 26. Subsequently, based on above- mentioned operation, an attenuation of an ultrasonic wave or a scattering characteristic is derived from a difference amplitude variation quantity and a difference phase variation quantity being variations of these quantities between different depths by an arithmetic part 27, and displayed by a display part 29.

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、被検体内に超音波を送受波し、被検体内の伝
搬特性が受信超音波の特性を変化させることを利用して
被検体の超音波特性を計測する超音波計測装置に関する
ものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of Industrial Application The present invention transmits and receives ultrasonic waves within a subject, and utilizes the fact that the propagation characteristics within the subject change the characteristics of the received ultrasonic waves. The present invention relates to an ultrasonic measuring device that measures ultrasonic characteristics.

従来の技術 被検体内の情報を超音波を用いて得る方式の例としては
非破壊超音波断層装置がある。非破壊超音波断層装置は
構造物内に超音波を送波し、構造物内からの反射波より
構造物内の情報を得るパルス反射法が一つの方式として
注目されている。パルス反射法は構造物内の音響インピ
ーダンス差のある種々界面、例えば構造物内の不均一部
分、あるいは不完全な溶接部分等からの反射エコー強度
、すなわち振幅値と超音波の伝搬時間とから構造物内の
情報を2次元的に集め表示することで断層像を得るもの
である。しかし近年、おもに構造物内の欠陥等の形状判
断を行う超音波断層装置に対し、構造物内の形状のみな
らず構造物を構成する素材の質の情報も得たいという要
望も高まっている。
BACKGROUND OF THE INVENTION An example of a method for obtaining information inside a subject using ultrasound is a non-destructive ultrasound tomography apparatus. One method of non-destructive ultrasonic tomography equipment is the pulse reflection method, which transmits ultrasonic waves into a structure and obtains information inside the structure from the reflected waves from within the structure. The pulse reflection method uses the reflected echo intensity, that is, the amplitude value and the propagation time of ultrasonic waves, from various interfaces with acoustic impedance differences within the structure, such as non-uniform parts within the structure or imperfectly welded parts, etc. A tomographic image is obtained by collecting and displaying information inside an object two-dimensionally. However, in recent years, there has been an increasing demand for ultrasonic tomography devices, which mainly determine the shape of defects and the like within structures, to obtain information not only on the shape inside the structure but also on the quality of the materials that make up the structure.

このような構造物中の素材の質に関する情報は例えば素
材内での超音波の伝搬特性、あるいは散乱特性等を計測
することにより可能となる。この超音波伝搬特性や超音
波散乱特性をパルス反射法で調べる場合には、後で説明
するように、一方の特性のみを単独で測定することは難
しい。この超音波伝搬特性、特に超音波減衰特性と超音
波散乱特性との関係については例えばジャーナル オプ
スタティスティ力ル フィジックス: Jounal 
ofStatistical Physics、 Vo
l、36 Nos、5/6. 779〜786頁、  
1984に記載されているように互いに密接な関係を有
する。一方で、この超音波伝搬特性と超音波散乱特性を
別々に得ることができれば素材の質、特に金属等におけ
る多結晶化部分、あるいは焼結体内の欠陥部分等の質の
定量的な把握が可能になる。以下、第4図を参照して従
来の超音波伝搬特性測定法について説明する。
Information regarding the quality of materials in such structures can be obtained, for example, by measuring the propagation characteristics or scattering characteristics of ultrasonic waves within the materials. When examining the ultrasonic propagation characteristics and ultrasonic scattering characteristics using the pulse reflection method, it is difficult to measure only one characteristic alone, as will be explained later. The relationship between ultrasonic propagation characteristics, especially ultrasonic attenuation characteristics and ultrasonic scattering characteristics, can be found in, for example, the Journal Opstatisti Lu Physics: Journal
of Statistical Physics, Vo
l, 36 Nos, 5/6. pages 779-786,
1984, they are closely related to each other. On the other hand, if the ultrasonic propagation characteristics and ultrasonic scattering characteristics can be obtained separately, it is possible to quantitatively understand the quality of the material, especially the quality of polycrystalline parts in metals, or defective parts in sintered bodies. become. Hereinafter, a conventional ultrasonic propagation characteristic measuring method will be explained with reference to FIG.

第4図において、1は被検体、2は被検体1に対して超
音波の送受信を行う超音波変換器、3は被検体lと超音
波変換器2との音響的結合を行う結合媒体、4は結合媒
体3を収納する容器、5は超音波変換器2を駆動するパ
ルス駆動器、6は超音波変換器2の受信信号を増幅する
プリアンプ、7はプリアンプ6の出力を検波する検波器
、8は検波器7の出力を記憶し断層像を構成する走査変
換部、9は走査変換部8の出力を表示する表示部、10
はプリアンプ6の出力に対し、周波数分析等の解析を行
う信号解析部であり、信号解析部10の出力は走査変換
部8へ入力され、表示部9に表示される。
In FIG. 4, 1 is a subject, 2 is an ultrasonic transducer that transmits and receives ultrasonic waves to and from the subject 1, and 3 is a coupling medium that acoustically couples the subject 1 and the ultrasonic transducer 2; 4 is a container that stores the coupling medium 3; 5 is a pulse driver that drives the ultrasonic transducer 2; 6 is a preamplifier that amplifies the received signal of the ultrasonic converter 2; and 7 is a detector that detects the output of the preamplifier 6. , 8 is a scan conversion unit that stores the output of the detector 7 and forms a tomographic image; 9 is a display unit that displays the output of the scan conversion unit 8; 10
is a signal analysis section that performs analysis such as frequency analysis on the output of the preamplifier 6; the output of the signal analysis section 10 is input to the scan conversion section 8 and displayed on the display section 9.

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。
The operation of the above configuration will be explained below.

まずパルス駆動器5により駆動パルスが送出され、超音
波変換器2に加えられ、超音波変換器2は超音波パルス
を発生する。発生した超音波パルスは結合媒体3を伝搬
し、被検体lへ到達する。
First, a driving pulse is sent out by the pulse driver 5 and applied to the ultrasonic transducer 2, and the ultrasonic transducer 2 generates an ultrasonic pulse. The generated ultrasonic pulse propagates through the coupling medium 3 and reaches the subject l.

結合媒体3には超音波吸収の少い材料、例えば水が用い
られる。容器4は水等の結合媒体3の流失を防止する。
For the coupling medium 3, a material with low ultrasonic absorption, such as water, is used. The container 4 prevents the binding medium 3, such as water, from running away.

被検体1は鋳造体で構成される構造物の一部であり、不
均質な多結晶部分が含まれるものとする。被検体1に到
達した超音波パルスの一部は被検体1へ透過し、被検体
1の中を伝搬しながらその音響的な質の変化に対応して
次々に散乱され、その一部は伝搬径路すなわち音響走査
線上を逆行して超音波変換器2に戻シ、受信信号に変換
される。この伝搬や散乱の過程で超音波パルスは被検体
Iの音響的な質の影響、すなわち超音波伝搬特性や超音
波散乱特性の影響を受ける。受信信号はプリアンプ4で
増幅され、その出力は検波器7で検波され、検波器7の
出力は走査変換部8で記憶、走査変換され、走査変換部
8の出力は標準TVモニタ等で構成される表示部9に表
示される。プリアンプ4の出力は、一方、信号解析部1
0において周波数分析等の信号解析がなされ、伝搬特性
あるいは散乱特性が計算される。伝搬特性の中の減衰特
性については以下のような計算により求められる。まず
被検体1内の特定の深さR1に対応する受信信号h (
几l)と深さR2に対応する受信信号h  (R2)を
抜取る。抜取る信号の長さを被検体1内で例えば5mm
とする。抜取る信号の長さをImmとした場合に対応す
るゲート幅を18式とすると、 T=2・b今             −・・−・−
(+)但し、■;音速 Km/see 従って、ゲート幅を決定するためには音速Vの値が既知
でなければならない。音速Vの値はそれぞれの材質に対
応して予めデータを用意しておく必要がある。次に、受
信信号h(R1)とh  (R2)に対してフーリエ変
換等の周波数分析を行う。
The specimen 1 is a part of a structure made of a cast body, and includes a heterogeneous polycrystalline portion. A part of the ultrasonic pulse that reaches the object 1 is transmitted to the object 1, and as it propagates inside the object 1, it is scattered one after another in response to changes in its acoustic quality. It travels backward along the path, that is, the acoustic scanning line, and returns to the ultrasonic transducer 2, where it is converted into a received signal. During this propagation and scattering process, the ultrasonic pulse is influenced by the acoustic quality of the object I, that is, by the ultrasonic propagation characteristics and ultrasonic scattering characteristics. The received signal is amplified by a preamplifier 4, its output is detected by a detector 7, the output of the detector 7 is stored and scan-converted by a scan converter 8, and the output of the scan converter 8 is configured on a standard TV monitor or the like. is displayed on the display section 9. On the other hand, the output of the preamplifier 4 is sent to the signal analysis section 1.
At 0, signal analysis such as frequency analysis is performed, and propagation characteristics or scattering characteristics are calculated. The attenuation characteristic among the propagation characteristics is determined by the following calculation. First, the received signal h (
几l) and the received signal h (R2) corresponding to the depth R2 are extracted. For example, set the length of the signal to be extracted to 5 mm within the subject 1.
shall be. If the length of the signal to be extracted is Imm and the corresponding gate width is 18, then T=2・bnow −・・−・−
(+) However, ■; Speed of sound Km/see Therefore, in order to determine the gate width, the value of the speed of sound V must be known. It is necessary to prepare data for the value of the sound velocity V in advance for each material. Next, frequency analysis such as Fourier transform is performed on the received signals h(R1) and h(R2).

h (几1)のフーリエ変換を)(1(ωル h (几
2)のフーリエ変換をI]2(ω)、ωを角周波数とす
ると、H1(ω)、R2(ω)は次式で表わすことがで
きる。
If the Fourier transform of h (几1) is) (1(ω) and the Fourier transform of h (几2) is I]2(ω), and ω is the angular frequency, then H1(ω) and R2(ω) are expressed as follows: It can be expressed as

1−11(ω)=T(Gl G 1(ω)・S 1 (
ω)     −−(2)112(ω)−T(ω)・ 
G2(ω)・ 82(ω)      ・・1直3)但
し、T(ω)は超音波変換器2が送受信する超音波パル
スの周波数特性、Gl(ω)は超音波変換器2と被検体
の深さ几lの間を往復する際に超音波が受ける伝搬特性
、si(ω)は深さnlにおける超音波の最乱特性であ
る。この式から明らかなように受信信号には超音波伝搬
特性と超音波散乱特性が積の形で含まれており、それぞ
れを別々の形で得ることは困難である。しかし、仮に散
乱特性S1(ω)と82(ω)が等しいとすれば(2)
、 (3)式の比を求めることにより、被検体の深さR
1と深さR2の間の伝搬特性G21(ω)が得られる。
1-11(ω)=T(Gl G 1(ω)・S 1 (
ω) --(2)112(ω)-T(ω)・
G2(ω)・82(ω)...1 direct 3) However, T(ω) is the frequency characteristic of the ultrasonic pulse transmitted and received by the ultrasonic transducer 2, and Gl(ω) is the frequency characteristic between the ultrasonic transducer 2 and the subject. The propagation characteristic that the ultrasonic wave undergoes when reciprocating between the depths ≧l and si(ω) is the most turbulent characteristic of the ultrasonic wave at the depth nl. As is clear from this equation, the received signal includes the ultrasonic propagation characteristic and the ultrasonic scattering characteristic in the form of a product, and it is difficult to obtain each in separate form. However, if the scattering characteristics S1(ω) and 82(ω) are equal, then (2)
, By determining the ratio of equation (3), the depth R of the object
A propagation characteristic G21(ω) between depth R1 and depth R2 is obtained.

G21(ω)=G2(ω)/Gl(ω)=H2(ωl/
H1(ω)       ・・・・・・(4)伝搬特性
021の絶対値は超音波減衰特性に対応する。このよう
にして被検体1内の任意の深さの領域における超音波の
伝搬特性を得ることができる。
G21(ω)=G2(ω)/Gl(ω)=H2(ωl/
H1(ω) (4) The absolute value of the propagation characteristic 021 corresponds to the ultrasonic attenuation characteristic. In this way, it is possible to obtain the propagation characteristics of ultrasonic waves in a region of arbitrary depth within the subject 1.

従って、被検体1の表面と深さR1の間における伝搬特
性C)1(ω)も得ることが可能であり、(2)式を用
いれば散乱特性81(ω)を得ることも可能である。
Therefore, it is also possible to obtain the propagation characteristic C)1(ω) between the surface of the object 1 and the depth R1, and by using equation (2), it is also possible to obtain the scattering characteristic 81(ω). .

しかし、被検体lが不均質な散乱体で構成されている場
合には超音波散乱特性は部位により大幅に異なり、上記
したように81(ω)と82(ω)を等しいと仮定する
ことはできない。このため、この超音波散乱特性が被検
部位に対応してランダムに変化することを逆に利用する
ことが従来性われてきた。
However, if the object l is composed of inhomogeneous scatterers, the ultrasonic scattering characteristics will vary greatly depending on the part, and it is not possible to assume that 81(ω) and 82(ω) are equal as described above. Can not. For this reason, it has been conventional to take advantage of the fact that the ultrasonic scattering characteristics randomly change depending on the region to be examined.

すなわち、超音波変換器2が被検体1に対して超音波を
送受信する位置を所定の範囲内で被検体1の表面に平行
な方向に移動し、多数の部位に於て得られた受信信号に
ついてそれぞれ周波数分析を行い、得られた多数の周波
数分析結果を平均処理することにより、ランダムに変化
する散乱特性のみを相殺する。このようにして平均化さ
れたフーリエ変換!11(ω)、02(ω)に対しては
(4)式を適用することが可能となり伝搬特性を得るこ
とが可能になる。
That is, the position at which the ultrasonic transducer 2 transmits and receives ultrasonic waves to and from the subject 1 is moved within a predetermined range in a direction parallel to the surface of the subject 1, and the received signals obtained at many parts are By performing frequency analysis on each of these and averaging a large number of obtained frequency analysis results, only randomly changing scattering characteristics are canceled out. Thus the averaged Fourier transform! Equation (4) can be applied to 11(ω) and 02(ω), making it possible to obtain propagation characteristics.

発明が解決しようとする問題点 しかし、以上のような構成では被検体1内の超音波の散
乱特性が、その測定部位をずらした場合、完全にランダ
ムに変化する、すなわち各測定部位の間で全く相関がな
いということが前提となる。
Problems to be Solved by the Invention However, with the above configuration, when the measurement site is shifted, the scattering characteristics of the ultrasound waves within the object 1 change completely randomly, that is, between each measurement site. The assumption is that there is no correlation at all.

しかしながらこの前提が、被検体内に存在する明確な音
響的境界を有する界面により成立たなくなるという問題
があった。
However, there is a problem in that this assumption no longer holds true due to an interface with a clear acoustic boundary that exists within the subject.

本発明は従来技術の以上のような問題を解決するもので
、任意の超音波の散乱特性を有する被検体に対して正確
に超音波の吸収特性を計測することを目的とするもので
ある。
The present invention solves the above-mentioned problems of the prior art, and aims to accurately measure the ultrasonic absorption characteristics of a subject having arbitrary ultrasonic scattering characteristics.

問題点を解決するための手段 本発明は周波数の異なる2つの超音波パルス、すなわち
第1の超音波パルスと第2の超音波パルス(第1の超音
波パルスよりも中心周波数が高い)を用いた4組の超音
波パルス、すなわち第2の超音球パルス、第1の超音波
パルスの粒子速度零近傍かつ粒子加速度方向一定部分に
第2の超音波パルスを重畳したもの(位相状態Cと記す
)、第1の超音波パルスの粒子速度ピーク部分に第2の
超音波パルスを重畳したもの(位相状態りと記す)、第
1の超音波パルスを作成し、これらを被検体に送波し、
第1の超音波パルスの高調波成分も除去した差データに
対して周波数分析を行い、振幅変化量、位相変化量を求
め、これらの値から異なる深さ間の超音波の減衰、ある
いは散乱特性を求め、表示部に表示することにより上記
目的を達成するものである。
Means for Solving the Problem The present invention uses two ultrasonic pulses of different frequencies, namely a first ultrasonic pulse and a second ultrasonic pulse (having a higher center frequency than the first ultrasonic pulse). Four sets of ultrasonic pulses, namely, the second ultrasonic sphere pulse and the second ultrasonic pulse are superimposed on the part of the first ultrasonic pulse where the particle velocity is near zero and the particle acceleration direction is constant (phase state C and ), a second ultrasonic pulse is superimposed on the particle velocity peak portion of the first ultrasonic pulse (described as phase state), the first ultrasonic pulse is created, and these are transmitted to the subject. death,
Frequency analysis is performed on the difference data from which the harmonic components of the first ultrasonic pulse have also been removed, and the amount of amplitude change and phase change is determined. From these values, the attenuation or scattering characteristics of the ultrasonic wave between different depths are determined. The above objective is achieved by determining the following and displaying it on the display unit.

作用 本発明は上記構成により、第1の超音波パルスの伝搬の
非線形性による高調波成分を除去可能な状態で、異なる
位相状態で重畳された第2の超音波パルスと第1の超音
波パルスの伝搬の非線形性による振幅変化量と位相変化
量を求め、異なる深さ間におけるこれらの量の変化であ
る差分振幅変化量、差分位相変化量から超音波の減衰、
あるいは散乱特性を求め表示するものである。
Effect of the Invention With the above configuration, the present invention allows the second ultrasonic pulse and the first ultrasonic pulse to be superimposed in different phase states in a state where harmonic components due to nonlinearity of propagation of the first ultrasonic pulse can be removed. Find the amplitude change and phase change due to the nonlinearity of propagation, and calculate the attenuation of the ultrasonic wave from the difference amplitude change and differential phase change, which are the changes in these amounts between different depths.
Alternatively, the scattering characteristics are determined and displayed.

実施例 以下に本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する。Example Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

第1図は本発明の一実施例における超音波計測装置を示
す機能ブロック図である。第1図(a)において、12
は低周波帯の第1の超音波パルスを送出する第1の超音
波変換器、13は第1の超音波パルスより周波数の高い
第2の超音波パルスを送出する第2の超音波変換器、1
4は被検体11と超音波変換器12.13とを音響的に
結合する結合媒体、15は結合媒体14を収納する容器
、16は第1の超音波変換器12及び第2の超音波変換
器13を位相制御駆動する制御駆動部である。制御駆動
部16の内部のより詳細な機能ブロック図は第1図(b
)に示される。
FIG. 1 is a functional block diagram showing an ultrasonic measuring device according to an embodiment of the present invention. In Figure 1(a), 12
13 is a first ultrasonic transducer that sends out a first ultrasonic pulse in a low frequency band, and 13 is a second ultrasonic converter that sends out a second ultrasonic pulse with a higher frequency than the first ultrasonic pulse. ,1
4 is a coupling medium that acoustically couples the subject 11 and the ultrasonic transducers 12 and 13; 15 is a container that stores the coupling medium 14; and 16 is a first ultrasonic transducer 12 and a second ultrasonic transducer. This is a control drive unit that drives the device 13 in a phase controlled manner. A more detailed functional block diagram of the inside of the control drive section 16 is shown in FIG.
) is shown.

第1図(blにおいて161は第1の超音波変換器12
を駆動するパルス駆動器、162は第2の超音波変換器
13を駆動するパルス駆動器、163はパルス駆動器1
61及び162の相呉のパルス発生タイミング差を制御
する位相制御部である。パルス駆動器161及び162
と位相制御部163により制御駆動部16を構成する。
FIG. 1 (in bl, 161 is the first ultrasonic transducer 12
162 is a pulse driver that drives the second ultrasonic transducer 13, 163 is a pulse driver 1
This is a phase control unit that controls the difference in pulse generation timing between phase signals 61 and 162. Pulse drivers 161 and 162
The control drive section 16 is composed of the phase control section 163 and the phase control section 163 .

第1図(a)にもどり17はシステムのクロックを発生
する信号源、18は第2の超音波変換器13からの受信
信号を増幅するプリアンプ、19はプリアンプ18の出
力信号を増幅する可変利得のアンプ、20はアンプ19
の出力信号をデジタルデータに変えるA/D変換器、2
1はA/D変換器20の出力データを記憶する第1のバ
ッファメモリ、22はA/D変換器20の出力データを
記憶する第2のバッファメモリ、23はバッファメモリ
22と21に記憶されているデータに対して差演算を行
う加算器、24は加算器23の出力である差データを記
憶するメモリ、25はメモリ24に記憶されている差デ
ータのデータ列に対して伝達関数計算を行う伝達関数演
算部、26は伝達関数演算部25の第1の出力である振
幅データAと第2の出力である位相データPに対して振
幅変化量と位相変化量を検出する変化量検出部である。
Returning to FIG. 1(a), 17 is a signal source that generates a system clock, 18 is a preamplifier that amplifies the received signal from the second ultrasonic transducer 13, and 19 is a variable gain that amplifies the output signal of the preamplifier 18. amp, 20 is amp 19
an A/D converter that converts the output signal of the into digital data, 2
1 is a first buffer memory that stores output data of the A/D converter 20, 22 is a second buffer memory that stores output data of the A/D converter 20, and 23 is stored in buffer memories 22 and 21. 24 is a memory that stores the difference data that is the output of the adder 23; 25 is a transfer function calculation for the data string of the difference data stored in the memory 24; 26 is a change amount detection unit that detects the amount of amplitude change and the amount of phase change with respect to the amplitude data A, which is the first output, and the phase data P, which is the second output, of the transfer function calculation unit 25. It is.

変化量検出部26の内部のより詳細な機能ブロック図は
第1図(C1に示される。第1図(C)において261
. 262は伝達関数演算部25の振幅データAを記憶
するメモリ、263. 264は伝達関数演算部26の
位相データPを記憶するメモリ、265はメモリ261
,262に記憶されたデータに対して振幅変化量の分析
を行う振幅変化分析部、266はメモリ263. 26
4に記憶されたデータに対して位相変化量の分析を行う
位相変化分析部である。振幅変化分析部265の出力デ
ータΔAはメモリ267で記憶され、位相変化分析部2
66の出力データΔI)はメモリ268で記憶される。
A more detailed functional block diagram inside the change amount detection unit 26 is shown in FIG. 1 (C1).
.. 262 is a memory for storing amplitude data A of the transfer function calculation section 25; 263. 264 is a memory that stores the phase data P of the transfer function calculation unit 26; 265 is a memory 261;
, 262 is an amplitude change analysis unit that analyzes the amount of amplitude change on the data stored in the memory 263. 26
This is a phase change analysis unit that analyzes the amount of phase change with respect to the data stored in 4. The output data ΔA of the amplitude change analysis section 265 is stored in the memory 267, and the output data ΔA of the amplitude change analysis section 265 is stored in the memory 267.
66 output data ΔI) is stored in memory 268.

メモIJ 261 、 262゜263、 264. 
267、 268.振幅変化分析部265゜位相変化分
析部266で変化量検出部26を構成する。
Memo IJ 261, 262゜263, 264.
267, 268. The amplitude change analysis section 265 and the phase change analysis section 266 constitute the change amount detection section 26.

第1図ta)にもどり、27は変化量検出部の出力デー
タ△A及びΔPを入力として超音波特性を求・める特性
演算部、28は特性演算部27の出力を記憶、走査変換
する走査変換部、29は走査変換部28の出力を表示す
る表示部、30はプリアンプ18の出力信号を信号処理
する信号処理部、信号処理部30の出力は走査変換部2
8において記憶変換され断層像を構成する。31はシス
テム全体の制御を行う主制御部である。
Returning to Fig. 1 (ta), 27 is a characteristic calculation unit that receives the output data ΔA and ΔP of the change amount detection unit and calculates the ultrasonic characteristics, and 28 stores and scan-converts the output of the characteristic calculation unit 27. A scan converter, 29 is a display unit that displays the output of the scan converter 28, 30 is a signal processor that processes the output signal of the preamplifier 18, and the output of the signal processor 30 is the scan converter 2.
8, the data is stored and converted to form a tomographic image. 31 is a main control unit that controls the entire system.

以上のような構成において、以下その動作を説明する。The operation of the above configuration will be explained below.

まず、第2の超音波変換器13が出力する第2の超音波
パルスの例を第2図(alに、第1の超音波変換器12
が出力する第1の超音波パルス出力の例を第2図(b)
に、位相状態Cで重畳された超音波変換器12と超音波
変換器13の超音波パルス出力の例を第2図(C)に、
位相状態りで重畳された超音波変換器12と超音波変換
器13の超音波パルス出力の例を第2図(d)にそれぞ
れ示す。第1の超音波パルスの中心周波数は、例えば0
.5MHz1第2の超音波パルスの中心周波数は、例え
ば7.5MHzとし、その中心周波数は大幅に異なる値
が選ばれている。位相状態Cでは第2の超音波パルスの
波形の重心は第1の超音波パルスの粒子速度が零近傍、
かつその値が負から正へ変化する、すなわち粒子加速度
が正のタイミングで重畳されている。位相状態りでは第
2の超音波パルスの波形重心は第1の超音波パルスの粒
子速度がピーク値を示すタイミングで重畳されている。
First, an example of the second ultrasonic pulse outputted by the second ultrasonic transducer 13 is shown in FIG.
Figure 2(b) shows an example of the first ultrasonic pulse output output by
FIG. 2(C) shows an example of the ultrasonic pulse outputs of the ultrasonic transducers 12 and 13 superimposed in phase state C.
An example of the ultrasonic pulse outputs of the ultrasonic transducer 12 and the ultrasonic transducer 13 superimposed in phase states is shown in FIG. 2(d). The center frequency of the first ultrasonic pulse is, for example, 0
.. The center frequency of the 5 MHz1 second ultrasonic pulse is, for example, 7.5 MHz, and values that are significantly different from each other are selected for the center frequencies. In phase state C, the center of gravity of the waveform of the second ultrasonic pulse is such that the particle velocity of the first ultrasonic pulse is near zero;
And the value changes from negative to positive, that is, the particle acceleration is superimposed at a positive timing. In the phase state, the waveform center of gravity of the second ultrasonic pulse is superimposed at the timing when the particle velocity of the first ultrasonic pulse reaches its peak value.

第1の超音波パルスと第2の超音波パルスの波形に関し
ては、第1の超音波パルスの波長をA、第2の超音波パ
ルスのパルス長をtとしたとき、 2・【〈 Δ とすることが望ましい。この関係により第2の超音波パ
ルスの伝達関数の振幅変化量や位相変化量の分析を容易
にできる。
Regarding the waveforms of the first ultrasonic pulse and the second ultrasonic pulse, when the wavelength of the first ultrasonic pulse is A and the pulse length of the second ultrasonic pulse is t, 2・[< Δ and It is desirable to do so. This relationship facilitates analysis of the amount of change in amplitude and the amount of phase change in the transfer function of the second ultrasonic pulse.

次に、第2の超音波パルス、及び位相状態CとDで重畳
された超音波パルスが被検体11内を伝搬する様子を詳
しく説明する。通常の超音波検査装置で用いられる程度
のピーク超音波出力レベルの場合でも伝搬の非線形現象
により超音波が歪むことが知られている。この伝搬の非
線形現象の発生の機構は流体の場合と固体の場合では差
があるが歪を生じるという結果のみに注目すれば同様に
取扱うことも可能であるので、ここでは説明が容易な流
体中における超音波の伝搬について説明する。
Next, how the second ultrasonic pulse and the ultrasonic pulses superimposed in phase states C and D propagate within the subject 11 will be described in detail. It is known that even at peak ultrasonic output levels used in ordinary ultrasonic testing equipment, ultrasonic waves are distorted due to nonlinear propagation phenomena. Although the mechanism of the occurrence of this nonlinear propagation phenomenon differs between fluids and solids, it is possible to treat it in the same way by focusing only on the result that distortion occurs, so here we will focus on the mechanism in fluids that is easy to explain. The propagation of ultrasonic waves will be explained below.

流体中における超音波の伝搬の非線形現象は、超音波の
伝搬速度が波形の山と谷の部分で異なることにより説明
できる。この関係は次式で表される。
The nonlinear phenomenon of ultrasonic propagation in a fluid can be explained by the fact that the propagation speed of ultrasonic waves differs between the peaks and valleys of the waveform. This relationship is expressed by the following equation.

B C=C,±(1十−(−)) −u =Om±Δo  
    −−(5)2 人 ここでB/Aは伝搬媒体の非線形パラメータであり、流
体の種類により異なるが、例えば水では6程度の値であ
る。C0は無限−小振幅超音波の位相速度、Uは粒子速
度である。粒子速度Uは超音波パ+7−IWz−の場合
、水中で12an / sec、△Cは50/seeと
なる。この伝搬の非線形現象が超音波の波形に与える影
響を第3図に示す。第3図(a)は第1の超音波パルス
が伝搬の非線形現象により歪む様子を、第3図(b)及
び(C1は第1の超音波パルスの伝搬の非線形現象によ
り重畳された第2の超音波パルスの周波数特性が変化す
る様子を示す。第3図(b)では位相状態Cで重畳され
た第2の超音波パルスの中心周波数が伝搬に伴い高周波
側ヘシフトし、第3図fc)では位相状態りで重畳され
た第2の超音波パルスの位相が伝搬に伴いシフトする様
子を示す。第2の超音波パルスに対して、第1の超音波
パルスが重畳されている場合と、重畳されていない場合
とにおける第2の超音波パルスの位相差、すなわち位相
変化量ΔPは次式で表せる。
B C=C, ±(10-(-)) -u =Om±Δo
--(5) 2 people Here, B/A is a nonlinear parameter of the propagation medium, and varies depending on the type of fluid, but for example, for water, it has a value of about 6. C0 is the phase velocity of infinite-small amplitude ultrasound, and U is the particle velocity. In the case of ultrasonic wave P+7-IWz-, the particle velocity U is 12 an/sec in water, and ΔC is 50/see. FIG. 3 shows the influence of this nonlinear propagation phenomenon on the waveform of the ultrasonic wave. Figure 3(a) shows how the first ultrasonic pulse is distorted due to the nonlinear phenomenon of propagation, and Figure 3(b) and (C1) show how the first ultrasonic pulse is distorted due to the nonlinear phenomenon of propagation. This shows how the frequency characteristics of the ultrasonic pulse change. In Fig. 3(b), the center frequency of the second ultrasonic pulse superimposed in phase state C shifts to the high frequency side as it propagates, and Fig. 3(b) shows how the frequency characteristics of the ultrasonic pulse change. ) shows how the phase of the second ultrasonic pulse superimposed in a phase state shifts with propagation. The phase difference between the second ultrasonic pulse when the first ultrasonic pulse is superimposed and when it is not superimposed, that is, the amount of phase change ΔP, is expressed by the following formula: Can be expressed.

△E=2・ΔX・ω・(−−−)     ・・・・・
・(6)C0C・+ΔC 水中における位相速度C・を1500m/sec、伝搬
距離△xを5mm、角周波数ωを2 tt x 7.5
X 10’rad/’式とすると△Pは0.10rad
(= 6.Odeg)となり、十分精度良く検出するこ
とが可能である。このような超音波の波形歪を固体中で
も生じさせることができる。
△E=2・ΔX・ω・(−−−) ・・・・・・
・(6) C0C・+ΔC Phase velocity C・in water is 1500 m/sec, propagation distance △x is 5 mm, angular frequency ω is 2 tt x 7.5
If the formula is X 10'rad/', △P is 0.10rad
(= 6.Odeg), and it is possible to detect with sufficient accuracy. Such waveform distortion of ultrasonic waves can be caused even in solids.

第2図に示す各超音波パルス波形が、(b)第1の超音
波パルス、(C1位相状態C1(d)位相状態D、(a
)第2の超音波パルスの順番を1サイクルとして被検体
40に送出され、その受信信号が処理される過程を次に
示す。まず超音波変換器13の送信を停止した状態では
、超音波変換器12から発生した第1の超音波パルスは
結合媒体14を透過し、被検体11に到達、入射する。
Each ultrasonic pulse waveform shown in FIG. 2 is (b) first ultrasonic pulse, (C1 phase state C1 (d) phase state D,
) The process in which the second ultrasonic pulses are transmitted to the subject 40 in one cycle and the received signals are processed will be described below. First, when the transmission of the ultrasonic transducer 13 is stopped, the first ultrasonic pulse generated from the ultrasonic transducer 12 passes through the coupling medium 14 and reaches and enters the subject 11 .

第1の超音波パルスは結合媒体14、被検体11の中を
伝搬しながら非線形効果により歪を蓄積し、高調波成分
を増大させる。同時〆 に被検体11の音響的質の変化に対応して次々に散乱さ
れその一部は超音波変換器13に到達し、高調波成分の
中の一部の帯域成分は受信信号に変換される。この受信
信号PSは後で差データを求めるときに使用される。受
信信号はプリアンプ18で8/N良く増幅された後、可
変利得のアンプ19で所定の振幅に増幅される。アンプ
19の出力はA/D変換器20においてデジタルデータ
に変換され、受信信号ESに対応するデータは第1のバ
ッファメモリ21に記憶される。A/D変換器20のサ
ンプルタイミングは制御駆動部16に対して精密に同期
し、そのサンプル速度は数十MHz 、分解能は10ビ
ット程度以上あり入力信号の位相を正確に保存できる必
要がある。
The first ultrasonic pulse accumulates distortion due to nonlinear effects while propagating through the coupling medium 14 and the subject 11, increasing harmonic components. At the same time, the waves are scattered one after another in response to changes in the acoustic quality of the object 11, and some of them reach the ultrasonic transducer 13, and some of the band components among the harmonic components are converted into received signals. Ru. This received signal PS will be used later when obtaining difference data. The received signal is amplified by 8/N by a preamplifier 18, and then amplified to a predetermined amplitude by a variable gain amplifier 19. The output of the amplifier 19 is converted into digital data by an A/D converter 20, and data corresponding to the received signal ES is stored in a first buffer memory 21. The sampling timing of the A/D converter 20 must be precisely synchronized with the control driver 16, the sampling rate must be several tens of MHz, the resolution must be approximately 10 bits or more, and the phase of the input signal must be accurately preserved.

次に、位相状態Cで第1の超音波パルスと第2の超音波
パルスが被検体11に送出される。位相状態Cで重畳さ
れながら伝搬する様子は次のように近似できる。伝搬径
路は微小区間の集まりとみなせ、その微小な各区間にお
いて、重畳された超音波パルスは非線形現象にもとづく
伝搬歪を生じ、第2の超音波パルスの中心周波数は高周
波側へ変化する。この変化量は、注目している区間にお
ける粒子速度Uと伝搬媒質の非線形パラメータB/Aの
両方に依存する。このようにして第2の超音波パルスは
その中心周波数が高周波側に変化することにより過剰な
減衰を受ける。この過剰な減衰は伝搬媒質の減衰定数に
も依存する値である。以上のように、微小な各区間にお
いて非線形伝搬歪と減衰による歪を繰返しつつ位相状態
Cを保持しながら超音波パルスは次々に散乱されながら
伝搬する。散乱され、伝搬径路を逆行する間は超音波パ
ルスはその振幅が非常に小さいため、非線形効果は無視
できる。位相状態Cにおける受信信号をO8とする。
Next, the first ultrasonic pulse and the second ultrasonic pulse are sent to the subject 11 in phase state C. The state of propagation while being superimposed in phase state C can be approximated as follows. The propagation path can be regarded as a collection of minute sections, and in each minute section, the superimposed ultrasonic pulse causes propagation distortion based on a nonlinear phenomenon, and the center frequency of the second ultrasonic pulse changes to the high frequency side. This amount of change depends on both the particle velocity U in the section of interest and the nonlinear parameter B/A of the propagation medium. In this way, the second ultrasonic pulse is subject to excessive attenuation due to its center frequency changing to the higher frequency side. This excessive attenuation is a value that also depends on the attenuation constant of the propagation medium. As described above, the ultrasonic pulse propagates while being successively scattered while maintaining the phase state C while repeating nonlinear propagation distortion and distortion due to attenuation in each minute section. While being scattered and traveling backwards along the propagation path, the amplitude of the ultrasound pulse is so small that nonlinear effects can be ignored. The received signal in phase state C is assumed to be O8.

次に、位相状態りで第1の超音波パルス第2の超音波パ
ルスが被検体11に送出される。位相状態りで伝搬する
場合には、第2の超音波パルスは非線形効果にもとづく
伝搬歪としては、位相変化のみを受けると近似できる。
Next, the first ultrasonic pulse and the second ultrasonic pulse are transmitted to the subject 11 in a phased manner. When the second ultrasonic pulse propagates in a phase state, it can be approximated that the second ultrasonic pulse undergoes only a phase change as a propagation distortion based on a nonlinear effect.

散乱され、伝播径路を逆行する超音波パルスはその振幅
が非常に小さいため非線形効果が無視できる。位相状態
りにおける受信信号をDSとする。
The amplitude of the scattered ultrasound pulse traveling backwards along the propagation path is so small that nonlinear effects can be ignored. Let the received signal in the phase state be DS.

次に、1サイクルの最後に、超音波変換器12を停止し
、第2の超音波パルスのみを被検体11に送出する。第
2の超音波パルスにより得られる受信信号をSSとする
。以上が1サイクル中において被検体11に送出される
超音波パルスである。受信信号aS%DS及びSSに対
応するデータは第2のバックアメモリ22に記憶される
。メモリ21.22に記憶されたデータのうち最初の3
つの受信信号PS、O8,DSについては加算器23に
おいて差データCD、DDが次式のように計算され、メ
モリ24に記憶される。
Then, at the end of one cycle, the ultrasound transducer 12 is stopped and only the second ultrasound pulse is sent to the subject 11. Let SS be the received signal obtained by the second ultrasonic pulse. The above are the ultrasonic pulses sent to the subject 11 during one cycle. Data corresponding to the received signals aS%DS and SS are stored in the second backup memory 22. The first 3 of the data stored in memory 21.22
Regarding the received signals PS, O8, and DS, difference data CD and DD are calculated by the adder 23 as shown in the following equations and stored in the memory 24.

差データCD、DDは重畳された超音波パルスの非線形
伝播歪の中のプローブ波にかかわる部分と考えることが
できる。
The difference data CD and DD can be considered as a portion related to the probe wave in the nonlinear propagation distortion of the superimposed ultrasonic pulse.

次に、伝達関数演算部25はバッファメモリ22メモリ
24のデータを抜取り、周波数分析等の演算を行う。演
算は、具体的には、スペクトル振幅計算、位相角計算で
あり、7一リエ積分、DFT (離散フーリエ変換)等
の計算アルゴリズムの実行により得られる。振幅スペク
トル、位相角は次のように計算される。まず、第2の超
音波のみを送出した場合に得られたデータDSに関し、
被検体11内の特定の深さR1に対応するデータ列をバ
ッファメモリ22から抜取り、周波数分析を行い、フー
リエ変換H1(ω)を得る。同様にして深さ几2に対応
するデータ列をバッファメモリ22から抜取り、フーリ
エ変換1(2(ω)を得る。抜取るデータの長さは、被
検体11内で例えば5mm、時間に換算して65μ式程
度である。
Next, the transfer function calculation unit 25 extracts the data from the buffer memory 22 and memory 24 and performs calculations such as frequency analysis. Specifically, the calculations are spectral amplitude calculations and phase angle calculations, which are obtained by executing calculation algorithms such as 7-tier integration and DFT (discrete Fourier transform). The amplitude spectrum and phase angle are calculated as follows. First, regarding the data DS obtained when only the second ultrasonic wave is transmitted,
A data string corresponding to a specific depth R1 within the subject 11 is extracted from the buffer memory 22, frequency analysis is performed, and a Fourier transform H1(ω) is obtained. Similarly, the data string corresponding to the depth 2 is extracted from the buffer memory 22 to obtain the Fourier transform 1(2(ω). The length of the extracted data is, for example, 5 mm within the subject 11, which is converted into time. It is about 65μ type.

振幅スペクトルAl(ω)はフーリエ変換H1(ω)の
絶対値として、位相角PI(ω)はフーリエ変換H1(
ω)の位相角として次式で得られる。
The amplitude spectrum Al(ω) is the absolute value of the Fourier transform H1(ω), and the phase angle PI(ω) is the Fourier transform H1(ω).
The phase angle of ω) can be obtained from the following equation.

Al(ω)=lH1(ω)1          ・・
・・・・(8)P l (ωl=arg、 (141(
ω))          −−(9)このようにして
得られた振幅スペクトルAl(ω)、位相角PI(ω)
は被検体11の中の散乱体の散乱の周波数特性の影響を
受け、これらのデータをそのまま用いだのでは被検体1
1が有する超音波の減衰特性等を正確に得ることは困難
である。次の処理のため深さR1に対応する振幅スペク
トルAl(ω)と深さR2に対応する振幅スペクトルA
2(ω)はメモリ261で、深さR1に対応する位相角
と深さR2に対応する位相角P2(ω)はメモリ263
で記憶される。
Al(ω)=lH1(ω)1...
...(8) P l (ωl=arg, (141(
ω)) --(9) Amplitude spectrum Al(ω) and phase angle PI(ω) obtained in this way
is affected by the frequency characteristics of the scattering of the scatterer in the object 11, and if these data are used as they are, the
It is difficult to accurately obtain the ultrasonic attenuation characteristics and the like that No. 1 has. For the next processing, the amplitude spectrum Al(ω) corresponding to depth R1 and the amplitude spectrum A corresponding to depth R2
2(ω) is the memory 261, and the phase angle corresponding to the depth R1 and the phase angle P2(ω) corresponding to the depth R2 are the memory 263.
is memorized.

位相状態Cで得られた受信信号の差データCDの深さR
1に対応する振幅スペクトルAOI(ω)と深さR・2
に対応する振幅スペクトルAO2(ω)はメモリ262
で記憶され、位相状態りで得られた受信信号の差データ
DDの深さ几1に対応する位相角PDI(ω)と深さR
2に対応する位相角PD2(ω)はメモリ264で記憶
される。
Depth R of difference data CD of received signals obtained in phase state C
Amplitude spectrum AOI (ω) corresponding to 1 and depth R・2
The amplitude spectrum AO2(ω) corresponding to is stored in the memory 262
The phase angle PDI (ω) corresponding to the depth 1 of the received signal difference data DD stored in the phase state and obtained in the phase state and the depth R
The phase angle PD2(ω) corresponding to 2 is stored in the memory 264.

次に、超音波変換器12を停止した場合に得られた位相
角と位相状態りで得られた位相角の差、すなわち位相変
化量ΔP。
Next, the difference between the phase angle obtained when the ultrasonic transducer 12 is stopped and the phase angle obtained in the phase state, that is, the amount of phase change ΔP.

△P 1 (ωl= P D 1 (ω) −P 1 
(ω)      −−QOΔP 2(ω)= P D
 2(ω) −P 2(ω)      −−(11)
及び深さR2と深さrtlにおける位相変化の差、すな
わち差分位相変化量△φ、 Δφ=△P2(ω)−ΔPl(ω)      ・旧・
・(2)がメモリ263. 264. 268と位相変
化分析部266を用いて計算される。差分位相変化量Δ
φはメモリ268に記憶される。
△P 1 (ωl= P D 1 (ω) −P 1
(ω) −−QOΔP 2(ω)= P D
2(ω) −P 2(ω) −−(11)
and the difference in phase change between depth R2 and depth rtl, that is, the differential phase change amount △φ, Δφ=△P2(ω)−ΔPl(ω) ・Old・
- (2) is the memory 263. 264. 268 and the phase change analysis section 266. Differential phase change amount Δ
φ is stored in memory 268.

次に、超音波変換器12を停止した場合に得られた振幅
スペクトルと位相状態Cで得られた振幅スペクトルの変
化、すなわち振幅変化量ΔA、△Al(ω)=AO1(
ω)/Al(ω)     ・・川・(至)ΔA2(ω
)=AC2(ω)/A2(ω)     ・旧・・CI
4及び深さR1と深さ几2における振幅変化量ΔAの変
化、すなわち差分振幅変化量Δα、△α=ΔA2(ω)
/ΔAl(ω)      ・・・・・・(ト)がメモ
リ261. 262. 267と振幅変化分析部265
を用いて計算される。差分振幅変化量はメモリ267に
記憶される。この振幅変化量ΔAl(ω)は、位相状態
Cにおける伝搬特性G′1(ω)を用いて、ΔAlfω
)=lG’l(ω)/Gl(ω)1    ・・・・・
・QtIと表すことができる。G1式では(2)式にお
ける超音波の散乱特性81(ω)が消去されている。
Next, the change in the amplitude spectrum obtained when the ultrasonic transducer 12 is stopped and the amplitude spectrum obtained in phase state C, that is, the amplitude change amount ΔA, ΔAl(ω)=AO1(
ω)/Al(ω) ・・River・(To)ΔA2(ω
)=AC2(ω)/A2(ω) ・Old・・CI
4 and the change in amplitude change ΔA at depth R1 and depth 2, that is, the difference amplitude change Δα, Δα=ΔA2(ω)
/ΔAl(ω)...(g) is the memory 261. 262. 267 and amplitude change analysis section 265
Calculated using The differential amplitude change amount is stored in memory 267. This amplitude change amount ΔAl(ω) is determined by using the propagation characteristic G′1(ω) in phase state C.
)=lG'l(ω)/Gl(ω)1 ・・・・・・
・It can be expressed as QtI. In the G1 equation, the ultrasonic scattering characteristic 81(ω) in the equation (2) is eliminated.

一方、差分振幅変化量△αは、α5. an式を用いて
、深さR1と深さ1% 2の間で、超音波が受ける減衰
G21(ω)と、位相状態Cにおける減衰G’21(ω
)を用いて次式で表わせる。
On the other hand, the difference amplitude change amount Δα is α5. Using the an equation, we calculate the attenuation G21(ω) that the ultrasonic wave receives between depth R1 and depth 1%2, and the attenuation G'21(ω) in phase state C.
) can be expressed as the following formula.

G′2(ω)/(12(ω)   G’21(ω)  
   、、、 、、、αηGl(ωl/Gl(ω)  
G21fω)この差分振幅変化量Δαは、深さR1と深
さ几2の間における超音波の減衰、及び第1の超音波パ
ルスの粒子速度Uと伝搬媒質の非線形・くラメータB/
Aにより決まる量である。粒子速度Uと非線形パラメー
タI3/Aの積は差分位相変化量Δφにより表わせる。
G'2(ω)/(12(ω) G'21(ω)
,,, ,,,αηGl(ωl/Gl(ω)
G21fω) This differential amplitude change amount Δα is determined by the attenuation of the ultrasonic wave between depth R1 and depth 2, the particle velocity U of the first ultrasonic pulse, and the nonlinear parameter B/ of the propagation medium.
This is the amount determined by A. The product of the particle velocity U and the nonlinear parameter I3/A can be expressed by the differential phase change amount Δφ.

したがって差分振幅変化量△αは超音波の減衰Gと差分
位相変化量Δダから決定することができる。この関係を
利用して、逆に、差分振幅変化量△αと差分位相変化量
△φから超音波の減衰Gを決定することができる。特性
演算部27ではメモリ267に記憶された差分振幅変化
量△αと、メモリ268に記憶された差分位相変化量Δ
φの値から超音波の減衰の値Gを決定する。超音波減衰
Gの値が求まれば(2)式を用いて超音波の散乱特性S
を求めることが可能になる。特性演算部27で得られた
減衰、あるいは散乱特性は走査変換部28で記憶され表
示部29に表示される。走査変換部28へは、プリアン
プ18の出力に対し、対数増幅、包絡線検波等を行う信
号処理部30の出力が接続され、断層像を形成すること
もできる。以上のような制御駆動部16の状態の制御、
メモリの書込み、あるいは読出しの指示、種々演算の実
行等は主制御部31で制御される。
Therefore, the differential amplitude change amount Δα can be determined from the ultrasonic attenuation G and the differential phase change amount Δda. Using this relationship, it is possible to conversely determine the attenuation G of the ultrasonic wave from the differential amplitude change amount Δα and the differential phase change amount Δφ. The characteristic calculation unit 27 calculates the differential amplitude change amount Δα stored in the memory 267 and the differential phase change amount Δ stored in the memory 268.
The ultrasonic attenuation value G is determined from the value of φ. Once the value of the ultrasonic attenuation G is determined, the scattering characteristic S of the ultrasonic wave can be calculated using equation (2).
It becomes possible to find. The attenuation or scattering characteristics obtained by the characteristic calculation section 27 are stored in the scan conversion section 28 and displayed on the display section 29. The output of a signal processing section 30 that performs logarithmic amplification, envelope detection, etc. on the output of the preamplifier 18 is connected to the scan conversion section 28, and a tomographic image can also be formed. Control of the state of the control drive unit 16 as described above,
The main control unit 31 controls instructions for writing or reading from the memory, execution of various calculations, and the like.

以上の説明から明らかなように本実施例によれば駆動制
御16の出力の状態を変化させ、被検体からの受信信号
について第1の超音波自身が生じる高調成分を除去した
後、差分位相変化量と差分振幅変化量を求め、これによ
り超音波の減衰、あるいは散乱特性を求めることができ
る。
As is clear from the above description, according to this embodiment, after changing the state of the output of the drive control 16 and removing harmonic components generated by the first ultrasonic wave itself from the received signal from the subject, the differential phase is changed. By determining the amount and the amount of difference amplitude change, it is possible to determine the attenuation or scattering characteristics of the ultrasonic wave.

なお、以上の実施例では、超音波変換器12. i3は
説明止具なる場所において説明したが、同心軸上に配置
してもよい。これらの超音波変換器12゜13をリニア
、あるいはセクタ等に機械的に走査してもよい。又、超
音波変換器12.13を配列振動子で構成しても良い。
In addition, in the above embodiment, the ultrasonic transducer 12. Although i3 has been described as a stop for explanation, it may be arranged on a concentric axis. These ultrasonic transducers 12 and 13 may be scanned linearly or mechanically in sectors or the like. Further, the ultrasonic transducers 12 and 13 may be constructed of arrayed transducers.

更に、受信信号のデータを抜取る位置を自動的に、被検
体の深さ方向、あるいは深さ方向とは直交方向に走差し
、減衰特性分布の断層像等を得ることもできる。
Furthermore, it is also possible to automatically set the position from which the data of the received signal is extracted in the depth direction of the object or in a direction perpendicular to the depth direction to obtain a tomographic image of the attenuation characteristic distribution.

被検体としては、非破壊検査で対象となる種々の固体や
流体から成る構造物にとどまらず種々の生体組織、例え
ば畜肉の状態、あるいは医用の分野、特に肝疾患等超音
波の減衰、散乱とかかわりの深い疾患についてはその進
行度合を定量化するのにも応用が可能である。
The objects to be examined include not only structures made of various solids and fluids that are subject to non-destructive testing, but also various biological tissues, such as the condition of livestock meat, and in the medical field, especially liver diseases, etc., which are subject to ultrasonic attenuation, scattering, etc. It can also be applied to quantify the degree of progression of closely related diseases.

又、この測定法は他の音響パラメータ、例えば非線形パ
ラメータを得る場合にも応用が可能である。
This measurement method can also be applied to obtain other acoustic parameters, such as nonlinear parameters.

発明の効果 以上のように本発明は、第2の超音波・くルスに対し、
第1の超音波パルスを重畳した場合に生じる伝播の非線
形現象を利用し、受信信号から第1の超音波自身が生じ
る高調波成分を除去した後、振幅変化量、及び位相変化
量を異なる被検深さについて求め、異なる深さ間におけ
るこれらの値の変化である差分振幅変化量、及び差分位
相変化量を用いて異なる深さ間における超音波の減衰等
を得るものであり、受信信号が被検体中の散乱体の周波
数特性の影響を受ける場合にも正確に超音波の減衰に関
する情報を得ることができ、その効果は太きい。
Effects of the Invention As described above, the present invention has the following advantages:
Utilizing the nonlinear propagation phenomenon that occurs when the first ultrasonic pulse is superimposed, harmonic components generated by the first ultrasonic wave itself are removed from the received signal, and then the amount of amplitude change and the amount of phase change are The depth detection is calculated, and the difference amplitude change amount and the difference phase change amount, which are changes in these values between different depths, are used to obtain the attenuation of ultrasonic waves between different depths, etc., and the received signal is Even when the method is influenced by the frequency characteristics of scatterers in the object, accurate information regarding the attenuation of ultrasound can be obtained, and the effect is significant.

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

第1図(a)〜(C)は本説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(a)〜(d+は
本発明の一実施例における超音波変換器の出力波形図、
第3図(a)〜(C)は伝搬の非線形現象により歪みを
生じた超音波パルス波形図、第4図は従来の超音波減衰
特性測定を示す機能ブロック図である。 12、13・・・超音波変換部、16・・・制御駆動部
、23・・・加算器、25・・・伝達関数演算部、26
・・・変化量分析部、27・・・特性演算部。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男ほか1多節 1
1ヱ4 L            −、−一一一一−J第2図 74 3 m □イi二S元ダN 第4図
FIGS. 1(a) to (C) are functional block diagrams of an ultrasonic measuring device in an embodiment of the present description, and FIGS. 2(a) to (d+ are outputs of an ultrasonic transducer in an embodiment of the present invention) waveform diagram,
FIGS. 3(a) to 3(C) are diagrams of ultrasonic pulse waveforms distorted by nonlinear propagation phenomena, and FIG. 4 is a functional block diagram showing conventional ultrasonic attenuation characteristic measurement. 12, 13... Ultrasonic conversion unit, 16... Control drive unit, 23... Adder, 25... Transfer function calculation unit, 26
... Change amount analysis section, 27... Characteristic calculation section. Name of agent Patent attorney Satoshi Nakao and 1 other person 1
1ヱ4 L -, -1111-JFigure 2 74 3 m □ii2SmotodaN Figure 4

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 第1の超音波パルスを送出する第1の超音波変換器と、
前記第1の超音波パルスより周波数の高い第2の超音波
パルスを送出する第2の超音波変換器と、前記第1及び
第2の超音波変換器を位相制御駆動する制御駆動部と、
前記第1の超音波変換器がオン状態における、第2の超
音波変換器のオン、オフ各状態に対応する超音波受信信
号の差データを得る演算手段と、前記差データを用いて
伝達関数計算を行う伝達関数演算部と、前記伝達関数演
算部の結果に基づき振幅変化量と位相変化量を検出する
変化量分析部と、前記振幅変化量及び位相変化量より求
められた超音波特性を表示する表示部とを具備すること
を特徴とする超音波計測装置。
a first ultrasonic transducer that transmits a first ultrasonic pulse;
a second ultrasonic transducer that sends out a second ultrasonic pulse having a higher frequency than the first ultrasonic pulse; a control drive unit that drives the first and second ultrasonic transducers in phase control;
a calculation means for obtaining difference data of ultrasonic reception signals corresponding to on and off states of the second ultrasonic transducer when the first ultrasonic transducer is in the on state, and calculating a transfer function using the difference data. a transfer function calculation unit that performs calculations, a change amount analysis unit that detects an amplitude change amount and a phase change amount based on the results of the transfer function calculation unit, and an ultrasonic characteristic that is determined from the amplitude change amount and phase change amount. An ultrasonic measuring device comprising: a display section for displaying information.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010119758A (en) * 2008-11-21 2010-06-03 Toshiba Corp Ultrasonic diagnostic apparatus, and control program for ultrasonic diagnostic apparatus
CN111407310A (en) * 2019-01-04 2020-07-14 深圳迈瑞生物医疗电子股份有限公司 Ultrasonic system and transmitting method and control method thereof

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