JPH0139057B2 - - Google Patents
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- JPH0139057B2 JPH0139057B2 JP10224083A JP10224083A JPH0139057B2 JP H0139057 B2 JPH0139057 B2 JP H0139057B2 JP 10224083 A JP10224083 A JP 10224083A JP 10224083 A JP10224083 A JP 10224083A JP H0139057 B2 JPH0139057 B2 JP H0139057B2
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Description
【発明の詳細な説明】
(A) 発明の技術分野
本発明は、生体組織等の超音波媒体の温度また
は温度変化量の空間的分布を測定する装置に係
り、特に、超音波媒体の等価非線形パラメータ
(B/A)e、温速C、および、密度ρの温度依存性を
利用した、超音波による温度測定装置に関する。[Detailed Description of the Invention] (A) Technical Field of the Invention The present invention relates to a device for measuring the temperature or spatial distribution of temperature change in an ultrasonic medium such as a biological tissue, and particularly relates to an apparatus for measuring the spatial distribution of the temperature or the amount of temperature change in an ultrasonic medium such as a biological tissue, and in particular, the present invention relates to an apparatus for measuring the temperature or spatial distribution of temperature change in an ultrasonic medium such as a living tissue. The present invention relates to an ultrasonic temperature measurement device that utilizes the temperature dependence of the parameter (B/A) e , temperature velocity C, and density ρ.
(B) 従来技術とその問題点
従来、生体組織の如き超音波媒体内の温度分布
を得る方法としては、音速Cの温度依存性を利用
して、音速の空間分布を測定する事により温度の
空間分布を得ようという方法が知られているが、
この方法には以下の様な問題がある。(B) Prior art and its problems Conventionally, as a method for obtaining the temperature distribution in an ultrasonic medium such as a living tissue, the temperature dependence of the sound velocity C is used to measure the spatial distribution of the sound velocity. There are known methods to obtain spatial distribution, but
This method has the following problems.
第1に、音速の測定は、いわゆる透過法で行な
い、音速の空間分布は、X線CTの場合と同様の
像の再構成手法によつて得るので、計算量が膨大
なものとなり、時間がかかる。 First, the sound velocity is measured using the so-called transmission method, and the spatial distribution of the sound velocity is obtained using an image reconstruction method similar to that used in X-ray CT, which requires a huge amount of calculations and takes a long time. It takes.
第2に、像の再構成を行なうためには、被測定
体の全周(360度)にわたつて透過法による音速
の測定ができる必要があるが、実際の生体組織で
は、骨や体内のガスの影響で超音波が透過できな
い部分があり、全周にわたつての測定が不可能な
場合が大部分である。従つて、欠落のあるデータ
を用いた像の再構成を行なう事になり、得られた
音速分布、従つて音速分布から得られる温度分
布、は誤差の多いものとなる。 Second, in order to reconstruct an image, it is necessary to be able to measure the sound velocity over the entire circumference (360 degrees) of the object to be measured using the transmission method. In most cases, there are parts where ultrasonic waves cannot pass through due to the influence of gas, making it impossible to measure the entire circumference. Therefore, the image will be reconstructed using missing data, and the obtained sound velocity distribution, and hence the temperature distribution obtained from the sound velocity distribution, will have many errors.
(C) 発明の目的と構成
本発明の目的は、X線CTの場合に用いられる
如き像の再構成手法を用いる事なく、高速かつ容
易に超音波媒体内の温度分布または温度変化分布
を測定できる装置を提供するにある。(C) Object and Structure of the Invention The object of the present invention is to quickly and easily measure temperature distribution or temperature change distribution in an ultrasonic medium without using image reconstruction techniques such as those used in X-ray CT. We are here to provide you with the equipment you need.
本発明は、超音波媒体の特性量である等価非線
形パラメータ(B/A)e、音速C、密度ρの関数で
あるf((B/A)e、C、ρ)=1/ρC(B/A)e
が、X線
CTの如き像の再構成手法を用いる事なく容易に
リアルタイムに得られ、かつ、(B/A)e、C、ρが
温度依存性を持つために1/ρC(B/A)eも温度によ
つて異つた値として観測される事を利用して、
1/ρC(B/A)eを観測する事により超音波媒体内の
温度分布または温度変化分布を推定するようにし
たものである。 In the present invention, f((B/A) e , C, ρ) = 1/ρC(B /A) e
can be easily obtained in real time without using image reconstruction methods such as X-ray CT, and since (B/A) e , C, and ρ have temperature dependence, 1/ρC (B/A ) Taking advantage of the fact that e is also observed as a different value depending on the temperature,
The temperature distribution or temperature change distribution within the ultrasonic medium is estimated by observing 1/ρC(B/A) e .
以下では、先ず原理的な説明を行ない、続いて
実施例について説明する。 In the following, the principle will be explained first, and then embodiments will be explained.
(D) 発明の実施例
超音波媒体内の音圧がゼロの時の音速をC0、
密度をρ0とすると測定波と直交する方向からPな
る音圧が加えられたときの音速Cは
C=C0+1/2ρ0C0(B/A)eP ……(1)
ここで(B/A)eは次式で定義され、「等価非線形
パラメータ」と呼ばれるものであり、不均一媒質
においては場所により異つた値を取る。(D) Embodiment of the invention The sound speed when the sound pressure in the ultrasonic medium is zero is C 0 ,
If the density is ρ 0 , the sound speed C when a sound pressure of P is applied from the direction perpendicular to the measurement wave is C=C 0 +1/2ρ 0 C 0 (B/A) e P ……(1) Here (B/A) e is defined by the following equation and is called an "equivalent nonlinear parameter" and takes different values depending on the location in a non-uniform medium.
(B/A)e=2ρ0C0(∂Ci/∂Pj)s ……(2)
iとjは直交する方向であり、Sは等エントロピ
ーであることを示す。 (B/A) e = 2ρ 0 C 0 (∂Ci/∂Pj) s ...(2) i and j are orthogonal directions, and S indicates isentropy.
一方、一般に音響の分野で用いられている非線
形パラメータB/Aは次のように定義されている。 On the other hand, the nonlinear parameter B/A, which is generally used in the field of acoustics, is defined as follows.
B/A=2ρ0C0(∂Ci/∂Pj)s ……(3)
等方体であればポアソン比をνとして(B/A)eと
B/Aとの間には
(B/A)e=(1+2ν−1/1−ν)B/A……(4
)
という関係があり、液体、生体組織ではν≒0.5
であるので(B/A)eB/Aとみなすことができる
。 B/A=2ρ 0 C 0 (∂Ci/∂Pj) s ...(3) If it is an isotropic body, Poisson's ratio is ν and (B/A) between e and B/A is (B/ A) e = (1+2ν-1/1-ν)B/A...(4
), and in liquids and biological tissues, ν≒0.5
Therefore, it can be regarded as (B/A) e B/A.
従つて、ポンピング波の音圧Pにより、音速C
は、
△C=1/2ρ0C0(B/A)e・P ……(5)
だけ変化する事になる。 Therefore, due to the sound pressure P of the pumping wave, the sound speed C
will change by △C=1/2ρ 0 C 0 (B/A) e・P ...(5).
今、第1図に示す様に、送信用超音波振動子
XAから測定用の連続波超音波ビームWmを図の
Z軸方向に被測定媒体中に送り込み、送信用超音
波振動子XBでこのビームを受信する。この時、
測定用ビームWmと交叉する方向から、別の超音
波振動子Xpにより平面パルス波Wpをポンピング
波として図示の様にX軸方向に送り込む。以下簡
単のため交叉角は直角であるとする。また、Wm
の音圧はWpの音圧に比べて充分に小さく、式(1)
〜(5)のPとしてはWpによるものだけを考慮すれ
ば良いものとする。 Now, as shown in Figure 1, the transmitting ultrasonic transducer
A continuous wave ultrasonic beam Wm for measurement is sent from X A into the medium to be measured in the Z-axis direction in the figure, and this beam is received by the transmitting ultrasonic transducer X B. At this time,
A plane pulse wave Wp is sent as a pumping wave in the X-axis direction by another ultrasonic transducer Xp from a direction intersecting the measurement beam Wm as shown in the figure. In the following, for simplicity, it is assumed that the intersection angle is a right angle. Also, Wm
The sound pressure of Wp is sufficiently small compared to the sound pressure of Wp, and formula (1)
As for P in ~(5), it is only necessary to consider what is due to Wp.
ポンピング波Wpが測定用ビームWmと交叉し
いる間には、測定用ビームWmの各Zにおける波
形は式(5)により、場所により異なる音速変化
△C(z)=1/2ρ0C0(B/A)e(z)・P……(
6)
を受ける事になり、従つて場所(z)により異つ
た△C(z)に比例する位相変化を受ける事にな
る。従つて、受信振動子XBからの受信信号の位
相情報及び予め測定しておいたPを用いて逆に
(B/A)e(z)を推定する事ができる。 While the pumping wave Wp intersects the measurement beam Wm, the waveform at each Z of the measurement beam Wm changes depending on the location according to equation (5). △C(z)=1/2ρ 0 C 0 ( B/A) e (z)・P……(
6) Therefore, it will receive a phase change proportional to △C(z) that differs depending on the location (z). Therefore, (B/A) e (z) can be estimated conversely using the phase information of the received signal from the receiving transducer X B and P measured in advance.
以下では(B/A)e(z)の推定法を詳述する。 The method for estimating (B/A) e (z) will be explained in detail below.
第2図は、測定用ビームWmが進行するにつれ
てポンピング波Wpからどの様な音圧を受けるか
という事を模式的に示したものである。 FIG. 2 schematically shows what kind of sound pressure the measurement beam Wm receives from the pumping wave Wp as it advances.
ポンピング波の音圧をP(f)とする。時刻t=0
でz=z0にあつて音圧P(o)を受けていた測定
波(第2図A参照)は、時刻t=△tにはz=z0
+△z=z0+C0△tの位置にあり、この時にはP
(t+△t)の音圧を受ける(第2図B参照)。以
下同様にして時刻t=2△tにおいて第2図C図
示、時刻t=3△tにおいて第2図Dの図示の如
き音圧を受ける事になる。これから判る様に、一
般に、t=0においてz=z0にあつた測定波が、
z=zで受ける音速変化は
△C(z)=1/2ρ0C0(B/A)e(z)P(△t
)
=1/2ρ0C0(B/A)e(z)P(z−z0/C)
…(7)
但し、ここで△C(z)の値はC0に比べて小さ
く、△tは測定波がz=z0からz=zまで移動す
るのに要する時間で
△t=z−z0/C0 ……(8)
で与えられると近似した。 Let P(f) be the sound pressure of the pumping wave. Time t=0
At time t=△t, the measurement wave receiving sound pressure P(o) at z=z 0 becomes z=z 0 at time t=△t.
+△z=z 0 +C 0 △t, and at this time P
It receives a sound pressure of (t+Δt) (see Figure 2B). Thereafter, in the same manner, the sound pressure is received as shown in FIG. 2C at time t=2Δt and as shown in FIG. 2D at time t=3Δt. As you can see, in general, the measurement wave at z=z 0 at t=0 is
The change in sound speed at z=z is △C(z)=1/2ρ 0 C 0 (B/A) e (z)P(△t
) = 1/2ρ 0 C 0 (B/A) e (z)P(z-z 0 /C)
...(7) However, here the value of △C(z) is smaller than C 0 , and △t is the time required for the measurement wave to move from z = z 0 to z = z. △t = z- It was approximated to be given by z 0 /C 0 ...(8).
従つて、t=0でz=z0にあつた測定波がz=
zで受ける位相の変化はkを比例定数として、
△φ(z)=K・(B/A)e(z)・P(z−z0/C
0)
……(9)
となり、この測定波が送信振動子XAを出てから
受信振動子XBに受信されるまでの間に受ける位
相変化の総和は
φ(z0)=∫∞ -∞△φ(z)dz
=K∫∞ -∞(B/A)e(z)
・P(z−z0/C0)dz ……(10)
となる。ここで
g(z0−z)=P(z−z0/C) ……(11)
と置くと式(10)は
φ(z0)=K∫∞ -∞(B/A)e(z)
g(z0−z)dz
=K〔(B/A)e(z)*g(z)〕 ……(12)
となる。 Therefore, the measurement wave that was at z=z 0 at t=0 becomes z=
The change in phase experienced by z is expressed as △φ(z)=K・(B/A) e (z)・P(z−z 0 /C
0 ) ...(9), and the total phase change that this measurement wave undergoes from the time it leaves the transmitting oscillator X A until it is received by the receiving oscillator X B is φ(z 0 ) = ∫ ∞ - ∞ △φ(z)dz =K∫ ∞ -∞ (B/A) e (z) ・P(z-z 0 /C 0 ) dz ...(10). Here, if we set g(z 0 −z)=P(z−z 0 /C)...(11), equation (10) becomes φ(z 0 )=K∫ ∞ -∞ (B/A) e ( z) g(z 0 −z) dz = K [(B/A) e (z) * g(z)] ...(12).
ここで、式(12)の「*」はいわゆるたたみ込み積
分である。この式は、(B/A)e(z)に対して、g
(z)なる関数が重み関数となつてφ(z0)を与え
る事を示している。 Here, "*" in equation (12) is a so-called convolution integral. This equation shows that for (B/A) e (z), the function g (z) serves as a weighting function and gives φ(z 0 ).
式(ロ)フーリエ変換すれば、
Φ(w)=K・(B/A)e(w)・G(w)……(13
)
(但しΦ(w)、(B/A)e(w)、G(w)はそれ
ぞれ
φ(z)、(B/A)e(z)、g(z)のフーリエ変
換、
wは座標軸Zに対する空間周波数)
となり、これから
(B/A)e(w)=1/K1/G(w)Φ(w)…
…(14)
(B/A)e(z)=1/K
〓-1〔1/G(w)・Φ(w)〕 ……(15)
として(B/A)e(z)を求める事ができる。 Formula (b) If we perform Fourier transformation, Φ(w)=K・(B/A) e (w)・G(w)……(13
) (However, Φ(w), (B/A) e (w), and G(w) are the Fourier transforms of φ(z), (B/A) e (z), and g(z), respectively, and w is the coordinate axis spatial frequency for Z), and from this (B/A) e (w)=1/K1/G(w)Φ(w)...
...(14) (B/A) e (z) = 1/K 〓 -1 [1/G(w)・Φ(w)] ...(15) Find (B/A) e (z) I can do things.
式(14)は、Φ(w)を、1/K1/G(w)となる
周
波数特性のフイルタを通す事によつて(B/A)e
(w)が得られる事を示している。従つて(B/A)e
(z)を求める際には必ずしも式(15)の如きフ
ーリエ逆変換を行う必要はなく、周波数特性が
1/K1/G(w)であるフイルタを予め用意しておき
、
それにφ(z)を入力する事により(B/A)e(z)
が出力として得られる。またG(w)は式11を用
いてP(t)から求めておく事ができる。この様
にして得られたB/A(z)を映像として表示すれ
ば、B/A(z)の空間分布像を得る事もできる。 Equation (14) shows that (B/A) e (w) can be obtained by passing Φ(w) through a filter with a frequency characteristic of 1/K1/G(w). Therefore, when calculating (B/A) e (z), it is not necessarily necessary to perform inverse Fourier transform as shown in equation (15); instead, a filter with a frequency characteristic of 1/K1/G(w) is prepared in advance. By inputting φ(z) into it, (B/A) e (z) is obtained as the output. Further, G(w) can be obtained from P(t) using Equation 11. If B/A(z) obtained in this way is displayed as an image, a spatial distribution image of B/A(z) can also be obtained.
以上の説明ではC0、ρ0は定数として扱つたが、
実際にはこれらも場所の関数であり、厳密には
(B/A)e(z)ではなく〔1/ρ0C0(B/A)e(
z)が得
られる。 In the above explanation, C 0 and ρ 0 were treated as constants, but
In fact, these are also functions of location, and strictly speaking, they are not (B/A) e (z) but [1/ρ 0 C 0 (B/A) e (
z) is obtained.
さて、超音波媒体の温度が変化すると、ρ0、
C0、(B/A)eも変化する。従つて、被測定超音波媒
体の温度が変化する前後の〔1/ρ0C0(B/A)〕(
z)
の変化を知る事によつて、各部位での温度変化を
知る事ができる。 Now, when the temperature of the ultrasonic medium changes, ρ 0 ,
C 0 and (B/A) e also change. Therefore, [1/ρ 0 C 0 (B/A)] (before and after the temperature of the ultrasonic medium to be measured changes)
By knowing the change in z), it is possible to know the temperature change in each part.
特別な場合として、密度ρ0は温度によつて余り
変化せず、音速C0及び等価非線形パラメータ
(B/A)eは温度に対してほぼ線形に変化すると仮定
すると媒体の温度が未知の値T0から未知の値T1
に変化した場合
ρ0(z)T1=ρ0(z)T0=ρ0(z)
c0(z)T1=C0(z)T0+α△T 但し
△T=T1−T0 (B/A)e(z)T1=(B/A)e(z
)T0
+β△T
α、βは定数 ……(16)
となり、温度変化の前後の〔1/ρ0C0(B/A)e〕(
z)
の差△は
△=〔1/ρ0C0(B/A)e〕(z)T0
−〔1/ρ0C0(B/A)e〕(z)T1
=1/ρ0(z)1/C0(z)T0(B/A)e(z)
T0
・−1/ρ0(z)1/C0(z)T0+α△T
〔(B/A)e(z)T0+β△T〕
=1/ρ0(z)1/C0(z)T0(B/A)e(z)
T0
〔1−(1/1+α△T/Co(2)T0)
(1+β△T/(B/A)e(z)T0)〕
≒1/ρ0(z)1/C0(z)T0(B/A)e(z)
T0
〔β/(B/A)e(z)T0−α/C0(z)T0〕△
T
=〔1/ρ0C0(B/A)e〕(z)T0
〔β/(B/A)e(z)T0−α/C0(z)T0〕△
T……(17)
となる。但し、式(17)の計算の途中で、
β/(B/A)e(z)T0、α/C0(z)T0≪1と仮定
して、
β△T/(B/A)e(z)T0・α△T/C0(z)T0
の項を無視した。 As a special case, assuming that the density ρ 0 does not change much with temperature, and that the sound velocity C 0 and the equivalent nonlinear parameter (B/A) e change approximately linearly with temperature, the temperature of the medium is an unknown value. T 0 to unknown value T 1
ρ 0 (z) T1 = ρ 0 (z) T0 = ρ 0 (z) c 0 (z) T1 = C 0 (z) T0 +α△T However, △T=T 1 −T 0 (B /A) e (z) T1 = (B/A) e (z
) T0 + β△T α, β are constants...(16), and [1/ρ 0 C 0 (B/A) e ] (
z) The difference △ is △=[1/ρ 0 C 0 (B/A) e ] (z) T0 − [1/ρ 0 C 0 (B/A) e ] (z) T1 = 1/ρ 0 (z)1/C 0 (z) T0 (B/A) e (z)
T0・−1/ρ 0 (z) 1/C 0 (z) T0 + α△T [(B/A) e (z) T0 + β△T] = 1/ρ 0 (z) 1/C 0 (z ) T0 (B/A) e (z)
T0 [1-(1/1+α△T/Co( 2 )T0) (1+β△T/(B/A) e (z) T0 )] ≒1/ρ 0 (z)1/C 0 (z) T0 (B/A) e (z)
T0 [β/(B/A) e (z) T0 −α/C 0 (z) T0 ]△
T = [1/ρ 0 C 0 (B/A) e ] (z) T0 [β/(B/A) e (z) T0 −α/C 0 (z) T0 ]△
T...(17) becomes. However, during the calculation of equation (17), assuming that β/(B/A) e (z) T0 , α/C 0 (z) T0 ≪1, β△T/(B/A) e (z) T0・α△T/C 0 (z) T0
The section was ignored.
〔1/ρ0C0(B/A)e〕(z)T0及び
〔1/ρ0C0(B/A)e〕(z)T1は前述の様にそ
れぞ
れ実測する事ができるから、α、β、C0(z)T0、
(B/A)e(z)T0が既知であれば、式(17)から△
Tを求める事ができる。実際、α、β、C0(z)T
0、ρ0(z)は例えば肝臓や脂肪等の種々の超音波
媒体について予め実測しておく事ができる。ま
た、(B/A)e(z)T0についても、〔1/ρ0C0(B
/A)e
(z)T0が実測でき、且つρ0(z)、C0(z)T0を予
め
知る事ができるので、(B/A)e(z)T0単独の値を
求めておく事ができる。従つて式(17)から△T
を求める事が可能となる。 [1/ρ 0 C 0 (B/A) e ] (z) T0 and [1/ρ 0 C 0 (B/A) e ] (z) T1 can be measured as described above, so α, β, C 0 (z) T0 ,
(B/A) e (z) If T0 is known, △T can be found from equation (17). In fact, α, β, C 0 (z) T
0 and ρ 0 (z) can be measured in advance for various ultrasound media such as liver and fat. Also, for (B/A) e (z) T0 , [1/ρ 0 C 0 (B
/A) e (z) T0 can be measured and ρ 0 (z) and C 0 (z) T0 can be known in advance, so find the value of (B/A) e (z) T0 alone. I can do things. Therefore, from equation (17), △T
It becomes possible to find.
尚、式(17)で与えられる量と温度変化量との
対応がついておれば、式(17)で与えられる量を
直接に出力しても良い事は言うまでもない。 It goes without saying that if there is a correspondence between the amount given by equation (17) and the amount of temperature change, the amount given by equation (17) may be directly output.
以上、本発明の原理的説明を行なつたが、以下
実施例について第3図を用いて説明する。 The principle of the present invention has been explained above, and an embodiment will be explained below with reference to FIG. 3.
第3図において、1はポンピング波の送信のタ
イミングを発生するタイミング制御部、2は測定
用連続波のための発振器、3は発振器出力を受け
て振動子を駆動するためのドライバ、4は測定波
送信用の振動子XA、5は被測定超音波媒体M、
6は測定波受信用の振動子XB、7は受信増幅器、
8は位相検出器、9は式(14)の1/K1/G(w)で
定
義されるフイルタ、10はポンピング波用のドラ
イバ、11はポンピング波発生用の振動子Xpで
ある。12は、図示しない温度操作手段によつて
被測定超音波媒体の温度が変化する前の〔1/ρC
(B/A)e〕(z)を記憶する記憶部、13は記憶部
12の出力とフイルタ9の出力との差を得る減算
部である。またx1はXpから測定用ビームまでの
距離、zxは被測定区間の距離、z1は被測定区間と
XBとの距離である。第3図において、発振器2
はタイミング制御部1と無関係に動作するように
描かれているが、同期動作しても良いことは言う
までもない。フイルタ9は、例えばCCDを用い
たトランスバーサルフイルタで実現できる。記憶
部12は、例えば第4図に示す如く、A/D変換
器15、ICメモリ16、D/A変換器17、制
御部18により実現でき、ポンプ波の送信に同期
して動作するようにタイミング制御部1により制
御される。第5図には第3図の主要部の時間波形
を示しており、第5図には第3図と同じ信号名称
を記してある。ポンピング波を送信してからポン
ピング波が測定波の位置に到達するまでの時間
(x1/C0)と、ポンピング波による位相変調を受け
た測定波が初めて振動子XBに到達するのに要す
る時間(z1/C0)との和をt1とすると、受信増幅器
7の出力VRは、第5図に示す様にポンピング波
の送信から時間t1の後に位相変調を受け始め、ポ
ンピング波による位相変調を受けた測定波が被測
定区間を通過してしまうまでの時間t2=z2/C0の間
位相変調出力を出し続ける。位相検出器8は、発
振器2の出力とVRとの位相を比較し、VRの位相
を時間の関数φ(t)として、従つて座標zの関
数として出力とする。この出力が、フイルタ9に
入力され、1/ρ0C0(B/A)eが時間の関数として、
従
つて座標zの関数として得られる。図示しない温
度操作手段によつて超音波媒体5の温度が変化す
る前のフイルタ出力がタイミング制御部1の制御
の下に記憶部12に記憶される。温度操作手段によ
つて媒体の温度が変化した後、記憶部12の出力
とフイルタ9の出力との差、つまり式(17)で示さ
れる量が減算13で最終出力として得られる。 In Fig. 3, 1 is a timing control unit that generates the timing for transmitting a pumping wave, 2 is an oscillator for continuous waves for measurement, 3 is a driver for driving the vibrator in response to the oscillator output, and 4 is for measurement. A transducer X A for wave transmission, 5 is an ultrasonic medium M to be measured,
6 is a vibrator X B for receiving measurement waves, 7 is a receiving amplifier,
8 is a phase detector, 9 is a filter defined by 1/K1/G(w) of equation (14), 10 is a driver for pumping waves, and 11 is a vibrator Xp for generating pumping waves. 12 is a storage unit that stores [1/ρC (B/A) e ](z) before the temperature of the ultrasonic medium to be measured is changed by a temperature manipulation means (not shown); 13 is an output of the storage unit 12; This is a subtraction unit that obtains the difference between the output of the filter 9 and the output of the filter 9. Also, x 1 is the distance from Xp to the measurement beam, z x is the distance of the measured section, and z 1 is the distance of the measured section.
It is the distance from X B. In Figure 3, oscillator 2
Although shown as operating independently of the timing control section 1, it goes without saying that they may operate synchronously. The filter 9 can be realized, for example, by a transversal filter using a CCD. For example, as shown in FIG. 4, the storage unit 12 can be realized by an A/D converter 15, an IC memory 16, a D/A converter 17, and a control unit 18, and is configured to operate in synchronization with the transmission of pump waves. It is controlled by a timing control section 1. FIG. 5 shows time waveforms of the main parts of FIG. 3, and FIG. 5 shows the same signal names as in FIG. 3. The time from when the pumping wave is transmitted until the pumping wave reaches the position of the measurement wave (x 1 /C 0 ) and the time it takes for the measurement wave that has undergone phase modulation by the pumping wave to reach the transducer X B for the first time. Assuming that the sum of the required time (z 1 /C 0 ) is t 1 , the output VR of the receiving amplifier 7 begins to undergo phase modulation after time t 1 from the transmission of the pumping wave, as shown in FIG. The phase modulated output continues to be output for the time t 2 =z 2 /C 0 until the measurement wave that has been phase modulated by the pumping wave passes through the measured section. The phase detector 8 compares the phase of the output of the oscillator 2 and V R and outputs the phase of V R as a function of time φ(t) and therefore as a function of the coordinate z. This output is input to the filter 9, and 1/ρ 0 C 0 (B/A) e is expressed as a function of time.
Therefore, it is obtained as a function of the coordinate z. The filter output before the temperature of the ultrasonic medium 5 is changed by a temperature operating means (not shown) is stored in the storage section 12 under the control of the timing control section 1. After the temperature of the medium is changed by the temperature manipulation means, the difference between the output of the storage section 12 and the output of the filter 9, that is, the amount expressed by equation (17), is obtained by subtraction 13 as the final output.
以上の如く、本発明によれば、超音波媒体の温
度変化に対等する量(第(17)式で示される)の
空間分布を、X線CTの場合の如く複雑で時間の
かかる像の再構成手法を用いる事なく、簡単な構
成で高速に得る事ができる。 As described above, according to the present invention, the spatial distribution of the quantity (expressed by equation (17)) equivalent to the temperature change of the ultrasonic medium can be reproduced in complex and time-consuming images such as in the case of X-ray CT. It can be obtained quickly with a simple configuration without using any configuration method.
特許請求の範囲第2項は、第3図におけるフイ
ルタ9の挿入位置が、減算部13のの後でも良い
事を述べたものである。第3図におけるフイルタ
9はポンピング波の周波数特性の逆特性にほぼ等
しい特性を持つ線形フイルタであるから、2つの
入力x0(t)とx1(t)との差x0(t)−x1(t)を
フイルタに通した出力F〔x0(t)−x1(t)〕は、
x0(t)のフイルタ出力F〔x0(t)〕とx1(t)の
フイルタ出力F〔x1(f)〕との差F〔x0(f)〕−F〔x1
(t)〕に等しくなる。従つて、特許請求の範囲第
2項の構成の装置でも、第1項の構成の装置と同
じ効果が得られる事になる。第2項で示される装
置の構成例を第6図に示す。第6図の各構成要素
の番号は、第3図の対応する構成要素と同一の番
号を付してあり、説明は省略する。 The second claim states that the filter 9 in FIG. 3 may be inserted after the subtraction section 13. Since the filter 9 in FIG. 3 is a linear filter with characteristics almost equal to the inverse of the frequency characteristics of the pumping wave, the difference between the two inputs x 0 (t) and x 1 (t) is x 0 (t) - The output F [x 0 (t) - x 1 (t ) ] obtained by passing x 1 (t) through a filter is
Difference between filter output F [x 0 (t)] of x 0 (t) and filter output F [x 1 (f)] of x 1 (t) F [x 0 (f)] - F [x 1
(t)]. Therefore, the device having the structure set forth in claim 2 can also achieve the same effect as the device having the structure described in claim 1. FIG. 6 shows an example of the configuration of the device described in Section 2. Each component in FIG. 6 is given the same number as the corresponding component in FIG. 3, and a description thereof will be omitted.
特許請求の範囲第3項は、ポンピング波として
正しい平面波が得られない場合についての対策を
述べたものである。一般に、完全な平面波を得る
には無限に広い平板振動子を用いる必要があり、
これは実際上不可能である。近似的に平面波を得
る方法としては、振動子面から充分に離れた所で
充分に曲率半径の大きくなつた球面波の一部を使
う事もあるが、ポンピング波として用いるには、
単位面積当りのエネルギー密度が小さくなり過ぎ
るので必らずしも適当でない。従つて、充分な音
圧を持つたポンピング波は、実際には平面波とは
ならず、従つてその音圧は、時間tだけでなく座
標zによつても変化する事になり、平面波からの
ズレが無視できない位大きくなつた場合にはその
補正が必要となる。この補正は以下の様にして行
う事ができる。 Claim 3 describes a measure against the case where a correct plane wave cannot be obtained as a pumping wave. Generally, to obtain a perfect plane wave, it is necessary to use an infinitely wide flat plate resonator.
This is practically impossible. One way to obtain a plane wave approximately is to use a part of a spherical wave whose radius of curvature has become sufficiently large at a sufficient distance from the vibrator surface, but to use it as a pumping wave,
This is not necessarily suitable because the energy density per unit area becomes too small. Therefore, a pumping wave with sufficient sound pressure will not actually become a plane wave, and the sound pressure will vary not only with time t but also with coordinate z, and it will not be possible to change the sound pressure from a plane wave. If the deviation becomes so large that it cannot be ignored, it will be necessary to correct it. This correction can be performed as follows.
先ず、ポンピング波の音圧分布を、時間t及び
座標の関数P(z、t)として測定波ビームの線
上で予め測定しておく。このP(z、t)から、
t=0でz=z0にあつた測定波が、測定波ビーム
線上で受ける音圧変化をzをパラメータとしてz
の関数gz0(z)として求めておく事ができる。こ
のgz0(z)が式(9)の(z−z0/C0)に相当するもの
となる。これを用いて、t=0でz=z0にあつた
測定波に対する重み関数(式(11)のg(z0−z)に
相当する)を平面波の場合と同様にして求めてお
く事ができる。従つて、この重み関数の逆特性を
持つフイルタを平面波の場合と同様に予め用意し
ておく事ができ、従つて1/PC(B/A)e(z)を得
る事ができる。但し、平面波の場合と異なり、測
定波の注目している部分がt=0でz軸上のどの
部分にあるかによつて、つまりz0の値によつて、
その注目している部分がz軸上で受ける音圧分布
が異つてくる。この様子を第7図に模式的に示
す。なお、第7図Aはt=0の時点に球面波が到
来している場合の音圧分布を表わし、第7図Bは
t=0においてz=z1にあつた測定波に対して本
来の平面波のポンピング波を受けた場合のz軸上
での音圧分布、第7図Cはt=0においてz=z1
にあつた測定波が球面波のポンピング波を受けた
場合のz軸上で0音圧分布、第7図Dはt=0に
おいてz=0にあつた測定波が球面波のポンピン
グ波を受けた場合のz軸上での音圧分布をそれぞ
れ表わしている。従つて、式(11)のg(z)に相当
する重み関数も、更には式(14)の1/G(w)に対
応するフイルタも、z0をパラメータとして異なつ
たものとなる。つまり、このフイルタ9は、どの
z座標の1/ρ0C0B/A(z)を求めるのかという事
に
より変化するものとなるが、第5図に示す如く、
z0の各値に対して注目している測定波がz軸上で
受ける音圧を求める事ができるので、これから各
z0の値に対するフイルタ特性を予め計算しておく
事ができる。第3図における位相検出器8の出力
を時間的に見ると、これは、逐次異なるz0に対応
する位相変化が出力されているから、この出力に
対し、各z0に対する上述のフイルタを順次作用さ
せれば、平面ポンピング波の時と同様に1/ρ0C0B/
A
(z)の分布を得る事ができる。この時、順次異
なる特性のフイルタを作用させる方法としては、
例えば、位相検出器出力を一旦A/D変換した上
でデイジタルフイルタリングを施しても良い。 First, the sound pressure distribution of the pumping wave is measured in advance on the line of the measurement wave beam as a function P(z, t) of time t and coordinates. From this P(z, t),
The sound pressure change that the measurement wave, which was at z = z 0 at t = 0, receives on the measurement wave beam line is expressed as z, where z is a parameter.
It can be found as a function g z0 (z). This g z0 (z) corresponds to (z−z 0 /C 0 ) in equation (9). Using this, calculate the weighting function (corresponding to g(z 0 - z) in equation (11)) for the measurement wave with z = z 0 at t = 0 in the same way as for plane waves. I can do it. Therefore, a filter having the inverse characteristic of this weighting function can be prepared in advance as in the case of plane waves, and therefore 1/PC(B/A) e (z) can be obtained. However, unlike the case of a plane wave, depending on where the part of the measurement wave of interest is on the z-axis at t = 0, that is, depending on the value of z 0 ,
The sound pressure distribution that the part of interest receives on the z-axis will be different. This situation is schematically shown in FIG. Note that Fig. 7A shows the sound pressure distribution when a spherical wave arrives at time t = 0, and Fig. 7B shows the sound pressure distribution originally for the measurement wave when z = z 1 at t = 0. The sound pressure distribution on the z-axis when receiving a plane wave pumping wave, Figure 7C shows z=z 1 at t=0.
Figure 7D shows the zero sound pressure distribution on the z-axis when the measurement wave at t = 0 receives a spherical pumping wave. The sound pressure distribution on the z-axis is shown for each case. Therefore, the weighting function corresponding to g(z) in equation (11) and the filter corresponding to 1/G(w) in equation (14) also differ with z 0 as a parameter. In other words, this filter 9 changes depending on which z coordinate 1/ρ 0 C 0 B/A(z) is to be obtained, but as shown in FIG.
Since it is possible to find the sound pressure that the measurement wave of interest receives on the z-axis for each value of z 0 , we can calculate each value from now on.
The filter characteristics for the value of z 0 can be calculated in advance. Looking at the output of the phase detector 8 in FIG. 3 in terms of time, this means that phase changes corresponding to successively different z 0 are output, so the above-mentioned filters for each z 0 are sequentially applied to this output. When applied, 1/ρ 0 C 0 B/ as in the case of a plane pumping wave.
The distribution of A (z) can be obtained. At this time, the method of sequentially applying filters with different characteristics is as follows:
For example, the phase detector output may be A/D converted and then digital filtered.
特別な場合として、測定波ビームがポンピング
波の遠距離音場にある場合を考えると、ポンピン
グ波が球面波であるので、測定波ビーム上での音
圧分布は
P(wt−k√2+2+2)
と書く事ができる。ここでy>x、zであり、ポ
ンプ波の十分遠距離音場であるとすると、ビーム
上(y=y0)で
P(wt−k√2+2+2)
≒P(wt−k(y0+x2+z2/2y0))
≒P((wt−ky0)−kx2+z2/2y0) ……(16)
第1項は(x、y、z)=(0、y0、0)なる映
像面の中心の位相であり、第2項は位置による位
相のずれを表わしている。従つて今、
Z=z+kx2+y2/2y0 ……(17)
という変数変換を行えば、式(9)は
△φ(Z)=K(B/A)e(Z)P(Z−Z0/C0)
……(18)
となり、以下式(9)ないし(15)によつて、1/ρ0C0
(B/A)e(Z)の像が得られる。よつてその像を式
(17)の関係から変数をZからzに戻してやると、
1/ρ0C0(B/A)e(z)の像が得られる。このよう
にポン
ピング波と測定波ビームとをある程度距離をもた
せることにより信号処理が非常に容易になる。 As a special case, consider the case where the measurement wave beam is in the far sound field of the pumping wave. Since the pumping wave is a spherical wave, the sound pressure distribution on the measurement wave beam is P(wt−k√ 2 + 2 + 2 ) can be written. Here, if y>x, z and the pump wave is in a sufficiently far-field sound field, then on the beam (y=y 0 ) P(wt−k√ 2 + 2 + 2 ) ≒P(wt−k (y 0 +x 2 +z 2 /2y 0 )) ≒P((wt−ky 0 )−kx 2 +z 2 /2y 0 ) ...(16) The first term is (x, y, z) = (0, y 0 , 0), which is the phase at the center of the image plane, and the second term represents the phase shift due to position. Therefore, if we perform the variable transformation Z=z+kx 2 +y 2 /2y 0 ...(17), equation (9) becomes △φ(Z)=K(B/A) e (Z)P(Z- Z 0 /C 0 ) ...(18), and the image of 1/ρ 0 C 0 (B/A) e (Z) is obtained by the following equations (9) to (15). Therefore, if we change the image back from Z to Z based on the relationship in equation (17), we get
An image of 1/ρ 0 C 0 (B/A) e (z) is obtained. By providing a certain distance between the pumping wave and the measurement wave beam in this way, signal processing becomes very easy.
本発明は更に、測定した1/ρ0C0(B/A)e(z)
の
変化量等の分布のS/N比を向上させる手段を提
供している。等価非線形パラメータと音圧との積
による測定波の位相変化量が小さい時には、本来
の位相変化量φ(z)に対して回路内その他で発
生する雑音を無視できなくなる。このため、φ
(z)から求めた
1/ρ0C0(B/A)e(z)にも大きな雑音が含まれる
事
になる。この様子を第8図に示す。第8図A図示
の無雑音の位相検出器出力φ(z)に第図B図示
の雑音Nが加わる事により、第8図C図示の如き
信号が実際には出力される。この対策として、同
一測定部位をK回測定して第8図C図示のS1〜Sk
の如き雑音の加わつた信号を得て、これらを同一
z座標の点毎に加算すると、各点において信号成
分は振幅でK倍されるが、雑音成分は電力でK倍
されるに過ぎず、もし雑音が不規則雑音であれば
各点における雑音振幅は√倍されるにとでよ
る。従つてS/N比は√倍改善されて第8図D
図示の如き出力が得られる事になる。 The present invention further provides the measured 1/ρ 0 C 0 (B/A) e (z)
This provides a means for improving the S/N ratio of distribution such as the amount of change in . When the amount of phase change of the measurement wave due to the product of the equivalent nonlinear parameter and the sound pressure is small, noise generated within the circuit and elsewhere cannot be ignored with respect to the original amount of phase change φ(z). For this reason, φ
1/ρ 0 C 0 (B/A) e (z) obtained from (z) also contains large noise. This situation is shown in FIG. By adding the noise N shown in FIG. 8B to the noise-free phase detector output φ(z) shown in FIG. 8A, a signal as shown in FIG. 8C is actually output. As a countermeasure for this, the same measurement site is measured K times and S 1 to S k shown in FIG.
If we obtain a noise-added signal like , and add these points at the same z coordinate, the signal component will be multiplied by K in amplitude at each point, but the noise component will only be multiplied by K in power. If the noise is random noise, the noise amplitude at each point will be multiplied by √. Therefore, the S/N ratio is improved by √ times as shown in Figure 8D.
The output shown in the figure will be obtained.
この方法を用いたシステム構成例を第9図に示
す。第9図において、第3図と同一の構成要素に
は同一の番号を付しており説明は省略する。第9
図において、21はポンピング波の送信繰り返し周
期Tだけ信号を遅らせる遅延回路であり、例えば
CCDやBBD等のアナログ的手段で実現しても良
いし、またA/D変換器とシフトレジスタ又はメモ
リとを用いたデイジタル的手段で実現して良い事
は言うまでもない。20は加算器であり、遅延回
路の種類に応じてアナログ又はデイジタルのいず
れのタイプでも良い。第9図図示の構成の場合、
位相検出器8の出力Siが同一のz軸座標の各点毎
に加算される事は明らかであり、いわゆる同期加
算によりS/N比の改善を行なう事ができる。 An example of a system configuration using this method is shown in FIG. In FIG. 9, the same components as in FIG. 3 are given the same numbers, and their explanations will be omitted. 9th
In the figure, 21 is a delay circuit that delays the signal by the transmission repetition period T of the pumping wave, for example.
Needless to say, it may be realized by analog means such as CCD or BBD, or by digital means using an A/D converter and a shift register or memory. 20 is an adder, which may be of either analog or digital type depending on the type of delay circuit. In the case of the configuration shown in Figure 9,
It is clear that the output Si of the phase detector 8 is added for each point on the same z-axis coordinate, and the S/N ratio can be improved by so-called synchronous addition.
本発明においては、更に1/ρ0C0(B/A)e(z)
の
変化量等の2次元又は3次元分布を得る事が可能
となる。これまでの説明で明らかな様に、特定の
走査線上の1/ρ0C0(B/A)e(z)の変化量等の分
布
を得る事ができるから、送信・受信振動子の対を
相対位置を一定に保つたままでxまたは1および
y方向に移動させ各xまたは1およびy座標に対
応したメモリアドレスに1/ρ0C0(B/A)e(z)の
変
化量等の値を記憶しておけば、1/ρ0C0(B/A)e
(z)の変化量等の2次元または1および3次元
分布を得る事ができる。 In the present invention, 1/ρ 0 C 0 (B/A) e (z)
It becomes possible to obtain a two-dimensional or three-dimensional distribution of the amount of change, etc. As is clear from the previous explanation, it is possible to obtain the distribution of the amount of change in 1/ρ 0 C 0 (B/A) e (z) on a specific scanning line, so the pairing of transmitting and receiving oscillators can be determined. is moved in the x, 1, and y directions while keeping the relative position constant, and the amount of change in 1/ρ 0 C 0 (B/A) e (z) is written to the memory address corresponding to each x, 1, and y coordinate. By storing the value of , it is possible to obtain two-dimensional, one- and three-dimensional distributions such as the amount of change of 1/ρ 0 C 0 (B/A) e (z).
第10図はその構成例で、第9図と同じ構成要
素には同一番号を付しており、説明は省略する。
第10図において、駆動部22例えばステツピン
グモータによつて振動子4,6の対を移動させる
部分であり、タイミング制御部1からの制御パル
スに応じて振動子の対の移動を行なう。位置検出
部23は例えばステツピングモータの軸に取り付
けられたロータリ・エンコーダ等により振動子
4,6の対の位置を検出する部分である。メモリ
制御部24は、タイミング制御部1からのポンピ
ング波送信同期信号やクロツク等を受けて位置検
出部23からの出力に対応したメモリアドレスを
発生する。メモリ25は、メモリ制御部24から
の書込/読出等の制御信号及びアドレスに従つ
て、減算部13の出力である1/ρ0C0(B/A)e(z
)
の変化量をA/D変換した後、記憶する。表示部
26は記憶された1/ρ0C0(B/A)e(z)の変化量
の
分布をメモリから読み出して表示する。 FIG. 10 shows an example of its configuration, in which the same components as in FIG. 9 are given the same numbers, and their explanation will be omitted.
In FIG. 10, a drive unit 22 is a part that moves the pair of vibrators 4 and 6 using, for example, a stepping motor, and moves the pair of vibrators in response to control pulses from the timing control unit 1. The position detection section 23 is a section that detects the position of the pair of vibrators 4 and 6 using, for example, a rotary encoder attached to the shaft of a stepping motor. The memory control section 24 receives the pumping wave transmission synchronization signal, clock, etc. from the timing control section 1 and generates a memory address corresponding to the output from the position detection section 23. The memory 25 outputs 1/ρ 0 C 0 (B/A) e (z
) is A/D converted and then stored. The display unit 26 reads out the stored distribution of the amount of change in 1/ρ 0 C 0 (B/A) e (z) from the memory and displays it.
以上の如くすれば1/ρ0C0(B/A)e(z)の変化
量
の分布の2次元又は3次元分布を得る事ができる
事は明らかでる。 It is clear that by doing the above, it is possible to obtain a two-dimensional or three-dimensional distribution of the amount of change in 1/ρ 0 C 0 (B/A) e (z).
尚、第10図において、振動子4,6の対の移
動は機械的に行なうものとしたが、振動子の対と
して、いわゆる電子スキヤン・プローブの対を用
いる事により、機械的走査を行なわなくても
1/ρ0C0(B/A)e(z)の変化量の2次元分布が得
ら
れる様になる事は言うまでもない。又、第10図
においてメモリ25を用いず、表示管の残光特性
を用いて1/ρ0C0(B/A)e(z)の変化量の2次元
分
布像を得ても良い事は言うまでもない。 In Fig. 10, the pair of transducers 4 and 6 are moved mechanically, but by using a pair of so-called electronic scan probes as the pair of transducers, mechanical scanning can be avoided. Needless to say, a two-dimensional distribution of the amount of change of 1/ρ 0 C 0 (B/A) e (z) can be obtained even if Furthermore, in FIG. 10, it is also possible to obtain a two-dimensional distribution image of the amount of change in 1/ρ 0 C 0 (B/A) e (z) by using the afterglow characteristics of the display tube without using the memory 25. Needless to say.
特許請求の範囲第6項は、上述の如くして得ら
れた〔1/ρ0C0(B/A)e〕(z)の、温度変化の前
後
の変化量(式(17)参照)
△=〔1/ρ0C0(B/A)e〕(z)T0
−〔1/ρ0C0(B/A)e〕(z)T1
に然るべき係数、例えば式(17)の最終行の△T
の係数の逆数
K={〔1/ρ0C0(B/A)e〕(z0)T0
〔β/(B/A)e(z)T0−α/C0(z)T0〕)
}-1
を乗ずる事によつて、温度変化等△T(z)その
ものを得られる事を述べたもので、前述の如く、
K1は予め求めておく事ができるので、特許請求
の範囲第6項を実現するには、例えば第10図の
減算部13の後にK7倍の増幅器を設ければ良い。
K7がzの関数、従つて時間の関数である場合に
は、この増幅器を、時間と共に利得の変化するい
わゆるTGC(Time Gain Control)増幅器とすれ
ば良い事は言うまでもない。 Claim 6 is the amount of change in [1/ρ 0 C 0 (B/A) e ](z) obtained as described above before and after the temperature change (see equation (17)). △=[1/ρ 0 C 0 (B/A) e ] (z) T0 − [1/ρ 0 C 0 (B/A) e ] (z) The coefficient appropriate for T1 , for example, the final value of equation (17) △T of row
Reciprocal of the coefficient of K = {[1/ρ 0 C 0 (B/A) e ] (z 0 ) T0 [β/(B/A) e (z) T0 −α/C 0 (z) T0 ])
} It states that by multiplying by -1 , the temperature change, etc. △T(z) itself can be obtained, and as mentioned above,
Since K 1 can be determined in advance, in order to realize claim 6, it is sufficient to provide, for example, an amplifier of K 7 times after the subtraction unit 13 in FIG. 10.
If K 7 is a function of z, and therefore a function of time, it goes without saying that this amplifier may be a so-called TGC (Time Gain Control) amplifier whose gain changes with time.
特許請求の範囲第7項は、第11図に示す如
く、予め被測定超音波媒体内の温度Tと1/ρ0C0
(B/A)e(z)との関係、又は温度変化量△Tと
1/ρ0C0(B/A)e(z)の変化量との関係を測定し
て
おき、実測で得られた1/ρ0C0(B/A)e(z)又は
被
測定超音波媒体の温度変化の前後の1/ρ0C0(B/A
)e
(z)の変化量から、温度T又は温度変化量△T
を推定しようとするものである。これを実現する
ためには、第11図の曲線に対応する信号変換回
路27を、第11図Aに対応する場合は例えば第
12図に示す如く、第11図Bに対応する場合は
例えば第13図に示す如く、挿入すれば良い事は
明らかである。尚、信号変換回路としては、例え
ば良く知られたダイオード折線近似回路を作つて
も良いし、第14図に示す如く、A/D変換器、
符合変換用ROM、D/A変換器から成る回線を
用いても良い事は言うまでもない。 Claim 7 , as shown in FIG. The relationship between △T and the amount of change in 1/ρ 0 C 0 (B/A) e (z) is measured, and the 1/ρ 0 C 0 (B/A) e (z) obtained by actual measurement is Or 1/ρ 0 C 0 (B/A
) From the amount of change in e (z), calculate the temperature T or the amount of temperature change △T
This is an attempt to estimate the In order to realize this, the signal conversion circuit 27 corresponding to the curve in FIG. 11 must be constructed as shown in FIG. It is obvious that it can be inserted as shown in Figure 13. As the signal conversion circuit, for example, a well-known diode broken line approximation circuit may be constructed, or an A/D converter, as shown in FIG.
It goes without saying that a line consisting of a ROM for code conversion and a D/A converter may be used.
(E) 発明の効果
以上述べた如く、本発明によれば、超音波媒体
内の温度又は温度変化又はそれと密接な関係にあ
る量の空間的分布を、比較的簡単な手段で容易に
実現する事ができる。(E) Effects of the Invention As described above, according to the present invention, the spatial distribution of temperature or temperature change in an ultrasonic medium or a quantity closely related thereto can be easily realized using relatively simple means. I can do things.
第1図および第2図は本発明の概念を説明する
説明図、第3図は本発明の一実施例構成、第4図
は第3図における記憶部12の一実施例構成、第
5図は第3図図示構成の動作を説明する説明図、
第6図は本発明の別の実施例構成、第7図は球面
波のポンピング波が到来する場合を説明する説明
図、第8図はS/N比を向上する態様を説明する
説明図、第9図は第8図に対応する一実施例構
成、第10図は二次元または三次元像を得る場合
の一実施例構成、第11図は温度または温度変化
量と1/ρ0C0(B/A)eまたはその変化量との対応関
係
の例を示す図、第12図は温度分布を求めるため
の一実施例構成、第13図は温度変化分布を求め
るための一実施例構成、第14図は第12図およ
び第13図における信号変換回路27の一実施例
構成である。
図中、1はタイミング制御部、2は発振器、3
はドライバ、4は送信用振動子、5は被測定超音
波媒体、6は受信用振動子、7は受信増幅器、8
は位相検出器、9はフイルタ、10はポンピング
波用のドライバ、11はポンピング波発生用振動
子、12は記憶部、13は減算回路、15はA/
D変換器、16はI・Cメモリ、17はD/A変
換器、18は制御部、20は加算部、21は遅延
回路、22は振動子の位置を変えるための駆動
部、23は振動子の位置検出部、24はメモリ制
御部、25はメモリ、26は表示部を表わす。
1 and 2 are explanatory diagrams explaining the concept of the present invention, FIG. 3 is an embodiment of the configuration of the present invention, FIG. 4 is an embodiment of the configuration of the storage unit 12 in FIG. 3, and FIG. is an explanatory diagram illustrating the operation of the configuration shown in FIG. 3,
FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating the configuration of another embodiment of the present invention, FIG. 7 is an explanatory diagram illustrating a case where a spherical pumping wave arrives, and FIG. 8 is an explanatory diagram illustrating a mode of improving the S/N ratio. FIG. 9 shows an example configuration corresponding to FIG. 8, FIG. 10 shows an example configuration for obtaining two-dimensional or three-dimensional images, and FIG. 11 shows temperature or temperature change amount and 1/ρ 0 C 0 (B/A) A diagram showing an example of the correspondence relationship with e or the amount of change thereof. Figure 12 is an example configuration for determining temperature distribution. Figure 13 is an example configuration for determining temperature change distribution. , FIG. 14 shows an example configuration of the signal conversion circuit 27 in FIGS. 12 and 13. In FIG. In the figure, 1 is a timing control section, 2 is an oscillator, and 3
is a driver, 4 is a transmitting transducer, 5 is an ultrasonic medium to be measured, 6 is a receiving transducer, 7 is a receiving amplifier, 8
9 is a phase detector, 9 is a filter, 10 is a pumping wave driver, 11 is a pumping wave generation oscillator, 12 is a storage section, 13 is a subtraction circuit, 15 is an A/
D converter, 16 I/C memory, 17 D/A converter, 18 control section, 20 addition section, 21 delay circuit, 22 drive section for changing the position of the vibrator, 23 vibration 24 is a memory control unit, 25 is a memory, and 26 is a display unit.
Claims (1)
ビームを送信・受信する一対の超音波振動子と (ロ) 該超音波ビームと交差し、被観察部位をカバ
ーするだけのビーム幅を待つポンピング用超音
波パルスを送信する超音波振動子と (ハ) 受信波の位相の、ポンピング波による遷移量
の、該測定用ビーム走査線上の空間的分布を検
出する手段と、 (ニ) 上記位相遷移量の、上記測定用ビーム走査線
上の空間的分布出力を、ポンピング波の周波数
特性の逆特性にほぼ等しい特性のフイルタに通
す事により、該超音波媒体の等価非線形パラメ
ータ(B/A)e、音速C、密度ρによつて定まる 量f((B/A)e、C、ρ)の、該測定用ビーム走 査線上の空間的分布を得てこれを記憶する手段
と、 (ホ) 該超音波媒体が温度変化を受けた後で上記測
定用ビーム走査線上のf((B/A)e、C、ρ)の 空間的分布を得て、これと(ニ)で記憶したf
((B/A)e、C、ρ)の空間的分布との差を得る 手段と、 を持つ事を特徴とする、超音波による温度測定装
置。 2 (イ) 超音波媒体を透過する測定用連続超音波
ビームを送信・受信する一対の超音波振動子
と、 (ロ) 該超音波ビームと交差し、被観察部位をカバ
ーするだけのビーム幅を持つポンピング用超音
波パルスを送信する超音波振動子と、 (ハ) 受信波の位相の、ポンピング波による遷移量
の、該測定用ビーム走査線上の空間的分布を検
出してこれを記憶する手段と、 (ニ) 該超音波媒体が温度変化を受けた後で受信波
の位相遷移量の上記測定用ビーム走査線上の空
間的分布を得て、これと(ハ)で記憶した位相遷移
量の空間的分布との差を得る手段と、 (ホ) 上記位相遷移量の差の空間的分布出力を、ポ
ンピング波の周波数特性の逆特性にほぼ等しい
特性のフイルタに通す事により、該超音波媒体
の等価非線形パラメータ(B/A)e、音速C、密 度ρによつて定まる量f((B/A)e、C、ρ)の、 温度変化に伴う変化量の空間的分布を得る手段
と、 を持つ事を特徴とする、超音波による温度測定装
置。 3 ポンピング波の音圧分布を場所および時間の
関数として予め測定しておき、特許請求の範囲第
1項(ニ)または第2項(ホ)の部分の処理を行う際に、
該予め測定された音圧分布による補正を行う手段
を持つ事を特徴とする、特許請求の範囲第1項な
いし第2項のいずれかに記載の、超音波による温
度測定装置。 4 同一の測定用ビーム走査線上の同一位置に対
応する位相遷移量を、複数回のポンピング波の送
信毎に加算する。いわゆる同期可算機能を持つ事
を特徴とする、特許請求の範囲第1項ないし第3
項のいずれかに記載の超音波による温度測定装
置。 5 送信・受信用振動子対を一次元的または二次
元的に走査する事により、被測定超音波媒体の、
温度変化に対する二次元的または三次元的なf
((B/A)e、C、ρ)の変化量分布像を得るための 走査部・表示部を持つ事を特徴とする、特許請求
の範囲第1項ないし第4項のいずれかに記載の、
超音波による温度測定装置。 6 得られたf((B/A)e、C、ρ)の差に対して
、 適当な係数(必要に応じて場所により異つたもの
でもよい)を乗ずる事により、温度変化量の分布
を得る様にした事を特徴とする、特許請求の範囲
第1項ないし第5項のいずれかに記載の、超音波
による温度測定装置。 7 被測定超音波媒体内の各部の温度または温度
変化量と、f((B/A)e、C、ρ)またはf((B
/A)e 、C、ρ)の変化量との対応を予め測定してお
き、f((B/A)e、C、ρ)またはその変化量を測 定する事により、該被測定超音波媒体内の各部の
絶対的な温度または温度変化量を得る様にした事
を特徴とする、特許請求の範囲第1項ないし第5
項のいずれかに記載の、超音波による温度測定装
置。[Scope of Claims] 1. (a) A pair of ultrasonic transducers that transmit and receive a continuous ultrasonic beam for measurement that passes through an ultrasonic medium; (c) means for detecting the spatial distribution of the amount of phase transition of the received wave due to the pumping wave on the measurement beam scanning line; (iv) By passing the spatially distributed output of the phase shift amount on the measurement beam scanning line through a filter with characteristics almost equal to the inverse of the frequency characteristics of the pumping wave, the equivalent nonlinearity of the ultrasonic medium is determined. Obtain and store the spatial distribution of the quantity f ((B/A) e , C, ρ) determined by the parameter (B/A) e , sound speed C, and density ρ on the measurement beam scanning line. (e) obtaining the spatial distribution of f ((B/A) e , C, ρ) on the measurement beam scanning line after the ultrasonic medium undergoes a temperature change; ) memorized f
((B/A) e , C, ρ) A temperature measuring device using ultrasonic waves, comprising: means for obtaining a difference from a spatial distribution of (B/A) e, C, ρ). 2. (a) A pair of ultrasonic transducers that transmit and receive a continuous ultrasonic beam for measurement that passes through the ultrasonic medium, and (b) A beam width that is sufficient to intersect the ultrasonic beam and cover the area to be observed. (c) detecting and storing the spatial distribution of the amount of phase transition of the received wave due to the pumping wave on the measurement beam scanning line; (d) After the ultrasonic medium undergoes a temperature change, obtain a spatial distribution of the amount of phase transition of the received wave on the measurement beam scanning line, and the amount of phase transition stored in (c). (e) passing the spatial distribution output of the difference in the amount of phase transition through a filter having characteristics almost equal to the inverse characteristics of the frequency characteristics of the pumping wave; Means for obtaining the spatial distribution of the amount of change due to temperature change in the amount f ((B/A) e , C, ρ) determined by the equivalent nonlinear parameter (B/A) e of the medium, the sound speed C, and the density ρ An ultrasonic temperature measuring device characterized by having and. 3. The sound pressure distribution of the pumping wave is measured in advance as a function of location and time, and when performing the processing in claim 1 (d) or 2 (e),
3. The ultrasonic temperature measuring device according to claim 1, further comprising means for performing correction based on the pre-measured sound pressure distribution. 4. Add the amount of phase shift corresponding to the same position on the same measurement beam scanning line every time the pumping wave is transmitted multiple times. Claims 1 to 3 are characterized by having a so-called synchronous countable function.
The ultrasonic temperature measuring device according to any one of the above items. 5. By scanning the transmitting/receiving transducer pair one-dimensionally or two-dimensionally, the
Two-dimensional or three-dimensional f for temperature change
((B/A) e , C, ρ), comprising a scanning unit/display unit for obtaining a variation distribution image of ((B/A) e, C, ρ), according to any one of claims 1 to 4. of,
Ultrasonic temperature measuring device. 6. Multiply the difference in the obtained f((B/A) e , C, ρ) by an appropriate coefficient (it may be different depending on the location if necessary) to calculate the distribution of temperature change. An ultrasonic temperature measuring device according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the ultrasonic temperature measuring device is configured to obtain a temperature measurement device using ultrasonic waves. 7 Temperature or temperature change of each part in the ultrasonic medium to be measured and f((B/A) e , C, ρ) or f((B
/A) By measuring the correspondence with the amount of change in e , C, ρ) in advance and measuring f((B/A) e , C, ρ) or its amount of change, the ultrasonic wave to be measured can be Claims 1 to 5 are characterized in that the absolute temperature or temperature change amount of each part within the medium is obtained.
The ultrasonic temperature measuring device according to any one of paragraphs.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10224083A JPS59226841A (en) | 1983-06-08 | 1983-06-08 | Temperature measuring device by ultrasonic wave |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10224083A JPS59226841A (en) | 1983-06-08 | 1983-06-08 | Temperature measuring device by ultrasonic wave |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59226841A JPS59226841A (en) | 1984-12-20 |
| JPH0139057B2 true JPH0139057B2 (en) | 1989-08-17 |
Family
ID=14322103
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10224083A Granted JPS59226841A (en) | 1983-06-08 | 1983-06-08 | Temperature measuring device by ultrasonic wave |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59226841A (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0226466B1 (en) * | 1985-12-13 | 1993-07-14 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Ultrasonic diagnostic apparatus based on variations of acoustic characteristic |
| KR100439656B1 (en) * | 2002-01-04 | 2004-07-12 | (주)휴먼정보통신 | Non-contact type temperature distribution instrumentation system by using ultrasonics |
-
1983
- 1983-06-08 JP JP10224083A patent/JPS59226841A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59226841A (en) | 1984-12-20 |
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