JPH0249103B2 - - Google Patents
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- JPH0249103B2 JPH0249103B2 JP60292106A JP29210685A JPH0249103B2 JP H0249103 B2 JPH0249103 B2 JP H0249103B2 JP 60292106 A JP60292106 A JP 60292106A JP 29210685 A JP29210685 A JP 29210685A JP H0249103 B2 JPH0249103 B2 JP H0249103B2
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- section
- crossing
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Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は超音波診断装置、特に超音波の生体内
伝搬時の減衰係数を測定することのできる改良さ
れた超音波診断装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to an ultrasonic diagnostic apparatus, and more particularly to an improved ultrasonic diagnostic apparatus capable of measuring the attenuation coefficient during propagation of ultrasonic waves in a living body.
従来の一般的な超音波診断装置は、通常パルス
エコー法と呼ばれる方式により、生体組織の断層
画像等を得るものである。
2. Description of the Related Art Conventional general ultrasonic diagnostic apparatuses obtain tomographic images of living tissues by a method usually called a pulse echo method.
このパルスエコー法は超音波パルスを被検体内
に放射し、その伝搬途中の種々の深度で反射され
た反射波を受信し、その受信信号の強度を生体内
深度の関数としてCRT上に表示するものであり、
超音波反射は音響インピーダンスが変化する部分
で生じるため、本方式で得られる断層画像は、被
検体内における臓器などの境界面が映像化された
ものである。 This pulse-echo method emits an ultrasound pulse into the subject, receives the reflected waves at various depths during propagation, and displays the intensity of the received signal on a CRT as a function of the depth within the body. It is a thing,
Since ultrasound reflections occur in areas where acoustic impedance changes, the tomographic image obtained by this method is a visualization of the interface between organs and the like within the subject.
すなわち、パルスエコー法で得られる画像は被
検体の形態情報を得るには極めて有効な手段であ
るが、被検体の固有特性の診断を行うためには充
分な効果を発揮することができないものであつ
た。 In other words, although images obtained by pulse echo imaging are an extremely effective means of obtaining morphological information about a subject, they are not sufficiently effective for diagnosing the unique characteristics of a subject. It was hot.
一方、検体中を伝搬する超音波はその伝搬中の
組織に固有の周波数依存性に基づく減衰を受ける
ことが知られている。すなわち、一般に被検体中
では高い周波数に対する減衰率が、低い周波数の
それに比べ大きくなる特性を有する。そして、減
衰率α(f)は次式のごとく周波数fに比例する
ことが知られている。 On the other hand, it is known that ultrasonic waves propagating in a specimen are attenuated based on frequency dependence specific to the tissue in which they propagate. That is, a subject generally has a characteristic that the attenuation rate for high frequencies is larger than that for low frequencies. It is known that the attenuation rate α(f) is proportional to the frequency f as shown in the following equation.
α(f)=α0・f …(1)
ここに、α0は組織により異なる減衰係数であ
る。この減衰係数は、異常組織・正常組織の間で
異なることも報告されており、この減衰係数を正
確に測定することで生体組織の質的診断を正確に
行うことが可能となる。 α(f)=α 0 ·f (1) Here, α 0 is an attenuation coefficient that varies depending on the tissue. It has also been reported that this attenuation coefficient differs between abnormal tissue and normal tissue, and by accurately measuring this attenuation coefficient, it becomes possible to accurately perform qualitative diagnosis of living tissues.
このため、生体組織の減衰率α(f)を計測し、
組織の質的診断を行うことのできる超音波診断装
置が開発されている。その一つとして、超音波
CT(Computed Tomography)がある。これは、
被検体を透過した超音波を検出し、その強度から
被検体内での減衰率を算出するものである。 For this reason, the attenuation rate α(f) of the biological tissue is measured,
Ultrasonic diagnostic devices capable of qualitatively diagnosing tissues have been developed. One of them is ultrasound
There is CT (Computed Tomography). this is,
This method detects the ultrasonic waves that have passed through the subject and calculates the attenuation rate within the subject based on the intensity.
ところで、このような改良された超音波診断装
置によつても、骨、空気等超音波を透過させにく
い部分が被検体内に存在する場合には、有効な計
測が行い得ないという問題点があつた。また、超
音波の透過波を計測するために装置が大型化し、
更に、減衰率α(f)を算出する際の演算量が膨
大となるため、大規模な計算器が必要であり、装
置の価格が上昇してしまうという問題点もあつ
た。 However, even with such improved ultrasound diagnostic equipment, there is a problem that effective measurements cannot be performed if there are parts of the subject that are difficult for ultrasound to pass through, such as bones or air. It was hot. In addition, the equipment used to measure transmitted ultrasound waves has become larger.
Furthermore, since the amount of calculation required when calculating the attenuation rate α(f) is enormous, a large-scale calculator is required, leading to the problem that the price of the apparatus increases.
これに対し、超音波の被検体内からの反射波か
ら減衰率(f)を計測できる装置も開発されてい
る。 On the other hand, an apparatus has also been developed that can measure the attenuation rate (f) from reflected waves of ultrasound waves from within the subject.
この装置によれば、被検体内に骨、空気等の超
音波を透過させにくい部分が存在する場合にも有
効な計測を行うことができ、しかも反射波を計測
する方式のため装置を小型化することが可能とな
る。 This device allows effective measurement even when there are parts of the subject that are difficult for ultrasound to pass through, such as bones or air, and the device can be made smaller because it measures reflected waves. It becomes possible to do so.
従来技術の問題点
ところが、このような反射波から減衰率を計測
できる超音波診断装置は、前記従来の超音波診断
装置と同様大規模な計算器が必要であり、極めて
高価な装置となつてしまうという問題点があつ
た。
Problems with the Prior Art However, an ultrasonic diagnostic device that can measure the attenuation rate from such reflected waves requires a large-scale calculator like the conventional ultrasonic diagnostic device, making it an extremely expensive device. There was a problem with putting it away.
すなわち、反射波から減衰率を求めるには、通
常次のような演算を行うことが必要である。探触
子への入射超音波パルスのパワースペクトルをS0
(f)とすると、被検体内の深度lの組織から反
射してくるエコー信号のパワースペクトルS(l,
f)は次式で表わされる。 That is, in order to obtain the attenuation rate from the reflected wave, it is usually necessary to perform the following calculation. The power spectrum of the ultrasonic pulse incident on the probe is S 0
(f), the power spectrum S(l,
f) is expressed by the following formula.
S(l,f)=S0(f)e-2〓(f)l …(2) ここで、fは超音波の周波数を表わす。 S(l,f)=S 0 (f)e -2 〓 (f)l ...(2) Here, f represents the frequency of the ultrasonic wave.
従つて、深度lの異なる組織から反射してくる
超音波パルスのパワースペクトルS(l0,f)及
びS(l1,f)を計測すると、次式から減衰率α
(f)を求めることができる。 Therefore, when the power spectra S(l 0 , f) and S(l 1 , f) of the ultrasound pulses reflected from tissues with different depths l are measured, the attenuation rate α can be calculated from the following equation.
(f) can be obtained.
α(f)=1/2(l1−l0)ln{S(l0,f)/S(
l1,f)}…(3)
しかしながら、前記(2)式からも明らかなよう
に、受信信号のパワースペクトルを求めるために
は、受信信号をフーリエ変換しなければならない
ため、高速フーリエ変換装置(FFT)などが必
要となり、やはり極めて高価な超音波診断装置と
なつてしまうという問題点があつた。 α(f)=1/2(l 1 −l 0 )ln{S(l 0 ,f)/S(
l 1 , f)}...(3) However, as is clear from equation (2) above, in order to obtain the power spectrum of the received signal, the received signal must be Fourier transformed, so a fast Fourier transform device is required. (FFT), etc., resulting in an extremely expensive ultrasonic diagnostic device.
発明の目的
本発明は前記従来の問題点に鑑みなされたもの
であり、その目的は被検体内から返つてくる反射
波受信信号から被検体による超音波の減衰係数
(減衰率)を計測することのできる安価な超音波
診断装置を提供することにある。Purpose of the Invention The present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and its purpose is to measure the attenuation coefficient (attenuation rate) of ultrasonic waves by the subject from the reflected wave reception signal returned from the subject. The purpose of the present invention is to provide an inexpensive ultrasonic diagnostic device that can perform the following tasks.
前記目的を達成するために、本発明に係る超音
波診断装置は、超音波パルスビームを被検体内に
送信し反射波を受信増幅して得られる受信信号が
零レベルと交差したことを検出する零交差検出部
と、零交差の回数を計数する計数部と、この計数
値を単位時間当たりの零交差密度に変換する零交
差密度演算部と、この零交差密度を平均周波数に
換算する平均周波数演算部と、この平均周波数か
ら減衰係数を求める減衰係数演算部と、を含み、
前記零点交差検出部は、前記受信信号が負レベル
内に設定される負トリガ点から正レベル内に設定
される正トリガ点へ通過したことを検出するUP
トリガ回路と、前記受信信号が前記正トリガ点か
ら前記負トリガ点へ通過したことを検出する
DOWNトリガ回路と、を有し、零交差検出部の
零レベルがヒステリシス特性を有することを特徴
とする。
In order to achieve the above object, the ultrasonic diagnostic apparatus according to the present invention detects when a received signal obtained by transmitting an ultrasonic pulse beam into a subject and receiving and amplifying reflected waves crosses a zero level. a zero-crossing detection section, a counting section that counts the number of zero-crossings, a zero-crossing density calculation section that converts this counted value into a zero-crossing density per unit time, and an average frequency that converts this zero-crossing density into an average frequency. an arithmetic unit, and an attenuation coefficient arithmetic unit that calculates a damping coefficient from the average frequency,
The zero point crossing detection unit detects that the received signal has passed from a negative trigger point set within a negative level to a positive trigger point set within a positive level.
a trigger circuit, detecting that the received signal passes from the positive trigger point to the negative trigger point;
DOWN trigger circuit, and the zero level of the zero crossing detection section has hysteresis characteristics.
前述した構成から明らかなように、本発明に係
る超音波診断装置によれば、零交差検出部、計数
部及び零交差密度演算部により測定された深度l
からの反射波の零交差密度N(l)から、平均周
波数演算部は例えば次式により平均周波数fc(l)
を求める。
As is clear from the above-described configuration, according to the ultrasonic diagnostic apparatus according to the present invention, the depth l measured by the zero-crossing detection unit, the counting unit, and the zero-crossing density calculation unit
From the zero - crossing density N(l) of the reflected waves from
seek.
ここで、σ2(l)は反射波スペクトルの分散を
示す。 Here, σ 2 (l) indicates the dispersion of the reflected wave spectrum.
そして、減衰係数演算部では、この平均周波数
fc(l)から例えば次式により減衰係数α0を求め
る。 Then, in the damping coefficient calculation section, this average frequency
From f c (l), for example, the damping coefficient α 0 is determined by the following equation.
α0=1/2σ2(l)
・d/dl{fc(l)−ε(l)}
ここで、ε(l)は、深度lと振動子の形状か
ら特定される補正項であり、既知の値である。 α 0 = 1/2σ 2 (l) ・d/dl {f c (l) − ε(l)} Here, ε(l) is a correction term specified from the depth l and the shape of the vibrator. , is a known value.
以上のようにして、超音波パルスビームの被検
体内からの反射波より被検体の減衰係数α0を測定
することが可能となる。 In the manner described above, it becomes possible to measure the attenuation coefficient α 0 of the subject from the reflected wave of the ultrasonic pulse beam from within the subject.
また、零点交差検出部にUPトリガ回路と
DOWNトリガ回路が設けられているので、受信
信号に高周波ノイズが重畳した場合でも誤検出を
排除できる。すなわち、UPトリガ回路は、受信
信号が負トリガ点から正トリガ点へ通過した場合
のみ零交差と判断し、一方、DOWNトリガ回路
は、受信信号が正トリガ点から負トリガ点へ通過
した場合のみ零交差と判断するので、受信信号が
一つのトリガ点を何回交差しても、もう一方のト
リガ点を通過するまでは零交差を検出せず、正確
に受信信号の零交差を検出できる。 In addition, the zero crossing detection section is equipped with an UP trigger circuit.
Since it is equipped with a DOWN trigger circuit, false detections can be eliminated even when high-frequency noise is superimposed on the received signal. In other words, the UP trigger circuit determines a zero crossing only when the received signal passes from the negative trigger point to the positive trigger point, while the DOWN trigger circuit determines a zero crossing only when the received signal passes from the positive trigger point to the negative trigger point. Since a zero crossing is determined, no matter how many times the received signal crosses one trigger point, the zero crossing will not be detected until it passes the other trigger point, and the zero crossing of the received signal can be accurately detected.
発明の原理
本発明は、フーリエ変換を行うことなく、時系
列に得られる超音波の反射波から減衰係数を求め
ているが、これは次のような原理による。
Principle of the Invention The present invention calculates an attenuation coefficient from reflected waves of ultrasound obtained in time series without performing Fourier transform, and this is based on the following principle.
前述のように、生体の減衰率α(f)は超音波
の周波数fに比例することが周知であり、
α(f)=α0・f …(1)
で表わされる。 As mentioned above, it is well known that the attenuation rate α(f) of a living body is proportional to the frequency f of the ultrasonic wave, and is expressed as α(f)=α 0 ·f (1).
ここで、反射超音波パルスのパワースペクトル
S0(f)が次式のガウス関数で表わされるものと
仮定する。 Here, the power spectrum of the reflected ultrasound pulse is
Assume that S 0 (f) is expressed by a Gaussian function of the following equation.
S0(f)=exp{−(f−f0)2/2σ2} …(4)
ここで、f0は入射超音波パルスの平均周波数、
σ2はスペクトルの分散を表わす。 S 0 (f)=exp{−(f−f 0 ) 2 /2σ 2 } …(4) Here, f 0 is the average frequency of the incident ultrasound pulse,
σ 2 represents the spectral dispersion.
この時、被検体内の深度lの部位から反射して
くるエコー信号のパワースペクトルS(l,f)
は次式により示される。 At this time, the power spectrum S(l,f) of the echo signal reflected from the part at depth l inside the subject
is expressed by the following equation.
S(l,f)=S0(f)e-〓0f・(2l) =exp{−(f−f0)2/2σ2−α0f(2l)} =exp{−〔f−fC(l)〕2/2σ2} ・exp{−α0l+2σ2α2 0l2} …(5) ただし、 fc(l)=f0−2σ2α0l …(6) である。 S(l,f)=S 0 (f)e - 〓 0 f・(2l) =exp{−(f−f 0 ) 2 /2σ 2 −α 0 f(2l)} =exp{−[f− fC(l)] 2 /2σ 2 } ・exp{−α 0 l+2σ 2 α 2 0 l 2 } …(5) However, f c (l)=f 0 −2σ 2 α 0 l …(6) .
すなわち、前記(4)式と(5)式とにより深度lの部
位から反射してくる反射波のパワースペクトル
は、入射波と同じガウス関数となるが、その平均
周波数fc(l)は2σ2α0lだけ低周波数側へ移行し、
また振幅は−α0l+2σ α2 0 l2だけ減衰することが
理解される。 That is, according to equations (4) and (5) above, the power spectrum of the reflected wave reflected from the site at depth l has the same Gaussian function as the incident wave, but its average frequency f c (l) is 2σ 2 α 0 l shifts to the lower frequency side,
It is also understood that the amplitude is attenuated by −α 0 l + 2σ α 2 0 l 2 .
従つて、平均周波数fc(l)が計測できれば、
(6)式から、
α0=−1/2σ2・d/dlfc(l) …(7)
のように減衰係数α0が求められる。 Therefore, if the average frequency f c (l) can be measured,
From equation (6), the damping coefficient α 0 is obtained as α 0 =−1/2σ 2 ·d/dlf c (l) (7).
ここで、エコー信号から平均周波数fc(l)を
求めるには、次のような方法がある。 Here, the following method can be used to obtain the average frequency f c (l) from the echo signal.
パワースペクトルがP(f)で表わされるrf信
号p(t)を考えると、p(t)が単位時間当たり
に零を交差する回数すなわち零交差密度NはP
(f)と次のような関係にあることが知られてい
る。 Considering an RF signal p(t) whose power spectrum is represented by P(f), the number of times p(t) crosses zero per unit time, that is, the zero crossing density N is P
(f) is known to have the following relationship.
N=2[∫∞/-∞f2P(f)df/∫∞/-∞P(f)d
f]1/2…(8)
すなわち、
N2/4=∫∞/-∞f2P(f)df/∫∞/-∞P(f)d
f…(9)
となる。 N=2 [∫ ∞ / -∞ f 2 P (f) df / ∫ ∞ / -∞ P (f) d
f] 1/2 …(8) That is, N 2 /4=∫ ∞ / -∞ f 2 P (f) df / ∫ ∞ / -∞ P (f) d
f…(9) becomes.
この関係はエコー信号の場合に適用すると次の
ようになる。 When this relationship is applied to the echo signal, it becomes as follows.
すなわち、被検体内の深度lの部位から反射し
てくる反射波が、単位時間当たりに零と交差する
回数すなわち零交差密度をN(l)で表わすと、
N2(l)/4=∫∞/-∞f2S(l,f)df/∫∞/-
∞S(l,f)df…(10)
で関係づけられる。 In other words, if the number of times a reflected wave reflected from a site at depth l inside the subject crosses zero per unit time, that is, the zero crossing density, is expressed as N(l), then N 2 (l)/4=∫ ∞ / -∞ f 2 S (l, f) df / ∫ ∞ / -
∞ S (l, f) df…(10).
また、S(l,f)は分散がσ2、平均がfc(l)
のガウス関数であるため、次のような式が成立す
る。 Also, S(l,f) has a variance of σ 2 and an average of f c (l)
Since it is a Gaussian function, the following formula holds.
σ2=∫∞/-∞{f−fc(l)}2S(l,f)df/∫
∞/-∞S(l,f)df
=∫∞/-∞f2S(l,f)df/∫∞/-∞S(l
,f)df−f2 c(l)
=N2(l)/4−f2 c(l) …(11)
従つて、
となる。 σ 2 =∫ ∞ / -∞ {f−f c (l)} 2 S(l,f)df/∫
∞ / -∞ S (l, f) df = ∫ ∞ / -∞ f 2 S (l, f) df / ∫ ∞ / -∞ S (l
, f) df−f 2 c (l) = N 2 (l)/4−f 2 c (l) …(11) Therefore, becomes.
(12)式において、σ2は入射超音波パルスのパワー
スペクトルの分散であり、これは既知の値であ
る。 In equation (12), σ 2 is the dispersion of the power spectrum of the incident ultrasound pulse, and this is a known value.
従つて、零交差密度N(l)を測定すれば、前
記(12)式を用いて平均周波数fc(l)を求めること
が可能となり、更に前記(7)式を用いて減衰係数α0
を求めることができる。 Therefore, by measuring the zero crossing density N(l), it becomes possible to obtain the average frequency f c (l) using the above equation (12), and furthermore, using the above equation (7), the attenuation coefficient α 0
can be found.
ところで、一般に超音波診断装置の超音波パル
スビームにおける入射波のパワースペクトルは、
ガウス関数にしたがわない場合が多い。 By the way, the power spectrum of the incident wave in the ultrasonic pulse beam of an ultrasonic diagnostic device is generally
In many cases, it does not follow a Gaussian function.
従つて、前述した原理をそのまま超音波診断装
置に適用することはできず、次にパワースペクト
ルがガウス関数でない場合について説明する。 Therefore, the above-mentioned principle cannot be directly applied to an ultrasonic diagnostic apparatus, and a case where the power spectrum is not a Gaussian function will be described next.
パワースペクトルはガウス関数でない場合に
は、深度lの部位から反射してくるエコー信号の
スペクトルの分散は深度lの関数となり、これを
σ2(l)で表わす。このとき、前記(12)式に相当す
る式は
となる。 If the power spectrum is not a Gaussian function, the dispersion of the spectrum of the echo signal reflected from the site at depth l is a function of depth l, and this is expressed as σ 2 (l). At this time, the equation corresponding to the above equation (12) is becomes.
また、平均周波数の定義から
fc(l)=∫f・S(l,f)df/∫S(l,f)dfdf
…(14)
となり、前記(5)式と同様に、
S(l,f)=S0(l,f)e-〓0 f(2 l) …(15)
として前記(14)式に代入し、この両辺をlにつ
いて微分すると、次の式を誘導することができ
る。ただし、ここでS0(f)はガウス関数である
必要はない。 Also, from the definition of average frequency, f c (l)=∫f・S(l,f)df/∫S(l,f)dfdf
...(14) Then, similar to equation (5) above, S(l,f)=S 0 (l,f)e - 〓 0 f(2 l) ...(15) Substitute into equation (14) above. However, by differentiating both sides with respect to l, the following equation can be derived. However, S 0 (f) does not need to be a Gaussian function here.
d/dlfc(l)
=−2αf・{∫f2・S(l,f)df/∫S(l
,f)df
−(∫ fS(l,f)df/∫S(l,f)df)2
}
=−2α0fσ2(l) …(16)
従つて、前記(7)式に対応する式として、
α0=−1/2σ2(l)・d/dlfc(l) …(17)
を得ることができる。 d/dlf c (l) = −2αf・{∫f 2・S(l, f) df/∫S(l
, f) df − (∫ fS (l, f) df/∫S (l, f) df) 2
} =−2α 0 fσ 2 (l) …(16) Therefore, as a formula corresponding to the above formula (7), α 0 =−1/2σ 2 (l)・d/dlf c (l) …(17 ) can be obtained.
ところで、上記の原理は超音波が平面波として
伝搬することを前提としている。 By the way, the above principle is based on the premise that ultrasonic waves propagate as plane waves.
しかしながら、超音波診断装置で使用される振
動子は焦点を有しており、通常の超音波診断装置
から発信する超音波が平面波として伝搬すること
はあり得ない。従つて、前記(17)式は次式のご
とく修正することが必要である。 However, a vibrator used in an ultrasonic diagnostic device has a focal point, and it is impossible for ultrasonic waves emitted from a normal ultrasonic diagnostic device to propagate as a plane wave. Therefore, it is necessary to modify the above equation (17) as shown in the following equation.
α0=1/2σ2(l)・d/dl{fc(l)−ε(l)
}
ここで、ε(l)は、深度lと振動子の形状と
に依存する超音波音場に関する補正項であり、既
知の値である。 α 0 =1/2σ 2 (l)・d/dl{f c (l)−ε(l)
} Here, ε(l) is a correction term related to the ultrasonic sound field that depends on the depth l and the shape of the transducer, and is a known value.
すなわち、水中等のように減衰のない伝搬媒質
中におかれた反射体から反射してくる反射波の平
均周波数は超音波が平面波の場合には、反射体の
深度lに依存せず、常に一定の値となる。 In other words, when the ultrasonic wave is a plane wave, the average frequency of the reflected wave reflected from a reflector placed in an unattenuated propagation medium such as water does not depend on the depth l of the reflector and is always A constant value.
ところが、超音波が平面波でない場合には、平
均周波数は深度lに依存して変化する。補正項ε
(l)はこのような深度lに依存する変化を補正
するための定数であり、計算により、あるいは実
験的に決定することが可能である。 However, if the ultrasound is not a plane wave, the average frequency changes depending on the depth l. Correction term ε
(l) is a constant for correcting such changes depending on the depth l, and can be determined by calculation or experimentally.
以上のように、通常の超音波診断装置では、入
射超音波パルスのスペクトルはガウス関数にはし
たがわないため、前記(13)式及び(18)式から
減衰係数を求めることとなる。 As described above, in a normal ultrasonic diagnostic apparatus, the spectrum of an incident ultrasonic pulse does not follow a Gaussian function, so the attenuation coefficient is determined from equations (13) and (18).
すなわち被検体内の種々の深度lについて該検
体内部位から反射してくる反射波のスペクトルの
分散σ2(l)が決定されれば、この反射波の零交
差密度(l)を測定することで、中心周波数fc
(l)が求められ、更にこのfc(l)を前記(18)
式に代入することで減衰係数α0を求めることが可
能となる。 That is, once the dispersion σ 2 (l) of the spectrum of the reflected wave reflected from the site within the subject is determined for various depths l within the subject, the zero-crossing density (l) of this reflected wave can be measured. and the center frequency f c
(l) is obtained, and furthermore, this f c (l) is calculated from the above (18).
By substituting into the formula, it is possible to obtain the damping coefficient α 0 .
ここで、σ2(l)は、被検体内の深度lの部位
から反射してくる反射波のスペクトルの分散であ
り、本来は被検体の減衰係数に応じて変化するも
のである。 Here, σ 2 (l) is the dispersion of the spectrum of the reflected wave reflected from a site at depth l within the subject, and originally varies depending on the attenuation coefficient of the subject.
ところが、反射波の周波数帯域幅は比較的狭い
ため、減衰係数への依存度は事実上極めて低いも
のと考えられる。 However, since the frequency bandwidth of the reflected wave is relatively narrow, its dependence on the attenuation coefficient is considered to be extremely low in practice.
従つて、生体の減衰係数に近似する減衰係数を
有する物質を用いて、この物質中の種々の深度に
反射体をおき、ここから反射してくる反射波から
前記σ2(l)は実験的に求めることが可能である。
また、減衰媒質中での超音波波形は、振動子の形
状と波形観測点の位置とから算出可能であること
が周知であり、σ2(l)を計算により決定するこ
とも可能である。 Therefore, using a material with an attenuation coefficient that approximates that of a living body, reflectors are placed at various depths within the material, and the above σ 2 (l) can be determined experimentally from the reflected waves reflected from the material. It is possible to ask for
Furthermore, it is well known that the ultrasonic waveform in the damping medium can be calculated from the shape of the transducer and the position of the waveform observation point, and it is also possible to determine σ 2 (l) by calculation.
具体的実施例
以下図面に基づいて本発明の好適な実施例を説
明する。Specific Embodiments Preferred embodiments of the present invention will be described below based on the drawings.
第1図には本発明に係る超音波診断装置の要部
のブロツク図が示されている。 FIG. 1 shows a block diagram of the main parts of an ultrasonic diagnostic apparatus according to the present invention.
本実施例において、超音波診断装置は、探触子
100、超音波送受波制御部200、零交差検出
部300、計数部400、零交差密度演算部50
0、平均周波数演算部600、減衰係数演算部7
00及び表示部800を有する。 In this embodiment, the ultrasonic diagnostic apparatus includes a probe 100, an ultrasonic wave transmission/reception control section 200, a zero crossing detection section 300, a counting section 400, and a zero crossing density calculation section 50.
0, average frequency calculation section 600, attenuation coefficient calculation section 7
00 and a display section 800.
本実施例において、超音波送受波制御部200
は従来のパルスエコー法による超音波診断装置の
超音波送受波制御部と同様の構成であり、制御回
路210、発振器220及び増幅器230を含
む。そして、制御回路210の制御のもとに発振
器220は高圧電気パルスを出力し、これを探触
子100に印加することで該探触子100から超
音波パルスが射出される。 In this embodiment, the ultrasonic wave transmission/reception control section 200
The configuration is similar to that of an ultrasonic wave transmission/reception control section of a conventional ultrasonic diagnostic apparatus using the pulse echo method, and includes a control circuit 210, an oscillator 220, and an amplifier 230. Then, under the control of the control circuit 210, the oscillator 220 outputs a high-voltage electric pulse, and by applying this to the probe 100, an ultrasonic pulse is emitted from the probe 100.
被検体内から反射してきた反射波は、探触子1
00により受信されて電気信号に変換され、増幅
器230にて増幅された後に零交差検出部300
に出力される。 The reflected wave reflected from inside the subject is transmitted to probe 1.
00 is received and converted into an electrical signal, and after being amplified by the amplifier 230, the zero crossing detection unit 300
is output to.
零交差検出部300は、前記超音波送受波制御
部200からの入力信号が零と交差するたびに電
気パルスを計数部400に出力する。 The zero crossing detection section 300 outputs an electric pulse to the counting section 400 every time the input signal from the ultrasonic wave transmission/reception control section 200 crosses zero.
該計数部400においては、零交差検出部30
0からのパルス信号を順次積算・計数する。この
計数値は零交差密度演算部500に出力される。 In the counting section 400, a zero crossing detection section 30
Sequentially integrates and counts pulse signals starting from 0. This count value is output to the zero crossing density calculation section 500.
本実施例において零交差密度演算部500はラ
ツチ回路510,520及び減算器530を含
み、前記計数部400からの計数信号は該ラツチ
回路510,520に入力される。 In this embodiment, the zero crossing density calculating section 500 includes latch circuits 510 and 520 and a subtracter 530, and the count signal from the counting section 400 is input to the latch circuits 510 and 520.
この2つのラツチ回路510,520は、制御
回路210からのタイミング信号s1,s2により制
御されており、各タイミング信号s1,s2の入力ま
で前記計数部400からの計数結果を一時的に保
持する。 These two latch circuits 510 and 520 are controlled by timing signals s 1 and s 2 from the control circuit 210, and temporarily store the counting results from the counting section 400 until the timing signals s 1 and s 2 are input. to hold.
タイミング信号s1,s2には適宜設定された時間
τだけ時間差が設けられており、これらのタイミ
ング信号s1,s2の入力間隔で保持された計数値を
減算器530に入力する。該減算器530では両
ラツチ回路510,520で保持された計数値の
差値が求められ、これは時間τの間に入力信号が
零と交差する回数となる。従つて、時間τを単位
時間にとれば、この差値は零交差密度を表わすこ
とになる。 A time difference is provided between the timing signals s 1 and s 2 by an appropriately set time τ, and the count value held at the input interval of these timing signals s 1 and s 2 is input to the subtracter 530. The subtracter 530 calculates the difference between the counts held by both latch circuits 510 and 520, which is the number of times the input signal crosses zero during time τ. Therefore, if time τ is taken as unit time, this difference value represents the zero crossing density.
すなわち、タイミング信号s1,s2をΔt間隔で順
次発生させるならば、タイミング信号s1及びs2の
発生時刻t1,t2は次式で表わすことができる。 That is, if the timing signals s 1 and s 2 are sequentially generated at intervals of Δt, the generation times t 1 and t 2 of the timing signals s 1 and s 2 can be expressed by the following equation.
t1=Δti i=0,1,2…
t2=Δti+τ …(19)
この時、i番目のタイミング信号で求めた零交
差密度は、被検体中での音速をCで表わせば、被
検体内の深度l=(Δti+τ/2)・C/2の部位
から反射してくる反射波の零交差密度(以下Ni
と表示する)を表わすことになる。また、この深
度l=(Δti+τ/2)・C/2に対応する分散σ2
(l)、補正項ε(l)をそれぞれσi,εiと表示す
る。 t 1 = Δt i i=0,1,2... t 2 = Δt i +τ (19) At this time, the zero-crossing density obtained using the i-th timing signal is expressed as , the zero-crossing density (hereinafter referred to as N i
). Also, the variance σ 2 corresponding to this depth l=(Δt i +τ/2)・C/2
(l) and correction term ε(l) are expressed as σ i and ε i , respectively.
この零交差密度演算部500の出力Niは、平
均周波数演算部600に出力される。 The output N i of this zero crossing density calculation section 500 is output to the average frequency calculation section 600.
平均周波数演算部600は、平均周波数変換器
610及び加算器620を含み、前記零交差密度
演算部500の出力Niは平均周波数変換器61
0に入力される。 The average frequency calculation unit 600 includes an average frequency converter 610 and an adder 620, and the output N i of the zero crossing density calculation unit 500 is calculated by the average frequency converter 610.
It is input to 0.
該変換器610は、前記(13)式の関係を用い
て、零交差密度Niからこれに対応する平均周波
数fciに変換するものであり、演算
√i 24−i 2
を行うこととなる。 The converter 610 converts the zero crossing density N i to the corresponding average frequency f ci using the relationship of equation (13), and performs the calculation √ i 2 4− i 2 Become.
また、この変換器610は次のように構成する
ことも好適である。 It is also preferable that the converter 610 be configured as follows.
すなわち、σi 2は深度l(=i)に依存する既知
の定数であるため、予め種々のσi及びNiに対応す
る平均周波数fciを演算しておき、これをROMに
記憶させておく。そして、この変換器610は、
σi,Niの値に応じてROMのfciを読出し、これを
出力することで平均周波数fciに変換することが可
能となる。 That is, since σ i 2 is a known constant that depends on the depth l (=i), the average frequency f ci corresponding to various σ i and N i is calculated in advance, and this is stored in the ROM. put. And, this converter 610 is
By reading out f ci from the ROM according to the values of σ i and N i and outputting it, it is possible to convert it into an average frequency f ci .
更に、補正項εiまで含めて、音場補正後の平均
周波数fciを予め計算し、これを前記同様ROM中
に記憶させておけば、平均周波数変換器610に
おいて音場の補正まで行うことが可能となる。 Furthermore, if the average frequency f ci after sound field correction is calculated in advance, including the correction term ε i , and stored in the ROM as described above, the average frequency converter 610 can correct the sound field. becomes possible.
f′ci=fci−εi
=√24−i 2−εi …(20)
すなわち、σi及びεiは、生体内の深度iにのみ
依存するため、この深度iと零交差密度Niとの
二次元の表をROM中に作成しておけば、この表
から平均周波数fciを得ることが可能となる。 f′ ci = f ci −ε i =√ 2 4− i 2 −ε i …(20) In other words, since σ i and ε i depend only on the depth i in the living body, this depth i and the zero crossing density If a two-dimensional table with N i is created in the ROM, it is possible to obtain the average frequency f ci from this table.
この平均周波数変換器610で演算された平均
周波数fciは、加算器620に入力される。 The average frequency f ci calculated by this average frequency converter 610 is input to an adder 620.
すなわち、被検体である生体の超音波反射係数
は時間及び位置により変動するものであり、確定
値を持たないと考えられる。 That is, the ultrasonic reflection coefficient of a living body, which is a subject, varies depending on time and position, and is considered to have no fixed value.
従つて、このような生体から反射してきた反射
波から求めた平均周波数fci(又はf′ci)はその期待
値の付近で変動することが予想される。そこで、
加算器620は前記平均周波数fci(又はf′ci)を加
算・平均化し、前記生体の反射係数の変動による
誤差拡大を低減するものである。 Therefore, it is expected that the average frequency f ci (or f' ci ) obtained from the reflected waves reflected from such a living body will fluctuate around its expected value. Therefore,
The adder 620 adds and averages the average frequency f ci (or f' ci ) to reduce error magnification due to fluctuations in the reflection coefficient of the living body.
以上のようにして得られた平均周波数fci(又は
f′ci)は減衰係数演算部700に出力される。 The average frequency f ci (or
f′ ci ) is output to the damping coefficient calculating section 700.
該減衰係数演算部700はメモリ710及び演
算器720を含み、平均周波数演算部600から
の出力、すなわち平均周波数fci(又はf′ci)はメモ
リ710内に格納される。 The attenuation coefficient calculation section 700 includes a memory 710 and a calculation unit 720, and the output from the average frequency calculation section 600, that is, the average frequency f ci (or f' ci ) is stored in the memory 710.
演算器720は、前記(18)式に相当する演算
を行うが、この(18)式は微分を含んでいる。と
ころが、メモリ710内のデータは離散的である
ため、演算部720は前記(18)式の微分を差分
に置換した次式で示される演算を行えば足りる。 The arithmetic unit 720 performs an operation corresponding to the above equation (18), and this equation (18) includes differentiation. However, since the data in the memory 710 is discrete, it is sufficient for the arithmetic unit 720 to perform the arithmetic operation expressed by the following equation in which the differential of the equation (18) is replaced with a difference.
α0=−1/2σi 2・f′ci+1−f′ci/Δt・C…(2
1)
すなわち、メモリ710から補正後の平均周波
数f′ciとf′ci+1を読み出し、これらの差値を既知の
定数であるΔt・Cで割算し、更にスペクトルの
分散σi 2で割算するように演算器720を構成す
れば良い。また、(21)式で示される演算を行う
には、σi 2が必要となるが、これは前述のように
予めメモリ710内に格納しておき、必要に応じ
てこれから読み出すことにより得ることができ
る。 α 0 =−1/2σ i 2・f′ ci +1−f′ ci /Δt・C…(2
1) That is, read the corrected average frequencies f′ ci and f′ ci+1 from the memory 710, divide these difference values by the known constant Δt・C, and further calculate the difference by the spectral dispersion σ i 2 . The arithmetic unit 720 may be configured to perform division. In addition, σ i 2 is required to perform the calculation shown in equation (21), but this can be obtained by storing it in advance in the memory 710 as described above and reading it from there as necessary. Can be done.
なお、メモリ710内のデータがいまだ音場の
補正を行つていない平均周波数fciであるときに
は、メモリ710内には分散σi 2に加えて、更に
補正項εiを格納しておき、前記(21)式の演算を
行う前に平均周波数fciからεiを減算すればよい。 Note that when the data in the memory 710 is the average frequency f ci for which no sound field correction has been performed yet, the memory 710 stores a correction term ε i in addition to the variance σ i 2 . Before performing the calculation of equation (21), ε i may be subtracted from the average frequency f ci .
更に、(21)式において種々の深度iについて
求めた減衰係数の平均を求めれば測定精度を向上
させることが可能となる。 Furthermore, measurement accuracy can be improved by finding the average of the attenuation coefficients found for various depths i in equation (21).
以上のようにして得られた減衰係数α0は、具体
的数値等として表示部800上に表示される。 The attenuation coefficient α 0 obtained as described above is displayed on the display section 800 as a specific numerical value or the like.
以上説明したように、本実施例に係る超音波診
断装置によれば、高速フーリエ変換装置等を用い
ることなく、反射波から減衰係数を求めることが
可能となる。 As explained above, according to the ultrasonic diagnostic apparatus according to the present embodiment, it is possible to obtain an attenuation coefficient from reflected waves without using a fast Fourier transform device or the like.
なお、零交差検出部300は、超音波送受波制
御部200からの入力信号が零と交差するたびに
電気パルスを出力するものであるが、実際に零と
交差するたび毎に電気パルスを出力するような回
路構成を用いると次のような問題を生じる可能性
がある。 Note that the zero crossing detection unit 300 outputs an electric pulse every time the input signal from the ultrasonic wave transmission/reception control unit 200 crosses zero, and it outputs an electric pulse every time the input signal actually crosses zero. If such a circuit configuration is used, the following problems may occur.
すなわち、第2図Aに示されるように、入力信
号が正弦波に雑音が重畳したような場合には、単
に零と交差するたび毎に電気パルスを出力するこ
ととすれば、同図Bに示すように、本来得るべき
信号が零と交差する前後に複数の電気パルスを出
力してしまうような事態が考えられる。 In other words, as shown in Figure 2A, if the input signal is a sine wave with noise superimposed on it, if we simply output an electric pulse every time it crosses zero, the result will be as shown in Figure 2B. As shown, there may be a situation where a plurality of electrical pulses are output before and after the signal that should originally be obtained crosses zero.
従つて、本発明において第3図Aに示すように
零レベルにヒステリシス特性をもたせるため、正
及び負の2つのレベル+L,−Lを設定し、入力
信号が正から負へ移るときには−Lレベルと交差
した時に、また、負から正へ移る場合には+Lレ
ベルと交差した時に零と交差したものと見なすこ
とが好適である。 Therefore, in the present invention, in order to provide a hysteresis characteristic to the zero level as shown in FIG. 3A, two positive and negative levels +L and -L are set, and when the input signal changes from positive to negative, the -L level is set. It is preferable to consider that it has crossed zero when it crosses , or when it crosses the +L level in the case of moving from negative to positive.
このような回路構成としては、例えば第4図に
示されるようなものがある。 An example of such a circuit configuration is shown in FIG. 4.
同図において、入力信号が正の大きな値から減
少していく状態では、比較器310の出力は負の
値となつており、この電圧から抵抗分圧された負
の値が入力信号と比較される。一方、入力信号が
負の値から大きくなる場合には、比較器310の
出力は正であり、従つて、入力信号は正の電圧と
比較されることとなる。該比較器310には単安
定マルチバイブレータ320,330が接続さ
れ、単安定マルチバイブレータ320は、入力電
圧の立上がり時に電気パルスを出力し、また、単
安定マルチバイブレータ330は立下がりで電気
パルスを出力する。 In the figure, when the input signal is decreasing from a large positive value, the output of the comparator 310 is a negative value, and the negative value obtained by dividing this voltage by resistance is compared with the input signal. Ru. On the other hand, when the input signal increases from a negative value, the output of comparator 310 is positive, and therefore the input signal will be compared with a positive voltage. Monostable multivibrators 320 and 330 are connected to the comparator 310, and the monostable multivibrator 320 outputs an electric pulse when the input voltage rises, and the monostable multivibrator 330 outputs an electric pulse when the input voltage falls. do.
これら両電気パルス信号をオアゲート340に
入力し、入力信号が+L又は−Lと交差した時点
に電気パルス信号を得ることが可能となる。 By inputting both of these electric pulse signals to the OR gate 340, it is possible to obtain an electric pulse signal when the input signal crosses +L or -L.
従つて、前記正弦波に雑音が重畳したような場
合にも極めて正確な測定が可能となる。 Therefore, extremely accurate measurement is possible even when noise is superimposed on the sine wave.
以上説明したように、本発明に係る超音波診断
装置によれば、エコー信号を周波数解析すること
なく、減衰係数を高速演算することが可能な超音
波診断装置を安価に得ることが可能となる。
As explained above, according to the ultrasonic diagnostic apparatus according to the present invention, it is possible to inexpensively obtain an ultrasonic diagnostic apparatus that can calculate an attenuation coefficient at high speed without performing frequency analysis on an echo signal. .
そして、零点交差検出部にUPトリガ回路と
DOWNトリガ回路が設けられているので、受信
信号に雑音が重畳したような場合でも極めて正確
な平均周波数の測定ができ、これによれば、演算
される減衰係数の精度を向上させることが可能で
ある。 Then, a UP trigger circuit is installed in the zero crossing detection section.
Since a DOWN trigger circuit is provided, it is possible to measure the average frequency extremely accurately even when noise is superimposed on the received signal, and with this, it is possible to improve the accuracy of the calculated attenuation coefficient. be.
第1図は本発明に係る超音波診断装置の要部ブ
ロツク図、第2図及び第3図は零交差検出部の改
良状態の説明図、第4図は本発明の第2実施例に
係る零交差検出部のブロツク図である。
100……探触子、200……超音波送受波制
御部、300……零交差検出部、400……計数
部、500……零交差密度演算部、600……平
均周波数演算部、700……減衰係数演算部、8
00……表示部。
FIG. 1 is a block diagram of the main parts of an ultrasonic diagnostic apparatus according to the present invention, FIGS. 2 and 3 are explanatory diagrams of an improved state of the zero-crossing detection section, and FIG. 4 is a diagram according to a second embodiment of the present invention. FIG. 3 is a block diagram of a zero crossing detection section. 100... Probe, 200... Ultrasonic wave transmission/reception control section, 300... Zero crossing detection section, 400... Counting section, 500... Zero crossing density computing section, 600... Average frequency computing section, 700... ...Attenuation coefficient calculation section, 8
00...Display section.
Claims (1)
波を受信増幅して得られる受信信号が零レベルと
交差したことを検出する零交差検出部と、零交差
の回数を計数する計数部と、この計数値を単位時
間当たりの零交差密度に変換する零交差密度演算
部と、この零交差密度を平均周波数に換算する平
均周波数演算部と、この平均周波数から減衰係数
を求める減衰係数演算部と、 を含み、 前記零点交差検出部は、 前記受信信号が負レベル内に設定される負トリ
ガ点から正レベル内に設定される正トリガ点へ通
過したことを検出するUPトリガ回路と、 前記受信信号が前記正トリガ点から前記負トリ
ガ点へ通過したことを検出するDOWNトリガ回
路と、 を有し、 零交差検出部の零レベルがヒステリシス特性を
有することを特徴とする超音波診断装置。[Claims] 1. A zero-crossing detection unit that detects that a received signal obtained by transmitting an ultrasonic pulse beam into a subject and receiving and amplifying reflected waves crosses a zero level, and a zero-crossing detection unit that detects the number of zero-crossings. A counting section that counts, a zero-crossing density calculation section that converts this count value into a zero-crossing density per unit time, an average frequency calculation section that converts this zero-crossing density into an average frequency, and a damping coefficient that is calculated from this average frequency. an attenuation coefficient calculation unit to obtain, and the zero point crossing detection unit detects that the received signal has passed from a negative trigger point set within a negative level to a positive trigger point set within a positive level. a trigger circuit; and a DOWN trigger circuit that detects that the received signal has passed from the positive trigger point to the negative trigger point, and the zero level of the zero crossing detection section has hysteresis characteristics. Ultrasound diagnostic equipment.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29210685A JPS62152442A (en) | 1985-12-26 | 1985-12-26 | Ultrasonic diagnostic apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29210685A JPS62152442A (en) | 1985-12-26 | 1985-12-26 | Ultrasonic diagnostic apparatus |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62152442A JPS62152442A (en) | 1987-07-07 |
| JPH0249103B2 true JPH0249103B2 (en) | 1990-10-29 |
Family
ID=17777621
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29210685A Granted JPS62152442A (en) | 1985-12-26 | 1985-12-26 | Ultrasonic diagnostic apparatus |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| JP (1) | JPS62152442A (en) |
Families Citing this family (1)
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|---|---|---|---|---|
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Family Cites Families (3)
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|---|---|---|---|---|
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| US4453550A (en) * | 1982-04-19 | 1984-06-12 | General Electric Company | Method and means for detecting a periodic wave structure |
| JPS62109533A (en) * | 1985-11-08 | 1987-05-20 | 松下電器産業株式会社 | vacuum cleaner dust bag |
-
1985
- 1985-12-26 JP JP29210685A patent/JPS62152442A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| JPS62152442A (en) | 1987-07-07 |
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