JPH026022B2 - - Google Patents
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- JPH026022B2 JPH026022B2 JP56065536A JP6553681A JPH026022B2 JP H026022 B2 JPH026022 B2 JP H026022B2 JP 56065536 A JP56065536 A JP 56065536A JP 6553681 A JP6553681 A JP 6553681A JP H026022 B2 JPH026022 B2 JP H026022B2
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- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
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- G01S7/52023—Details of receivers
- G01S7/52036—Details of receivers using analysis of echo signal for target characterisation
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/04—Analysing solids
- G01N29/11—Analysing solids by measuring attenuation of acoustic waves
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N29/00—Investigating or analysing materials by the use of ultrasonic, sonic or infrasonic waves; Visualisation of the interior of objects by transmitting ultrasonic or sonic waves through the object
- G01N29/34—Generating the ultrasonic, sonic or infrasonic waves, e.g. electronic circuits specially adapted therefor
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
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- Remote Sensing (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、超音波を物体に発信し、物体の内部
からの反射超音波を受信して物体内部の物質特性
を測定する超音波測定法の改良に係り、特に反射
超音波の強度に影響されず物質特性の測定が可能
な超音波測定方法に関する。
からの反射超音波を受信して物体内部の物質特性
を測定する超音波測定法の改良に係り、特に反射
超音波の強度に影響されず物質特性の測定が可能
な超音波測定方法に関する。
超音波による測定技術は、飛躍的に進歩し、そ
の利用分野も金属探傷から医療診断分野へと広が
りつつある。このような超音波測定技術には、超
音波反射法が利用されている。超音波反射法は、
物体に発信された超音波が物体内部の音響的異質
点で反射されることを利用しており、この反射超
音波を受信してエコーグラムを作成するものであ
る。この反射超音波は、物体の音響的異質点まで
の通過部分の影響（減衰，反射）などを含めて、
音響的異質点の状態に基づいて得られるが、受信
した反射超音波の大きさは、音響的異質点におけ
る超音波の入射角やその表面の状態に強く依存
し、正確に音響インピーダンス等の物体の物質の
特性を示していない。
の利用分野も金属探傷から医療診断分野へと広が
りつつある。このような超音波測定技術には、超
音波反射法が利用されている。超音波反射法は、
物体に発信された超音波が物体内部の音響的異質
点で反射されることを利用しており、この反射超
音波を受信してエコーグラムを作成するものであ
る。この反射超音波は、物体の音響的異質点まで
の通過部分の影響（減衰，反射）などを含めて、
音響的異質点の状態に基づいて得られるが、受信
した反射超音波の大きさは、音響的異質点におけ
る超音波の入射角やその表面の状態に強く依存
し、正確に音響インピーダンス等の物体の物質の
特性を示していない。
このため、現存の超音波反射法の利用形態は、
音響的異質点の位置の表示が中心となつており、
物体の物質特性（例えば減衰特性）の測定には利
用出来なかつた。
音響的異質点の位置の表示が中心となつており、
物体の物質特性（例えば減衰特性）の測定には利
用出来なかつた。
このような、超音波反射法の利用形態を広げる
試みは種々なされている。例えば、昭和52（1977）
年７月４日付けで公告された日本国特許出願公告
昭52―24798号公報や昭和49年４月10日付けで公
開された日本国公開特許昭49―38490号公報にこ
れら試みが示されている。この先行技術では、複
数の周波数成分をもつ超音波の送受信を行い、反
射超音波の各周波数成分の音圧強度比によつて、
超音波の反射状態の影響を少なくして、物質の吸
収係数を測定するものである。
試みは種々なされている。例えば、昭和52（1977）
年７月４日付けで公告された日本国特許出願公告
昭52―24798号公報や昭和49年４月10日付けで公
開された日本国公開特許昭49―38490号公報にこ
れら試みが示されている。この先行技術では、複
数の周波数成分をもつ超音波の送受信を行い、反
射超音波の各周波数成分の音圧強度比によつて、
超音波の反射状態の影響を少なくして、物質の吸
収係数を測定するものである。
しかしながら、これら先行技術では受信された
反射強度が十分である場合にのみ有効で、一般に
反射強度が十分でなく、信号・雑音比が１に近づ
くと、雑音振巾の不規則のため、強度比をとつた
場合、分母・分子が互に無関係に０に近づく場合
があり、比の値は０から無限大の間に分散するこ
ととなり、大きな誤差を生じる欠点があつた。
反射強度が十分である場合にのみ有効で、一般に
反射強度が十分でなく、信号・雑音比が１に近づ
くと、雑音振巾の不規則のため、強度比をとつた
場合、分母・分子が互に無関係に０に近づく場合
があり、比の値は０から無限大の間に分散するこ
ととなり、大きな誤差を生じる欠点があつた。
従つて、本発明は反射波の受信強度が小さくて
も、反射波から物質特性の情報を有効に得ること
が可能な超音波測定法を提供することを目的とす
る。
も、反射波から物質特性の情報を有効に得ること
が可能な超音波測定法を提供することを目的とす
る。
この目的の達成のため、本発明は、超音波によ
つて物体の物質特性を測定する超音波測定法であ
つて、 (a) 物体に超音波を発信するステツプと、 (b) 該物体からの反射波を受信するステツプと、 (c) 該反射波のパワースペクトルを分析するステ
ツプと、 (d) 該分析されたパワースペクトルの形状から、
中心周波数を求め、該中心周波数を深さ方向に
微分することにより物質特性として減衰傾斜を
測定するステツプと を有することを特徴とする。
つて物体の物質特性を測定する超音波測定法であ
つて、 (a) 物体に超音波を発信するステツプと、 (b) 該物体からの反射波を受信するステツプと、 (c) 該反射波のパワースペクトルを分析するステ
ツプと、 (d) 該分析されたパワースペクトルの形状から、
中心周波数を求め、該中心周波数を深さ方向に
微分することにより物質特性として減衰傾斜を
測定するステツプと を有することを特徴とする。
更に本発明は、パワースペクトルを分析して中
心周波数を求め、該中心周波数により物質特性と
して減衰傾斜（attenuationslope）を測定するこ
とを特徴とする。
心周波数を求め、該中心周波数により物質特性と
して減衰傾斜（attenuationslope）を測定するこ
とを特徴とする。
本発明の他の実施態様では、前記中心周波数を
距離の関数として、その微分係数又は差分係数を
得て前記減衰傾斜を測定することを特徴とする。
距離の関数として、その微分係数又は差分係数を
得て前記減衰傾斜を測定することを特徴とする。
又、本発明の別の実施態様では、前記中心周波
数を時間の函数として、その微分係数又は差分係
数を得て前記減衰傾斜を測定することを特徴とす
る。
数を時間の函数として、その微分係数又は差分係
数を得て前記減衰傾斜を測定することを特徴とす
る。
本発明の他の実施態様では、前記発信ステツ
プ、受信ステツプ、分析ステツプをｎ回行い、
各々得られたパワースペクトルを統計的処理で平
均化し、平均化されたパワースペクトルから物体
の物質特性を測定することを特徴とする。
プ、受信ステツプ、分析ステツプをｎ回行い、
各々得られたパワースペクトルを統計的処理で平
均化し、平均化されたパワースペクトルから物体
の物質特性を測定することを特徴とする。
本発明の他の実施態様では、前記物質特性の測
定を複数の方向又は複数の走査に対し行い、前記
物質特性の分布図を得ることを特徴とする。
定を複数の方向又は複数の走査に対し行い、前記
物質特性の分布図を得ることを特徴とする。
即ち、本発明は物質特性がパワースペクトルの
形状として、顕著に表われることから、中心周波
数、分布パラメータ等のスペクトル形状を基に、
減衰傾斜、吸収係数、音響インピーダンス、減衰
係数等の物質特性を測定するものである。
形状として、顕著に表われることから、中心周波
数、分布パラメータ等のスペクトル形状を基に、
減衰傾斜、吸収係数、音響インピーダンス、減衰
係数等の物質特性を測定するものである。
以下、本発明を実施例により詳細に説明する。
この実施例では、反射波の強度の内パワー（エ
ネルギー）に着目し、物体としては生体組織の様
な超音波の物体内での伝達を伴なう超音波のパワ
ー（エネルギー）の減衰係数μが超音波の周波数
にほぼ比例する媒体を取り上げ、その媒体の物
質特性として、その比例係数α（＝dμ／d）、即ち減 衰傾斜の測定について説明するが、本発明はこれ
に限られない。
ネルギー）に着目し、物体としては生体組織の様
な超音波の物体内での伝達を伴なう超音波のパワ
ー（エネルギー）の減衰係数μが超音波の周波数
にほぼ比例する媒体を取り上げ、その媒体の物
質特性として、その比例係数α（＝dμ／d）、即ち減 衰傾斜の測定について説明するが、本発明はこれ
に限られない。
第１図、第２図は本発明の一実施例原理説明図
を示す。
を示す。
第１図において、１はPZT等の電気―音響変
換素子を含むトランスデユーサーであり、２は測
定されるべき物体であり、生体組織（以下生体と
称す）を対象としている。２ａは生体内の音響異
質点面であり、ａはトランスデユーサー１からの
発信超音波、ｂは音響異質点２ａからの反射超音
波、ｃはトランスデユーサー１に受信される反射
超音波である。
換素子を含むトランスデユーサーであり、２は測
定されるべき物体であり、生体組織（以下生体と
称す）を対象としている。２ａは生体内の音響異
質点面であり、ａはトランスデユーサー１からの
発信超音波、ｂは音響異質点２ａからの反射超音
波、ｃはトランスデユーサー１に受信される反射
超音波である。
トランスデユーサー１からの超音波ａを発信す
る際、その発信信号強度のスペクトル分布が第２
図のa′になる様超音波ａを発信する。即わち、発
信超音波ａのスペクトル分布a′は、中心周波数
t，分散σのガウス分布で近似された形状とす
る。
る際、その発信信号強度のスペクトル分布が第２
図のa′になる様超音波ａを発信する。即わち、発
信超音波ａのスペクトル分布a′は、中心周波数
t，分散σのガウス分布で近似された形状とす
る。
通常のPZT等のトランスデユーサー１の発信
特性は、ほぼこの分布特性を持つている。一方、
PVF2（ポリ弗化ビニリデン）の如き超広帯域ト
ランスデユーサーでは、駆動回路側で特性を持た
せればよい。即ち、駆動回路にこのような分布を
持たせるフイルターを含めることにより容易に実
現できる。
特性は、ほぼこの分布特性を持つている。一方、
PVF2（ポリ弗化ビニリデン）の如き超広帯域ト
ランスデユーサーでは、駆動回路側で特性を持た
せればよい。即ち、駆動回路にこのような分布を
持たせるフイルターを含めることにより容易に実
現できる。
このようにスペクトル分布がガウス分布をもつ
て発信された超音波は音響異質点面２ａで反射さ
れ、反射超音波ｂとなる。
て発信された超音波は音響異質点面２ａで反射さ
れ、反射超音波ｂとなる。
この反射超音波ｂは、その信号強度のスペクト
ル分布は第２図のb′となる。一方、トランスデユ
ーサー１に受信される反射超音波ｃは、更に減衰
を受けてその強度スペクトル分布は第２図のc′と
なる。これは後述する様に伝播径路で高い周波数
成分程、強く減衰を受けるため中心周波数が変化
するためである。ここで、トランスデユーサー１
からの超音波伝播径路上に沿つてＸ軸をとると、
音響異質点２ａはトランスデユーサー１からｘ＝
ｌの距離にある。この距離は、トランスデユーサ
ー１の超音波ａの発信時点から当該反射超音波ｃ
の受信時点までの時間に示されるので、音速が既
知の場合には、この時間によつて容易に距離ｌを
測定することができる。
ル分布は第２図のb′となる。一方、トランスデユ
ーサー１に受信される反射超音波ｃは、更に減衰
を受けてその強度スペクトル分布は第２図のc′と
なる。これは後述する様に伝播径路で高い周波数
成分程、強く減衰を受けるため中心周波数が変化
するためである。ここで、トランスデユーサー１
からの超音波伝播径路上に沿つてＸ軸をとると、
音響異質点２ａはトランスデユーサー１からｘ＝
ｌの距離にある。この距離は、トランスデユーサ
ー１の超音波ａの発信時点から当該反射超音波ｃ
の受信時点までの時間に示されるので、音速が既
知の場合には、この時間によつて容易に距離ｌを
測定することができる。
送信信号として短いパースト波を用い、送受兼
用のトランスデユーサーを用いると、この時間測
定は容易である。もし、連続波とか長い波形を用
いる時には、送・受分離したトランスデユーサー
を用いる必要があり、この場合には擬似ランダム
コード等で位相変調等を行うことにより、ｌ点に
対応する反射超音波を選出することができる。
用のトランスデユーサーを用いると、この時間測
定は容易である。もし、連続波とか長い波形を用
いる時には、送・受分離したトランスデユーサー
を用いる必要があり、この場合には擬似ランダム
コード等で位相変調等を行うことにより、ｌ点に
対応する反射超音波を選出することができる。
以下、送信波が短いバースト波であつて、送受
兼用のトランスデユーサーを用いた例につき、更
に詳しく説明する。
兼用のトランスデユーサーを用いた例につき、更
に詳しく説明する。
良く知られている様に、生体等では、超音波の
パワー（エネルギー）が指数函数で減衰する。
パワー（エネルギー）が指数函数で減衰する。
今、生体においてｌなる距離を透過後の強度パ
ワーをＩとし、発信強度パワーをIoとすると、次
式が成立する。
ワーをＩとし、発信強度パワーをIoとすると、次
式が成立する。
Ｉ＝Io・exp（−l
〓x=0
μ（ｘ）・Δx） ……(1)
但し、μは生体の吸収，屈析，反射，散乱等の
効果が総合された減衰係数であり、強度パワーは
音圧の自乗に比例する量である。
効果が総合された減衰係数であり、強度パワーは
音圧の自乗に比例する量である。
一方、減衰係数μは超音波の周波数の一次函
数で表現され、次式で示される。
数で表現され、次式で示される。
μ＝μp＋α ……(2)
但し、μpは周波数に依存しない定数で、αは周
波数に対する減衰傾斜である。
波数に対する減衰傾斜である。
ここで、第２図a′で示すパワースペクトル分布
をもつた超音波信号を発信すると、生体内を距離
ｌ透過して、第(1)式及び第(2)式による減衰を受け
て、第２図b′のパワースペクトル分布をもつた超
音波信号となる。この信号のスペクトル分布形状
は、発信超音波信号a′と同様に、ガウス分布であ
るが、中心周波数はcに低下する。しかし、分散
は不変で、送信超音波と同様σに保たれる。
をもつた超音波信号を発信すると、生体内を距離
ｌ透過して、第(1)式及び第(2)式による減衰を受け
て、第２図b′のパワースペクトル分布をもつた超
音波信号となる。この信号のスペクトル分布形状
は、発信超音波信号a′と同様に、ガウス分布であ
るが、中心周波数はcに低下する。しかし、分散
は不変で、送信超音波と同様σに保たれる。
又、分散σと中心周波数t，cと吸収係数は次
の関係にある。この関係は、 １／σ2（t−c）＝l 〓x=0 α（ｘ）・Δx ……(3) 例えば、1979年米国ACADEMIC PRESS社か
ら発行された“ULTRASONICIMAGING”
Vol.1，No.１の第26頁に示されたA.C.KAK氏及び
K.A.DINES氏の論文に示されている。
の関係にある。この関係は、 １／σ2（t−c）＝l 〓x=0 α（ｘ）・Δx ……(3) 例えば、1979年米国ACADEMIC PRESS社か
ら発行された“ULTRASONICIMAGING”
Vol.1，No.１の第26頁に示されたA.C.KAK氏及び
K.A.DINES氏の論文に示されている。
第(3)式は、距離ｌ中の超音波伝播径路中におけ
る散在する音響異質面通過点における透過率を含
まず、又信号強度の絶対値も含まれておらず、こ
れ等に全く影響されないことを示している。
る散在する音響異質面通過点における透過率を含
まず、又信号強度の絶対値も含まれておらず、こ
れ等に全く影響されないことを示している。
ここで、距離ｌの位置２ａで反射された信号に
ついて考えると、音響異質点の反射係数は一般に
周波数依存性を持たないとされているので、２ａ
点からの反射信号のスペクトル分布における各周
波数の強度は２ａ点への入射信号のそれ等が一定
率で低下する形となるが、中心周波数及び分散は
不変のままである。
ついて考えると、音響異質点の反射係数は一般に
周波数依存性を持たないとされているので、２ａ
点からの反射信号のスペクトル分布における各周
波数の強度は２ａ点への入射信号のそれ等が一定
率で低下する形となるが、中心周波数及び分散は
不変のままである。
従つて、音響異質点からの反射波ｂのスペクト
ル形状は、同様に第２図b′の如くなる。
ル形状は、同様に第２図b′の如くなる。
この反射波ｂは送信時と逆方向にトランスデユ
ーサー１に向つて伝播されるが、送信時の径路と
同一の減衰を受ける。このため、第２図c′のスペ
クトル分布をもつた信号としてトランスデユーサ
ー１に受信される。この反射信号ｃは、反射波ｂ
と同じくガウス分布となり、中心周波数はrに低
下し、分散はσのままに保たれる。
ーサー１に向つて伝播されるが、送信時の径路と
同一の減衰を受ける。このため、第２図c′のスペ
クトル分布をもつた信号としてトランスデユーサ
ー１に受信される。この反射信号ｃは、反射波ｂ
と同じくガウス分布となり、中心周波数はrに低
下し、分散はσのままに保たれる。
従つて(3)式と同様に次式が成立する。
１／σ2（c−r）＝0
〓x=l
α（ｘ）・Δx ……(4)
(3)式，(4)式よりcを消去し、次式を求める。
１／2σ2（t−r）＝l
〓x=0
α（ｘ）・Δx ……(5)
(5)式の右辺はパワーの減衰傾斜の線積分であ
る。
る。
次にこの(5)式からα（ｘ）を求める方法につい
て述べる。
て述べる。
第１の方法は既知のＸ線コンピユータートモグ
ラフイーにおける吸収係数再生アルゴリズム技術
を用いる方法である。
ラフイーにおける吸収係数再生アルゴリズム技術
を用いる方法である。
即ち、生体の測定対象部分で規定される範囲全
てを覆う如く、可能な限り多数の方向からその範
囲の深い方の境界までの距離ｌ（反射法ではｌを
指定することができる）について(5)式の量、即ち
中心周波数t，rを測定し、コンピユータにより
吸収係数α（ｘ，ｙ）の分布像を再生する方法で
ある。(5)式の右辺はＸ線コンピユータートモグラ
フイーにおけるプロジエクシヨンとして知られる
量と全く同形式であり、Ｘ線コンピユータートモ
グラフイで吸収係数μ（ｘ，ｙ）を再生するのと
同様の再生アルゴリズムα（ｘ，ｙ）の分布像を
再生することができる。
てを覆う如く、可能な限り多数の方向からその範
囲の深い方の境界までの距離ｌ（反射法ではｌを
指定することができる）について(5)式の量、即ち
中心周波数t，rを測定し、コンピユータにより
吸収係数α（ｘ，ｙ）の分布像を再生する方法で
ある。(5)式の右辺はＸ線コンピユータートモグラ
フイーにおけるプロジエクシヨンとして知られる
量と全く同形式であり、Ｘ線コンピユータートモ
グラフイで吸収係数μ（ｘ，ｙ）を再生するのと
同様の再生アルゴリズムα（ｘ，ｙ）の分布像を
再生することができる。
又、前述のA.C.KAK氏等により提案された(3)
式による透過型超音波コンピユータートモグラフ
イー等において、生体内の骨、ガス等で透過不可
能な部位のプロジエクシヨンの代りに、本発明の
反射法によつて求めた不透過部をはさむ両側の部
分の(5)式により求めた線積分の和をその部位のプ
ロジエクシヨンとして用いることで、骨，ガス等
の異常部の吸収傾斜αを０とした場合に相当する
像を透過型コンピユータートモグラフイーのアル
ゴリズムで再生することもできる。
式による透過型超音波コンピユータートモグラフ
イー等において、生体内の骨、ガス等で透過不可
能な部位のプロジエクシヨンの代りに、本発明の
反射法によつて求めた不透過部をはさむ両側の部
分の(5)式により求めた線積分の和をその部位のプ
ロジエクシヨンとして用いることで、骨，ガス等
の異常部の吸収傾斜αを０とした場合に相当する
像を透過型コンピユータートモグラフイーのアル
ゴリズムで再生することもできる。
次に、第２の方法について説明する。
今(5)式において、ｌ＋Δlの点の反射受信信号
について求めると次式となる。
について求めると次式となる。
１／2σ2｛t−（r−Δr）｝＝l
+〓l 〓x=0 α（ｘ）・Δx ……(6) (6)式から(5)式を減算して次式を求める。
+〓l 〓x=0 α（ｘ）・Δx ……(6) (6)式から(5)式を減算して次式を求める。
１／2σ2Δr＝α（ｌ）・Δl
∴ α（ｌ）＝１／2σ2・Δr／Δl ……(7)
従つて、深さｌにおけるα（ｌ）の値を求める
ことができる。
ことができる。
又、受信パワー・スペクトルの中心周波数が、
高速信号処理やリアルタイムFFT（高速フーリエ
変換回路）や、高速のパイプライン計算機（回
路）等により、即座に、又は一定時間おくれで測
定される時は、音速をυとして、 Δl＝υΔt ……(8) であるので(7)式は次式となる。
高速信号処理やリアルタイムFFT（高速フーリエ
変換回路）や、高速のパイプライン計算機（回
路）等により、即座に、又は一定時間おくれで測
定される時は、音速をυとして、 Δl＝υΔt ……(8) であるので(7)式は次式となる。
α（ｌ）＝１／2σ2υΔr／Δt ……(9)
即ち、中心周波数の変化を時間で微分又は差分
することによりリアルタイムで得られる。
することによりリアルタイムで得られる。
(7)式，(9)式共、一回の送受の走査で、その走査
線上のαの分布が測定されるので、リアルタイム
でαの分布図を求めることが可能となる。
線上のαの分布が測定されるので、リアルタイム
でαの分布図を求めることが可能となる。
Ｎ回の走査の平均値で(7)式(9)式を適用すると統
計的に精度を上昇し得ることはいうまでもない。
計的に精度を上昇し得ることはいうまでもない。
又このα（ｌ）をＸ―Ｙ平面上の測定範囲中の
変標点（ｘ，ｙ）について、各方向からの超音波
ビームにより求めると、筋肉の如くαに異方性が
ある場合も、その平均値や、異方性方向，異方性
の度合等物質特性値の新しい情報を得ることがで
きる。
変標点（ｘ，ｙ）について、各方向からの超音波
ビームにより求めると、筋肉の如くαに異方性が
ある場合も、その平均値や、異方性方向，異方性
の度合等物質特性値の新しい情報を得ることがで
きる。
又、第１の方法と第２の方法とを複合して用い
ることにより、第１の方法からは等方性と仮定し
た時の平均的な情報が、第２の方法からは特定方
向の局所的な情報が得られ、両者の比較処理によ
り有用な物質特性の情報を得ることが可能とな
る。
ることにより、第１の方法からは等方性と仮定し
た時の平均的な情報が、第２の方法からは特定方
向の局所的な情報が得られ、両者の比較処理によ
り有用な物質特性の情報を得ることが可能とな
る。
このように本発明では、強度の絶対値は必要で
なく、所謂TGC（タイム・ゲイン・コントロー
ル）回路により、又は任意に各深度よりの反射受
信信号の増巾度を設定し得るので良好なＳ／Ｎ比
を常に保つことができる利点がある。又弱い信号
レベルでの比をとる等の誤差を導入しやすい演算
を含まず、且つスペクトル分布の多量情報量から
中心周波数や分散等の分布パラメーターを測定す
るので、統計的に精度が良くできる効果を有して
いる。尚、全系の雑音は白色スペクトルとみなし
うるので、中心周波数測定への影響は少ない。
なく、所謂TGC（タイム・ゲイン・コントロー
ル）回路により、又は任意に各深度よりの反射受
信信号の増巾度を設定し得るので良好なＳ／Ｎ比
を常に保つことができる利点がある。又弱い信号
レベルでの比をとる等の誤差を導入しやすい演算
を含まず、且つスペクトル分布の多量情報量から
中心周波数や分散等の分布パラメーターを測定す
るので、統計的に精度が良くできる効果を有して
いる。尚、全系の雑音は白色スペクトルとみなし
うるので、中心周波数測定への影響は少ない。
次に、この方法を実現する構成について、第３
図ブロツク図により説明する。
図ブロツク図により説明する。
１は送受用トランスデユーサーで、圧電物質が
用いられる。送信用はPZT，PVF2等、受信は
PZT，PVF2，CdS等が用いられる。ここに、
PVF2はポリフツ化ビニリデンであり、圧電性の
高分子膜である。CdSは硫化カドミウムである。
用いられる。送信用はPZT，PVF2等、受信は
PZT，PVF2，CdS等が用いられる。ここに、
PVF2はポリフツ化ビニリデンであり、圧電性の
高分子膜である。CdSは硫化カドミウムである。
PZTやPVF2は送・受兼用に用いることがで
き、CdSは送信トランスジユーサに近接して設置
すればよい。３は駆動回路で、必要に応じガウス
分布を作るためのフイルター等を内蔵させること
ができる。４は検波回路、PZT，PVF2では音圧
をパワーに変換するための自乗回路、生体内伝播
中の減衰を補正するための所謂TGC（タイム・ゲ
イン・コントロール）回路等が含まれる受信回路
である。受信素子がCdsの時は自乗回路は省略さ
れる。５はFFT（フアースト・フーリエ・トラン
スフオーム）回路で通常Ａ／Ｄ変換され、デジタ
ルな計算回路で構成される。６は計算回路でマイ
クロ・コンピユータ、メモリ等よりなり、FFT
の出力である各周波数成分の強度を入力して、中
心周波数c，r、分散σ等を計算し更に式(5)をプ
ログラムにより計算し、各走査線のパワー減衰傾
斜の線積分を求め、第１の方法で像再生を行うも
のである。又第２の方法ではプログラムにより式
(7)又は式(9)の計算を行うことができる。７は得ら
れたαの分布像をCRT８に表示する表示回路で
ある。９はトランスジユーサーの走査方向や走査
位置を可変とするためのモータや機械的伝達構造
の走査機構で、走査回路１０によつて駆動され
る。尚、トランスデユーサ１、走査機構９及び走
査回路１０の代りに、マルチ・セグメント型トラ
ンスジユーサーにより駆動受信の位相を電子的に
制御したフエーズド・アレーにより、リニアーや
セクターの電子走査を行い更にそのトランスジユ
ーサーの位置を機械的に移動することで多くの方
向・位置からの測定を可能とすることもできる。
１１は制御・計時回路で、クロツクを内蔵し、上
記各部の動作順序の制御を行うと共に送信より、
各反射波受信までの計時も行うもので、計算回路
６に含めることもできる。
き、CdSは送信トランスジユーサに近接して設置
すればよい。３は駆動回路で、必要に応じガウス
分布を作るためのフイルター等を内蔵させること
ができる。４は検波回路、PZT，PVF2では音圧
をパワーに変換するための自乗回路、生体内伝播
中の減衰を補正するための所謂TGC（タイム・ゲ
イン・コントロール）回路等が含まれる受信回路
である。受信素子がCdsの時は自乗回路は省略さ
れる。５はFFT（フアースト・フーリエ・トラン
スフオーム）回路で通常Ａ／Ｄ変換され、デジタ
ルな計算回路で構成される。６は計算回路でマイ
クロ・コンピユータ、メモリ等よりなり、FFT
の出力である各周波数成分の強度を入力して、中
心周波数c，r、分散σ等を計算し更に式(5)をプ
ログラムにより計算し、各走査線のパワー減衰傾
斜の線積分を求め、第１の方法で像再生を行うも
のである。又第２の方法ではプログラムにより式
(7)又は式(9)の計算を行うことができる。７は得ら
れたαの分布像をCRT８に表示する表示回路で
ある。９はトランスジユーサーの走査方向や走査
位置を可変とするためのモータや機械的伝達構造
の走査機構で、走査回路１０によつて駆動され
る。尚、トランスデユーサ１、走査機構９及び走
査回路１０の代りに、マルチ・セグメント型トラ
ンスジユーサーにより駆動受信の位相を電子的に
制御したフエーズド・アレーにより、リニアーや
セクターの電子走査を行い更にそのトランスジユ
ーサーの位置を機械的に移動することで多くの方
向・位置からの測定を可能とすることもできる。
１１は制御・計時回路で、クロツクを内蔵し、上
記各部の動作順序の制御を行うと共に送信より、
各反射波受信までの計時も行うもので、計算回路
６に含めることもできる。
以上の各構成要素自体はすでに広く知られてい
るもので、容易に本発明を実現しうることを示し
ている。
るもので、容易に本発明を実現しうることを示し
ている。
以上、パワースペクトルについて、しかもガウ
ス分布の例について説明したが、他の態様も行い
うる。
ス分布の例について説明したが、他の態様も行い
うる。
例えば、音圧，バースト波の継続時間内での音
圧，パワーの時間的積分値等のスペクトル分布の
形状を対象としてもよい。
圧，パワーの時間的積分値等のスペクトル分布の
形状を対象としてもよい。
又、ガウス分布でない非ガウス分布では、ガウ
ス分布からの送受信信号のスペクトル分布の偏差
量を対象としたり、その中心周波数の高，低両帯
域の非対称度等を対象としてもよい。
ス分布からの送受信信号のスペクトル分布の偏差
量を対象としたり、その中心周波数の高，低両帯
域の非対称度等を対象としてもよい。
これらにおいても、前述の実施例と同様に、信
号強度の絶対値の影響を受けないので同様の効果
を奏する。
号強度の絶対値の影響を受けないので同様の効果
を奏する。
以上の様に、本発明によれば、反射波の強度ス
ペクトルから物質特性を測定するので、媒体構成
各部分の境界における透過率や反射率等の影響等
及び信号強度絶対値の影響をうけることなく、低
い反射信号部位でも誤差を導入することなく、生
体等の内部構成組織の媒質特性パラメーターを精
度よく、測定でき、又分布図を求めることもでき
る。一回の走査で、その走査線上のパラメーター
を求めることもできるので、リアルタイム測定が
でき、反射法に由来する使用の簡便さと相まつて
理想的な測定方式を与えるものである。
ペクトルから物質特性を測定するので、媒体構成
各部分の境界における透過率や反射率等の影響等
及び信号強度絶対値の影響をうけることなく、低
い反射信号部位でも誤差を導入することなく、生
体等の内部構成組織の媒質特性パラメーターを精
度よく、測定でき、又分布図を求めることもでき
る。一回の走査で、その走査線上のパラメーター
を求めることもできるので、リアルタイム測定が
でき、反射法に由来する使用の簡便さと相まつて
理想的な測定方式を与えるものである。
第１図は本発明の一実施例原理説明図、第２図
は第１図におけるパワースペクトル説明図、第３
図は本発明の一実施例ブロツク図を示す。 図中、１……トランスデユーサー、２……物
体、２ａ……音響異質面、３……駆動回路、４…
…受信回路、５……FFT回路、６……計算回路、
７……表示回路、８……CRT、９……走査機構、
１０……走査回路、１１……制御計時回路。
は第１図におけるパワースペクトル説明図、第３
図は本発明の一実施例ブロツク図を示す。 図中、１……トランスデユーサー、２……物
体、２ａ……音響異質面、３……駆動回路、４…
…受信回路、５……FFT回路、６……計算回路、
７……表示回路、８……CRT、９……走査機構、
１０……走査回路、１１……制御計時回路。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 超音波によつて物体の物質特性を測定する超
音波測定法であつて、 (a) 物体に超音波を発信するステツプと、 (b) 該物体からの反射波を受信するステツプと、 (c) 該反射波のパワースペクトルを分析するステ
ツプと、 (d) 該分析されたパワースペクトルの形状から、
中心周波数を求め、該中心周波数を深さ方向に
微分することにより物質特性として減衰傾斜を
測定するステツプと、 を有することを特徴とする超音波測定法。 ２ 前記中心周波数を距離の関数として、その微
分係数又は差分係数を得て前記減衰傾斜を測定す
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
超音波測定法。 ３ 前記中心周波数を時間の函数として、その微
分係数又は差分係数を得て前記減衰傾斜を測定す
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
超音波測定法。 ４ 前記発信ステツプ，受信ステツプ，分析ステ
ツプをｎ回行い、各々得られた強度スペクトルを
統計的処理で平均化し、平均化された強度スペク
トルから物体の物質特性を測定することを特徴と
する特許請求の範囲第１項記載の超音波測定法。 ５ 前記物質特性の測定を複数の方向又は複数の
走査に対し行い、前記物質特性の分布図を得るこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の超音
波測定法。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56065536A JPS57179745A (en) | 1981-04-30 | 1981-04-30 | Method and device for measuring material property by ultrasonic wave |
| US06/372,547 US4452082A (en) | 1981-04-30 | 1982-04-28 | Ultrasonic measuring method |
| DE8282302228T DE3277032D1 (en) | 1981-04-30 | 1982-04-29 | Ultrasonic measuring method |
| EP82302228A EP0064399B1 (en) | 1981-04-30 | 1982-04-29 | Ultrasonic measuring method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP56065536A JPS57179745A (en) | 1981-04-30 | 1981-04-30 | Method and device for measuring material property by ultrasonic wave |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS57179745A JPS57179745A (en) | 1982-11-05 |
| JPH026022B2 true JPH026022B2 (ja) | 1990-02-07 |
Family
ID=13289828
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP56065536A Granted JPS57179745A (en) | 1981-04-30 | 1981-04-30 | Method and device for measuring material property by ultrasonic wave |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4452082A (ja) |
| EP (1) | EP0064399B1 (ja) |
| JP (1) | JPS57179745A (ja) |
| DE (1) | DE3277032D1 (ja) |
Families Citing this family (51)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57209040A (en) * | 1981-05-29 | 1982-12-22 | Tokyo Shibaura Electric Co | Ultrasonic diagnostic apparatus |
| JPS5855850A (ja) * | 1981-09-30 | 1983-04-02 | Fujitsu Ltd | 反射超音波による媒体特性測定方法 |
| JPS5919852A (ja) * | 1982-07-26 | 1984-02-01 | Fujitsu Ltd | 超音波生体組織特性測定方式 |
| US4575799A (en) * | 1983-03-23 | 1986-03-11 | Fujitsu Limited | Ultrasonic living body tissue characterization system |
| JPS59203549A (ja) * | 1983-04-30 | 1984-11-17 | 中山 淑 | 超音波診断装置 |
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| FR2563918B1 (fr) * | 1984-04-10 | 1987-06-05 | Labo Electronique Physique | Appareil d'exploration de milieux par echographie ultrasonore |
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-
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- 1982-04-29 DE DE8282302228T patent/DE3277032D1/de not_active Expired
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| EP0064399A3 (en) | 1984-06-06 |
| EP0064399A2 (en) | 1982-11-10 |
| DE3277032D1 (en) | 1987-09-24 |
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