JPH0775604B2 - 生体内温度測定装置 - Google Patents
生体内温度測定装置Info
- Publication number
- JPH0775604B2 JPH0775604B2 JP13363386A JP13363386A JPH0775604B2 JP H0775604 B2 JPH0775604 B2 JP H0775604B2 JP 13363386 A JP13363386 A JP 13363386A JP 13363386 A JP13363386 A JP 13363386A JP H0775604 B2 JPH0775604 B2 JP H0775604B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- signal
- ultrasonic
- wave
- detecting
- multiplication
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
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- Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
- Radiation-Therapy Devices (AREA)
- Thermotherapy And Cooling Therapy Devices (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は体温を強制的に上昇させ、癌等の治療を行なう
いわゆる温熱療法に用いるのに適した体内温度を計測す
る超音波装置、および反射信号（反射像）のうち、異な
る反射物体間の音波の伝搬時間差を得ることのできる超
音波装置に関する。
いわゆる温熱療法に用いるのに適した体内温度を計測す
る超音波装置、および反射信号（反射像）のうち、異な
る反射物体間の音波の伝搬時間差を得ることのできる超
音波装置に関する。
被検体の体内の温度（深部体温）を検出するには、体表
のある範囲に密着した温度検出器を体温近くに温め、被
検体との熱の移動が無くなる温度を検知するなどの方法
が知られる。しかしながら被検体内の任意の部位の温度
を正確に知ることはできない。
のある範囲に密着した温度検出器を体温近くに温め、被
検体との熱の移動が無くなる温度を検知するなどの方法
が知られる。しかしながら被検体内の任意の部位の温度
を正確に知ることはできない。
一方、アイ・イー・イー・イー・トランザクシヨンズ・
オン・バイオメデイカル・エンジニアリング（IEEE Tra
nsactions on Biomedical Engineerling）,BME−31巻，
第１号（1984年１月），第161〜167頁には核磁気共鳴イ
メージング装置を用いて被検体内部の計測が可能なこと
が示された。
オン・バイオメデイカル・エンジニアリング（IEEE Tra
nsactions on Biomedical Engineerling）,BME−31巻，
第１号（1984年１月），第161〜167頁には核磁気共鳴イ
メージング装置を用いて被検体内部の計測が可能なこと
が示された。
癌の有効なひとつの治療法として重要とされている温熱
療法では、正常な細胞が破壊されず、癌細胞のみが破壊
される温度に体内温度を制御しなければならない。した
がつて体内各部位の正確な温度分布をモニタしながら加
熱を行なう必要がある。ところが、上記した各磁気共鳴
イメージング装置を用いた体内温度分布の検出では、被
検体を高磁場下におく必要があり、磁場を乱す他の装置
が近くに存在していると正確な温度検出が行なえない。
さらに高磁場発生用の電源、及びコイル、計測結果のデ
ータ処理用の電子計算機などが必要で、装置全体が大型
かつ高価となり、温熱療法を行なう際の体内温度検出と
しては難点がある。物体内の２点間での音波の伝搬時間
を計測する従来技術としては、パルス反射法がよく知ら
れている（例えば、「超音波探傷法」第２頁、日本工業
新聞社（昭和39年））。
療法では、正常な細胞が破壊されず、癌細胞のみが破壊
される温度に体内温度を制御しなければならない。した
がつて体内各部位の正確な温度分布をモニタしながら加
熱を行なう必要がある。ところが、上記した各磁気共鳴
イメージング装置を用いた体内温度分布の検出では、被
検体を高磁場下におく必要があり、磁場を乱す他の装置
が近くに存在していると正確な温度検出が行なえない。
さらに高磁場発生用の電源、及びコイル、計測結果のデ
ータ処理用の電子計算機などが必要で、装置全体が大型
かつ高価となり、温熱療法を行なう際の体内温度検出と
しては難点がある。物体内の２点間での音波の伝搬時間
を計測する従来技術としては、パルス反射法がよく知ら
れている（例えば、「超音波探傷法」第２頁、日本工業
新聞社（昭和39年））。
そこで本発明の目的は小型の簡単な装置により体内の特
定部位の体温変化を検出する手法、および反射信号のう
ち、異なる反射物体間の音波の伝搬時間差を得る超音波
装置を提供することにある。
定部位の体温変化を検出する手法、および反射信号のう
ち、異なる反射物体間の音波の伝搬時間差を得る超音波
装置を提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕 上記目的は、距離方向に異なる位置に存在する複数個の
反射点からの超音波反射信号につき位相角を測定し、複
数個の反射物体からの反射信号（反射像）に基づいて反
射物体の間での音波の伝搬時間差を求めること、該当部
位の音速の変化を計測することにより、達成される。
反射点からの超音波反射信号につき位相角を測定し、複
数個の反射物体からの反射信号（反射像）に基づいて反
射物体の間での音波の伝搬時間差を求めること、該当部
位の音速の変化を計測することにより、達成される。
この方式は、温熱療法開始直前の体温は計測可能である
こと、および、生体中の音波伝搬速度が体温上昇の１℃
に対して約1m/sec上昇することを利用している。また、
生体中の２点の反射物体からの超音波反射信号の位相角
求めることにより２点間での音波の伝搬時間を決定する
ことができることを利用している。
こと、および、生体中の音波伝搬速度が体温上昇の１℃
に対して約1m/sec上昇することを利用している。また、
生体中の２点の反射物体からの超音波反射信号の位相角
求めることにより２点間での音波の伝搬時間を決定する
ことができることを利用している。
以下実施例にしたがい、本発明の構成を詳細に説明す
る。
る。
第２図は本方式に使用する音波の送受波器であり、加熱
用送波回路１からの高周波電力を、第１選択回路２によ
り選択された加熱用素子部３に印加し、生体中に収束照
射する。加熱される部位を13に示す。ここで、４は一次
元配列された圧電振動子であり、５は受波用の素子選択
回路である。このような照射を特定期間行ない、次に通
常のＢモード断層撮像を行なう。この場合に得られる断
層像を肝内を例として第３図に示す。ここで、６が横隔
膜の像であり、領域７には多数の肝内反射物体の像が描
出される。ここで、簡単のために、特定の断層像用音波
ビーム14上における反射像をA,B,Cとする。ここで、A,B
は肝内の異なる反射物体からの反射像でありＣが横隔膜
反射像である。このような、音響像を与える超音波の反
射信号Ｓを第４図に示す。ここで、対応する反射信号部
分をそれぞれSA,SB,SCとする。SA,SBの存在する部分を
拡大すると第５図（ａ）のようになる。この信号と第５
図（ｂ）に示す互に90゜移相した信号gc（ｔ）gs（ｔ）
を、第１図に示す構成により乗算（Ｍ）し、低域濾波器
LPFに印加する。このLPFの出力hs（ｔ）,hc（ｔ）は第
５図（ｃ）のようになる。例えば反射信号Ａに対応する
hs,hcの組合せRA,IAによりSAの位相θＡが第６図のよう
に定まる。Ｂに対応するSBについても同様にθＢが決定
される。この演算を行なう部分がATAN部である。
用送波回路１からの高周波電力を、第１選択回路２によ
り選択された加熱用素子部３に印加し、生体中に収束照
射する。加熱される部位を13に示す。ここで、４は一次
元配列された圧電振動子であり、５は受波用の素子選択
回路である。このような照射を特定期間行ない、次に通
常のＢモード断層撮像を行なう。この場合に得られる断
層像を肝内を例として第３図に示す。ここで、６が横隔
膜の像であり、領域７には多数の肝内反射物体の像が描
出される。ここで、簡単のために、特定の断層像用音波
ビーム14上における反射像をA,B,Cとする。ここで、A,B
は肝内の異なる反射物体からの反射像でありＣが横隔膜
反射像である。このような、音響像を与える超音波の反
射信号Ｓを第４図に示す。ここで、対応する反射信号部
分をそれぞれSA,SB,SCとする。SA,SBの存在する部分を
拡大すると第５図（ａ）のようになる。この信号と第５
図（ｂ）に示す互に90゜移相した信号gc（ｔ）gs（ｔ）
を、第１図に示す構成により乗算（Ｍ）し、低域濾波器
LPFに印加する。このLPFの出力hs（ｔ）,hc（ｔ）は第
５図（ｃ）のようになる。例えば反射信号Ａに対応する
hs,hcの組合せRA,IAによりSAの位相θＡが第６図のよう
に定まる。Ｂに対応するSBについても同様にθＢが決定
される。この演算を行なう部分がATAN部である。
ATAN部の出力ATは第５図（ｄ）のようになる。
第１図のＰに示す指示部により指定された時刻TATB（第
８図）と を計算するABS回路により得られた包絡線波形u(t)とか
ら原点位置TMA,TMBを描出する回路がTIMである。TIMの
出力の一つであるv(t)と信号ATをHLD回路に印加する。
回路HLDは、v(t)により指定された２時刻における位相
角θA,θＢを選択出力する。TET回路はこの位相角度の
差θＤ＝θＡ−θＢを計算し、11として出力する。一方
TIMはTMAとTMBの時間差TD＝TMB−TMAを保持して出力す
る。回路TDFは上記θＤとTDとから反射信号AB間の伝搬
時間差PDを次の関係にて計算する回路である。
８図）と を計算するABS回路により得られた包絡線波形u(t)とか
ら原点位置TMA,TMBを描出する回路がTIMである。TIMの
出力の一つであるv(t)と信号ATをHLD回路に印加する。
回路HLDは、v(t)により指定された２時刻における位相
角θA,θＢを選択出力する。TET回路はこの位相角度の
差θＤ＝θＡ−θＢを計算し、11として出力する。一方
TIMはTMAとTMBの時間差TD＝TMB−TMAを保持して出力す
る。回路TDFは上記θＤとTDとから反射信号AB間の伝搬
時間差PDを次の関係にて計算する回路である。
ここでωは音波の中心周波数である。上式に示されるよ
うに、２点間の伝搬時間PDを、受信信号の包絡線波形の
ピーク値の時間差TDを２点からの受信信号と参照信号か
ら得た位相差θＤで補正した形で得る。位相角は２πま
での値を繰り返してとる。上式右辺第２項（θD/ω）の
みでは参照信号の周期T0以上の時間差を計測することは
できないが、上式右辺第１項（TD）を併用することによ
り、２点間の伝搬時間PDが参照信号の周期T0以上の場合
にも計測可能となる。即ち、受信信号の包絡線波形のピ
ーク値の時間差TDを位相差θＤで補正し、より正確に２
点間の伝搬時間PDを計測することができる。このような
方式によるとθＤの測定精度がほぼ ２π/100 （rad） であり、周波数を3MHzとするとωは ２π×３×106 （rad/sec） であることから、θD/ωの精度は 1/（３×108）≒３×10−９ （sec） となる。このためTMAとTMBの時間差であるTDを10μsec
（10−5sec）とするとPDの測定精度は 10−5/（３×10−９） ≒３×103≒3000 となる。一方、生体中の音速は１℃に対して1/1500変化
することから本方式によると0.5℃程度の温度変化を計
測することが可能となる。θＤの時間的変化を連続的に
測定可能であり、温度変化、さらに反射物体の像A,B間
の音波の伝搬時間の連続モニタも可能である。また、第
７図図に示すようにLPFの出力を記憶部Is,Icに印加し、
hc,hsを複数回の送受信について累加し、信号比S/N比を
向上させてからATANおよびABS回路に印加し、位相角を
求める構成も可能である。
うに、２点間の伝搬時間PDを、受信信号の包絡線波形の
ピーク値の時間差TDを２点からの受信信号と参照信号か
ら得た位相差θＤで補正した形で得る。位相角は２πま
での値を繰り返してとる。上式右辺第２項（θD/ω）の
みでは参照信号の周期T0以上の時間差を計測することは
できないが、上式右辺第１項（TD）を併用することによ
り、２点間の伝搬時間PDが参照信号の周期T0以上の場合
にも計測可能となる。即ち、受信信号の包絡線波形のピ
ーク値の時間差TDを位相差θＤで補正し、より正確に２
点間の伝搬時間PDを計測することができる。このような
方式によるとθＤの測定精度がほぼ ２π/100 （rad） であり、周波数を3MHzとするとωは ２π×３×106 （rad/sec） であることから、θD/ωの精度は 1/（３×108）≒３×10−９ （sec） となる。このためTMAとTMBの時間差であるTDを10μsec
（10−5sec）とするとPDの測定精度は 10−5/（３×10−９） ≒３×103≒3000 となる。一方、生体中の音速は１℃に対して1/1500変化
することから本方式によると0.5℃程度の温度変化を計
測することが可能となる。θＤの時間的変化を連続的に
測定可能であり、温度変化、さらに反射物体の像A,B間
の音波の伝搬時間の連続モニタも可能である。また、第
７図図に示すようにLPFの出力を記憶部Is,Icに印加し、
hc,hsを複数回の送受信について累加し、信号比S/N比を
向上させてからATANおよびABS回路に印加し、位相角を
求める構成も可能である。
さらに、第９図に示すようにHLDの構成を変更し、出力
を複素数X,Yとする構成とする。ここで である。このような複素保持回路HLDの出力を共役複素
乗算器CMPに印加し、出力Ｚを得るここでＺは であり両信号の位相差を保有しており、Ｚの位相成分で
ある位相差は後で説明する複素位相検出器CTETにＺを印
加して求めることができる。
を複素数X,Yとする構成とする。ここで である。このような複素保持回路HLDの出力を共役複素
乗算器CMPに印加し、出力Ｚを得るここでＺは であり両信号の位相差を保有しており、Ｚの位相成分で
ある位相差は後で説明する複素位相検出器CTETにＺを印
加して求めることができる。
この信号を複数回の送受信についてIZにより累加する。
このような構成によると、反射信号SA,SBが同方向に移
動する場合には位相角の差θＢ−θＡが変化しないこと
から拍動等による影響を受けないで効果的な累加が可能
となる。このようにして拍動等による変動成分を除去し
た信号ZIを複素位相検出器CTETに印加し、位相角の差θ
Ｄを求める構成も可能である。
このような構成によると、反射信号SA,SBが同方向に移
動する場合には位相角の差θＢ−θＡが変化しないこと
から拍動等による影響を受けないで効果的な累加が可能
となる。このようにして拍動等による変動成分を除去し
た信号ZIを複素位相検出器CTETに印加し、位相角の差θ
Ｄを求める構成も可能である。
以上は第３図の同一ビーム14の上の反射信号についての
説明である。距離方向に離れた２点以上の反射点に着目
すると、特に同一のビーム上の反射点に限定されるもの
ではなく、距離方向に離れた反射点の２グループについ
て同様の計測を行なうことも当然可能である。
説明である。距離方向に離れた２点以上の反射点に着目
すると、特に同一のビーム上の反射点に限定されるもの
ではなく、距離方向に離れた反射点の２グループについ
て同様の計測を行なうことも当然可能である。
〔発明の効果〕 以上のように、本発明によれば、受信信号の包絡線波形
のピーク値の時間差を位相差で補正し、より正確に２点
間の伝搬時間を計測でき、小型の簡単な装置により体内
の特定部位の体温変化を検出し、さらに反射点間の音波
の伝搬時間を検出することが実現できた。
のピーク値の時間差を位相差で補正し、より正確に２点
間の伝搬時間を計測でき、小型の簡単な装置により体内
の特定部位の体温変化を検出し、さらに反射点間の音波
の伝搬時間を検出することが実現できた。
第１図は本発明の基本構成を示す図、第２図は加熱方式
を示す図、第３図は断層像の例を示す図、第４図は反射
波形を示す図、第５図は各部信号を示す図、第６図は位
相角を示す図、第７図，第９図はS/N向上の構成図、第
８図はTIM回路の説明図である。 １……加熱用送波回路、２……第１選択回路、３……加
熱用素子部、４……圧電振動子、５……素子選択回路。
を示す図、第３図は断層像の例を示す図、第４図は反射
波形を示す図、第５図は各部信号を示す図、第６図は位
相角を示す図、第７図，第９図はS/N向上の構成図、第
８図はTIM回路の説明図である。 １……加熱用送波回路、２……第１選択回路、３……加
熱用素子部、４……圧電振動子、５……素子選択回路。
Claims (7)
- 【請求項１】複数の素子が配列され所定の中心周波数で
駆動される圧電振動子と、被検体に超音波を収束して送
波する送波用素子を選択するための送波用素子選択手段
と、前記被検体からの超音波反射信号を受波する受波用
素子を選択するための受波用素子選択手段と、前記中心
周波数とほぼ同一の周波数を有して互いに90゜移相した
２種類の参照信号の各々と前記超音波反射信号との乗算
信号の各々を求めるための乗算手段と、前記乗算信号か
ら前記超音波反射信号の位相角の時間変化を検出する位
相角変化検出手段と、前記乗算信号から包絡線信号を検
出する包絡線信号検出手段とを有し、前記位相角変化検
出手段の出力と前記包絡線信号検出手段の出力とから、
前記被検体内の深さ方向の異なる位置に存在する複数個
の反射点のうちの２つの間での超音波の伝搬時間を計測
することを特徴とする超音波装置。 - 【請求項２】複数の素子が配列され所定の中心周波数で
駆動される圧電振動子と、被検体に超音波を収束して送
波する送波用素子を選択するための送波用素子選択手段
と、前記被検体からの超音波反射信号を受波する受波用
素子を選択するための受波用素子選択手段と、前記中心
周波数とほぼ同一の周波数を有する第１の参照信号と前
記超音波反射信号との乗算信号を求めるための第１の乗
算手段と、前記第１の参照信号と互いに90゜移相した、
前記中心周波数とほぼ同一の周波数を有する第２の参照
信号と前記超音波反射信号との乗算信号を求めるための
第２の乗算手段と、前記第１、第２の乗算手段の各々の
出力が印加される第１、第２の低域瀘波手段と、前記第
１、第２の低域瀘波手段の出力から前記超音波反射信号
の位相角の時間変化を検出する位相角変化検出手段と、
前記第１、第２の低域瀘波手段の出力から包絡線信号を
検出するための包絡線信号検出手段と、前記包絡線信号
が極大となる複数の極大時刻を検出する信号極大時刻検
出手段と、前記位相角変化検出手段の出力と前記信号極
大時刻検出手段の出力とから、前記複数の極大時刻の各
々における位相角を選択保持して出力するための保持手
段とを有し、前記複数の極大時刻の各々における位相角
のうちの２つ位相角の間の差と前記２つの位相角を与え
る前記極大時刻の各々の差と前記中心周波数の値とか
ら、前記被検体内の深さ方向の異なる位置に存在する複
数個の反射点のうちの２つの間での超音波の伝搬時間を
計測することを特徴とする超音波装置。 - 【請求項３】前記第１の低域瀘波手段の出力端と前記位
相角変化検出手段の入力端の間に前記第１の低域瀘波手
段の出力を記憶し累加するための第１の信号累加記憶手
段と、前記第２の低域瀘波手段の出力端と包絡線信号検
出手段の入力端との間に前記第２の低域瀘波手段の出力
を記憶し累加するための第２の信号累加記憶手段とがさ
らに設けられ、複数回の超音波の送受信を行うことを特
徴とする特許請求の範囲第２項に記載の超音波装置。 - 【請求項４】被検体に超音波を送波する送波手段と、前
記被検体からの超音波反射信号を受波する受波手段と、
前記送波の中心周波数とほぼ同一の周波数を有する第１
の参照信号と前記超音波反射信号との乗算信号を求める
ための第１の乗算手段と、前記第１の参照信号と互いに
90゜移相した、前記送波の中心周波数とほぼ同一の周波
数を有する第２の参照信号と前記超音波反射信号との乗
算信号を求めるための第２の乗算手段と、前記第１、第
２の乗算手段の各々の出力が印加される第１、第２の低
域瀘波手段と、前記第１、第２の低域瀘波手段の出力か
ら包絡線信号を検出するための包絡線信号検出手段と、
前記包絡線信号が極大となる複数の極大時刻を検出する
信号極大時刻検出手段と、前記第１、第２の低域瀘波手
段の出力と前記信号極大時刻検出手段の出力とから、前
記複数の極大時刻の各々における位相角を選択保持して
複素数出力するための複素保持手段と、前記複素保持手
段の出力のうちのいずれか２つの複素数の共役複素積を
求めるための共役複素乗算手段と、前記共役複素乗算手
段の出力から位相成分を検出するための複素位相検出器
とを有し、前記位相成分と前記位相成分を与える前記極
大時刻の各々の差と前記中心周波数の値とから、前記被
検体内の深さ方向の異なる位置に存在する複数個の反射
点のうちの２つの間での超音波の伝搬時間を計測するこ
とを特徴とする超音波装置。 - 【請求項５】前記共役複素乗算手段の出力端と前記複素
位相検出器の入力端との間に、前記共役複素乗算手段の
出力を累加するための累加手段がさらに設けられ、複数
回の超音波の送受信を行うことを特徴とする特許請求の
範囲第４項に記載の超音波装置。 - 【請求項６】被検体に超音波を送波する送波手段と、前
記被検体からの超音波反射信号を受波する受波する手段
と、前記被検体内の深さ方向の異なる位置に存在する複
数の反射点からの超音波反射信号の位相の時間的変化を
計測する手段と、前記複数の反射点からの超音波信号の
間の伝搬時間差を計測する手段とを有し、前記反射点の
うちの２つの間での超音波の伝搬時間を計測することを
特徴とする超音波装置。 - 【請求項７】前記送波手段は、さらに前記被検体の所定
の部位を加熱する手段を兼ねることを特徴とする特許請
求の範囲第６項に記載の超音波装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13363386A JPH0775604B2 (ja) | 1986-06-11 | 1986-06-11 | 生体内温度測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13363386A JPH0775604B2 (ja) | 1986-06-11 | 1986-06-11 | 生体内温度測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62290446A JPS62290446A (ja) | 1987-12-17 |
| JPH0775604B2 true JPH0775604B2 (ja) | 1995-08-16 |
Family
ID=15109384
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13363386A Expired - Lifetime JPH0775604B2 (ja) | 1986-06-11 | 1986-06-11 | 生体内温度測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0775604B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20110015549A1 (en) * | 2005-01-13 | 2011-01-20 | Shimon Eckhouse | Method and apparatus for treating a diseased nail |
-
1986
- 1986-06-11 JP JP13363386A patent/JPH0775604B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62290446A (ja) | 1987-12-17 |
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