JPS61115542A - 被検体断層像構成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ｍと１ 本発明は、超音波ＣＴ　（ＣｏＩｌｐｕｔｅｒ　Ｔｏｍ
ｏｇｒａｐｈｙ）に関する。

丈米狭生 超音波ＣＴは、超音波に対する被検体の減衰分布や音速
分布についての断層像を得るものとして知られているが
、生体組織のダイナミックスに関する重要な情報を有す
る非線形パラメータ分布を得るように構成されたトモグ
ラフィは未だ提案されていない。

月−一二蝮 本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされたもので、
特に、生体等における非線形パラメータ（β）の分布の
ある積断面における断層像を得ることを目的としてなさ
れたものである。

構成 本発明は、上記目的を達成するために、異なる周波数の
２音波を有限振幅レベルにて放射するプロジェクタと、
被検体通過後の音波を受信するレシーバとを有し、該レ
シーバにて前記２音波又はいずれか一方の音波と共にそ
れ等の差に相当する周波数の音波を受波することを特徴
としたものである。以下、本発明の実施例に基づいて説
明する。

第１図は、本発明による超音波非線形パラメータＣ，Ｔ
の一実施例を説明するための構成図で、図中、１はプロ
ジェクタ、２はレシーバ、３は被検試料で、スキニャン
グは従来のＣＴシステムと同様である。すなわち、プロ
ジェクタ１とレシーバ２を同期して矢印へ方向にスキャ
ンし、スキャン終了後に例えは０点を中心に所定角度回
転して面記と同様に矢印へ方向にスキャンし、以降、同
様の操作を３６０°の角度にわたって行う。而して、本
発明による非線形パラメータＣＴが従来のＣＴと異なる
点は、プロジェクタｌから異なる２つの周波数ｆｌ　＋
　ｆ、をもつ音波が放射され（実際には、Ａ　Ｍもしく
はＤＳＢ）、レシーバ２で、ｆｌ＋ｆｌ　、ｆｓ　（＝
ｆ１　　ｆ、：）の３種の音波（もしくは、ｆｌ（又は
［４）とｆｓの２種）を測定することである。よって、
レシーバ２には２つのトランスジューサを用いるか、も
しくは、広帯域なハイドロフォンを用いる。

この時、測定される差音波音圧Ｐ　ｓ　（ｕ　＋　θ）
（Ｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ　Ｄａｔａ）は、第１図の座標
系で、・・・・・・（［） ただ゛し。

ρ１）　ＨＣｏニ一定、ωＳ：差音の角周波数Ｓｏ：プ
ロジェクタの放射面積 ｐｏｌ　＋　ｐｏ２　　：　１次波の初期音圧（１）式
は、更に、 ここで。

で、Ｐｌ、Ｐ２は、レシーバで測定される１次波の音圧
である。

（２）式において、α１．α二〉〉αＳと考えると、 （３）式において、 Ｐｓ（ｕ、０）・・・・・・プロジェクション。

Ｖ−ｖ・・・・・・拡散項。

である。

ここで、Ｐｓｃ（ｕ、θ）＝Ｐｓ／Ｐ１　　・Ｐ２を求
め、Ｐｓｃ（＋、ｚ　θ）を再構成（ｒｅｃｏｎｓｔ、
ｒｕｃｔ、）すると、拡散、減衰の影響により、真の非
線形パラメータ分市β（Ｘ、Ｙ）を得ることができない
ので。

補正が必要である。補正方法としては、Ｓｉｎｇｌｅ’
　Ｐｈｏシｏｎ　Ｅｍｉｓｓｉｏｎ　ＣＴに用いられて
いるＭＣＭ法を用いる。

第２図は、上記補正の流れを示すフローチャートであり
、ここで、Ｃ（Ｘ、Ｙ）は補正係数行列であり、次の（
４）式で与えられる。

・・・・・・（４） ただし、０は投影角、ＱＯは投影角０のときの被検試料
３内の点（Ｘ、Ｙ）からレシーバまでの線分を示す。

（４）式は、物理的には、被検試料３内の点（Ｘ。

Ｙ）に単位点音源を設定し、減衰が無く、シかも拡散も
無いと仮定したときの再構成値と、それらの影響を受け
たときの再構成値との比を点（Ｘ。

Ｙ）の補正係数と定めることを意味している。なお、α
、（Ｘ、Ｙ）、α２（Ｘ、Ｙ）は、１次波から再構成さ
れたものを用いる。また、再構成に用いる再４η成アル
ゴリズむには、現在量も普及している５ｈｅｐｐ　＆　
Ｌｏｇａｎのフィルタで補正した逆投影法を用いるとよ
い。

次に、β分布ＣＴの測定計算手順を示す。

（１）、プロジェクションｐ、、ｐ：を測定（２）、プ
ロジェクションＰＳを測定 （３）、プロジエンジョンＰ、、ｐ、の測定値を用いて
ＣＴアルゴリズムにより減衰分布α１（Ｘ、Ｙ）、α、
（ｘ、ｙ）を再構成する。

（４）−ｐ、＋　ｐ２１　Ｐｓの測定値を用いてプロジ
ェクションの補正値 （５）、上記（４）で求めたプロジエンジョンの補正値
を用いてＣＴアルゴリズムにより の再構成を計算 （６）、Ｃ（Ｘ、Ｙ）を計算 （７）、上記（５）で求めた再構成（Ｒｅｃｏｎｓｔｒ
ｕｃｔｉｏｎ）ＸＣ（Ｘ、Ｙ）よりβ分布を求める。

第３図は、上記超音波ＣＴの原理を用いて被検試料片の
非線形パタメータ値を測定するシステムの一例を示す図
で、図中、１１は容器、１２は水、１３は送波用超音波
トランスジューサ、１４は受波用ハイドロフォン、１５
は試料片で、試料片として、生体（Ｔｉｓｓｕｅ　Ｃｈ
ａｒａｃｊｉｒｉｇａｊｉｏｎ）の非線形パラメータ値
（β）を求める例について説明する。

生体組織の弾性特性を反映していると思われる非線形パ
ラメータ（β）は、生体の変質の様子を知る上で重要な
パラメータであると考えられている。この生体のβ値の
測定法として、従来、有限振幅超音波の高調波音圧を測
定し、これからβ値を計算する方法と、超音波信号波に
有限振幅レベルのポンプ波をあてて位相変調を起させ、
これをフーリー変換してβ値を計算する方法がある。但
し、前者の方法は高調波を利用しているため、生体内で
の減衰が激しくハイドロフオンによる検出が難しい。後
者の方法は、ポンプ波として正弧波の８キヤ′また３よ
Ａ／′Ｘを用パてパるｏ”ｃ’広帯域　　　　　　　（
。

のトランスデユーサが必要であるが、実用的に満足なト
ランスデユーサを得るのが難しい等の欠点があり、今だ
に、簡便で正確なβ値の計測法が得られていない。

第３図は、音波に対する減衰分布及びβ分布が均一な試
料片のβ値を計測する簡便で正確な計測方法を説明する
ための構成図で、図示のように、水１２中において対向
して送波用超音波トランスデユーサ１３と受波用ハイド
ロフオン１４を設置し、その間の空間に被測定物である
試料片１５を配置されている。図示状態で送波用超音波
トランスデユーサ１３より角周波数ω１およびω　の１
つの超音波を同時に有限振幅レベルでビーｔ、状に放射
し、水１２及び被検物生体Ｉ５の非線形特性に基ついて
生起する非線形相互作用の結果生じる差音（ω１〜ωＳ
）の音圧レヘルをｄｌす定する。この場合、送波用トラ
ンスデユーサ１１から放射される音波がビー１１状にコ
リメートされるようにωＩ、ω−の角周波数とトランデ
ューサの口径を調整するものとする。非線形相互作用の
特徴として、１次波（ω１．ω−）がビーｔ１状であれ
ば差音（ω１〜ω、）も十分にコリメートされることに
なる。

今、試料片のβ分布とα分布（減衰分布）が一様。

均一であるとすると、ハイドロフォンにて受波する差音
の音圧は次式のごとくなる。

・・・・・・（５） ここで、 ・・・・・・（６） ただし、（５）、（６）式において、 Ｓ１〕：送波トランスデユーサの面積 Ｒｏニドランスデューサとハイドロフォノ間の距離 ωＳ　：差音の角周波数（＝ω１〜ω、）ｋｓ　：差音
波の波数 ｐｏ：　１次波の初期音圧 ρ（Ｘ）：密度分布 Ｃ（ｘ）：音速分布 α（ｘ）：１次波の減衰定数分布 α５（ｘ）　：差音の減衰定数分布 β（×）：非線形パラメータ分布 上記（５）式が示すように、Ｐｓはρ（ｘ）Ｃ（ｘ）が
一定とすると、初期音圧Ｐｏを一定に保つことにより非
線形パラメータβだけに依存することになる。今、第３
図のごとき配置を考えると、Ｃ（Ｘ）、ρ（Ｘ）はそれ
ぞれ水中および試料片中で一定であり、α（Ｘ）、α５
（ｘ）も水中で一定であると考えられ、試料片中におい
てもそれぞれ一定と仮定している。したがって。

水中の音速：αω 水の密度　：ρω 水の非繰下パラメータ：βω 水中の音波減衰定数：αω（１次波）、αＳω（差音）
試料片中の減衰定数：α＾（１次波）、αＳ式（差音）
試料片中の非線形パラメータ：β＾ 試料片中の密度　　　　　　：ρ＾ とおくことができる。この場合（５）式からβ＾は次の
ように考える。

（７）式において、差音の音圧Ｐｓは測定値であり、そ
れ以外のパラメータは既知であるので、（７）式の数値
積分を実施することにより非線形パラメータ値βが求ま
る。ここにおいてαω、αＳωは既知であるが、試料片
の減衰パラメータα＾、αＳ＾の測定は以下の手順にな
る。

但し、Ｐω：水のみの時の受波音圧、Ｐ＾二試料片を挿
入した時の受波音圧、ＰＥＡ　、Ｐｓωについても同様
（但し１周波数はωＳを用いる）。

羞−一来 以上の説明から明らかなように、本発明によると、従来
、不可能であった生体のダイナミック特性を表わすβ分
布のＣＴａを得ることができる。

また、本発明の動作原理である非線形パラメトリック作
用によって生じる差音を検出することによって距離減衰
が少なく、大きな試料片のβ値の測定が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明の一実施例を説明するための構成図、
第２図は、本発明の動作説明をするためのフローチャー
ト、第３図は１本発明の詳細な説明するための図である
。 °　■・・・プロジェクタ（超音波トランスジューサ）
、２・・・ハイドロフォン（超音波レシーバ）、３・・
・被検試料。 萬　１　　図 １Ｉ　　　　Ｉ≦ ２２　図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）、異なる周波数の２音波を有限振幅レベルにて放
   射するプロジェクタと、被検体通過後の音波を受信する
   レシーバとを有し、該レシーバにて前記２音波又はいず
   れか一方の音波と共にそれ等の差に相当する周波数の音
   波を受波することを特徴にする超音波ＣＴ。
2. （２）、前記２波の差の周波数に相当する音波について
   の断層像を再構成することを特徴とする特許請求の範囲
   第（１）項に記載の超音波ＣＴ。
3. （３）、前記２波又はいずれか一方の音波を用いて減衰
   分布を求め、差音のプロジェクションを用いて断層像の
   再構成をおこなう場合に、該再構成を前記減衰分布で補
   正する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ＣＴ。