JPH0428375B2 - - Google Patents
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- JPH0428375B2 JPH0428375B2 JP63128214A JP12821488A JPH0428375B2 JP H0428375 B2 JPH0428375 B2 JP H0428375B2 JP 63128214 A JP63128214 A JP 63128214A JP 12821488 A JP12821488 A JP 12821488A JP H0428375 B2 JPH0428375 B2 JP H0428375B2
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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、例えば生体内に送信した超音波を受
信して生体内組織の音響特性を測定し、その測定
された音響特性が温度依存性を有することを利用
して生体内の温度変化を測定する音響特性測定装
置及び測温装置に関するものである。
信して生体内組織の音響特性を測定し、その測定
された音響特性が温度依存性を有することを利用
して生体内の温度変化を測定する音響特性測定装
置及び測温装置に関するものである。
従来の技術
生体内の情報を超音波を用いて得る方式として
は超音波診断装置がある。この超音波診断装置と
しては生体内に超音波を送波し、生体内からの反
射波により生体内の情報を得るパルス反射法を用
いるものが主流を占めている。このパルス反射法
は生体内の音響インピーダンスの差のある界面か
らの反射エコー強度、すなわち、振幅値と超音波
の伝搬時間とから生体内の情報を２次元的に集め
ることにより断層像を表示するようになつてい
る。近年、主に生体組織の形状診断を行う超音波
診断装置に対し、生体内組織形状以外の情報も得
たいという要望も高まつている。このような情報
の例として生体内温度がある。生体内の温度情報
が得られれば、癌の温熱療法における温度モニタ
が可能になる。生体内の温度は、例えば、生体内
で温度変化した場合における超音波減衰、音速、
あるいは非線形パラメータＢ／Ａ等の音響特性を
計測し、予め調べておいたこれらの音響特性の温
度依存特性と比較することにより推定することが
可能である。このうち、非線形パラメータに関す
る情報を得る方法として、例えば特開昭60−
119926号公報に記載された方法が知られている。
以下、簡単にその方法について説明する。
は超音波診断装置がある。この超音波診断装置と
しては生体内に超音波を送波し、生体内からの反
射波により生体内の情報を得るパルス反射法を用
いるものが主流を占めている。このパルス反射法
は生体内の音響インピーダンスの差のある界面か
らの反射エコー強度、すなわち、振幅値と超音波
の伝搬時間とから生体内の情報を２次元的に集め
ることにより断層像を表示するようになつてい
る。近年、主に生体組織の形状診断を行う超音波
診断装置に対し、生体内組織形状以外の情報も得
たいという要望も高まつている。このような情報
の例として生体内温度がある。生体内の温度情報
が得られれば、癌の温熱療法における温度モニタ
が可能になる。生体内の温度は、例えば、生体内
で温度変化した場合における超音波減衰、音速、
あるいは非線形パラメータＢ／Ａ等の音響特性を
計測し、予め調べておいたこれらの音響特性の温
度依存特性と比較することにより推定することが
可能である。このうち、非線形パラメータに関す
る情報を得る方法として、例えば特開昭60−
119926号公報に記載された方法が知られている。
以下、簡単にその方法について説明する。
この方法は音波の伝搬速度が音波の粒子速度や
音圧に依存するという非線形性を利用するもので
ある。そのため、比較的高周波のプローブ波パル
スを送受信兼用のプローブ波用振動子から送信す
ると共に、このプローブ波パルスとほぼ同一場所
から同一方向にポンピング用の比較的低周波のポ
ンプ波パルスを生体内に送出する様にしておき、
且つ、第９図ａに示すように、ポンプ波の粒子速
度が正の部分（又は同図ｂに示す粒子速度が負の
部分）に測定用のプローブ波が重畳する様にプロ
ーブ波用振動子とポンプ波用振動子の駆動タイミ
ングを調整しておき、ポンプ波パルスとプローブ
波パルスを送信した場合に反射されて帰つて来た
プローブ波パルスの受信信号の位相と、測定用パ
ルスだけを送信した場合に反射されて帰つて来た
プローブ波パルスの受信信号、若しくは最初に送
信した時と比べて逆相になるようにポンプ波パル
スとプローブ波パルスと共に送出して得られた受
信信号の位相との差を求めることにより、ポンプ
波の影響だけによる測定用パルスの位相変調をパ
ルス反射法で検出し、生体内の音響的非線形パラ
メータＢ／Ａを求めようとするものである。すな
わち、進行するプローブ波パルスに注目した場
合、そのプローブ波パルスが反射体に到達するま
での間に通過した領域の非線形パラメータ（但
し、場所の関数）とポンプ波の振幅との積の通過
距離間における積分値により定まる位相変調を受
けることを利用し、異なる深さから次々と反射さ
れて帰つて来た受信信号を復調して得た位相信号
についてその差を求め、更に深さ方向に関して微
分する事により、非線形パラメータＢ／Ａの分布
を得ようとするものである。
音圧に依存するという非線形性を利用するもので
ある。そのため、比較的高周波のプローブ波パル
スを送受信兼用のプローブ波用振動子から送信す
ると共に、このプローブ波パルスとほぼ同一場所
から同一方向にポンピング用の比較的低周波のポ
ンプ波パルスを生体内に送出する様にしておき、
且つ、第９図ａに示すように、ポンプ波の粒子速
度が正の部分（又は同図ｂに示す粒子速度が負の
部分）に測定用のプローブ波が重畳する様にプロ
ーブ波用振動子とポンプ波用振動子の駆動タイミ
ングを調整しておき、ポンプ波パルスとプローブ
波パルスを送信した場合に反射されて帰つて来た
プローブ波パルスの受信信号の位相と、測定用パ
ルスだけを送信した場合に反射されて帰つて来た
プローブ波パルスの受信信号、若しくは最初に送
信した時と比べて逆相になるようにポンプ波パル
スとプローブ波パルスと共に送出して得られた受
信信号の位相との差を求めることにより、ポンプ
波の影響だけによる測定用パルスの位相変調をパ
ルス反射法で検出し、生体内の音響的非線形パラ
メータＢ／Ａを求めようとするものである。すな
わち、進行するプローブ波パルスに注目した場
合、そのプローブ波パルスが反射体に到達するま
での間に通過した領域の非線形パラメータ（但
し、場所の関数）とポンプ波の振幅との積の通過
距離間における積分値により定まる位相変調を受
けることを利用し、異なる深さから次々と反射さ
れて帰つて来た受信信号を復調して得た位相信号
についてその差を求め、更に深さ方向に関して微
分する事により、非線形パラメータＢ／Ａの分布
を得ようとするものである。
発明が解決しようとする課題
しかし、上記従来の非線形パラメータ測定法で
は、ポンプ波パルスの粒子速度の正、又は負のピ
ーク部分にプローブ波パルスを重畳させるため、
両パルスの粒子速度が増大する向きに加算された
瞬間にはその粒子速度は非常に大となり、その結
果、プローブ波パルスに異常な歪を生じ、測定に
悪影響を与え、又、生体に対する安全性を害する
おそれがあつた。又、得られる音響特性として
は、非線形パラメータに関するものだけであり、
他の情報、例えば減衰特性等を同時に得るように
なつていないので、信頼性の高い測温を行うこと
が出来ないなどの課題もあつた。
は、ポンプ波パルスの粒子速度の正、又は負のピ
ーク部分にプローブ波パルスを重畳させるため、
両パルスの粒子速度が増大する向きに加算された
瞬間にはその粒子速度は非常に大となり、その結
果、プローブ波パルスに異常な歪を生じ、測定に
悪影響を与え、又、生体に対する安全性を害する
おそれがあつた。又、得られる音響特性として
は、非線形パラメータに関するものだけであり、
他の情報、例えば減衰特性等を同時に得るように
なつていないので、信頼性の高い測温を行うこと
が出来ないなどの課題もあつた。
本発明は、以上のような従来技術の課題を解決
するもので、プローブ波パルスに異常な歪を与え
ることがなく、又、生体の安全を図ることができ
るようにした音響特性測定装置を提供し、又、測
温の信頼性を向上させることができるようにした
測温装置を提供することを目的とするものであ
る。
するもので、プローブ波パルスに異常な歪を与え
ることがなく、又、生体の安全を図ることができ
るようにした音響特性測定装置を提供し、又、測
温の信頼性を向上させることができるようにした
測温装置を提供することを目的とするものであ
る。
課題を解決するための手段
本発明の音響特性測定装置は、上記目的を達成
するために、超音波のプローブ波パルスおよびこ
のプローブ波パルスより周波数の低いポンプ波パ
ルスを送出する超音波変換部と、上記プローブ波
パルスとポンプ波パルスの送出位相関係を制御
し、プローブ波パルスをポンプ波パルスの粒子加
速度が正及び負のピーク位置に重畳させるタイミ
ング制御部と、前記ポンプ波パルスの粒子加速度
が正のピーク位置にプローブ波パルスを重畳させ
たパルスと、前記ポンプ波パルスの粒子加速度が
負のピーク位置にプローブ波パルスを重畳させた
パルスとの同一領域からの受信信号のスペクトル
を求める周波数分析部と、この周波数分析手段の
出力に基づいてスペクトル比と交差周波数とスペ
クトル分離度を演算する信号処理部とを有するも
のである。
するために、超音波のプローブ波パルスおよびこ
のプローブ波パルスより周波数の低いポンプ波パ
ルスを送出する超音波変換部と、上記プローブ波
パルスとポンプ波パルスの送出位相関係を制御
し、プローブ波パルスをポンプ波パルスの粒子加
速度が正及び負のピーク位置に重畳させるタイミ
ング制御部と、前記ポンプ波パルスの粒子加速度
が正のピーク位置にプローブ波パルスを重畳させ
たパルスと、前記ポンプ波パルスの粒子加速度が
負のピーク位置にプローブ波パルスを重畳させた
パルスとの同一領域からの受信信号のスペクトル
を求める周波数分析部と、この周波数分析手段の
出力に基づいてスペクトル比と交差周波数とスペ
クトル分離度を演算する信号処理部とを有するも
のである。
又、上記信号処理手段が交差周波数とスペクト
ル分離度から陪非線形係数、音響減衰係数の少な
くとも一方を演算するようにしたものである。
ル分離度から陪非線形係数、音響減衰係数の少な
くとも一方を演算するようにしたものである。
又、本発明の測温装置は、上記目的を達成する
ために、上記音響特性測定装置に加えて被検体の
加温前後における音響特性測定に基づき温度変化
を測定する温度演算部を有するものである。
ために、上記音響特性測定装置に加えて被検体の
加温前後における音響特性測定に基づき温度変化
を測定する温度演算部を有するものである。
そして、上記温度演算部が、被検体の音響特性
の温度依存情報を予め格納したデータ参照部に対
し音響特性値を参照し、得られた温度依存性に基
づき温度変化を測定するのが好ましい。
の温度依存情報を予め格納したデータ参照部に対
し音響特性値を参照し、得られた温度依存性に基
づき温度変化を測定するのが好ましい。
作 用
本発明は、上記構成により次のような作用を有
する。
する。
ポンプ波パルス粒子速度の正負ピークの中間部
分、すなわち、粒子加速度のピーク部分にプロー
ブ波パルスの波形重心部分を重畳することによ
り、両パルスが加算されることによつて生じる粒
子速度のピークはポンプ波パルス自身の粒子速度
と同程度とすることができる。又、ポンプ波パル
スの粒子加速度が正のピーク部分にプローブ波パ
ルスが重畳されるように振動子の駆動タイミング
を調整しておき、ポンプ波パルスとプローブ波パ
ルスの両方を送信した時に反射されて帰つて来た
受信信号のスペクトルと、ポンプ波パルスが逆相
になるように、すなわち、ポンプ波の粒子加速度
が負のピーク部分にプローブ波パルスが重畳され
るようにポンプ波パルスとプローブ波パルスを送
信して得られた受信信号のスペクトルの比である
スペクトル比およびスペクトル比から得られる交
差周波数、及びスペクトル比の勾配を測定する。
又、被検体中における減衰係数、非線形パラメー
タ、更にはそれらの音響特性が温度変化すること
を利用して被検体中における温度変化を求める。
分、すなわち、粒子加速度のピーク部分にプロー
ブ波パルスの波形重心部分を重畳することによ
り、両パルスが加算されることによつて生じる粒
子速度のピークはポンプ波パルス自身の粒子速度
と同程度とすることができる。又、ポンプ波パル
スの粒子加速度が正のピーク部分にプローブ波パ
ルスが重畳されるように振動子の駆動タイミング
を調整しておき、ポンプ波パルスとプローブ波パ
ルスの両方を送信した時に反射されて帰つて来た
受信信号のスペクトルと、ポンプ波パルスが逆相
になるように、すなわち、ポンプ波の粒子加速度
が負のピーク部分にプローブ波パルスが重畳され
るようにポンプ波パルスとプローブ波パルスを送
信して得られた受信信号のスペクトルの比である
スペクトル比およびスペクトル比から得られる交
差周波数、及びスペクトル比の勾配を測定する。
又、被検体中における減衰係数、非線形パラメー
タ、更にはそれらの音響特性が温度変化すること
を利用して被検体中における温度変化を求める。
実施例
以下、本発明の実施例について図面を参照しな
がら説明する。
がら説明する。
まず、第１図を参照しながら本発明に用いる測
定法の原理について説明する。
定法の原理について説明する。
無限小振幅音波の伝搬媒体中における高速を
C0、密度をP0、音響的非線形パラメータをＢ／
Ａとする。その時、有限振幅音波の伝搬速度は波
形の各部分における粒子速度をｕ、音圧をｐとし
た場合、これらの各部分における音速Ｃは、次の
(1)、(2)、(3)式より求められる。
C0、密度をP0、音響的非線形パラメータをＢ／
Ａとする。その時、有限振幅音波の伝搬速度は波
形の各部分における粒子速度をｕ、音圧をｐとし
た場合、これらの各部分における音速Ｃは、次の
(1)、(2)、(3)式より求められる。
Ｃ＝C0＋ｕ＋Ｂ／2A・Ｐ／P0C0 …(1)
＝C0＋（１＋Ｂ／2A）ｕ …(2)
C0＋βu …(3)
通常、（１＋Ｂ／2A）は非線形係数
（coefficient of nonlinearity）βと呼ばれてい
る。
（coefficient of nonlinearity）βと呼ばれてい
る。
以上の関係式から明らかなようにポンプ波の粒
子速度が正の部分では音速が大きくなり、ポンプ
波の粒子速度が負の部分では音速が小さくなる。
このため、ポンプ波の波形において、粒子速度が
負から正へ変化する中間の部分、すなわち、粒子
加速度が正の部分ではその部分の波形が伝播に伴
つて圧縮され、その逆に粒子加速度が負の部分で
はその部分の波形が伸張する。従つて、第１図ａ
のようにポンプ波の粒子加速度が正の部分に重畳
されたプローブ波の伝搬に伴い圧縮されて振幅が
増大し、すなわち、そのスペクトルは高周波側へ
拡張し、第１図ｂのようにポンプ波の粒子加速度
が負の部分に重畳されたプローブ波のパルスは逆
に伸張されて振幅が減少し、スペクトルは低周波
側へ収縮する。以上の様なプローブ波パルスの伝
搬に基づくスペクトル変調特性は減衰のない媒体
中では、以下のように近似することが解析的に可
能である。
子速度が正の部分では音速が大きくなり、ポンプ
波の粒子速度が負の部分では音速が小さくなる。
このため、ポンプ波の波形において、粒子速度が
負から正へ変化する中間の部分、すなわち、粒子
加速度が正の部分ではその部分の波形が伝播に伴
つて圧縮され、その逆に粒子加速度が負の部分で
はその部分の波形が伸張する。従つて、第１図ａ
のようにポンプ波の粒子加速度が正の部分に重畳
されたプローブ波の伝搬に伴い圧縮されて振幅が
増大し、すなわち、そのスペクトルは高周波側へ
拡張し、第１図ｂのようにポンプ波の粒子加速度
が負の部分に重畳されたプローブ波のパルスは逆
に伸張されて振幅が減少し、スペクトルは低周波
側へ収縮する。以上の様なプローブ波パルスの伝
搬に基づくスペクトル変調特性は減衰のない媒体
中では、以下のように近似することが解析的に可
能である。
Ｈ±（ω）＝Ｈ｛ω（１〓Ωτ）｝ …(4)
但し、
ω；角周波数
Ｈ（ω）；変調前のプローブ波パルスのスペクト
ル。
ル。
Ｈ±（ω）；変調後のプローブ波パルスのスペク
トル。
トル。
±；ポンプ波の重畳部分における粒子加速度の
符号。
符号。
Ω；ポンプ波の中心角周波数。
τ；距離ｄに対するポンプ波粒子速度ピーク部
分の伝搬時間と粒子速度零部分の伝搬時間
の差。
分の伝搬時間と粒子速度零部分の伝搬時間
の差。
τ＝ｄ／（１／C0−１／Ｃ） …(5)
ｄ・βV0／C2 0 …(6)
＝t0・βV0／C0 …(7)
＝t0・βP0／（P0C2 0） …(8)
但し、
V0；ポンプ波粒子速度振幅。
P0；ポンプ波音波振幅。
t0；伝搬時間。（＝ｄ／C0）
以上の様なプローブ波パルスの変調特性は、プ
ローブ波パルスのパルス長ｌがポンプ波の波長Λ
よりも充分に小さいという条件のもとで解析的に
得られたものである。
ローブ波パルスのパルス長ｌがポンプ波の波長Λ
よりも充分に小さいという条件のもとで解析的に
得られたものである。
しかし、実際にはこの条件を緩め、例えば次式
に示す条件でも上記(4)式が近似的に成立つことが
数値シミユレーシヨンにより示される。
に示す条件でも上記(4)式が近似的に成立つことが
数値シミユレーシヨンにより示される。
ｌ＜Λ／２ …(9)
プローブ波パルスとしてガウス形状の包絡線を
有するRFパルスを仮定した場合、そのスペクト
ルＨ（ω）は次式のようにガウス形状で近似でき
る。
有するRFパルスを仮定した場合、そのスペクト
ルＨ（ω）は次式のようにガウス形状で近似でき
る。
Ｈ（ω）＝（定数）・exp｛−（ω−ωc）2
／2σ2 0｝ …(10)
但し、
ωc；中心角周波数
σ2 0；スペクトルの分散
この場合、変調されたスペクトルH+（ω）と
H-（ω）が一致し、交差する周波数、すなわち、
交差周波数ωxはωcに等しい。
H-（ω）が一致し、交差する周波数、すなわち、
交差周波数ωxはωcに等しい。
H+（ωc）＝H-（ωc） …(11)
この(11)式に示す関係はスペクトルＨ（ω）の形
状が中心角周波数ωcに対し対称である場合に得
られる。いずれにせよ、上記(10)式で示されたスペ
クトルＨ（ω）が減衰のない媒体中において変調
されたスペクトルH+（ω）とH-（ω）の交差周波
数ωxはωcに等しい。
状が中心角周波数ωcに対し対称である場合に得
られる。いずれにせよ、上記(10)式で示されたスペ
クトルＨ（ω）が減衰のない媒体中において変調
されたスペクトルH+（ω）とH-（ω）の交差周波
数ωxはωcに等しい。
次に、変調されたスペクトルの比を対数で評価
した関数をスペクトル比Ｒ（ω）と呼ぶ。
した関数をスペクトル比Ｒ（ω）と呼ぶ。
Ｒ（ω）＝ln｛H-（ω）／H+（ω）｝ …(12)
また上記スペクトル比Ｒ（ω）の交差周波数ωx
における勾配をスペクトル分離度DSSと呼ぶ。
における勾配をスペクトル分離度DSSと呼ぶ。
DSS＝δ｛Ｒ（ω）｝／δω｜ω＝ωx …(13)
(10)式に示したプローブ波パルスのスペクトルに
対してスペクトル比Ｒ（ω）、スペクトル分離度
DSSは以下の様になる。
対してスペクトル比Ｒ（ω）、スペクトル分離度
DSSは以下の様になる。
Ｒ（ω）＝−２Ωτ（ω−ωc）ω／σ2 0 …(14)
DSS＝−２Ωτωc／σ2 0 …(15)
(15)式において、Ω、ωc、σ2 0は既知量であるか
ら、DSSを測定すれば伝搬時間差τが求められ
る。τが求められれば(6)〜(8)式において、ポンプ
波の粒子速度振幅V0、あるいは音圧振幅P0を与
えることにより、様々な音響特性β／C2 0、β／
C0、β／P0C2 0を推定することが可能になる。こ
れら非線形係数βに関連した音響特性を総称して
陪非線形係数（associated coefficient of
nonlinearity）β′と呼ぶ。
ら、DSSを測定すれば伝搬時間差τが求められ
る。τが求められれば(6)〜(8)式において、ポンプ
波の粒子速度振幅V0、あるいは音圧振幅P0を与
えることにより、様々な音響特性β／C2 0、β／
C0、β／P0C2 0を推定することが可能になる。こ
れら非線形係数βに関連した音響特性を総称して
陪非線形係数（associated coefficient of
nonlinearity）β′と呼ぶ。
以上のように減衰の無い媒体中におけるプロー
ブ波パルスのスペクトル変調特性から陪非線形係
数β′を得る原理について説明したが、この原理を
生体のような周波数依存減衰特性を有する伝搬媒
質に対しても拡張して適用することが可能であ
る。この場合には、結果として交差周波数ωxは
伝搬媒質の減衰係数に依存し、ωxの変化から減
衰係数を推定することが可能になり、陪非線形係
数β′については減衰の無い場合とほぼ同様の扱い
が可能になる。減衰媒体中におけるプローブ波パ
ルスのスペクトル変調特性Ｈ±（ω）を以下の様
にして解析的に求め、この変調特性と媒体の音響
特性との関係を明確にし、変調された超音波の受
信信号から減衰特性や陪非線形係数β′を求めるア
ルゴリズムを導出する。一般に、減衰媒体中にお
いて伝搬に基づく非線形歪の発生は、全伝搬時間
を微小時間△ｔに分け、微小時間の各区分におい
て(i)線形減衰、(ii)減衰の無い場合の非線形歪、の
２つの現象が独立に生じるとし、それらが全伝搬
時間にわたり蓄積されるとして説明することがで
きる。ｊ（１ｊｉ）番目の微小時間△ｔの区
間における減衰特性αj（ω）は次式で表わすこと
ができる。
ブ波パルスのスペクトル変調特性から陪非線形係
数β′を得る原理について説明したが、この原理を
生体のような周波数依存減衰特性を有する伝搬媒
質に対しても拡張して適用することが可能であ
る。この場合には、結果として交差周波数ωxは
伝搬媒質の減衰係数に依存し、ωxの変化から減
衰係数を推定することが可能になり、陪非線形係
数β′については減衰の無い場合とほぼ同様の扱い
が可能になる。減衰媒体中におけるプローブ波パ
ルスのスペクトル変調特性Ｈ±（ω）を以下の様
にして解析的に求め、この変調特性と媒体の音響
特性との関係を明確にし、変調された超音波の受
信信号から減衰特性や陪非線形係数β′を求めるア
ルゴリズムを導出する。一般に、減衰媒体中にお
いて伝搬に基づく非線形歪の発生は、全伝搬時間
を微小時間△ｔに分け、微小時間の各区分におい
て(i)線形減衰、(ii)減衰の無い場合の非線形歪、の
２つの現象が独立に生じるとし、それらが全伝搬
時間にわたり蓄積されるとして説明することがで
きる。ｊ（１ｊｉ）番目の微小時間△ｔの区
間における減衰特性αj（ω）は次式で表わすこと
ができる。
αj（ω）＝Aj・（ω／ω0）n・△ｔ …(16)
＝ajωn
但し、
Aj；基準周波数ω0における単位時間当りの減
衰（neper／単位時間） ｎ；減衰の周波数依存を表すパラメータ。生体
軟組織では１〜２の値をとる。ここではｎ
が一定値をとるものとする。
衰（neper／単位時間） ｎ；減衰の周波数依存を表すパラメータ。生体
軟組織では１〜２の値をとる。ここではｎ
が一定値をとるものとする。
aj；減衰係数
なお、この微小区間ｊに相当する微小距離△xj
はその区間における無限小振幅の音速C0jを用い
て次式で表わすことができる。
はその区間における無限小振幅の音速C0jを用い
て次式で表わすことができる。
△xj＝C0j・△ｔ …(17)
又、微小区間ｊ迄に蓄装積された伝搬時間差を
τjとすると、τjとτj+1の差△jは次式で表わすこと
ができる。
τjとすると、τjとτj+1の差△jは次式で表わすこと
ができる。
△τj＝τj+1−τj …(18)
＝△xj（１／C0j−１／Cj） …(19)
△xjβjU0j／C2 0j …(20)
＝△tβjU0j／C0j …（21）
＝△tβjP0j／（P0jC2 0j …（22）
但し、(19)〜（22）式は(5)〜(8)式に相当するもので
ある。
ある。
以上の様に、減衰係数ajと伝搬時間差τjが指定
されると、微小区間ｊ迄に蓄積されたプローブ波
パルスの変調特性Ｈ±（ω）は以下の様にして解
析的に求めることが可能である。(10)式で示された
末だ歪を受ける前のプローブ波スペクトルに対し
て、微小区間ｊ＝１における(i)線形減衰、および
(ii)減衰の無い場合における非線歪、の作用により
変調された結果はそれぞれ次の様になる。
されると、微小区間ｊ迄に蓄積されたプローブ波
パルスの変調特性Ｈ±（ω）は以下の様にして解
析的に求めることが可能である。(10)式で示された
末だ歪を受ける前のプローブ波スペクトルに対し
て、微小区間ｊ＝１における(i)線形減衰、および
(ii)減衰の無い場合における非線歪、の作用により
変調された結果はそれぞれ次の様になる。
(i)…Ｈ（ω）・exp（−a1・ωn …（23）
(ii)…Ｈ｛ω（１±Ωτ1）｝・exp［−a1
・｛ω（１〓Ωτ1）｝n］ …（24）
次に、微小区間ｊ＝２において伝搬の非線形歪
は角周波数ωに対してω・（１〓Ωτ2）／（１〓
Ωτ1）として作用する。変調された結果はそれぞ
れ次のようになる。
は角周波数ωに対してω・（１〓Ωτ2）／（１〓
Ωτ1）として作用する。変調された結果はそれぞ
れ次のようになる。
(i)…Ｈ｛ω（１〓Ωτ1）｝・exp［−a1
・｛ω（１〓Ωτ1）｝n］
×exp（−a2・ωn） …（25）
(ii)…Ｈ｛ω（１〓Ωτ2）｝・exp［−a1
・｛ω（１〓Ωτ2）n｝］
×exp［−a2・｛ω１〓Ωτ2／１〓Ωτ1｝n］…（26
） 以上の様にして全微小区間ｊにおいて蓄積され
た線形減衰と非線形歪の作用により変調されたス
ペクトル±（ω）は次式で表わすことができる。
） 以上の様にして全微小区間ｊにおいて蓄積され
た線形減衰と非線形歪の作用により変調されたス
ペクトル±（ω）は次式で表わすことができる。
Ｈ±（ω）＝Ｈ｛ω（１〓Ωτi｝
×exp｛−ωn（１〓Ωτi）n i
〓j=1
aj／１〓Ωτj-1｝
…（27） ＝exp［−｛ω（１〓Ωτi）−ωc｝2 ／2σ2 0−ωnａ±］ …（28） 但し ａ±＝（１〓Ωτi）n i 〓j=1 aj／１〓Ωτj-1 …（29） 従つて、スペクトル比Ｒ（ω）は（28）式より Ｒ（ω）＝ln［Ｈ−（ω）／Ｈ＋（ω）］ ＝−2ωΩτi（ω−ωc） ／2σ2 0−ωn（a-−a+）i …（30） 交差周波数ωxjではＲ（ω）＝０だから（30）式
より ωxj−ωc＝σ2 0・ωn-1 xj（a-−a+）／２Ωτi（31
） （31）式において、ωc、σ2 0Ωは既知量、ωxjは
後で示すように受信信号から求められる可測量で
あるから、τiの値を測定し、ｎの値を仮定すれば
減衰係数に関する情報、（a-−a+）iが得られる。
ここで、τj、あるいはｎの値は、次式のようにス
ペクトル比の交差周波数ωxjにおける勾配、すな
わち、スペクトル分離度DSSから求めることが出
来る。
…（27） ＝exp［−｛ω（１〓Ωτi）−ωc｝2 ／2σ2 0−ωnａ±］ …（28） 但し ａ±＝（１〓Ωτi）n i 〓j=1 aj／１〓Ωτj-1 …（29） 従つて、スペクトル比Ｒ（ω）は（28）式より Ｒ（ω）＝ln［Ｈ−（ω）／Ｈ＋（ω）］ ＝−2ωΩτi（ω−ωc） ／2σ2 0−ωn（a-−a+）i …（30） 交差周波数ωxjではＲ（ω）＝０だから（30）式
より ωxj−ωc＝σ2 0・ωn-1 xj（a-−a+）／２Ωτi（31
） （31）式において、ωc、σ2 0Ωは既知量、ωxjは
後で示すように受信信号から求められる可測量で
あるから、τiの値を測定し、ｎの値を仮定すれば
減衰係数に関する情報、（a-−a+）iが得られる。
ここで、τj、あるいはｎの値は、次式のようにス
ペクトル比の交差周波数ωxjにおける勾配、すな
わち、スペクトル分離度DSSから求めることが出
来る。
DSS＝δ｛Ｒ（ω）｝／δω
＝２Ωτj｛ωxj−（ｎ−１）（ωxj−ωc）｝
／σ2 0 …（32）
（32）式において、DSSも後で説明するように
受信信号から求められる可測量であるから、ｎの
値を仮定すればτjに関しては従来より知られてい
る方法で測定することも可能であるので、（29）
式からｎの値を決定することも出来る。
受信信号から求められる可測量であるから、ｎの
値を仮定すればτjに関しては従来より知られてい
る方法で測定することも可能であるので、（29）
式からｎの値を決定することも出来る。
以上の様に、解析的な関係が明らかにされた
ωxj、τj（a-−a+）j、あるいは減衰係数aj、陪非線
形係数β′jの伝搬距離方向の分布等の各種音響特
性を具体的に測定する方法およびこれらの測定さ
れた各種音響特性を用いて伝搬媒質内の温度変化
を求める方法をそれらの装置と共に、図面を参照
しながら説明する。
ωxj、τj（a-−a+）j、あるいは減衰係数aj、陪非線
形係数β′jの伝搬距離方向の分布等の各種音響特
性を具体的に測定する方法およびこれらの測定さ
れた各種音響特性を用いて伝搬媒質内の温度変化
を求める方法をそれらの装置と共に、図面を参照
しながら説明する。
第２図は本発明の一実施例における超音波測温
装置を示す機能ブロツク図である。本発明は、い
わゆるエコー信号を受信する超音波パルス反射法
を基本原理としている。第２図において、１はポ
ンプ波パルスの送信、プローブ波パルスの送、受
信を行う超音波変換部、２は超音波変換部１に対
してポンプ波用の駆動パルスを加えるパルス駆動
器、３は超音波変換部１に対してプローブ波用の
駆動パルスを加えるパルス駆動器、４は超音波変
換部１の受信出力を増幅する増幅器、５は増幅器
４の出力を記憶する波形記憶部、６はパルス駆動
器２，３と波形記憶部５の動作タイミングを制御
するタイミング制御部、７は波形記憶部５とタイ
ミング制御部６へクロツクを供給するクロツク発
生部、８は波形記憶部５に記憶された波形に対し
てフーリエ変換を行う周波数分析部、９は周波数
分析部８の出力に対して信号処理を行い、音響特
性を求める信号処理部、１０は信号処理部９の出
力により温度を計算する温度演算部、１１は温度
演算部１０に対し音響特性の温度依存情報を出力
するデータ参照部、１２は増幅器４の出力を検波
する検波部、１３は信号処理部９の出力により音
響特性分布像、温度演算部１０の出力により温度
分布像、検波部１２の出力によりＢモード断層像
を作る走査変換部、１４は走査変換部１３の出力
を表示する表示部、１６は被検体（生体）であ
る。
装置を示す機能ブロツク図である。本発明は、い
わゆるエコー信号を受信する超音波パルス反射法
を基本原理としている。第２図において、１はポ
ンプ波パルスの送信、プローブ波パルスの送、受
信を行う超音波変換部、２は超音波変換部１に対
してポンプ波用の駆動パルスを加えるパルス駆動
器、３は超音波変換部１に対してプローブ波用の
駆動パルスを加えるパルス駆動器、４は超音波変
換部１の受信出力を増幅する増幅器、５は増幅器
４の出力を記憶する波形記憶部、６はパルス駆動
器２，３と波形記憶部５の動作タイミングを制御
するタイミング制御部、７は波形記憶部５とタイ
ミング制御部６へクロツクを供給するクロツク発
生部、８は波形記憶部５に記憶された波形に対し
てフーリエ変換を行う周波数分析部、９は周波数
分析部８の出力に対して信号処理を行い、音響特
性を求める信号処理部、１０は信号処理部９の出
力により温度を計算する温度演算部、１１は温度
演算部１０に対し音響特性の温度依存情報を出力
するデータ参照部、１２は増幅器４の出力を検波
する検波部、１３は信号処理部９の出力により音
響特性分布像、温度演算部１０の出力により温度
分布像、検波部１２の出力によりＢモード断層像
を作る走査変換部、１４は走査変換部１３の出力
を表示する表示部、１６は被検体（生体）であ
る。
第３図は上記超音波変換部１の好ましい例を示
す構成図である。。第３図に示すように超音波変
換部１はポンプ波用振動子１０１とプローブ波用
振動子１０２とから構成される。ポンプ波用振動
子１０１は、例えば中心周波数300KHz、外径60
mm、内径20mmの環状圧電振動子により構成され、
プローブ波用振動子１０２は、例えば中心周波数
3MHz、外径20mmの収束タイプの圧電振動子によ
り構成されている。ポンプ波用振動子１０１の出
力レベルとしては、粒子速度振幅で250mm／ｓ、
水中でピーク出力として4W／cm2程度、プローブ
波用振動子１０２の出力レベルとしては、通常、
超音波診断装置で用いられる程度か、それより少
し低い程度とする。プローブ波パルスのスペクト
ル特性としては、ガウス形状をしていることが望
ましく、そのため、プローブ波用振動子１０２の
周波数特性およびパルス駆動器３の駆動パルスの
周波数特性が調整される。一方、ポンプ波パルス
の周波数特性の高周波側成分がプローブ波パルス
の周波数特性の帯域内に混入することを避けるた
め、パルス駆動器２では出力中の高周波成分が抑
圧される。
す構成図である。。第３図に示すように超音波変
換部１はポンプ波用振動子１０１とプローブ波用
振動子１０２とから構成される。ポンプ波用振動
子１０１は、例えば中心周波数300KHz、外径60
mm、内径20mmの環状圧電振動子により構成され、
プローブ波用振動子１０２は、例えば中心周波数
3MHz、外径20mmの収束タイプの圧電振動子によ
り構成されている。ポンプ波用振動子１０１の出
力レベルとしては、粒子速度振幅で250mm／ｓ、
水中でピーク出力として4W／cm2程度、プローブ
波用振動子１０２の出力レベルとしては、通常、
超音波診断装置で用いられる程度か、それより少
し低い程度とする。プローブ波パルスのスペクト
ル特性としては、ガウス形状をしていることが望
ましく、そのため、プローブ波用振動子１０２の
周波数特性およびパルス駆動器３の駆動パルスの
周波数特性が調整される。一方、ポンプ波パルス
の周波数特性の高周波側成分がプローブ波パルス
の周波数特性の帯域内に混入することを避けるた
め、パルス駆動器２では出力中の高周波成分が抑
圧される。
以上の様にしてポンプ波用振動１０１から送信
されたポンプ波パルスとプローブ波用振動子１０
２から送信されたプローブ波パルスは結合媒体１
６１中で交差、重畳して重畳パルスとなつた後、
被検体１６へ入射する。結合媒体１６１として
は、例えば水の様な液体が適当であり、その深
さ、すなわち、プローブ波用振動子１０２の音波
放射面と被検体１６の間の距離としては、例えば
100mm程度が選ばれる。この重畳パルスが被検体
１６中を伝搬する過程でプローブ波パルスは変換
される。この変調特性はプローブ波パルスの波形
の重心部分をポンプ波パルスのどの部分に重畳す
るかに依存する。重畳される部分が第９図ａに示
す様にポンプ波の粒子速度が正のピークである場
合には位相関係Ａ、第９図ｂの様に粒子速度が負
のピークである場合には位相関係Ｂ、第１図ａの
様に粒子加速度が正のピークである場合には位相
関係Ｃ、第１図ｂの様に粒子加速度が負のピーク
である場合には位相関係Ｄとして、それぞれの重
畳の状態を区別する。以上の様な位相関係の制御
はパルス駆動器２，３の駆動パルス発生の相互の
タイミングをタイミング制御部６により制御する
ことにより行われる。実際には、プローブ波用の
パルス駆動器３と波形記憶部５の動作の時間関係
を固定しておき、ポンプ波用のパルス駆動器２の
パルス発生タイミングを制御、あるいは駆動パル
スの極性を反転させることが行われる。タイミン
グ制御の時間分解能としては、例えばポンプ波の
１波長の１／64程度で行われ、この場合には約
50nsとなる。このような時間の制御には50ns
（20MHz）のクロツク信号をプリセツトカウンタ
等によるデジタル遅延技術により実現出来る。こ
のクロツク信号はクロツク発生部７から供給され
る。
されたポンプ波パルスとプローブ波用振動子１０
２から送信されたプローブ波パルスは結合媒体１
６１中で交差、重畳して重畳パルスとなつた後、
被検体１６へ入射する。結合媒体１６１として
は、例えば水の様な液体が適当であり、その深
さ、すなわち、プローブ波用振動子１０２の音波
放射面と被検体１６の間の距離としては、例えば
100mm程度が選ばれる。この重畳パルスが被検体
１６中を伝搬する過程でプローブ波パルスは変換
される。この変調特性はプローブ波パルスの波形
の重心部分をポンプ波パルスのどの部分に重畳す
るかに依存する。重畳される部分が第９図ａに示
す様にポンプ波の粒子速度が正のピークである場
合には位相関係Ａ、第９図ｂの様に粒子速度が負
のピークである場合には位相関係Ｂ、第１図ａの
様に粒子加速度が正のピークである場合には位相
関係Ｃ、第１図ｂの様に粒子加速度が負のピーク
である場合には位相関係Ｄとして、それぞれの重
畳の状態を区別する。以上の様な位相関係の制御
はパルス駆動器２，３の駆動パルス発生の相互の
タイミングをタイミング制御部６により制御する
ことにより行われる。実際には、プローブ波用の
パルス駆動器３と波形記憶部５の動作の時間関係
を固定しておき、ポンプ波用のパルス駆動器２の
パルス発生タイミングを制御、あるいは駆動パル
スの極性を反転させることが行われる。タイミン
グ制御の時間分解能としては、例えばポンプ波の
１波長の１／64程度で行われ、この場合には約
50nsとなる。このような時間の制御には50ns
（20MHz）のクロツク信号をプリセツトカウンタ
等によるデジタル遅延技術により実現出来る。こ
のクロツク信号はクロツク発生部７から供給され
る。
この様にして、重畳の位相関係を制御されたプ
ローブ波パルスは各位相状態に対応した変換を受
けながら被検体１６の中を伝搬し、更に被検体１
６が有する音波散乱特性の影響により次々に後方
散乱され、反射信号としてプローブ波用振動子１
０２に到達し、受信信号に変換される。なお、図
示していないが、超音波変換部１の全体を機械走
査機構により揺動させ、例えばセクタ走査しても
良い。受信信号は増幅器４で増幅された後、波形
記憶部５に記憶される。波形記憶部５は、例えば
Ａ／Ｄ変換器、高速のメモリ等で構成される。
Ａ／Ｄ変換器のサンプリングクロツクの周波数と
しては、受信信号の周波数、ここでは3MHzの４
倍以上あることが望ましく、20MHzは適当な周波
数である。このサンプリングクロツクもクロツク
発生部７から供給される。波形記憶部５に記憶さ
れた受信信号はデータ窓により必要な位置、長さ
の部分が抜取られ、周波数分析部８でフーリエ変
換される。この抜取られる部分、すなわち、デー
タ窓の長さとしては受信信号の周波数の40波程
度、ここでは13μs程度とする。データ窓内のデー
タ点数はデータ窓の長さとサンプリングクロツク
の周波数の積に等しいから、この例では260点と
なる。この取られたデータ列に対して、例えばハ
ミング窓のような窓関数が乗ぜられたり、あるい
は高速フーリエ変換のアルゴリズムに適合させる
ためにデータの点数を２のべき乗、例えば256点
に変更しても良い。このフーリエ変換は被検体１
６の深さ方向、すなわち、データ列の深さ方向に
データ窓を移動して繰返し行われるが、この例で
は移動ピツチとしては、例えば被検体１６内で換
算して微小距離1.25mmとする。この微小距離を音
波が往復するのに要する微小時間△t0は被検体１
６中における音速を1500m／ｓとした場合、約
1.6μsとなる。以後の説明を簡単にするため、こ
の微小時間△t0の半分の値と(16)式に現われる微小
時間△ｔとは等しいものとする。以上の様にし
て、受信信号は微小時間△t0間隔でデータ窓を移
動しながら抜取られ、次々にフーリエ変換が行を
れる。フーリエ変換の結果は複素数となるが、そ
の実部Re（ω）と虚部In（ω）から更にパワース
ペクトルＰ（ω）、あるいは位相角φ（ω）が計算
される。
ローブ波パルスは各位相状態に対応した変換を受
けながら被検体１６の中を伝搬し、更に被検体１
６が有する音波散乱特性の影響により次々に後方
散乱され、反射信号としてプローブ波用振動子１
０２に到達し、受信信号に変換される。なお、図
示していないが、超音波変換部１の全体を機械走
査機構により揺動させ、例えばセクタ走査しても
良い。受信信号は増幅器４で増幅された後、波形
記憶部５に記憶される。波形記憶部５は、例えば
Ａ／Ｄ変換器、高速のメモリ等で構成される。
Ａ／Ｄ変換器のサンプリングクロツクの周波数と
しては、受信信号の周波数、ここでは3MHzの４
倍以上あることが望ましく、20MHzは適当な周波
数である。このサンプリングクロツクもクロツク
発生部７から供給される。波形記憶部５に記憶さ
れた受信信号はデータ窓により必要な位置、長さ
の部分が抜取られ、周波数分析部８でフーリエ変
換される。この抜取られる部分、すなわち、デー
タ窓の長さとしては受信信号の周波数の40波程
度、ここでは13μs程度とする。データ窓内のデー
タ点数はデータ窓の長さとサンプリングクロツク
の周波数の積に等しいから、この例では260点と
なる。この取られたデータ列に対して、例えばハ
ミング窓のような窓関数が乗ぜられたり、あるい
は高速フーリエ変換のアルゴリズムに適合させる
ためにデータの点数を２のべき乗、例えば256点
に変更しても良い。このフーリエ変換は被検体１
６の深さ方向、すなわち、データ列の深さ方向に
データ窓を移動して繰返し行われるが、この例で
は移動ピツチとしては、例えば被検体１６内で換
算して微小距離1.25mmとする。この微小距離を音
波が往復するのに要する微小時間△t0は被検体１
６中における音速を1500m／ｓとした場合、約
1.6μsとなる。以後の説明を簡単にするため、こ
の微小時間△t0の半分の値と(16)式に現われる微小
時間△ｔとは等しいものとする。以上の様にし
て、受信信号は微小時間△t0間隔でデータ窓を移
動しながら抜取られ、次々にフーリエ変換が行を
れる。フーリエ変換の結果は複素数となるが、そ
の実部Re（ω）と虚部In（ω）から更にパワース
ペクトルＰ（ω）、あるいは位相角φ（ω）が計算
される。
Ｐ（ω）＝Re 2（ω）＋In 2（ω） …（33）
φ（ω）＝arctan｛In（ω）／Re（ω）｝ …（34）
ポンプ波パルスとプローブ波パルスが第１図ａ
に示す位相関係Ｃ、または第１図ｂに示す位相関
係Ｄで重畳され、被検体１６中を伝搬し、関心領
域（以後ROIと呼ぶ）において散乱されて得られ
た受信信号の部分、すなわち、ROIに相当する深
さに位置するデータ窓により抜取られたデータ列
に対するパワースペクトルは次式の様な簡単な伝
搬モデルを用いて表わすことができる。
に示す位相関係Ｃ、または第１図ｂに示す位相関
係Ｄで重畳され、被検体１６中を伝搬し、関心領
域（以後ROIと呼ぶ）において散乱されて得られ
た受信信号の部分、すなわち、ROIに相当する深
さに位置するデータ窓により抜取られたデータ列
に対するパワースペクトルは次式の様な簡単な伝
搬モデルを用いて表わすことができる。
Ｐ±（ω）＝｜｛Ｈ（ω）・Ｓ±（ω）
・Ｇ（ω）・Ｔ（ω）｝Ｗ（ω）｜2 …（35）
但し、
Ｓ±（ω）；ROIの音波散乱特性
Ｇ（ω）；復路における線形伝搬減衰
Ｔ（ω）；受信系周波数特性
Ｗ（ω）；窓関数によるコンボリユーシヨン
±；＋…位相関係による音波送信
；−…位相関係Ｄによる音波送信
このような伝搬モデルにおいて、被検体１６内
の特定のROIに対し、まず、第１図ａに示す位相
関係Ｃで音波を送信し、パワースペクトルＰ＋
（ω）を求め、次に送信間隔T0をおいて第１図ｂ
に示す位相関係Ｄで音波を送信し、パワースペク
トルP-（ω）を求め、両パワースペクトルの比を
対数で評価する。なお、送信間隔T0の時間とし
ては、通常、超音波診断装置で用いられる値、例
えば数百μsから1ms程度である。次式において、
音波散乱特性S+（ω）とS-（ω）の差および窓関
数における影響が小さければ、Ｓ±（ω）、Ｇ
（ω）、Ｔ（ω）、Ｗ（ω）の各項はすべて消去され、
左辺は（30）式に示したスペクトル比Ｒ（ω）に
等しくなる。
の特定のROIに対し、まず、第１図ａに示す位相
関係Ｃで音波を送信し、パワースペクトルＰ＋
（ω）を求め、次に送信間隔T0をおいて第１図ｂ
に示す位相関係Ｄで音波を送信し、パワースペク
トルP-（ω）を求め、両パワースペクトルの比を
対数で評価する。なお、送信間隔T0の時間とし
ては、通常、超音波診断装置で用いられる値、例
えば数百μsから1ms程度である。次式において、
音波散乱特性S+（ω）とS-（ω）の差および窓関
数における影響が小さければ、Ｓ±（ω）、Ｇ
（ω）、Ｔ（ω）、Ｗ（ω）の各項はすべて消去され、
左辺は（30）式に示したスペクトル比Ｒ（ω）に
等しくなる。
lo｛Ｐ−（ω）／Ｐ＋（ω）｝
＝lo｛H-（ω）／H+（ω）｝ …（36）
＝Ｒ（ω）
スペクトル比Ｒ（ω）と各種音響特性との関係
は既に（29）〜（32）式に示した通りであり、信
号処理部９においてはこれら関係式をもとに各種
音響特性を計算する。
は既に（29）〜（32）式に示した通りであり、信
号処理部９においてはこれら関係式をもとに各種
音響特性を計算する。
第４図は肝臓に似せて作成した超音波テストフ
アントムを被検体１６として用いた場合のパワー
スペクトルＰ±（ω）およびスペクトル比Ｒ（ω）
の実測値の例であるが、スペクトル比Ｒ（ω）に
はかなりのリツプル成分がノイズとして付加され
ており、交差周波数ωxの決定に対して悪影響を
与える。この影響を軽減するため、信号処理部９
では交差周波数ωxの近傍で、この例では２〜3M
Hz程度の範囲で、得られたスペクトル比Ｒ（ω）
を１次、又は２次関数等から成る近似関数ｆ（ω）
で近似し、近似関数ｆ（ω）が零になる周波数か
ら交差周波数ωxを決定する。近似関数ｆ（ω）の
選択の仕方としては最小２乗法等の利用が可能で
ある。次に、スペクトル比Ｒ（ω）の周波数微分、
すなわち（32）式のスペクトル分離度DSSを求め
る。スペクトル分離度DSSも実際には近似関数ｆ
（ω）の微分から求める。（32）式においてDSS、
ωxは可測量であり、ポンプ波角周波数Ω、プロ
ーブ波パルスの中心角周波数ωcとそのスペクト
ル分散σ2 0は既知量であるから、(16)式に示した減衰
の周波数依存を表わす量ｎが指定できれば伝搬時
間差τiを求めることが出来る。ｎの値としては、
例えば肝臓では１、２、脾臓では１、３等、各種
臓器毎にその値が知られており、各ROI、あるい
はデータ窓に対して対応する臓器のｎの値を指定
することが可能である。あるいは、腹部における
測定ではすべてのROIでｎ＝1.2としても大きな
誤差は生じない。
アントムを被検体１６として用いた場合のパワー
スペクトルＰ±（ω）およびスペクトル比Ｒ（ω）
の実測値の例であるが、スペクトル比Ｒ（ω）に
はかなりのリツプル成分がノイズとして付加され
ており、交差周波数ωxの決定に対して悪影響を
与える。この影響を軽減するため、信号処理部９
では交差周波数ωxの近傍で、この例では２〜3M
Hz程度の範囲で、得られたスペクトル比Ｒ（ω）
を１次、又は２次関数等から成る近似関数ｆ（ω）
で近似し、近似関数ｆ（ω）が零になる周波数か
ら交差周波数ωxを決定する。近似関数ｆ（ω）の
選択の仕方としては最小２乗法等の利用が可能で
ある。次に、スペクトル比Ｒ（ω）の周波数微分、
すなわち（32）式のスペクトル分離度DSSを求め
る。スペクトル分離度DSSも実際には近似関数ｆ
（ω）の微分から求める。（32）式においてDSS、
ωxは可測量であり、ポンプ波角周波数Ω、プロ
ーブ波パルスの中心角周波数ωcとそのスペクト
ル分散σ2 0は既知量であるから、(16)式に示した減衰
の周波数依存を表わす量ｎが指定できれば伝搬時
間差τiを求めることが出来る。ｎの値としては、
例えば肝臓では１、２、脾臓では１、３等、各種
臓器毎にその値が知られており、各ROI、あるい
はデータ窓に対して対応する臓器のｎの値を指定
することが可能である。あるいは、腹部における
測定ではすべてのROIでｎ＝1.2としても大きな
誤差は生じない。
なお、伝搬時間差τiに関しては従来技術による
測定も可能であるので、（32）式よりｎの値を求
めることも可能である。すなわち、従来技術によ
る伝搬時間τiの測定としては、例えば第９図ａに
示す位相関係Ａでパルスを送信すると、ポンプ波
の粒子速度が正の大きい部分では波形の伝搬速度
が大きくなるので、プローブ波全体として伝搬時
間が短かくなる。この伝搬時間の変化が伝搬時間
差τiに相当するものである。この伝搬時間の変化
は周波数領域上では位相シフトに対応するもので
あり、実際の測定では、まず位相関係Ａで送信し
た場合について得られた受信信号に対してデータ
窓により抜取りを行い、抜取られたデータに対し
てフーリエ変換を行い、位相φ（ω）を求める。
次に送信間隔T0後に位相関係Ｂで位相φ（ω）を
求め、位相関係Ａの場合と位相関係Ｂの場合に得
られた位相φ（ω）の差、すなわち位相シフトを
求め、この位相、シフトの周波数微分、群遅延時
間として伝搬時間差τiを求めることが出来る。こ
の方法では測定誤差が大きいので、測定を多数回
繰返し、得られた伝搬時間差τiについて平均処理
を行うことが望ましい。以上の様にして得られた
τiと本発明による測定で得られたスペクトル分離
度DSS、交差周波数ωx、および既知量Ω、ωc、
σ2 0を用いて（32）式よりｎの値を求めることも可
能である。
測定も可能であるので、（32）式よりｎの値を求
めることも可能である。すなわち、従来技術によ
る伝搬時間τiの測定としては、例えば第９図ａに
示す位相関係Ａでパルスを送信すると、ポンプ波
の粒子速度が正の大きい部分では波形の伝搬速度
が大きくなるので、プローブ波全体として伝搬時
間が短かくなる。この伝搬時間の変化が伝搬時間
差τiに相当するものである。この伝搬時間の変化
は周波数領域上では位相シフトに対応するもので
あり、実際の測定では、まず位相関係Ａで送信し
た場合について得られた受信信号に対してデータ
窓により抜取りを行い、抜取られたデータに対し
てフーリエ変換を行い、位相φ（ω）を求める。
次に送信間隔T0後に位相関係Ｂで位相φ（ω）を
求め、位相関係Ａの場合と位相関係Ｂの場合に得
られた位相φ（ω）の差、すなわち位相シフトを
求め、この位相、シフトの周波数微分、群遅延時
間として伝搬時間差τiを求めることが出来る。こ
の方法では測定誤差が大きいので、測定を多数回
繰返し、得られた伝搬時間差τiについて平均処理
を行うことが望ましい。以上の様にして得られた
τiと本発明による測定で得られたスペクトル分離
度DSS、交差周波数ωx、および既知量Ω、ωc、
σ2 0を用いて（32）式よりｎの値を求めることも可
能である。
以上の様にして、減衰の周波数依存特性ｎの値
を仮定するか、あるいは事前に測定したｎの値を
用いるか、等々により伝搬時間差τj（１ｊｉ）
の値を求めることが出来る。水浸法を用いる場合
には、水中の各伝搬深さにおける伝搬時間差τjの
値を予めてデータとして保持し、被検体１６表面
の深さ情報からこの表面における伝搬時間差τjの
値を決定しても良い。
を仮定するか、あるいは事前に測定したｎの値を
用いるか、等々により伝搬時間差τj（１ｊｉ）
の値を求めることが出来る。水浸法を用いる場合
には、水中の各伝搬深さにおける伝搬時間差τjの
値を予めてデータとして保持し、被検体１６表面
の深さ情報からこの表面における伝搬時間差τjの
値を決定しても良い。
次に、得られた交差周波数ωxjと伝搬時間差τj
の分布から(16)式に示した減衰係数aj、あるいは(20)
〜（22）式に示した陪非線形係数βj′の分布を得
る方法について説明する。まず、（31）式におい
てωxjとτiの値を代入することにより減衰に関す
る量（a-−a+）iが得られる。この量は（29）式を
用いて次式の様に表わすことが出来る。
の分布から(16)式に示した減衰係数aj、あるいは(20)
〜（22）式に示した陪非線形係数βj′の分布を得
る方法について説明する。まず、（31）式におい
てωxjとτiの値を代入することにより減衰に関す
る量（a-−a+）iが得られる。この量は（29）式を
用いて次式の様に表わすことが出来る。
（a-−a+）i＝（１＋Ωτi）n i
〓j=1
aj／１＋Ωτj-1−（１−Ωτi）n i
〓j=1
aj／１−Ωτj-1 …（37）
（37）式において、（a-−a+）i、τjは可測量、
Ωは既知量であるから、ｎの値を指定することに
よりaj（１ｊｉ）に関する連立方程式が得ら
れる。但し、この連立方程式は、ｉ＝１の場合、
未知数はa1のみであり直に得ることが可能であ
り、ｉ＝２の場合、a1は既に求まつているからa2
のみが未知数となりこれも直に得ることが可能で
ある。この様にしてaiはｉ＝１から順次ｉの増加
する方向へ順次計算により得ることが可能とな
る。
Ωは既知量であるから、ｎの値を指定することに
よりaj（１ｊｉ）に関する連立方程式が得ら
れる。但し、この連立方程式は、ｉ＝１の場合、
未知数はa1のみであり直に得ることが可能であ
り、ｉ＝２の場合、a1は既に求まつているからa2
のみが未知数となりこれも直に得ることが可能で
ある。この様にしてaiはｉ＝１から順次ｉの増加
する方向へ順次計算により得ることが可能とな
る。
伝搬時間差τjからは(20)〜（22）式のいずれかを
用いて陪非線形係数βj′の分布を求めることが出
来る。（21）式を用いる場合には被検体１６内の
ポンプ波パルスの粒子速度振幅の伝搬方向の分布
U0jを求める必要があるが、生体内での直接測定
は不可能である。しかし、生体内での典型的な音
波減衰特性0.7dB／ＭHz・cmを仮定し、水中で得
られた粒子速度分布の実測値に対して補正を行う
ことにより、生体内におけるポンプ波パルスの粒
子速度振幅U0jをかなりの精度で推定することが
出来る。この様にして、予め求めたU0jの値をデ
ータとして保持して置き、陪非線形係数βj′の分
布を求めることが出来る。なお、水浸法を行う場
合等も含め、水中における粒子速度振幅U0jの値
をデータとして保持しておき、被検体１６の種類
に応じて粒子速度振幅U0jの値を補正する方法も
考えられる。
用いて陪非線形係数βj′の分布を求めることが出
来る。（21）式を用いる場合には被検体１６内の
ポンプ波パルスの粒子速度振幅の伝搬方向の分布
U0jを求める必要があるが、生体内での直接測定
は不可能である。しかし、生体内での典型的な音
波減衰特性0.7dB／ＭHz・cmを仮定し、水中で得
られた粒子速度分布の実測値に対して補正を行う
ことにより、生体内におけるポンプ波パルスの粒
子速度振幅U0jをかなりの精度で推定することが
出来る。この様にして、予め求めたU0jの値をデ
ータとして保持して置き、陪非線形係数βj′の分
布を求めることが出来る。なお、水浸法を行う場
合等も含め、水中における粒子速度振幅U0jの値
をデータとして保持しておき、被検体１６の種類
に応じて粒子速度振幅U0jの値を補正する方法も
考えられる。
以上の様に、音響走査線上、すなわち、プロー
ブ波パルスの伝搬径路上における減衰特性aj、陪
非線形係数βj′の分布を得ることが出来る。これ
らの音響特性値は被検体１６中において、データ
窓に相当する部位における平均的な音響特性値と
みなすことができる。通常、断層像上の特定部位
における音響特性値を問題にする場合には、断層
像上に関心領域（ROI）という仮想的な領域を設
定し、そのROIの内部における平均的な音響特性
値を対象とする。第５図は扇形走査断層像５１上
に表示された複数のROI５２の境界線の例を示し
ている。これからも明らかな様に境界線の形状は
扇形の一部となつている。ROI５２の寸法は、例
えば伝搬の深さ方向１cm程度、それと直交方向に
１cm程度が選ばれる。従つて、実際にはROI５２
の内部を多数の音響走査線が通過し、それら音響
走査線上のデータ窓についてもROI５２と重なる
ものが多数ある。これら多数のデータ窓に対応す
る多数の音響特性値からROI５２内の平均的な音
響特性値を求める場合には、例えばROI５２の中
央部を通過する音響走査線上に対応する音響特性
値、あるいは、ROI５２と重なり合う部分の多い
データ窓に対応する音響特性値に対して重み付け
を行い、平均を求めても良い。信号処理部９では
以上の様にして受信信号のパワースペクトル等か
ら音響特性値が求められる。
ブ波パルスの伝搬径路上における減衰特性aj、陪
非線形係数βj′の分布を得ることが出来る。これ
らの音響特性値は被検体１６中において、データ
窓に相当する部位における平均的な音響特性値と
みなすことができる。通常、断層像上の特定部位
における音響特性値を問題にする場合には、断層
像上に関心領域（ROI）という仮想的な領域を設
定し、そのROIの内部における平均的な音響特性
値を対象とする。第５図は扇形走査断層像５１上
に表示された複数のROI５２の境界線の例を示し
ている。これからも明らかな様に境界線の形状は
扇形の一部となつている。ROI５２の寸法は、例
えば伝搬の深さ方向１cm程度、それと直交方向に
１cm程度が選ばれる。従つて、実際にはROI５２
の内部を多数の音響走査線が通過し、それら音響
走査線上のデータ窓についてもROI５２と重なる
ものが多数ある。これら多数のデータ窓に対応す
る多数の音響特性値からROI５２内の平均的な音
響特性値を求める場合には、例えばROI５２の中
央部を通過する音響走査線上に対応する音響特性
値、あるいは、ROI５２と重なり合う部分の多い
データ窓に対応する音響特性値に対して重み付け
を行い、平均を求めても良い。信号処理部９では
以上の様にして受信信号のパワースペクトル等か
ら音響特性値が求められる。
第６図は信号処理部９の一例を示す機能ブロツ
ク図である。図中、バツフアメモリ９０１，９０
２には周波数分析部８で得られた受信信号のパワ
ースペクトルが記憶される。バツフアメモリ
（BUF＋）９０１にはプローブ波パルスとポンプ
波パルスの位相関係Ｃ（第１図ａ参照）で送信さ
れた場合に得られるパワースペクトル（P+）j（１
ｊｉ）が、バツフアメモリ（BUF-）９０２
には位相関係Ｄ（第１図ｂ参照に対応するパワー
スペクトル（P-）jが記憶される（ここで、ｊはデ
ータ窓の深さ位置を示すものとする）。サンプリ
ングクロツク20MHzで得られた256点のデータ列
を高速フーリエ変換した場合に得られるスペクト
ルの周波数範囲は−10MHz〜10MHzで、その間隔
は80KHzとなる。以後の信号処理で必要な周波数
の範囲はおよそ1.5MHz〜4MHz程度であるので、
周波数軸上で有用なパワースペクトルの個数は30
点程度に限定してもさしつかえない。９０３はｊ
の値が等しいパワースペクトル（P+）jと（P-）jの
各対応する周波数成分に対して除算を行う演算部
（DIV）、９０４は演算部９０３の出力に対して対
数演算を行う演算部（LN）である。演算部９０
４の出力は（36）式のスペクトル比Ｒ（ω）に等
しい。９０５はスペクトル比Ｒ（ω）に対する近
似多項式ｆ（ω）の係数を発生する演算部
（CGN）である。スペクトル比Ｒ（ω）は（36）
式より明らかな様に、原点を通過するωの２次関
数で良く近似出来、近似多項式ｆ（ω）は例えば
次式の様に表わすことができる。
ク図である。図中、バツフアメモリ９０１，９０
２には周波数分析部８で得られた受信信号のパワ
ースペクトルが記憶される。バツフアメモリ
（BUF＋）９０１にはプローブ波パルスとポンプ
波パルスの位相関係Ｃ（第１図ａ参照）で送信さ
れた場合に得られるパワースペクトル（P+）j（１
ｊｉ）が、バツフアメモリ（BUF-）９０２
には位相関係Ｄ（第１図ｂ参照に対応するパワー
スペクトル（P-）jが記憶される（ここで、ｊはデ
ータ窓の深さ位置を示すものとする）。サンプリ
ングクロツク20MHzで得られた256点のデータ列
を高速フーリエ変換した場合に得られるスペクト
ルの周波数範囲は−10MHz〜10MHzで、その間隔
は80KHzとなる。以後の信号処理で必要な周波数
の範囲はおよそ1.5MHz〜4MHz程度であるので、
周波数軸上で有用なパワースペクトルの個数は30
点程度に限定してもさしつかえない。９０３はｊ
の値が等しいパワースペクトル（P+）jと（P-）jの
各対応する周波数成分に対して除算を行う演算部
（DIV）、９０４は演算部９０３の出力に対して対
数演算を行う演算部（LN）である。演算部９０
４の出力は（36）式のスペクトル比Ｒ（ω）に等
しい。９０５はスペクトル比Ｒ（ω）に対する近
似多項式ｆ（ω）の係数を発生する演算部
（CGN）である。スペクトル比Ｒ（ω）は（36）
式より明らかな様に、原点を通過するωの２次関
数で良く近似出来、近似多項式ｆ（ω）は例えば
次式の様に表わすことができる。
ｆ（ω）＝ａ・ω2＋ｂ・ω …（38）
未定係数ａとｂはスペクトル比Ｒ（ω）を用い
て最小２乗法による決定が可能である。９０６は
演算部９０５が出力する係数ａとｂをもとに交差
周波数ωxを求める演算部（FX）である。この場
合、交差周波数ωxは（38）式より−ｂ／ａとな
る。９０７は（32）式に示した交差周波数ωxに
おけるスペクトル比Ｒ（ω）の勾配、すなわちス
ペクトル分離度DSSを求める演算部（SLP）であ
り、スペクトル分離度DSSは既に求めた交差周波
数ωxと係数ａとｂから（38）式を微分すること
により得られる。９０８はデータ記憶部（REG）
であり、以後の演算に必要なデータ、例えば減衰
の周波数依存を表わすｎ、ポンプ波の角周波数
Ω、プローブ波パルスの中心角周波数ωcと分散
σ2 0、あるいはポンプ波の粒子速度振幅U0jの分布
等を記憶している。９０９は以上の様な演算部９
０６，９０７、データ記憶部９０８の出力をもと
に（32）式に基づいて伝搬時間差τjを求める演算
部（TPD）である。９１０は以上の様な演算部
９０６の交差周波数ωxj出力と演算部９０９の伝
搬時間差τj等を記憶するメモリ（MEM）、９１１
はメモリ９１０に記憶されたωxjとτjをもとに
（31）と（37）式に基づき減衰係数ajを求める演
算部（CAT）である。演算部９１１ではｊの小
さい順に減衰係数ajが求められ、既に求められた
ajは次のaj+1を求めるためにメモリ９１０に記憶
される。９１２は(18)式に基づいて伝搬時間差τjの
差△τjを求め、次に（21）式、又は（22）式に基
づいて陪非線形係数βj′を求める演算部（CNL）
である。例えば（21）式を用いる場合には、デー
タ記憶部９０８に記憶されているポンプ波パルス
の粒子速度振幅U0jの分布を利用する。水浸法を
用いた場合等、ポンプ波の振幅の減衰の仕方が一
様でない場合には、データ記憶部９０８の粒子速
度振幅U0jの値を変更しても良い。９１３は水浸
法を用いた場合に被検体１６の表面位置を検出す
るレベル判定器（THR）であり、プローブ波パ
ルスの送信後、周波数分析部８のパワースペクト
ル出力があるレベルを越えた時間に対し、その時
間より以前ではポンプ波パルスは水中を伝搬し、
その時間より以後ではポンプ波パルスは被検体１
６中を伝搬するものとし、レベル判定器９１３は
この時間に対応するデータ窓の位置情報ｋを出力
する。９１４は補正演算部（COR）であり、レ
ベル判定器９１３の出力する位置情報ｋをもとに
U0jの１ｊｋの部分についてはU0jの値を変更
せず、ｊ＞ｋの部分についてはポンプ波の周波数
における音波減衰特性を考慮してデータ記憶部９
０８に記憶されている粒子速度振幅U0jの値を補
正する。この演算部９１２では以上の様に補正さ
れた粒子速度振幅U0jの値を用い陪非線形係数
βj′を求めてもよい。
て最小２乗法による決定が可能である。９０６は
演算部９０５が出力する係数ａとｂをもとに交差
周波数ωxを求める演算部（FX）である。この場
合、交差周波数ωxは（38）式より−ｂ／ａとな
る。９０７は（32）式に示した交差周波数ωxに
おけるスペクトル比Ｒ（ω）の勾配、すなわちス
ペクトル分離度DSSを求める演算部（SLP）であ
り、スペクトル分離度DSSは既に求めた交差周波
数ωxと係数ａとｂから（38）式を微分すること
により得られる。９０８はデータ記憶部（REG）
であり、以後の演算に必要なデータ、例えば減衰
の周波数依存を表わすｎ、ポンプ波の角周波数
Ω、プローブ波パルスの中心角周波数ωcと分散
σ2 0、あるいはポンプ波の粒子速度振幅U0jの分布
等を記憶している。９０９は以上の様な演算部９
０６，９０７、データ記憶部９０８の出力をもと
に（32）式に基づいて伝搬時間差τjを求める演算
部（TPD）である。９１０は以上の様な演算部
９０６の交差周波数ωxj出力と演算部９０９の伝
搬時間差τj等を記憶するメモリ（MEM）、９１１
はメモリ９１０に記憶されたωxjとτjをもとに
（31）と（37）式に基づき減衰係数ajを求める演
算部（CAT）である。演算部９１１ではｊの小
さい順に減衰係数ajが求められ、既に求められた
ajは次のaj+1を求めるためにメモリ９１０に記憶
される。９１２は(18)式に基づいて伝搬時間差τjの
差△τjを求め、次に（21）式、又は（22）式に基
づいて陪非線形係数βj′を求める演算部（CNL）
である。例えば（21）式を用いる場合には、デー
タ記憶部９０８に記憶されているポンプ波パルス
の粒子速度振幅U0jの分布を利用する。水浸法を
用いた場合等、ポンプ波の振幅の減衰の仕方が一
様でない場合には、データ記憶部９０８の粒子速
度振幅U0jの値を変更しても良い。９１３は水浸
法を用いた場合に被検体１６の表面位置を検出す
るレベル判定器（THR）であり、プローブ波パ
ルスの送信後、周波数分析部８のパワースペクト
ル出力があるレベルを越えた時間に対し、その時
間より以前ではポンプ波パルスは水中を伝搬し、
その時間より以後ではポンプ波パルスは被検体１
６中を伝搬するものとし、レベル判定器９１３は
この時間に対応するデータ窓の位置情報ｋを出力
する。９１４は補正演算部（COR）であり、レ
ベル判定器９１３の出力する位置情報ｋをもとに
U0jの１ｊｋの部分についてはU0jの値を変更
せず、ｊ＞ｋの部分についてはポンプ波の周波数
における音波減衰特性を考慮してデータ記憶部９
０８に記憶されている粒子速度振幅U0jの値を補
正する。この演算部９１２では以上の様に補正さ
れた粒子速度振幅U0jの値を用い陪非線形係数
βj′を求めてもよい。
以上の様にして求められた減衰係数ajや陪非線
形係数βj′の分布は温度演算部１０、あるいは走
査変換部１３へ送られる。又は複数の音響走査線
について減衰係数ajや陪非線形係数βj′を求め、
ROIにおけるこれら減衰係数ajの平均値や陪非線
形係数β′jの平均値を求め、これら平均値を温度
演算部１０、あるいは走査変換部１３へ送つても
良い。温度演算部１０では減衰係数や陪非線形係
数の温度依存特性をもとに各ROI毎に温度変化が
計算される。第７図は生体軟組織における減衰係
数と音速の温度依存を示す代表的な例である。図
から明らかな様に、減衰係数ではその温度依存は
比較的大きく、音速では小さい。更に、これらの
温度依存特性は脂肪組織と非脂肪組織ではその傾
向がかなり異なる。又、これらの温度依存は単純
な温度Ｔの一次関数では表現されず、高次多項式
による近似がより望ましいことがわかる。なお、
非線形パラメータＢ／Ａに関してはその温度依存
はかなり小さいと考えられており、従つて、陪非
線形係数β′の温度依存はその分母にある音速の温
度依存に支配されると考えられる。
形係数βj′の分布は温度演算部１０、あるいは走
査変換部１３へ送られる。又は複数の音響走査線
について減衰係数ajや陪非線形係数βj′を求め、
ROIにおけるこれら減衰係数ajの平均値や陪非線
形係数β′jの平均値を求め、これら平均値を温度
演算部１０、あるいは走査変換部１３へ送つても
良い。温度演算部１０では減衰係数や陪非線形係
数の温度依存特性をもとに各ROI毎に温度変化が
計算される。第７図は生体軟組織における減衰係
数と音速の温度依存を示す代表的な例である。図
から明らかな様に、減衰係数ではその温度依存は
比較的大きく、音速では小さい。更に、これらの
温度依存特性は脂肪組織と非脂肪組織ではその傾
向がかなり異なる。又、これらの温度依存は単純
な温度Ｔの一次関数では表現されず、高次多項式
による近似がより望ましいことがわかる。なお、
非線形パラメータＢ／Ａに関してはその温度依存
はかなり小さいと考えられており、従つて、陪非
線形係数β′の温度依存はその分母にある音速の温
度依存に支配されると考えられる。
第８図は温度演算部１０の一例を示す機能ブロ
ツク図である。図中、１００１は各ROIに用意さ
れたメモリ（IDM）であり、初期状態における
音響特性値を記憶する。この場合、初期状態とは
ハイパーサーミア等の応用においては生体を加温
する前の平常体温の状態を意味する。次に、ROI
毎にメモリ１００１に記憶された減衰係数と陪非
線形係数の値でデータ参照部１１を参照する。こ
れら減衰係数や陪非線形係数は組織診断のパラメ
ータとして有効であり、例えば脂肪組織と非脂肪
組織ではこれらの値は大幅に異なる。従つて、デ
ータ参照部１１はこれら減衰係数や陪非線形係数
の参照に対して組織の性状を判定することが可能
であり、メモリ１００１からの参照に対して各
ROIにおける組織音響特性の温度依存特性を指定
することができる。温度特性をγ（Ｔ）とした場
合、γ（Ｔ）は次式を満たす１次、又は高次の多
項式である。
ツク図である。図中、１００１は各ROIに用意さ
れたメモリ（IDM）であり、初期状態における
音響特性値を記憶する。この場合、初期状態とは
ハイパーサーミア等の応用においては生体を加温
する前の平常体温の状態を意味する。次に、ROI
毎にメモリ１００１に記憶された減衰係数と陪非
線形係数の値でデータ参照部１１を参照する。こ
れら減衰係数や陪非線形係数は組織診断のパラメ
ータとして有効であり、例えば脂肪組織と非脂肪
組織ではこれらの値は大幅に異なる。従つて、デ
ータ参照部１１はこれら減衰係数や陪非線形係数
の参照に対して組織の性状を判定することが可能
であり、メモリ１００１からの参照に対して各
ROIにおける組織音響特性の温度依存特性を指定
することができる。温度特性をγ（Ｔ）とした場
合、γ（Ｔ）は次式を満たす１次、又は高次の多
項式である。
ａ（Ｔ）＝a0・γ（Ｔ） …（39）
但し、
a0；初期状態における音響特性。
ａ（Ｔ）；初期状態よりＴ℃変化した場合におけ
る音響特性。
る音響特性。
γ（Ｔ）の指定の仕方としては多項式の各次数
の係数値のみで十分であり、データ参照部１１に
係数の形で記憶されている。各ROI毎に参照され
た温度特性γ（Ｔ）の係数値はメモリ（TCM）１
００２に記憶される。この場合、温度特性γ（Ｔ）
は減衰係数にのみ指定されるものとする。演算部
（TD）１００３ではメモリ１００２に記憶され
た係数値とメモリ１００１に記憶された初期状態
における減衰係数をもとに適当な温度範囲、例え
ば35℃〜50℃について適当な温度ピツチ、例えば
１℃、で各温度における減衰係数をROI毎に計算
し、メモリ（RDM）１００４に記憶する。次
に、加温後の減衰係数をメモリ（CDM）１００
５に記憶する。メモリ１００５に記憶されたデー
タは、メモリ１００４に記憶されたデータのいず
れに相当するか、すなわち、何度の変化に相当す
るかが演算部（CMP）１００６において比較さ
れる。この演算部１００６による比較は各ROI毎
に行われ、温度変化の値はメモリ（TOR）１０
０７に記憶される。以上の様にして求められた温
度変化Ｔの値は走査変換部１３へ送られ、２次元
の温度分布像を得ることが可能となる。
の係数値のみで十分であり、データ参照部１１に
係数の形で記憶されている。各ROI毎に参照され
た温度特性γ（Ｔ）の係数値はメモリ（TCM）１
００２に記憶される。この場合、温度特性γ（Ｔ）
は減衰係数にのみ指定されるものとする。演算部
（TD）１００３ではメモリ１００２に記憶され
た係数値とメモリ１００１に記憶された初期状態
における減衰係数をもとに適当な温度範囲、例え
ば35℃〜50℃について適当な温度ピツチ、例えば
１℃、で各温度における減衰係数をROI毎に計算
し、メモリ（RDM）１００４に記憶する。次
に、加温後の減衰係数をメモリ（CDM）１００
５に記憶する。メモリ１００５に記憶されたデー
タは、メモリ１００４に記憶されたデータのいず
れに相当するか、すなわち、何度の変化に相当す
るかが演算部（CMP）１００６において比較さ
れる。この演算部１００６による比較は各ROI毎
に行われ、温度変化の値はメモリ（TOR）１０
０７に記憶される。以上の様にして求められた温
度変化Ｔの値は走査変換部１３へ送られ、２次元
の温度分布像を得ることが可能となる。
なお、以上の発明では全てのROIについて温度
変化を演算し、画像として表示する例について説
明したが、温度変化は特定のROIだけについて演
算するだけでも良く、又、演算結果を数値として
表示しても良い。又、信号処理の途中で得られる
減衰係数の分布、陪非線形係数の分布等の音響特
性値を画像として表示するだけでも組織診断上の
意義は高い。又、超音波減衰の周波数依存特性ｎ
の値を含め、得られた音響特性値を数値として表
示しても良い。又、交差周波数とスペクトル分離
度の伝搬深さ方向依存そのものも伝搬媒質の音響
特性を示す値であるので表示しても良い。なお、
均質で温度依存特性が既知である被検体の場合温
度演算に関しては予め既知の温度依存特性を用意
しておき全てのROIにその特性を適用しても精度
の高い測温は可能である。
変化を演算し、画像として表示する例について説
明したが、温度変化は特定のROIだけについて演
算するだけでも良く、又、演算結果を数値として
表示しても良い。又、信号処理の途中で得られる
減衰係数の分布、陪非線形係数の分布等の音響特
性値を画像として表示するだけでも組織診断上の
意義は高い。又、超音波減衰の周波数依存特性ｎ
の値を含め、得られた音響特性値を数値として表
示しても良い。又、交差周波数とスペクトル分離
度の伝搬深さ方向依存そのものも伝搬媒質の音響
特性を示す値であるので表示しても良い。なお、
均質で温度依存特性が既知である被検体の場合温
度演算に関しては予め既知の温度依存特性を用意
しておき全てのROIにその特性を適用しても精度
の高い測温は可能である。
発明の効果
以上述べたように本発明によれば、ポンプ波パ
ルス粒子加速度の正及び負のピーク部分にプロー
ブ波パルスの重心を重畳することにより、両パル
スが加算されることによつて生じる粒子速度のピ
ークはポンプ波パルス自身の粒子速度と同程度と
することが出来、プローブ波パルスに異常な歪を
与える心配が無く、生体への安全性も高い。ま
た、超音波減衰特性と陪非線形係数を同時に得る
ことが可能であり、これら２つの音響特性値をも
とにより精度の高い組織診断、あるいは測温が可
能になる。
ルス粒子加速度の正及び負のピーク部分にプロー
ブ波パルスの重心を重畳することにより、両パル
スが加算されることによつて生じる粒子速度のピ
ークはポンプ波パルス自身の粒子速度と同程度と
することが出来、プローブ波パルスに異常な歪を
与える心配が無く、生体への安全性も高い。ま
た、超音波減衰特性と陪非線形係数を同時に得る
ことが可能であり、これら２つの音響特性値をも
とにより精度の高い組織診断、あるいは測温が可
能になる。
第１図ａ，ｂは本発明の一実施例における音響
特性測定方法の原理説明用で、ポンプ波パルスと
プローブ波パルスの重畳された状態を示す図、第
２図は本発明の一実施例における超音波測温装置
の機能ブロツク図、第３図は本発明の超音波測温
装置に用いる超音波変換部の一例を示す構成図、
第４図は本発明の一実施例において得られた受信
信号のスペクトル比を示す図、第５図は関心領域
の境界線の例を示す図、第６図は本発明の超音波
測温装置に用いる信号処理部の一例の詳細を示す
機能ブロツク図、第７図ａ，ｂは生体軟組織にお
ける音響特性である減衰係数と音速の温度依存の
例を示す図、第８図は本発明の超音波測温装置に
用いる温度演算部の一例の詳細を示す機能ブロツ
ク図、第９図ａ，ｂは従来の音響特性測定方法に
おけるポンプ波パルスとプローブ波パルスの重畳
された状態を示す図である。 １…超音波変換部、２，３…パルス駆動器、８
…周波数分析部、９…信号処理部、１０…温度演
算部、１１…データ参照部、１３…走査変換部、
１４…表示部、１０１…ポンプ波用振動子、１０
２…プローブ波用振動子。
特性測定方法の原理説明用で、ポンプ波パルスと
プローブ波パルスの重畳された状態を示す図、第
２図は本発明の一実施例における超音波測温装置
の機能ブロツク図、第３図は本発明の超音波測温
装置に用いる超音波変換部の一例を示す構成図、
第４図は本発明の一実施例において得られた受信
信号のスペクトル比を示す図、第５図は関心領域
の境界線の例を示す図、第６図は本発明の超音波
測温装置に用いる信号処理部の一例の詳細を示す
機能ブロツク図、第７図ａ，ｂは生体軟組織にお
ける音響特性である減衰係数と音速の温度依存の
例を示す図、第８図は本発明の超音波測温装置に
用いる温度演算部の一例の詳細を示す機能ブロツ
ク図、第９図ａ，ｂは従来の音響特性測定方法に
おけるポンプ波パルスとプローブ波パルスの重畳
された状態を示す図である。 １…超音波変換部、２，３…パルス駆動器、８
…周波数分析部、９…信号処理部、１０…温度演
算部、１１…データ参照部、１３…走査変換部、
１４…表示部、１０１…ポンプ波用振動子、１０
２…プローブ波用振動子。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 超音波パルスであるプローブ波パルスとこの
プローブ波パルスより周波数の低いポンプ波パル
スを送出する超音波変換器と、前記プローブ波パ
ルスとポンプ波パルスの送出位相関係を制御し、
プローブ波パルスをポンプ波パルスの粒子加速度
が正及び負のピーク位置に重畳させるタイミング
制御部と、前記ポンプ波パルスの粒子加速度が正
のピーク位置にプローブ波パルスを重畳させたパ
ルスと、前記ポンプ波パルスの粒子加速度が負の
ピーク位置にプローブ波パルスを重畳させたパル
スとの同一領域からの受信信号のスペクトルを求
める周波数分析部と、前記周波数分析部の出力に
基づいてスペクトル比と交差周波数とスペクトル
分離度を演算する信号処理部とを具備することを
特徴とする音響特性測定装置。 ２ 信号処理部が交差周波数とスペクトル分離度
から陪非線形係数、音響減衰係数の少なくとも一
方を演算することを特徴とする請求項１記載の音
響特性測定装置。 ３ 被検体の加温前後における音響特性測定に基
づき温度変化を測定する温度演算部を有すること
を特徴とする請求項１記載の測温装置。 ４ 被検体の音響特性の温度依存情報を予め格納
したデータ参照部を有し、温度演算部が前記デー
タ参照部に対し音響特性値を参照し、加温前後に
おける被検体の温度上昇度を測定することを特徴
とする請求項３記載の測温装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63128214A JPH01299537A (ja) | 1988-05-27 | 1988-05-27 | 音響特性測定装置及び測温装置 |
| US07/265,519 US4936308A (en) | 1988-05-27 | 1988-11-01 | Method and apparatus for measuring acoustic characteristics and temperature |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63128214A JPH01299537A (ja) | 1988-05-27 | 1988-05-27 | 音響特性測定装置及び測温装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01299537A JPH01299537A (ja) | 1989-12-04 |
| JPH0428375B2 true JPH0428375B2 (ja) | 1992-05-14 |
Family
ID=14979315
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63128214A Granted JPH01299537A (ja) | 1988-05-27 | 1988-05-27 | 音響特性測定装置及び測温装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4936308A (ja) |
| JP (1) | JPH01299537A (ja) |
Families Citing this family (52)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3829999A1 (de) * | 1988-09-01 | 1990-03-15 | Schering Ag | Ultraschallverfahren und schaltungen zu deren durchfuehrung |
| JPH03258251A (ja) * | 1990-03-09 | 1991-11-18 | Gijutsu Kenkyu Kumiai Iryo Fukushi Kiki Kenkyusho | 温度分布測定装置 |
| WO1995029737A1 (en) * | 1994-05-03 | 1995-11-09 | Board Of Regents, The University Of Texas System | Apparatus and method for noninvasive doppler ultrasound-guided real-time control of tissue damage in thermal therapy |
| DE4439080B4 (de) * | 1994-11-02 | 2004-06-03 | Ganshorn Medizin Electronic Gmbh | Ganzkörper-Plethysmograph |
| DE19502873C2 (de) * | 1995-01-30 | 1998-10-08 | Deuta Mestechnik Gmbh Berlin | Verfahren und Vorrichtung zur berührungslosen Ermittlung der Bewegungsgrößen von Fahrzeugen |
| JP3652791B2 (ja) * | 1996-06-24 | 2005-05-25 | 独立行政法人科学技術振興機構 | 超音波診断装置 |
| FR2778574B1 (fr) * | 1998-05-13 | 2000-12-08 | Technomed Medical Systems | Procede de mesure de l'effet d'un traitement sur un tissu |
| US6045504A (en) * | 1998-06-09 | 2000-04-04 | Muzilla; David John | Method and apparatus for polynomial approximation of nonlinear operations in medical ultrasound imaging |
| US6352507B1 (en) * | 1999-08-23 | 2002-03-05 | G.E. Vingmed Ultrasound As | Method and apparatus for providing real-time calculation and display of tissue deformation in ultrasound imaging |
| JP4505093B2 (ja) * | 1999-12-28 | 2010-07-14 | 株式会社 タウザー研究所 | 血圧測定装置 |
| KR100439656B1 (ko) * | 2002-01-04 | 2004-07-12 | (주)휴먼정보통신 | 초음파를 이용한 비접촉식 온도분포 계측장치 |
| US20040105485A1 (en) * | 2002-07-29 | 2004-06-03 | Unaxis Usa, Inc. | Temperature compensation for acousto-optc devices |
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| US20050277835A1 (en) * | 2003-05-30 | 2005-12-15 | Angelsen Bjorn A | Ultrasound imaging by nonlinear low frequency manipulation of high frequency scattering and propagation properties |
| US7156551B2 (en) * | 2003-06-23 | 2007-01-02 | Siemens Medical Solutions Usa, Inc. | Ultrasound transducer fault measurement method and system |
| CN100401975C (zh) * | 2004-06-04 | 2008-07-16 | 北京源德生物医学工程有限公司 | 超声反演法测量人或动物体内的温度 |
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| AU2012203891B2 (en) * | 2005-03-29 | 2015-05-07 | Martin Roche | Body parameter detecting sensor and method for detecting body parameters |
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| CA2616304A1 (en) * | 2005-07-22 | 2007-02-01 | Tomotherapy Incorporated | System and method of delivering radiation therapy to a moving region of interest |
| CA2616316A1 (en) | 2005-07-22 | 2007-02-01 | Tomotherapy Incorporated | Method and system for adapting a radiation therapy treatment plan based on a biological model |
| KR20080039920A (ko) | 2005-07-22 | 2008-05-07 | 토모테라피 인코포레이티드 | 방사선 치료 시스템에 의해 부여되는 선량을 평가하는시스템 및 방법 |
| EP1907056A2 (en) * | 2005-07-22 | 2008-04-09 | Tomotherapy, Inc. | System and method of remotely analyzing operation of a radiation therapy system |
| WO2007014091A2 (en) | 2005-07-22 | 2007-02-01 | Tomotherapy Incorporated | System and method of generating contour structures using a dose volume histogram |
| EP1906826A4 (en) | 2005-07-22 | 2009-10-21 | Tomotherapy Inc | SYSTEM AND METHOD FOR DETECTING A RESPIRATORY CYCLE IN A PATIENT RECEIVING RADIOTHERAPY TREATMENT |
| CA2616301A1 (en) | 2005-07-22 | 2007-02-01 | Tomotherapy Incorporated | Method and system for evaluating delivered dose |
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