JPS59181139A - Ultrasonic diagnostic apparatus - 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。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、検体に超音波を送信し、検体がらの反射波を
受信して、この反則波に基づいて検体内部の状態を調べ
る超音波診断装置に関し、特に反射波によって検体内部
の不連続部分の位置のみではなく、夫々の音響インピー
ダンスの状態を知り得る超音波診断装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an ultrasonic diagnostic apparatus that transmits ultrasonic waves to a specimen, receives reflected waves from the specimen, and examines the internal state of the specimen based on the reflected waves. The present invention relates to an ultrasonic diagnostic apparatus that can determine not only the position of discontinuous portions inside a specimen but also the state of acoustic impedance of each.

′近年例えば医療分野において人体内部の断層像を得る
ために超音波診断装置が広く利用されている。超音波診
断装置では、超音波を人体内に送信し、人体内部の組織
の不連続面からの反射波を受信して、この受信波を基に
して人体等の検体の組織の断層像を得ているものである
。'In recent years, ultrasonic diagnostic devices have been widely used in the medical field, for example, to obtain tomographic images of the inside of the human body. Ultrasonic diagnostic equipment transmits ultrasonic waves into the human body, receives reflected waves from discontinuous surfaces of tissues inside the human body, and uses these received waves to obtain tomographic images of the tissues of specimens such as the human body. It is something that

この超音波を探査波とした診断装置は、他のＸ線等を利
用した診断装置に比べて危険性が少ないため広く用いら
れている。Diagnostic devices that use ultrasound as probe waves are widely used because they are less dangerous than other diagnostic devices that use X-rays or the like.

従来において一般的に用いられている超音波診断装置は
、第１図に示すように、ＰＺＴ等の圧電素子からなるト
ランスデユーサ４を検体に接触させ、これからＩＭＦ−
ＩＺ乃至１０ＭＦＩＺ程度の超行波を送信する。As shown in FIG. 1, conventional ultrasonic diagnostic equipment that has been commonly used brings a transducer 4 made of a piezoelectric element such as PZT into contact with a specimen, and then transmits an IMF-
Transmits superordinate waves of about IZ to 10MFIZ.

検体内部では、異なる組織１．２の境界而３で超行波の
一部は反射される。１ＪＩＪも２つの異なる組織１，２
は、異なる音響インピーダンスを有するなめ、この？ｆ
響インピーダンスの不連続面で反射波が生じるのである
。この反射波を、送信に用いたトランスデユーサ４又は
他のトランスデユーサで受信して、この受信信号を基に
して検体内部の組織の境界面に関する情報を得ることが
できる。Inside the specimen, a portion of the superordinate waves is reflected at the boundaries between different tissues 1 and 2. 1JIJ is also two different organizations 1, 2
Does this mean that it has a different acoustic impedance? f
Reflected waves occur at discontinuities in acoustic impedance. This reflected wave is received by the transducer 4 used for transmission or another transducer, and information regarding the tissue interface inside the specimen can be obtained based on this received signal.

しかし、このような従来の超音波診断装置にあっては、
音響インピーダンスの不連続面の有無は検知できるが、
不連続面を形成する組織の音響インピーダンスの相対的
な大小は検知すること（寸できなかった。この音響イン
ピーダンスの大小に関する情報を得ることができれば、
組お）１シの分布状態をより良く把握でき、診断の際極
めて有用である。However, with such conventional ultrasound diagnostic equipment,
Although the presence or absence of acoustic impedance discontinuities can be detected,
It would be possible to detect the relative magnitude of the acoustic impedance of the tissue that forms the discontinuous surface.
It is possible to better understand the distribution state of group O)1, which is extremely useful in diagnosis.

本発明は、上記の要望に鑑みなされたものでアッテ、検
体内部の音響インピーダンスノ大小を検知できるノイイ
音波診断装置を提供することｋ［」的とする。The present invention has been made in view of the above-mentioned needs, and it is an object of the present invention to provide a noise wave diagnostic device capable of detecting the magnitude of acoustic impedance inside a specimen.

そしてこの目的は、検体内Ｋ　、Ｉ’（（音波を送信し
、この検体内からの反射波を受信し、検体内部の状態を
示す電気信号を得る超音波診断装置において、周波数の
異なる送信信号に基づいて２種類の超音波を送信する手
段と、検体内の音響インピーダンス不連続面からの反射
波を受信し受信信号全出力する手段と、この受信信号に
、夫々の送信信号、及びこれらの送信信号の位相を７Ｖ
２変化させた信号からなる４種の参照信号を乗する４つ
の乗算器と、この乗算器の出力信号のうち低周波信号の
みを通過させる低域？ＪＭ波器と、この低周波信号から
発信波の上記不連続面での位相変化を検出する手段とを
有する超音波診断装置によって達成される。The purpose of this is to transmit signals with different frequencies in an ultrasonic diagnostic apparatus that transmits sound waves, receives reflected waves from within the specimen, and obtains electrical signals indicating the state inside the specimen. means for transmitting two types of ultrasonic waves based on the above, a means for receiving reflected waves from an acoustic impedance discontinuity surface within the specimen and outputting the entire received signal; Set the phase of the transmission signal to 7V
4 multipliers that multiply 4 types of reference signals consisting of 2 changed signals, and a low frequency signal that passes only the low frequency signal among the output signals of these multipliers? This is achieved by an ultrasonic diagnostic apparatus having a JM wave device and means for detecting a phase change on the discontinuous plane of the emitted wave from this low frequency signal.

以下本発明に係る超音波診断装置を実施例に基づき詳細
に説明する。The ultrasonic diagnostic apparatus according to the present invention will be described in detail below based on embodiments.

本発明の実施例に係る超音波診断装置ａは、周波数の異
なる２種の超音波を送信する手段上して発振器９分周器
、加算器、送信増幅器９発受信兼用のトランスデユーサ
を有し、また検体の不Ｉ・Ｖ純血からの反射波を受信し
受信信号を出方する手段として、上記トランスデュ・−
サと受信増１’ｉｉｉ器とを有している。またこの超音
波診断装置１′１は、４種の参照信号のうち送信信号の
位相をπ／２変化された２種の参照信号を発生する２個
の位相変化器と、上記２種の参照信号及び、上記発振器
と分局器からの信号を他の２種の参照信号を受信信号に
夫々乗じる４個の乗算器と、夫々の＃ｎ器に接続された
同じく４個の低域濾波器と、この低域濾波器から出力さ
れる４種の信％ｊに、Ｊ７１づき不連続面での反射波の
位相変化を検出する手段としての位相判定器とを有する
。The ultrasonic diagnostic apparatus a according to the embodiment of the present invention includes an oscillator, a frequency divider with nine oscillators, an adder, and a transducer that serves as a receiver and transmitter for nine transmitting amplifiers as a means for transmitting two types of ultrasonic waves having different frequencies. In addition, the above-mentioned transducer is used as a means for receiving the reflected wave from the non-I/V pure blood sample and outputting the received signal.
The receiver has a receiver amplifier 1'iii. Furthermore, this ultrasonic diagnostic apparatus 1'1 includes two phase changers that generate two types of reference signals in which the phase of the transmitted signal is changed by π/2 among the four types of reference signals, and 4 multipliers for multiplying the received signal by the signals from the oscillator and the splitter, respectively, by the other two types of reference signals, and the same 4 low-pass filters connected to each #n unit. , the four types of signals outputted from this low-pass filter are provided with a phase determiner as a means for detecting the phase change of the reflected wave on the discontinuous surface of J71.

′；ｉＩ￥２図において、５け発＆：器で、Ｉ　Ｍｌ（
ｚ乃至１（１、Ｍｉ（Ｚ程度の周波数のうち−の周波数
の電気伯汗と出力する。６は分周器で発振！ａ５に接続
さオ］て、発振器５からの信号を受けて、該周波数のイ
の周波数のＴ１７、気信号を発振するものであろっ７は
加算器；で一］二記発振器５及び分周器らに接続さノ］
て、これらが出力した信号を加え合わせるもので））る
。８は送信増幅器で加Ｗ器７に接続されて、これからの
信号を増幅する。４はトランスデユーサであって速信丹
半増幅器８が出力する電気信号を機械的振動に変換して
、超音波として検体内に送信する。またこのトランスデ
ユーサ４は送受信兼用のものであり、被検体内からの反
射波を受信して電気信号に変換する役割も果たす。トラ
ンスデユーサ４には、例えばＰＺＴ等の圧電素子が用い
られる。９は受信増Ｉｌ’ｆ：１器でトランスデユーサ
４が発ｌトシた受信電気信号を増幅する。１０は乗算器
で受信増１隔器９に接続されており、受信増幅器９から
の電気信号に後述する４種の参照信号を夫々別々に掛は
合わせるものであり、夫々の参照信号に対応して４細膜
けられ、夫々が発振器５、分周器６、及び後述する２個
の位相変化器１１に接続されている。′;iI￥2 In the figure, 5 shots &: vessel, I Ml(
z to 1 (1, Mi (outputs an electric wave with a frequency of - out of frequencies around Z. 6 oscillates with a frequency divider! Connected to a5), receives the signal from the oscillator 5, The frequency T17 of the above frequency is used to oscillate a signal. 7 is an adder; connected to the oscillator 5 and the frequency divider etc.
and the signals output by these are added together)). A transmission amplifier 8 is connected to the W adder 7 and amplifies the signal to be received. 4 is a transducer which converts the electric signal outputted by the transducer amplifier 8 into mechanical vibration and transmits it into the specimen as an ultrasonic wave. The transducer 4 is also used for both transmission and reception, and also serves to receive reflected waves from within the subject and convert them into electrical signals. For the transducer 4, a piezoelectric element such as PZT is used, for example. 9 is a reception amplifier Il'f: 1 which amplifies the received electrical signal emitted by the transducer 4; A multiplier 10 is connected to the receiver amplifier 1 divider 9, and is used to multiply the electric signal from the receiver amplifier 9 by four types of reference signals, which will be described later, separately, and the multiplier 10 corresponds to each reference signal. There are four thin films, each connected to an oscillator 5, a frequency divider 6, and two phase changers 11, which will be described later.

４種の参、開信号のうち第１．第２の参照信号には、前
記発振器５と分周器６とからの信号が用いられる。１１
は位相変化器で、発振器５と、分周器６とから発せられ
た電気信号の位相を夫々π７’２（９０°）だけ進め、
第３．第４の参照波を発生するもので、発４に器５又は
分周器６に夫々接続されている。１２け低域７磨波器で
あり、」二記乗算器１０の発生する電気信どのうち、低
周波帯域のみを通過させるものであって、各乗算器用に
対応して４個設けられている。１３け位相判定器で、低
域ｌ虐波器１２からの４　ａが汀号に基づいて反射波の
位相変化を判定するものである。The first of the four types of open signals. Signals from the oscillator 5 and frequency divider 6 are used as the second reference signal. 11
are phase changers that advance the phases of the electrical signals emitted from the oscillator 5 and the frequency divider 6 by π7'2 (90°), respectively.
Third. It generates a fourth reference wave, and is connected to the generator 4 and the frequency divider 5 or frequency divider 6, respectively. This is a 12-digit low-frequency 7-wave scrubber, which passes only the low frequency band of the electric signals generated by the multiplier 10, and there are 4 of them, one for each multiplier. . Of the 13 phase determiners, 4a from the low frequency wave detector 12 determines the phase change of the reflected wave based on the wave signal.

次に本発明Ｏで係る超音波診断装置の作動について説明
する。Next, the operation of the ultrasonic diagnostic apparatus according to the present invention O will be explained.

第１図に示すように、従来のＩ￥ｉ音波診断装置と同様
にトランスデユーサ４を検体表面に密着させた状態で、
検体に対してトランスデユーサ４から超音波を送信する
。As shown in FIG. 1, with the transducer 4 in close contact with the specimen surface, as in the conventional I\i sonic diagnostic device,
Ultrasonic waves are transmitted from the transducer 4 to the specimen.

検体は組織１と組織２とからなり、夫々の音響インピー
ダンスｆＩ：ｚ１．ｚ２とする。この音響インピーダン
スの差違によって、組織１と組織２との境界向３で超音
波は反射され反射波が生じる。The specimen consists of tissue 1 and tissue 2, each with acoustic impedance fI:z1. Let it be z2. Due to this difference in acoustic impedance, the ultrasonic wave is reflected at the boundary direction 3 between the tissues 1 and 2, and a reflected wave is generated.

ここＣ１夫々の音響インピーダンス、Ｚｌ　＋　Ｚ２の
値がｚ、　＜　Ｚ２の関係であれば、入射波と反射波と
の位相は、同位相の関係にあり位相変化８まない。コレ
トハ逆Ｋｚ１〉ｚ２ノ関係でＪ　ｔ’Ｌば、入１１・１
波と反射波は、逆位相、■ｌＩＪち、π（１８００）の
イ３７相差を有することになる。If the value of the acoustic impedance of each C1, Zl + Z2, is in the relationship z<Z2, the phases of the incident wave and the reflected wave are in the same phase, and there is no phase change. Koretoha reverse Kz1〉z2ノ relationship, J t'L, entering 11.1
The wave and the reflected wave have opposite phases and a phase difference of π (1800).

従って、この反射波の位相変化を検出すＪしば組織１と
組織２の音響インピーダンスｚ、　＋　Ｚ２の大小が判
定できる。Therefore, it is possible to determine the magnitude of the acoustic impedance z, +Z2 of the tissue 1 and the tissue 2 that detect the phase change of this reflected wave.

先ず、発郷器５から角周波数２０）の信号、貝１１ち、
Ａ弼２ωｔの信号が発せられる。また分１刈器６からは
、角周波数ωの信号、即ちＡ　ＣｒＩｓ　６）ｔの信号
が発せられ、加算器７でこれらの信号はＩＪｌｌ　大−
合わされ、°送信増幅器８で増幅され、Ｂ　ｃ、ｎｓ　
２ωｔ＋Ｂｃｏｓωｔの信号となる。この信号がトラン
スデユーづ４に送られこの信号に対応した超音波７５；
検体内に送信される。超音波は検体内を進み、境界面３
で反射される。反射波は、被検体内を逆行し、トランス
デユーサ４に受信され、再び電気信号に変換さ」］１、
受信増幅器９で増幅さオｔて、Ｃ亦（２ωｔ＋α）　’
＋　０ｃｏｓ　（ωｔ＋β）の信号となる。ここで、α
、βは、位相の変化で角周波数Ｇ＋の４Ｙ（ｊｔ波の波
長をλとして、検体表面に密着されたトランスデユー４
）４の表面と、境界面３とのｈ１ゼ離を１、とすると、 ４１　　　　　　　２ｔ α＝２πＴ＋γｅ　β＝２πＴ＋γ となる。ここに２π孝及び、２π丁　で表わされｔ ろ頂け、超音波が発信されてから受信されるまでの１（
（４打型ｎｔ２Ｌによって発生する位相変化で、γは、
境界向３で反射したときに発生する位相変化−Ｃある。First, a signal with an angular frequency of 20) is sent from the generator 5, and a shell 11,
A signal of A2ωt is emitted. Furthermore, a signal with an angular frequency ω, that is, a signal with an angular frequency ω, is emitted from the divider 6, and an adder 7 converts these signals into
and amplified by ° transmission amplifier 8, B c,ns
The signal becomes 2ωt+Bcosωt. This signal is sent to the transducer 4 and an ultrasonic wave 75 corresponding to this signal;
Transmitted within the specimen. The ultrasound waves travel through the specimen and reach the interface 3.
reflected. The reflected wave travels backwards within the subject, is received by the transducer 4, and is converted back into an electrical signal.''1.
After being amplified by the receiving amplifier 9, C + (2ωt+α)'
+0cos (ωt+β) signal. Here, α
, β is the change in phase of 4Y of angular frequency G+ (with the wavelength of the jt wave being λ), the transducer 4 in close contact with the specimen surface
) 4 and the interface 3 is 1, then 41 2t α=2πT+γe β=2πT+γ. Here, 2π and 2π are expressed as 1 (1) from when the ultrasonic wave is emitted until it is received.
(With the phase change caused by the 4-stroke nt2L, γ is
There is a phase change -C that occurs when reflected in the boundary direction 3.

Ｔの値は、ｚＩ＞　Ｚ２のときπで、Ｚｌ　＜　Ｚ２の
とき０となる。The value of T is π when zI>Z2, and 0 when Zl<Z2.

次に乗勢器１０で４種の参照信号と掛は合わされる。こ
こで第１の参照信号は、発振器５で発せられる信号で、
ＡＣＱＳ２ωｔで表わされ、第２の参照信粥は分周器６
で発せられる信号で、Ａｃｏｓωｔで表わされる。第３
．第４の信号は、上記信号を位相変化器１１に入力した
信号で、夫々Ａ（９）（２ω’　　４−７Ｖ２　　）＝
　　　Ａｓ１ｎ　２ωｔ　　、　　Ａｃｏｓ（ωを十π
／２）＝−４；石ωｔで表わされる。Next, the multiplier 10 combines the four types of reference signals and multipliers. Here, the first reference signal is a signal emitted by the oscillator 5,
The second reference signal is represented by ACQS2ωt, and the second reference signal is passed through the frequency divider 6.
It is a signal emitted by Acos ωt. Third
．． The fourth signal is a signal obtained by inputting the above signal to the phase changer 11, and A(9)(2ω' 4-7V2 )=
As1n 2ωt, Acos (ω is 1π
/2)=-4; Represented by stone ωt.

例、ｔ−ば、受信信号と第一の参照信号との積は、（Ｃ
＋ｙｙ、　（２ωｔ＋α）　＋　Ｃｒｒｓ（ωｔ＋β）
　）　Ｘ　ＡＣＱＳ　２ωｔ＝Ｌ・　ＡＣ（ｍα十ｃｍ
（２ωｔ＋α）＋ｃｗ（ωｔモβ）　４−　弼（３０＞
　ｔ→−β））と表わされる。For example, if t, the product of the received signal and the first reference signal is (C
+yy, (2ωt+α) + Crrs(ωt+β)
)
(2ωt+α)+cw(ωtmoβ) 4- ＼(30>
t→−β)).

次にこの信号が低域ｌＩ〆波器１２を通ｉ＆Ｍすると、
’　Ａ（３＋ｎｓα以外の項は、いずれも高周波数成分
であるから通過せず、−！−Ａ　Ｃｃｎｓαの値だけが
出力される。同様に、受信信号と第２．第３．第４の参
照信号との積を夫々の乗算器１０で演算して低きる。こ
の４つの出力値が、位相判定器１３に入力され、例えば
’ＡＣｓｆｎα／土ＡＯ羞α−確αの飴に基２ づいてαが得られ、同様にしてβの値が得られる。Next, when this signal passes through the low-frequency lI filter 12 and M,
' All terms other than A(3+nsα are high frequency components, so they are not passed through, and only the value of -!-A Ccnsα is output.Similarly, the received signal and the second, third, and fourth reference The product with the signal is computed by each multiplier 10 to obtain a low value.These four output values are input to the phase determiner 13, and are calculated based on the candy of 'ACsfnα/earth AO shame α−certain α. α is obtained, and similarly the value of β is obtained.

前述のように、αとβは、 α＝２π芋＋γ・β＝２π子＋γ であるから、−２β−αを演算することによって、２β
−α二２（２π丁十γ）−（２π芋十γン：γｔ γの値が出力される。前述の如く、γの値がＯであれば
、音響インピーダンス２よの値は２．より大きく、また
、γの値がπであれば、Ｚ２は２．より小さいことが判
定できる。As mentioned above, α and β are α = 2π potato + γ・β = 2π child + γ, so by calculating -2β - α, 2β
-α22(2πd10γ)−(2πimo10γn:γt The value of γ is output. As mentioned above, if the value of γ is O, the value of acoustic impedance 2 is 2. If the value of γ is large and the value of γ is π, it can be determined that Z2 is smaller than 2.

この情報を、従来からの断層像に重ねて、表示すること
によって、被検体内のｒｆ響インピーダンスの分布状態
が明らかになる。By superimposing this information on a conventional tomographic image and displaying it, the state of distribution of rf acoustic impedance within the subject becomes clear.

なお、本実施例［おいては、トランスデユーサ４は、送
受信兼用のものとしたが、これは、送信受信別個のトラ
ンスデユーサとしてもよい。In this embodiment, the transducer 4 is used for both transmission and reception, but it may be a separate transducer for transmission and reception.

まｆｃ　２１Ｍｔの、＋４１Ｊ音波の周波数の比は、１
対２としたが、他の倍率例えばｌ対にとして、位相判定
器内での２β−αの演算を、ｋβ−α／（ｋ−１）とし
てγを求めても、Ｌい。−）、た本実１宛例においては
、２種の超音波を同時に検体内に送信したが、必ずしも
同１１２ｊでなくとも別個に送信し後の処理を行なうこ
ともできる。The frequency ratio of the +41J sound wave of fc 21Mt is 1
Although the number of pairs is set to 2, even if another magnification is set, for example, 1 pair, the calculation of 2β-α in the phase determiner and the calculation of γ as kβ-α/(k-1) will result in a large amount of L. -), In the example addressed to Tamotoji 1, two types of ultrasound waves were transmitted into the specimen at the same time, but they do not necessarily have to be transmitted at the same time 112j, but they may be transmitted separately for subsequent processing.

本発明は超音波診断装置において検体内部のｌ−ｆ響イ
ンピーダンスの不連届１而での反射波の位相変化の判定
を行ない、音響・インピーダンスの大小に対応する信号
を発生するようにしたから、トｉ・体内部の組織の分布
をこれまで以上に把握することができ、７Ｆｋ断におい
て極めて有用であるという効果を奏するものである。The present invention uses an ultrasonic diagnostic apparatus to determine the phase change of the reflected wave in the discontinuity of the l-f acoustic impedance inside the specimen, and generates a signal corresponding to the magnitude of the acoustic impedance. It is possible to understand the distribution of tissues inside the body more than ever before, and it is extremely useful in 7Fk cutting.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第１図は検体内部の組織？示す説明図、ｔ＊　２図は本
発明の実施例に係る超音波診断装置を示すブロック図で
ある。 ４・・・トランスデユーサ　　５・・・発振器６・・・
分、ＶＲ器　　　　　　　７・・・加算器１０・・・乗
舒器　　　　　　　１２・・・低域濾波器１３・・・位
相判定器What is the structure inside the specimen in Figure 1? The explanatory diagram shown in FIG. t*2 is a block diagram showing an ultrasonic diagnostic apparatus according to an embodiment of the present invention. 4... Transducer 5... Oscillator 6...
VR unit 7...Adder 10...Multiplier 12...Low pass filter 13...Phase determiner

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 検体内に超音波を送信し、この検体内からの反射波を受
信し、検体内部の状態を示す電気信号を得る超音波診断
装置において、周波数の異なる発信信号に基づいて２種
類の超音波を送信する手段と、検体内の音響インピーダ
ンス不連続面からの反射波を受信し受信信号を出方する
手段と、この受信信号に、夫々の送信信号、及びこｉｌ
らの送信信号の位相をπ／２変化させた信づからなる４
種の参照信号を粱する４つの乗算器と、この乗算器の出
力信号のうち低周波信号のみを通過させる低域濾波器と
、この低周波信号から発信波のに記不連続面での位相変
化を検出する手段とを有することを特徴とする超音波討
断装ｊ；７．ｔ０Ultrasonic diagnostic equipment transmits ultrasound waves into a specimen, receives reflected waves from within the specimen, and obtains electrical signals indicating the state inside the specimen. a means for transmitting, a means for receiving a reflected wave from an acoustic impedance discontinuity surface within the specimen and outputting a received signal;
4, which consists of a signal that changes the phase of the transmitted signal by π/2.
Four multipliers that filter the reference signals of the seeds, a low-pass filter that passes only the low-frequency signals of the output signals of these multipliers, and the phase of the emitted wave from the low-frequency signals at the discontinuous plane shown in 7. An ultrasonic cutting device characterized by having a means for detecting a change; 7. t0