JPS59226841A - Temperature measuring device by ultrasonic wave - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To measure a temperature by an ultrasonic wave by utilizing a fact that an equivalent nonlinear parameter of an ultrasonic medium, a sound speed, and (f) being a function of density are obtained easily, and also these parameters are also varied together with a temperature. CONSTITUTION:A titled device is provided with a pair of ultrasonic vibrators XA, XB for transmitting and receiving an ultrasonic beam, a vibrator XP for transmitting a pumping ultrasonic pulse by crossing said beam, and a detecting means 8 of a spatial distribution of a transition quantity by a pumping wave of a receiving wave. When a spatial distribution output on a measuring beam scanning line is made to pass through a filter having a characteristics which is almost equal to a reverse characteristics of a frequency characteristics of a pumping wave, a spatial distribution on the beam scanning line of an equivalent nonlinear parameter of an ultrasonic medium, a sound speed C, and a quantity (f) determined by density rho is obtained, and it is stored in a memory 12. After the medium has been subjected to a temperature variation, a temperature measurement by an ultrasonic wave can be executed by obtaining a difference of a spatial distribution of (f) on the previous scanning line and (f) which has been varied.

Description

【発明の詳細な説明】 （Ａ）発明の技術分野 本発明は、生体組織等の超音波媒体の温度または温度変
化量の空間的分布を測定する装置に係り２、温度Ｃ２お
よび、密度ρの温度依存性を利用した、超音波による温
度測定装置に関する。Detailed Description of the Invention (A) Technical Field of the Invention The present invention relates to a device for measuring the temperature or spatial distribution of temperature change in an ultrasonic medium such as a living tissue2. This invention relates to an ultrasonic temperature measuring device that utilizes temperature dependence.

（Ｂ）従来技術とその問題点 従来、生体組織の如き超音波媒体内の温度分布を得る方
法としては、音速Ｃの温度依存性を利用して、音速の空
間分布を測定する事により温度の空間分布を得ようとい
う方法が知られているが、この方法には以下の様な問題
がある。(B) Prior art and its problems Conventionally, as a method of obtaining temperature distribution in an ultrasonic medium such as a living tissue, temperature dependence of the sound velocity C is utilized to measure the spatial distribution of the sound velocity. A method for obtaining spatial distribution is known, but this method has the following problems.

第１に、音速の測定は、いわゆる透過法で行ない、音速
の空間分布は、Ｘ線ＣＴの場合と同様の像の再構成手法
によって得るので、計算量が膨大なものとなり、時間が
かかる。First, the sound velocity is measured by a so-called transmission method, and the spatial distribution of the sound velocity is obtained by an image reconstruction method similar to that used in X-ray CT, which requires an enormous amount of calculation and is time consuming.

第２に、像の再構成を行なうためには、被測定体の全周
（３６０度）にわたって透過法による音速の測定ができ
る必要があるが、実際の生体組織では、骨や体内のガス
の影響で超音波が透過できない部分があり、全周にわた
っての測定が不可能な場合が大部分である。従って、欠
落のあるデータを用いた像の再構成を行なう事になり、
得られた音速分布、従って音速分布から得られる温度分
布、は誤差の多いものとなる。Second, in order to reconstruct an image, it is necessary to be able to measure the sound velocity over the entire circumference (360 degrees) of the object to be measured using the transmission method. In most cases, there are some areas where ultrasonic waves cannot pass through due to interference, making measurement over the entire circumference impossible. Therefore, the image must be reconstructed using missing data.
The obtained sound velocity distribution, and therefore the temperature distribution obtained from the sound velocity distribution, will have many errors.

（Ｃ）発明の目的と構成 本発明の目的は、Ｘ線ＣＴの場合に用いられる如き像の
再構成手法を用いる事なく、高速かつ容易に超音波媒体
内の温度分布または温度変化分布を測定できる装置を提
供するにある。(C) Object and Structure of the Invention The object of the present invention is to quickly and easily measure temperature distribution or temperature change distribution in an ultrasonic medium without using image reconstruction techniques such as those used in X-ray CT. We are here to provide you with the equipment you need.

本発明は、超音波媒体の特性量である等価非線Ｘ線ＣＴ
の如き像の再構成手法を用いる事なく容によって異った
値として観測される事を利用して、温度分布または温度
変化分布を推定するようにしたものである。The present invention focuses on equivalent non-ray X-ray CT, which is a characteristic quantity of an ultrasound medium.
This method uses the fact that different values are observed depending on the volume to estimate the temperature distribution or temperature change distribution without using image reconstruction methods such as the above.

以下では、先ず原理的な説明を行ない、続いて実施例に
ついて説明する。In the following, the principle will be explained first, and then embodiments will be explained.

超音波媒体内の音圧がゼロの時の音速をＣｏ　。The speed of sound when the sound pressure in the ultrasonic medium is zero is Co.

密度をρ０とすると測定波と直交する方向からＰなる音
圧が加えられたときの音速Ｃは 形パラメータ」と呼ばれるものであり、不均一媒質にお
いては場所により異った値を取る。When the density is ρ0, the sound speed C when a sound pressure P is applied from a direction perpendicular to the measurement wave is called a shape parameter, and in a non-uniform medium, it takes a different value depending on the location.

ｉとｊは直交する方向であり、Ｓば等エントロピーであ
ることを示す。i and j are orthogonal directions, and S indicates isentropy.

一方、一般に音響の分野で用いられている非線形パラメ
ーターは次のように定義され′ζいる。On the other hand, the nonlinear parameters generally used in the field of acoustics are defined as follows.

一との間には という関係があり、液体、生体組織ではν嬌０．５従っ
て、ボンピング波の音圧Ｐにより、音速Ｃは、 だけ変化する事になる。There is a relationship between .

今、第１図に示す様に、送信用超音波振動子ＸＡから測
定用の連続波超音波ビームＷｍを図のＺ軸方向に被測定
媒体中に送り込み、送信用超音波振動子ＸＢでこのビー
ムを受信する。この時、測定用ビームＷｍと交叉する方
向から、別の超音波振動子Ｘｐにより平面パルス波Ｗｐ
をボンピング波として図示の様にＸ軸方向に送り込む。Now, as shown in Fig. 1, a continuous wave ultrasonic beam Wm for measurement is sent from the transmitting ultrasonic transducer XA into the medium to be measured in the Z-axis direction in the figure, and the transmitting ultrasonic transducer XB is used to transmit the continuous wave ultrasonic beam Wm for measurement. Receive the beam. At this time, a plane pulse wave Wp is generated by another ultrasonic transducer Xp from a direction intersecting the measurement beam Wm.
is sent as a bombing wave in the X-axis direction as shown in the figure.

以下簡単のため交叉角は直角であるとする。また、Ｗｍ
の音圧はＷｐの音圧に比べて充分に小さく、式（１）〜
（５）のＰとしてはＷｐによるものだけを考慮すれば良
いものとする。In the following, for simplicity, it is assumed that the intersection angle is a right angle. Also, Wm
The sound pressure of Wp is sufficiently small compared to the sound pressure of Wp, and equation (1) ~
As for P in (5), only the one due to Wp needs to be considered.

ボンピング波Ｗｐが測定用ビームＷｍと交叉しいる間に
は、測定用ビームＷｍの各Ｚにおける波形は式（団によ
り、場所により異なる音速変化・・　（６） を受ける事になり、従って場所（Ｚ）により異った△Ｃ
（ｚ）に比例する位相変化を受ける事になる。従って、
受信振動子Ｘｇからの受信信号の位相情報及び予め測定
しておいたＰを用いて逆に第２図は、測定用ビームＷｍ
が進行するにつれてポンピング波Ｗｐからどの様な音圧
を受けるかという事を模式的に示したものである。While the bombing wave Wp intersects the measurement beam Wm, the waveform at each Z of the measurement beam Wm undergoes a change in sound speed that differs depending on the location according to the equation (6), and therefore the location ( △C that differs depending on Z)
It will undergo a phase change proportional to (z). Therefore,
Conversely, using the phase information of the received signal from the receiving transducer Xg and the P measured in advance, FIG.
This diagram schematically shows what kind of sound pressure is received from the pumping wave Wp as the wave progresses.

ポンピング波の音圧をＰ　（ｆ）とする。時刻を一〇で
ｚ＝ｚＯにあって音圧Ｐ　（ｏ）を受けていた測定波（
第２図（Ａ）参照）は、時刻を一△ｔにはｚ＝ｚ□＋△
ｚ＝ｚｏ　＋Ｃｏ△ｔの位置にあり、この時にはｐ（ｔ
＋△ｔ）の音圧を受ける（第２図（Ｂ）参照）。以下同
様にして時刻ｔ＝、２△ｔにおいて第２図（Ｃ）図示、
時刻ｔ＝３△ｔにおいて第２図（Ｄ）の図示の如き音圧
を受ける事になる。これから判る様に、一般に、ｔ＝Ｑ
においてｚ＝ｚＯにあった測定波が、ｚ＝ｚで受ける音
速変化は ・・　（７） 但し、ここで△Ｃ（ｚ）の値はｃｏに比べて小さく、△
ｔは測定波が２＝ＺＱからｚ＝ｚまで移△ｔ＝□　・　
・　・　（８） Ｏ で与えられると近似した。Let the sound pressure of the pumping wave be P (f). At time 10, the measurement wave (
(see Fig. 2 (A)), when the time is one △t, z=z□+△
It is at the position z=zo +Co△t, and at this time p(t
+Δt) (see Fig. 2 (B)). Similarly, at time t=, 2Δt, as shown in FIG. 2(C),
At time t=3Δt, the sound pressure as shown in FIG. 2(D) is received. As we will see, in general, t=Q
The change in sound speed that the measurement wave at z=zO undergoes at z=z is... (7) However, here the value of △C(z) is smaller than co, and △
t is the time when the measurement wave moves from 2=ZQ to z=z △t=□ ・
・ ・ (8) Approximately given by O.

従って、１＝０でＺ＝２６にあった測定波が２＝ｚで受
ける位相の変化はｋを比例定数として、となり、この測
定波が送信振動子Ｘθを出てから受信振動子Ｘｔ３に受
信されるまでの間に受ける位相変化の総和は となる。ここで と置くと式（１０ンは となる。Therefore, the phase change that the measurement wave at Z=26 at 1=0 undergoes at 2=z is, where k is a proportional constant, and after this measurement wave leaves the transmitting transducer Xθ, it is received by the receiving transducer Xt3. The total phase change that occurs until the If we put here, the formula (10n becomes).

ここで、式（１２）の「＊」はいわゆるたたみ込みｇ　
（ｚ）なる関数が重み関数となってφ（ｚｏ）を与える
事を示している。Here, "*" in equation (12) is the so-called convolution g
It shows that the function (z) becomes a weighting function and gives φ(zo).

式（０）フーリエ変換すれば、 （ｚ）を求める際には必ずしも式（１５）の如きフｅ −リエ逆変換を行う必要はなく、周波数特性が−に 出力として得られる。またＧ　（ｗ）は式１１を用いて
Ｐ　（ｔ）から求めておく事ができる。この様にして得
られた−（２ンを映像として表示すれば。If the Fourier transform of equation (0) is performed, it is not necessarily necessary to perform the inverse Fourier transform as shown in equation (15) when determining (z), and the frequency characteristic can be obtained as an output. Further, G (w) can be obtained from P (t) using Equation 11. If the -(2) obtained in this way is displayed as an image.

、Ａ −，（ｚ）の空間分布像を得る事もできる。,A It is also possible to obtain a spatial distribution image of −, (z).

以上の説明ではＣｏ、　　ρＯは定数として扱ったさて
、超音波媒体の温度が変化すると、ρ０゜（Ｚ）の変化
を知る事によって、各部位での温度変化を知る事ができ
る。In the above explanation, Co and ρO were treated as constants. Now, when the temperature of the ultrasonic medium changes, by knowing the change in ρ0° (Z), it is possible to know the temperature change at each location.

特別な場合として、密度ρ。は温度によって余り変化せ
ず、音速Ｃｏ及び等価非線形パラメータすると媒体の温
度が未知の値Ｔｏから未知の値Ｔ１に変化した場合 ρ、（Ｚ）ＴＩ−ρｏ（Ｚ）ｔｏ　−ρｏ　（ｚ）Ｃ１
＋　　（Ｚ）ＴＩ　　＝ＣＯ（ｚ）Ｔｈ４α△′ｒ　　
但し△Ｔ＝Ｔ＋　　　　Ｔ。As a special case, the density ρ. does not change much with temperature, and when the temperature of the medium changes from an unknown value To to an unknown value T1 using the sound velocity Co and an equivalent nonlinear parameter, ρ, (Z) TI−ρo (Z) to −ρo (z) C1
+ (Z)TI =CO(z)Th4α△′r
However, △T=T+T.

α、βは定数　・・・（１６ン （２ンの差△は １ ρｏ　　（ｚ）　　Ｃｏ　　（Ｚ）ＴＯ＋α△Ｔ・　・
　・　（１７） となる。但し、式（１７）の計算の途中で、て、 β△Ｔ　　　　　　　　α△Ｔ 前述の様にそれぞれ実測する事ができるから、α。α and β are constants...(16n (difference △ of 2n is 1 ρo (z) Co (Z)TO+α△T・・
・(17) becomes. However, during the calculation of equation (17), β△T α△T can be measured as described above, so α.

れば、式（１７ンから八Ｔを求める事ができる。実際、
α、β、　　Ｃｏ　　（ｚ）ｔｏ　＋　　ρ。　（ｚ）
は例えば肝臓や脂肪等の種々の超音波媒体について予め
実測しき、且つρｏ　　（ｚ）、Ｃｏ　（ｚ）−ｒｂを
予め知る事ておく事ができる。従って式（１７）から八
Ｔを求める事が可能となる。Then, 8T can be obtained from the formula (17).In fact,
α, β, Co (z)to + ρ. (z)
can be measured in advance for various ultrasound media such as liver and fat, and ρo (z) and Co (z)-rb can be known in advance. Therefore, it is possible to obtain 8T from equation (17).

尚、式（１７）で与えられる量と温度変化量との対応が
ついておれば、式（１７）−ｒ与えられる量を直接に出
力しても良い事は言うまでもない。It goes without saying that if there is a correspondence between the amount given by equation (17) and the amount of temperature change, the amount given by equation (17)-r may be directly output.

以上、本発明の詳細な説明を行なったが、以下実施例に
ついて第３図を用いて説明する。The present invention has been described in detail above, and examples will now be described using FIG. 3.

第３図において、１はボンピング波の送信のタイミング
を発生ずるタイミング制御部、２は測定用連続波のだめ
の発振器、３は発振器出力を受ｋＪで振動子を駆動する
ためのドライバ、４は測定波送信用の振動子ＸＡ、５は
被測定超音波媒体Ｍ。In Fig. 3, 1 is a timing control unit that generates the timing for transmitting the bombing wave, 2 is a continuous wave oscillator for measurement, 3 is a driver for receiving the oscillator output and driving the vibrator at kJ, and 4 is for measurement. The wave transmitting transducer XA, 5 is the ultrasonic medium M to be measured.

６は測定波受信用の振動子Ｘ８，７は受信増幅器。6 is a transducer X8 for receiving measurement waves, and 7 is a receiving amplifier.

義されるフィルタ、ＩＯはボンピング波相のドライバ、
１１はボンピング波発生用の振動子Ｘｐである。１２ば
、図示しない温度操作手段によって１２の出力とフィル
タ９の出力との差を得る減算部である。またｘｌはＸｐ
から測定用ビームまでの距離、２工は被測定区間の距離
、Ｚ＋　は被測定区間とＸＩＩＩとの距離である。第３
図において、発振器２ばタイミング制御部１と無関係に
動作するように措かれているが、同期動作しても良いこ
とは言うまでもない。フィルタ９は、例えばＣＣＤを用
いたトランスバーサルフィルタで実現できる。IO is a pumping wave phase driver,
11 is a vibrator Xp for generating a bombing wave. 12 is a subtraction unit that obtains the difference between the output of 12 and the output of the filter 9 by means of temperature manipulation means (not shown). Also, xl is Xp
2 is the distance from the measurement beam to the measuring beam, Z+ is the distance to the measured section, and Z+ is the distance between the measured section and XIII. Third
Although the oscillator 2 is shown to operate independently of the timing control section 1 in the figure, it goes without saying that the oscillator 2 may operate synchronously. The filter 9 can be realized, for example, by a transversal filter using a CCD.

記憶部１２は、例えば第４図に示す如く、Ａ／Ｄ変換器
１５．ＩＣメモリ１６．Ｄ／Ａ変換器１７゜制御部１８
により実現でき、ポンプ波の送信に同期して動作するよ
うにタイミング制御部１により制御される。第５図には
第３図の主要部の時間波形を示しており、第５図には第
３図と同じ信号名称を記しである。ボンピング波を送信
してからボンピング波が測定波の位置に到達するまでの
時間た測定波が初めて振動子Ｘ８に到達するのに要する
時間（ル）との和をｔｌとすると、受信増幅器７０出力
ＶＱは、第５図に示す様にボンピング波の送信から時間
Ｌ１の後に位相変調を受は始め、ボンピング波による位
相変調を受けた測定波が被の間位相変調出力を出し続り
る。位相検出器８ば、発振器２の出力と■ρとの位相を
比較し、Ｖ９の位相を時間の関数φ（１）として、従っ
て座標２の関数として出力とする。この出力が、フィル
タして、従って座標２の関数として得られる。図示しな
い温度操作手段によって超音波媒体５の温度が変化する
前のフィルタ出力がタイミング制御部１の制御の下に記
憶部１２に記↑、ａされる。温度操作手段によって媒体
の温度が変化した後、記憶部１２の出力とフィルタ９の
出力との差、つまり式（１７）で示される量が減算１３
で最終出力として得られる。The storage unit 12 includes an A/D converter 15. as shown in FIG. 4, for example. IC memory 16. D/A converter 17° control section 18
This can be realized by the timing controller 1, and is controlled by the timing controller 1 to operate in synchronization with the transmission of the pump wave. FIG. 5 shows time waveforms of the main parts of FIG. 3, and the same signal names as in FIG. 3 are written in FIG. If tl is the sum of the time from when the bombing wave is transmitted until the bombing wave reaches the position of the measurement wave and the time required for the measurement wave to reach the transducer X8 for the first time, then the receiving amplifier 70 output is As shown in FIG. 5, VQ begins to receive phase modulation after time L1 from the transmission of the bombing wave, and continues to output a phase modulated output while the measurement wave is phase modulated by the bombing wave. The phase detector 8 compares the phase of the output of the oscillator 2 with the phase of .rho., and outputs the phase of V9 as a function of time .phi.(1), and thus as a function of coordinate 2. This output is filtered and thus obtained as a function of coordinate 2. The filter output before the temperature of the ultrasonic medium 5 is changed by a temperature operating means (not shown) is recorded in the storage section 12 under the control of the timing control section 1. After the temperature of the medium is changed by the temperature manipulation means, the difference between the output of the storage section 12 and the output of the filter 9, that is, the amount shown by equation (17), is subtracted 13.
is obtained as the final output.

間分布を、Ｘ線ＣＴの場合の如く複雑で時間のがかる像
の再構成手法を用いる事なく、簡単な構成で高速に得る
事ができる。The spatial distribution can be obtained quickly with a simple configuration without using a complicated and time-consuming image reconstruction method as in the case of X-ray CT.

特許請求の範囲第２項は、第３図におけるフィルタ９の
挿入位置が、減算部１３の後でも良い事を述べたもので
ある。第３図におけるフィルタ９はボンピング波の周波
数特性の逆特性にほぼ等しい特性を持つ線形フィルタで
あるがら、２つの入力Ｘｏ　　（ｔ）とｘｌ　（ｔ）と
の差Ｘ。（ｔ）　−ｘｌ（１）をフィルタに通した出力
Ｆ　（ｘｏ　　（ｔ）−Ｘ７（ｔ））は、ｘｏ（ｔ）の
フィルタ出力Ｆ〔ｘａ（ｔ））とＸＩ　　（ｔ）のフィ
ルタ出力Ｆ（ｘ）（ｆ）〕との差Ｆ　（ｘｏ　　（ｆ）
　）　−Ｆ　（ｘｔ　　（ｔ）〕に等しくなる。従って
、特許請求の範囲第２項の構成の装置でも、第１項の構
成の装置と同じ効果が得られる事になる。第２項で示さ
れる装置の構成例を第６図に示す。第６図の各構成要素
の番号は、第３図の対応する構成要素と同一の番号を付
してあり、説明は省略する。The second claim states that the filter 9 in FIG. 3 may be inserted after the subtraction section 13. Although the filter 9 in FIG. 3 is a linear filter having characteristics almost equal to the inverse of the frequency characteristics of the pumping wave, the difference X between the two inputs Xo (t) and xl (t). (t) - The output F (xo (t) - F(x)(f)]
) −F (xt (t)]. Therefore, the device having the structure of claim 2 can also obtain the same effect as the device having the structure of claim 1. An example of the configuration of the device is shown in Fig. 6. The components in Fig. 6 are numbered the same as the corresponding components in Fig. 3, and the explanation thereof will be omitted.

特許請求の範囲第３項は、ボンピング波として正しい平
面波が得られない場合についての対策を述べたものであ
る。一般に、完全な平面波を得るには無限に広い平板振
動子を用いる必要があり、これは実際上不可能である。Claim 3 describes a countermeasure for the case where a correct plane wave cannot be obtained as a bombing wave. Generally, to obtain a perfect plane wave, it is necessary to use an infinitely wide flat plate resonator, which is practically impossible.

近似的に平面波をｆ４る方法としは、振動子面から充分
に離れた所で充分に曲率半径の大きくなった球面波の一
部を使う事もあるが、ボンピング波として用いるには、
単位面積当りのエネルギー密度が小さくなり過ぎるので
必らずしも適当でない。従って、充分な音圧を持ったボ
ンピング波は、実際には平面波とはならず、従ってその
音圧は、時間ｔだけでなく座標２によっても変化する事
になり、平面波からのズレが無視できない位大きくなっ
た場合にはその補正が必要となる。この補正は以下の様
にして行う事ができる。An approximate way to f4 a plane wave is to use a part of a spherical wave whose radius of curvature is sufficiently large at a sufficient distance from the vibrator surface, but to use it as a bombing wave,
This is not necessarily suitable because the energy density per unit area becomes too small. Therefore, a pumping wave with sufficient sound pressure does not actually become a plane wave, and therefore the sound pressure changes not only with time t but also with coordinate 2, and the deviation from the plane wave cannot be ignored. If it becomes too large, correction will be necessary. This correction can be performed as follows.

先ず、ボンピング波の音圧分布を、時間も及び座標の関
数Ｐ（ｚ、ｔ）として測定波ビームの線上で予め測定し
ておく。このＰ　（ｚ、ｔ）から、ｔ＝Ｑでｚ＝ｚｏに
あった測定波が、測定波ビーム線上で受ける音圧変化を
２　をパラメータとして２の関数ｇｉｏ（ｚ）として求
めておく事ができするものとなる。これを用いて、ｔ＝
ＱでＺ−Ｚ。First, the sound pressure distribution of the bombing wave is measured in advance on the line of the measurement wave beam as a function of time and coordinates P(z, t). From this P (z, t), it is possible to obtain the sound pressure change that the measurement wave at z = zo at t = Q receives on the measurement wave beam line as a function gio(z) of 2 with 2 as a parameter. Become something you can do. Using this, t=
Z-Z with Q.

にあった測定波に対する重み関数（式（１１）のｇ（Ｚ
ｏ−ｚ）に相当する）を平面波の場合と同様にして求め
ておく事ができる。従って、この重み関数の逆特性を持
つフィルタを平面波の場合と同様。（′）を得る事がで
きる・但し・平面波の場合と異なり、測定波の注目して
いる部分がｔ＝Ｑで２軸上のどの部分にあるかによって
、つまりＺ。The weighting function (g(Z
oz)) can be obtained in the same way as for plane waves. Therefore, a filter with the inverse characteristic of this weighting function is similar to the case of a plane wave. (') can be obtained. However, unlike the case of plane waves, it depends on where the part of the measured wave of interest is on the two axes at t=Q, that is, Z.

Ｏ値によって、その注目している部分が２軸上で受ける
音圧分布が異ってくる。この様子を第７図に模式的に示
す。なお、第７図（Ａ）はｔ＝Ｑの時点に球面波が到来
している場合の音圧分布を表わし、第７図（Ｂ）はｔ＝
ｏにおいてｚ−２１にあった測定波に対して本来の平面
波のボンピング波を受けた場合の２軸上での音圧分布、
第７図（Ｃ）はｔ＝Ｑにおいてｚ＝ｚ１にあった測定波
が球面波のボンピング波を受けた場合の２軸−ヒで０音
圧分布、第７図（Ｄ）はｔ＝Ｑにおいてｚ＝Ｑにあった
測定波が球面波のボンピング波を受けた場合の２軸上で
の音圧分布をそれぞれ表わしている。従って、式（１１
ンのｇ’（ｚ）に相当する重み関夕も、２６をパラメー
タとして異なったものとなる。つまり、このフィルタは
、どの２座標の変化するものとなるが、第５図に示す如
く、Ｚ。Depending on the O value, the sound pressure distribution that the part of interest receives on the two axes differs. This situation is schematically shown in FIG. Note that FIG. 7(A) shows the sound pressure distribution when a spherical wave arrives at time t=Q, and FIG. 7(B) shows the sound pressure distribution when t=Q.
Sound pressure distribution on two axes when the original plane wave bombing wave is applied to the measurement wave at z-21 at o,
Figure 7 (C) shows the 0 sound pressure distribution on the two axes - H when the measurement wave at z = z1 receives a spherical bombing wave at t = Q, and Figure 7 (D) shows the 0 sound pressure distribution at t = Q. The sound pressure distributions on two axes are shown when the measurement wave at z=Q receives a spherical bombing wave. Therefore, formula (11
The weight coefficient corresponding to g'(z) of the number is also different with 26 as a parameter. In other words, this filter changes any two coordinates, Z as shown in FIG.

の各値に対して注目している測定波が２軸上で受ける音
圧を求める事ができるので、これがら各Ｚ。The sound pressure that the measurement wave of interest receives on two axes can be determined for each value of Z.

の値に対するフィルタ特性を予め計算しておく事ができ
る。第３図における位相検出器８の出力を時間的に見る
と、これは、逐次異なるＺｏに対応する位相変化が出力
されているから、この出力に対し、各Ｚｏに対する上述
のフィルタを順次作用−（Ｚ）の分布を得る事ができる
。この時、順次異なる特性のフィルタを作用させる方法
としては、例えば、位相検出器出力を一旦Ａ／Ｄ変換し
た上でディジタルフィルタリングを施しても良い。The filter characteristics for the value of can be calculated in advance. If we look at the output of the phase detector 8 in FIG. 3 in terms of time, this means that phase changes corresponding to successively different Zos are output. (Z) distribution can be obtained. At this time, as a method of sequentially applying filters with different characteristics, for example, the phase detector output may be A/D converted and then digital filtering may be performed.

特別な場合として、測定波ビームがボンピング波の遠距
離音場にある場合を考えると、ボンピング波が球面波で
あるので、測定波ビーム上での音圧分布は Ｐ（ｗｔ−に人工＋ｙ”　＋ｚ’　） と書くことができる。ここでｙ＞ｘ、ｚであり、ポンプ
波の十分遠距離音場であるとすると、ビーム上（ｙ＝ｙ
ｏ）で Ｐ（ｗｔ−ｋｒ石１フー） ・　・　・　（１６２ 第１項は（ｘ、　ｙ、　　ｚ）　＝　（０，ｙｏ　、　
　Ｏ）なる映像面の中心の位相であり、第２項は位置に
よる位相のずれを表わしている。従って今、という変数
変換を行えば、式（９）は ・・・（１８） （１７）の関係から変数をＺから２に戻してやると、う
にボンピング波と測定波ビームとをある程度距離をもた
せることにより信号処理が非常に容易になる。As a special case, consider the case where the measurement wave beam is in the far sound field of the pumping wave. Since the pumping wave is a spherical wave, the sound pressure distribution on the measurement wave beam is P(wt− + artificial + y” +z'). Here, if y>x, z and the pump wave is in a sufficiently far sound field, then on the beam (y=y
o) then P(wt-kr stone 1 fu) ・ ・ ・ (162 The first term is (x, y, z) = (0,yo,
O) is the phase at the center of the image plane, and the second term represents the phase shift due to position. Therefore, if we perform the variable conversion now, Equation (9) becomes... (18) If we change the variable back from Z to 2 from the relationship in (17), we can make the pumping wave and the measurement wave beam a certain distance apart. This greatly facilitates signal processing.

の変化量等の分布のＳ／Ｎ比を向上させる手段を提供し
ている。等価非線形パラメータと音圧との積による測定
波の位相変化量が小さい時には、本来の位相変化量φ（
ｚ）に対して回路内その他で発生ずる雑音を無視できな
くなる。このため、φ（ｚ）から求めた る事になる。この様子を第８図に示す。第８図（Ａ）図
示の無雑音の位相検出器出力φ（Ｚ）に第図（Ｂ）図示
の雑音Ｎが加わる事により、第８図（Ｃ）図示の如き信
号が実際には出力される。この対策として、同一測定部
位をに回測定して第８図（Ｃ）図示のＳｌ　−３ｋの如
き雑音の加わった信号を得て、これらを同一２座標の点
毎に加算すると、各点において信号成分は振幅でに倍さ
れるが、雑音成分は電力でに倍されるに過ぎず、もし雑
音が不規則雑音であれば各点における雑音振幅は５倍さ
れるにとでよる。従ってＳ／Ｎ比は尼倍改善されて第８
図（Ｄ）図示の如き出力が得られる事になる。This provides a means for improving the S/N ratio of distribution such as the amount of change in . When the amount of phase change of the measurement wave due to the product of the equivalent nonlinear parameter and the sound pressure is small, the original amount of phase change φ(
z), the noise generated in the circuit and elsewhere cannot be ignored. Therefore, it is determined from φ(z). This situation is shown in FIG. By adding the noise N shown in FIG. 8(B) to the noise-free phase detector output φ(Z) shown in FIG. 8(A), the signal shown in FIG. 8(C) is actually output. Ru. As a countermeasure for this, by measuring the same measurement site twice to obtain a signal with added noise such as Sl -3k shown in Figure 8(C), and adding these signals for each point at the same two coordinates, at each point. The signal component is multiplied by the amplitude, but the noise component is only multiplied by the power, and if the noise is random noise, the noise amplitude at each point will be multiplied by 5. Therefore, the S/N ratio has been improved by a factor of 8.
The output shown in Figure (D) is obtained.

この方法を用いたシステム構成例を第９図に示す。第９
図において、第３図と同一の構成要素には同一の番号を
付しており説明は省略する。第９　　　　　　′図にお
いて、２１はボンピング波の送信繰り返し周期Ｔだけ信
号を遅らせる遅延回路であり、例え　　　　　　□ばＣ
ＣＤやＢＢＤ等のアナログ的手段で実現しても良いし、
またＡ／Ｄ変換器とシフトレジスタ又はメモリとを用い
たディジタル的手段で実現して良い事は言うまでもない
。２０は加算器であり、遅延回路の種類に応じてアナロ
グ又はディジタルのいずれのタイプでも良い。第９図図
示の構成の場合、位相検出器８の出力Ｓｉが同一の２軸
座標の各点毎に加算される事は明らかであり、いわゆる
同期加算によりＳ／Ｎ比の改善を行なう事ができる。An example of a system configuration using this method is shown in FIG. 9th
In the figure, the same components as in FIG. 3 are given the same numbers, and their explanations will be omitted. In Fig. 9', 21 is a delay circuit that delays the signal by the transmission repetition period T of the bombing wave.
It may be realized by analog means such as CD or BBD,
It goes without saying that it may also be realized by digital means using an A/D converter and a shift register or memory. 20 is an adder, which may be of either analog or digital type depending on the type of delay circuit. In the case of the configuration shown in FIG. 9, it is clear that the output Si of the phase detector 8 is added for each point on the same two-axis coordinates, and it is possible to improve the S/N ratio by so-called synchronous addition. can.

の変化量等の２次元又は３次元分布を得る事が可能とな
る。これまでの説明で明らかな様に、特定の分布を得る
事ができるから、送信・受信振動子の対を相対位置を一
定に保ったままでＸまたは１およびｙ方向に移動させ各
Ｘ、または１およびｙ座ρ０ＣＯ ３次元分布を得る事ができる。It becomes possible to obtain a two-dimensional or three-dimensional distribution of the amount of change, etc. As is clear from the previous explanation, since a specific distribution can be obtained, the pair of transmitting and receiving transducers is moved in the X or 1 and y directions while keeping their relative positions constant. and the three-dimensional distribution of y-locus ρ0CO can be obtained.

第１０図はその構成例で、第９図と同じ構成要素には同
一番号を付しており、説明は省略する。FIG. 10 shows an example of its configuration, in which the same components as in FIG. 9 are given the same numbers, and their explanation will be omitted.

第１０図において、駆動部２２例えばステンビングモー
タによって振動子４．６の対を移動させる部分であり、
タイミング制御部１からの制御パルスに応じて振動子の
対の移動を行なう。位置検出部２３は例えばステンビン
グモータの軸に取り付けられたロータリ・エンコーダ等
により振動子４゜６の対の位置を検出する部分である。In FIG. 10, a drive unit 22 is a part that moves a pair of vibrators 4.6 by, for example, a stenting motor,
The pair of vibrators are moved in response to control pulses from the timing control section 1. The position detection section 23 is a section that detects the position of the pair of vibrators 4.6 by using, for example, a rotary encoder attached to the shaft of a stenting motor.

メモリ制御部２４は、タイミング制御部１からのボンピ
ング波送信同期信号やクロック等を受けて位置検出部２
３からの出力に対応したメモリアドレスを発生する。メ
モリ２５は、メモリ制御部２４からの書込／読出等の制
御信号及びアドレスに従って、減液化量をＡ／Ｄ変換し
た後、記憶する。表示部２の分布をメモリから読め出し
て表示する。The memory control unit 24 receives a bombing wave transmission synchronization signal, a clock, etc. from the timing control unit 1, and operates the position detection unit 2.
Generates a memory address corresponding to the output from 3. The memory 25 stores the liquid reduction amount after A/D conversion according to the write/read control signals and addresses from the memory control unit 24 . The distribution on the display section 2 is read out from the memory and displayed.

化量の分布の２次元又は３次元分布を得る事ができる事
は明らかでる。It is clear that it is possible to obtain a two-dimensional or three-dimensional distribution of quantification.

尚、第１０図において、振動子４，６の対の移動は機械
的に行なうものとしたが、振動子の対として、いわゆる
電子スキャン・プローブの対を用いる事により、機械的
走査を行なわなくても得られる様になる事は言うまでも
ない。又、第１０図においてメモリ２５を用いず、表示
管の残光２次元分布像を得ても良い事は言うまでもない
。In Fig. 10, the pair of transducers 4 and 6 are moved mechanically, but by using a pair of so-called electronic scanning probes as the pair of transducers, mechanical scanning can be avoided. Needless to say, you will be able to get it even if you do it. It goes without saying that the two-dimensional afterglow distribution image of the display tube may be obtained without using the memory 25 in FIG.

特許請求の範囲第６項は、上述の如くして得ら前後の変
化量（式（１７）参照） に然るべき係数、例えば式（１７〕の最終行のΔ′Ｆの
を乗する事によって、温度変化等へＴ　（ｚ）そのもの
を得られる事を述べたもので、前述の如く、Ｋ１は予め
求めておく事ができるので、特許請求の範囲第６項を実
現するには、例えば第１θ図の減算部１３の後にに１倍
の増幅器を設ければ良い。Claim 6 provides that by multiplying the amount of change before and after (see equation (17)) obtained as described above by an appropriate coefficient, for example, Δ'F in the last line of equation (17), This states that T (z) itself can be obtained for temperature changes, etc., and as mentioned above, K1 can be determined in advance. A 1x amplifier may be provided after the subtraction unit 13 in the figure.

Ｋ１が２の関数、従って時間の関数である場合には、こ
の増幅器を、時間と共に利得の変化するいわゆるＴＧＣ
（Ｔｉｍｅ　　Ｇａ　ｉｎ　　Ｃａｎｔ−ｒｏｌ）増幅
器とすれば良い事は言うまでもない。If K1 is a function of 2 and therefore a function of time, then this amplifier can be used as a so-called TGC whose gain changes with time.
It goes without saying that it would be better to use a (time gain cant-rol) amplifier.

特許請求の範囲第７項は、第１１図に示す如く、ρＯｃ
。Claim 7, as shown in FIG.
.

又は被測定超音波媒体の温度変化の前後のは温度変化量
へ１゛を推定しよとするものである。Or, it is intended to estimate the amount of temperature change before and after the temperature change of the ultrasonic medium to be measured.

これを実現するためには、第１１図の曲線に対応する信
号変換回路２７を、第１１図（Ａ）に対応する場合は例
えば第１２図に示す如く、第１１図（Ｂ）に対応する場
合は例えば第１３図に示す如く、挿入すれば良い事は明
らかである。尚、信号変換回路としては、例えば良く知
られたダイオード折線近似回路を作っても良いし、第１
４図に示ず如く、Ａ　／　Ｉ）変換器、符合変換用ＲＯ
Ｍ、Ｄ／Ａ変換器から成る回線を用いても良い事は言う
までもない。In order to realize this, the signal conversion circuit 27 corresponding to the curve in FIG. 11 must be changed to correspond to the curve in FIG. 11 (B), for example, as shown in FIG. In this case, it is obvious that it can be inserted as shown in FIG. 13, for example. As the signal conversion circuit, for example, a well-known diode broken line approximation circuit may be made, or the first
4 As shown in Figure 4, A/I) converter, RO for code conversion
It goes without saying that a line consisting of M and D/A converters may also be used.

（Ｅ）発明の効果 以上述べた如く、本発明によれば、超音波媒体内の温度
又は温度変化又はそれと密接な関係にある量の空間的分
布を、比較開部Ｑ’ｊな手段で容易に実現する事ができ
る。(E) Effects of the Invention As described above, according to the present invention, it is possible to easily measure the temperature or temperature change in an ultrasonic medium, or the spatial distribution of a quantity closely related thereto, using a comparative method. can be realized.

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

第１図および第２図は本発明の詳細な説明する説明図、
第３図は本発明の一実施例構成、第４図は第３図におけ
る記憶部１２の一実施例構成、第５図は第３図図示構成
の動作を説明する説明図。 第６図は本発明の別の実施例構成、第７図は球面波のボ
ンピング波が到来する場合を説明する説明図、第８図ば
Ｓ／Ｎ比を向上する態様を説明する施例構成、第１１図
は温度または温度変化量との例を示す図、第１２図は温
度分布を求めるための一実施例構成、第１３図は温度変
化分布を求めるための一実施例構成、第１４図は第１２
図および第１３図における信号変換回路２７の一実施例
構成である。 図中、１はタイミング制御部、２発振器、３はドライバ
、４は送信用振動子、５は被測定超音波媒体、６ば受信
用振動子、７は受信増幅器、８は位相検出器、９はフィ
ルタ、１０はボンピング波相のドライバ、１１はボンピ
ング波発生用振動子。 １２は記憶部、ｉ３は減算回路、１５はＡ　／　Ｉ）変
換器、１６は■・Ｃメそり、１７ばＤ／Ａ変換器。 １８は制御部、２０は加算部、２１は遅延回路。 ２２は振動子の位置を変えるための駆動部、２３は振動
子の位置検出部、２４ばメモリ制御部、２５はメモリ、
２６は表示部を表わす。 面１・ｌ°″−；’　ｌ　Ｊ・・”　（Ｉ　Ｉｉ　ｌ’
；’　ｉ　：　′’：　：文なし）第１図 第１４図 手続補正書（６式う 昭和　５８年特＋Ｉ’ｌ’腐１第）Ｏ２Ｏ３，脣シン３
　補正をする右 事件との関係　　　　　ｔ１許出願人 ｆ王所　神奈川県用崎市中原区」−小１．１１中１０１
５番地（５２２）名称富士通株式会社FIG. 1 and FIG. 2 are explanatory diagrams for explaining the present invention in detail;
3 is an explanatory diagram illustrating the configuration of an embodiment of the present invention, FIG. 4 is a configuration of an embodiment of the storage section 12 in FIG. 3, and FIG. 5 is an explanatory diagram illustrating the operation of the configuration shown in FIG. 3. FIG. 6 is another example configuration of the present invention, FIG. 7 is an explanatory diagram illustrating the case where a spherical bombing wave arrives, and FIG. 8 is an example configuration illustrating a mode of improving the S/N ratio. , FIG. 11 is a diagram showing an example of temperature or temperature change amount, FIG. 12 is an example configuration for determining temperature distribution, FIG. 13 is an example configuration for determining temperature change distribution, and FIG. The figure is the 12th
This is an embodiment of the configuration of the signal conversion circuit 27 in the figures and FIG. 13. In the figure, 1 is a timing control unit, 2 is an oscillator, 3 is a driver, 4 is a transmitting transducer, 5 is an ultrasonic medium to be measured, 6 is a receiving transducer, 7 is a receiving amplifier, 8 is a phase detector, 9 1 is a filter, 10 is a driver for the pumping wave phase, and 11 is a vibrator for generating the bombing wave. 12 is a storage section, i3 is a subtraction circuit, 15 is an A/I) converter, 16 is a ■/C mesori, and 17 is a D/A converter. 18 is a control section, 20 is an addition section, and 21 is a delay circuit. 22 is a drive section for changing the position of the vibrator, 23 is a vibrator position detection section, 24 is a memory control section, 25 is a memory,
26 represents a display section. Surface 1・l°″−;' l J...” (I Ii l'
;' i : '': : No text) Figure 1 Figure 14 Procedural amendment (Type 6 U 1988 Special + I'l' Ro 1st) O2O3, 脣新3
Relationship with the case to be amended T1 Applicant F Osho Nakahara Ward, Yozaki City, Kanagawa Prefecture - Elementary School 1.11 Junior High School 101
No. 5 (522) Name Fujitsu Limited

Claims (1)

【特許請求の範囲】 （１１（イ）超音波媒体を透過する測定用連続超音波ビ
ームを送信・受信する一対の超音波振動子と（ロ）該超
音波ビームと交差し、被観察部位をカバーするだけのビ
ーム幅を待つポンピング用超音波パルスを送信する超音
波振動子と （ハ）受信波の位相の、ポンピング波による遷移量の、
該測定用ビーム走査線上の空間的分布を検出する手段と
、 （ニ）上記位相遷移量の、上記測定用ビーム走査線上の
空間的分布出力を、ポンピング波の周波数特性の逆特性
にほぼ等しい特性のフィルタに通す事により、該超音波
媒体の等価非線形バラメーの空間的分布を得てこれを記
憶する手段と、（ホ）該超音波媒体が温度変化を受けた
後で上の空間的分布を得て、これと（ニ）で記憶したｆ
段と、 を持つ事を特徴とする、超音波による温度測定装置。 （２）（イ）超音波媒体を透過する測定用連続超音波ビ
ームを送信・受信する一対の超音波振動子と、（ロ）該
超音波ビームと交差し、被観察部位をカバーするだけの
ビーム幅を持つボンピング用超音波パルスを送信する超
音波振動子と、（ハ）受信波の位相の、ポンピング波に
よる遷移量の、該測定用ビーム走査線上の空間的分布を
検出してこれを記憶する手段と、 （ニ）該超音波媒体が温度変化を受けた後で受信波の位
相遷移量の上記測定用ビーム走査線上の空間的分布を得
て、これと（）１）で記憶した位Ｉｌｌ遷移量の空間的
分布との差を得る手段と、（ホ）上記位相遷移量の差の
空間的分布出力を、ポンピング波の周波数特性の逆特性
にほぼ等しし）特性のフィルタに通ず事により、該超音
波媒体の温度変化に伴う変化量の空間的分布を得る手段
と、を持つ事を特徴とする、超音波による温度測定装置
。 （３）　　ポンピング波の音圧分布を場所および時間の
関数として予め測定しておき、特許請求の範囲第１項（
ニ）または第２項（ホ）の部分の処理を行う際に、該予
め測定された音圧分布による補正を行う手段を持つ事を
特徴とする特許請求の範囲ｍ　１　項ナイし第２項のい
ずれかに記載の、超音波による温度測定装置。 （４）同一の測定用ビーム走査線上の同一位置に対応す
る位相遷移量を、複数回のポンピング波の送信毎に加算
する。いわゆる同期加算機能を持つ事を特徴とする特許
請求の範囲第１項ないし第３項のいずれかに記載の超音
波による温度測定装置。 （５）送信・受信用振動子対を一次元的または二次走査
部・表示部を持つ事を特徴とする特許請求の範囲第１項
ないし第４項のいずれかに記載の、超音波による温度測
定装置。 て、適当な係数（必要に応じて場所により異ったもので
もよい）を乗する事により、温度変化量の分布を得る様
にした事を特徴とする特許請求の範囲第１項なしル第５
項のいずれ力・に記載の、超音波による温度測定装置。 （７）　　被測定超音波媒体内の各部の温度または温度
量を測定する事により、該被測定超音波媒体内の第５項
のいずれかに記載の、超音波による温度測定装置。[Scope of Claims] (11(a) A pair of ultrasonic transducers that transmit and receive a continuous ultrasonic beam for measurement that passes through an ultrasonic medium; The ultrasonic transducer that transmits the pumping ultrasonic pulse waits for a beam width that is sufficient to cover the beam width, and (c) the amount of transition of the phase of the received wave due to the pumping wave.
means for detecting the spatial distribution on the measurement beam scanning line; (d) a characteristic that makes the spatial distribution output of the phase shift amount on the measurement beam scanning line substantially equal to the inverse characteristic of the frequency characteristic of the pumping wave; (e) means for obtaining and storing the spatial distribution of the equivalent nonlinear parameters of the ultrasonic medium by passing it through a filter; obtained and memorized f with this and (d)
An ultrasonic temperature measuring device characterized by having stages and. (2) (a) A pair of ultrasonic transducers that transmit and receive a continuous ultrasonic beam for measurement that passes through an ultrasonic medium, and (b) a pair of ultrasonic transducers that intersect with the ultrasonic beam and cover the area to be observed. An ultrasonic transducer that transmits a pumping ultrasonic pulse having a beam width, and (c) detecting and measuring the spatial distribution of the amount of phase transition of the received wave due to the pumping wave on the measurement beam scanning line. (d) After the ultrasonic medium undergoes a temperature change, obtain a spatial distribution of the amount of phase shift of the received wave on the measurement beam scanning line, and store this and () 1); (e) the spatial distribution output of the difference in the phase transition amount is approximately equal to the inverse characteristic of the frequency characteristic of the pumping wave; 1. An ultrasonic temperature measuring device characterized by having means for obtaining a spatial distribution of the amount of change accompanying a temperature change of the ultrasonic medium. (3) The sound pressure distribution of the pumping wave is measured in advance as a function of location and time.
(d) or (e), the claim is characterized by having means for performing correction based on the pre-measured sound pressure distribution. The ultrasonic temperature measuring device according to any one of the above. (4) The amount of phase shift corresponding to the same position on the same measurement beam scanning line is added every time the pumping wave is transmitted a plurality of times. An ultrasonic temperature measuring device according to any one of claims 1 to 3, characterized by having a so-called synchronous addition function. (5) Ultrasonic transmission according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the transmitting/receiving transducer pair is one-dimensional or has a secondary scanning section/display section. Temperature measuring device. Claims 1 and 2 are characterized in that the distribution of the amount of temperature change is obtained by multiplying the coefficients by an appropriate coefficient (which may be different depending on the location, if necessary). 5
An ultrasonic temperature measuring device as described in Section 1. (7) The ultrasonic temperature measuring device according to any one of item 5, which measures the temperature or temperature amount of each part within the ultrasonic medium to be measured.