JPS60176629A - 超音波測定装置 - Google Patents

Abstract

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

Description

【発明の詳細な説明】 ■．発明の背景 Ａ．技術分野 本発明は、超音波を物体に送信し、物体の内部からの反
射超音波を受信して物体内部の音響特性を測定する超音
波測定法およびその装置の改良に係９、特に、物体内部
における超音波減衰の周波数依存性に関する情ｌ＋１り
を提供する超音波測定法およびその装置に関する。

Ｂ．先行技術とその問題点 超音波測定技術は現在、金属探陽，魚群探知。

医療診断分野等、広範囲にわたって利用されている。中
でも医療用の超音波ｌ１’ｊｒ層装置の最近の発展には
目をみはるものがある。この装置は原理的にはパルス−
エコー法を用い、生体内へ送信された超音波パルスが生
体内部の音２沙インビ−ダンスの異なる境界で反則する
現象を利用しており、この反射波（エコー）を受信して
、いわゆるＢモード法による断層像を表示するものであ
る。従ってこのエコーにはエコーの発生部位の反射散乱
特性と往復の伝搬路の減衰特性等、生体内部での超音波
の減衰度、音響インピーダンス、音速度等の情報が金回
れている。これらの有効な情報を含むにもかかわらず、
現在利用している情報はエコーの振幅のみであり、具体
的には生体内の音速を一定と仮定し、さらに生体内の超
音波伝播による減衰＆ｊ：　、いわゆる５ＴＣ（５ｅｎ
ｓｉｔｉｖｉｔｙ　Ｔｊ７ｎｅ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　）回
路と呼ばれている回路によって任意的に補正をしたエコ
ー振幅値を輝度に変調し、ブラウン管土に断層像として
表示しているのみである。従って、得られ／ζζ断層上
、生体内部の音響インピーダンスの境界面の２次元的分
布を定性的に画像化しているにすぎず、必然的に生体組
織の位置や形に関する形態情報がその利用の中心となっ
ており、生体組織の特性である減衰度、音速等の測定は
なされていないのが現状である。

生体組織の減衰情報を得ようとする試みがいくつか報告
されているが、後で詳しく述べるようにエコー信号には
生体組織伝播による減衰と音響インピーダンスの異なる
境界での反射強度の２つの情報が含まれており、いずれ
も未知である。したがって厳密にこの２つの影響を分離
することは今のところ極めて困難であると言わざるを得
ない。反射強度が超音波の周波数に依存しないと仮定し
た場合には、２つ以上の複数の周波数によって超音波エ
コーを同一部分について送受信し、エコーの各周波数成
分の音圧比を測定すれば、反射強度の影響をなくして減
衰係数をめることが可能となる（特開昭４９−３８４９
０）。このような仮定は超音波の波長に比べて十分大き
な広がりをもつ、例えば平面反射板の場合には成立する
が、実際の生体組織では波長程度あるいはそれ以下の大
きさの散乱体も存在することが考えられるので、この仮
定は生体組織全体を考えたとき必ずしも成立するとは限
らない。

生体組織のある部分で反射強度がほぼ一定であるという
仮定をすれば、組織のその部分の前後に於けるエコー音
圧の比Ｉ′：］、その４寸減衰係数に比例すると考えら
れる。１だ、反射強度の周波数依存性の関数を仮定し、
：３つ以上の複数周波数によって超音波エコーを同一部
分について送受信し、エコーの各周波数成分の音圧から
減衰係数をめる七いう試みも報告されている（特開昭５
６−１．４７０８２　）。

以上のように、いずれの場合も反射強度についである仮
定をし、単数あるいは複数の周波数成分をもつ超音波を
送受信することで、減衰係数を分離して測定するという
方法をとっている。

また減衰と反射（散乱）情報を合わせた減衰度を測定す
る試みもいくつか報告されている（特開昭５８−２４８
２４．　、特開昭５７−ｆ７９７４．５）。

さらに、減衰度の周波数依存性を４）１ｊ定する試みも
いくつか報告されている（特開昭５７−８９８５８　。

特開昭５７−　］、　３９３２６　、特開昭５７−２０
９０／１０）これらの報告は基本的には生体組織の関心
ある領域に於けるエコー波形（信刊）について良く知ら
れたフーリエ解析等によって周波数分析を行い、得られ
た周波数スペクトラムを従来の断層像と併示しているも
のである。１だ関心ある領域内での２つの点におけるス
ペクトラムの差を表示してこの関心領域内の音響特性（
減衰）の周波数依存性の情報を与えているものである。

いずれにしても、得られる情報はスペクトラムであシ、
従来の断層鐵という画像情報に比べてこれらのスＲりト
ラムの形そのものの変化を捉えて、組織の性状診断を行
うことは、実際」二困１唯と言わざるを得々いし、丑だ
組織の拡が９に対するスペクトラムの分布を実時間で捉
えることも困難であることが推演＋されよう。

また多周波断層法によって得られた異なった周波数の断
層像の表示方式の一つとして、ス被り）−ルカラー法と
呼ばれている方法が良く知られている。これは、テレビ
ジョン学会編「不可視情報の画像化」（株）昭晃堂の第
１９５〜１９Ｇ頁。

日本超音波医学会第２８回研究発表会（１，９７５゜１
１．）の講演論文集の２８−２７（第４７〜４８頁）お
よび米国特許第４，２２８，８０４号にその山谷が報告
されている。この方法は、異なった周波数によって生体
組織の減衰情報の周波数依存性を捉えようとするもので
あるが、後で詳しく述べるように複数の周波数によって
得られた各周波数ＩＵの断層像を単に重畳表示している
にすぎない。しだがってこの方法では減衰媒質（組織）
の）９さ、超音波探触子から測定しようとする対象の媒
質（組＆）７１、での距離、および、対象組織と探触子
の間にある他の組織の影響によって元々同じ減衰度の１
Ｙ１１織でも違った減衰歇として測定されるという根本
的な問題点をかかえている。

■１発明の目的 本発明では、仮定を設けて減衰と反射（散乱）を分ｔ’
ｉｌｆすることなく、減衰と反身１（散乱）を合わせて
、その生体組織に於ける減衰度として取り扱い、さらに
この減衰度の周波数［衣存性を実時間で測定し画像化す
ることで、従来得られなかった生体組織の減衰情報を映
像として提供することを目的とする。

本発明によれば超音波・ぐルスを被測定物体に送信し、
被測定物体から反射された超音波エコー信号を検出する
ことによって被測定物体の音響特性を測定する超音波測
定法は、被測定物体に超音波パルスを送信し、被測定物
体から反射された超音波エコー信号が所望の周波数帯域
を有するような超音波エコー信号を州る超音波送受信工
程と、送受信工程において得られたエコー信号から被測
定物体の所望の被測定頭域についてのエコー信号を識別
し、この識別したエコー信号から板ＩＨ１１定領域の音
響特性を測定する測定工程とを含む。

超音波送受信工程は、広帯域の超音波・ぐルスを送信す
る工程と、被測定物からの広帯域の超音波エコー信号を
受信し所望の単数あるいは複数の周波数帯域に弁別する
受信工程とを含む。

音響特性は超音波の吸収係数２反射散乱係数および透過
散乱係数を含んだ減衰係数である。

測定工程は、被測定領域における２つの境界について測
定された所望の周波数弗域におけるエコー信号の比によ
って被測定領域の減衰係数を算出する。

４１１１定工程は、被測定領域における２つの境界につ
いて測定された所望の複数の周波数帯域におけるエコー
信号の比によって被測定領域の減衰係数の周波数依存度
を９出する。

超音波送受信工程は、エコー１１ｉ創から得られる被測
定領域を示す画像が実′１′↓」暑復数の走査線で形成
されるように、被測定物体に対して超音波パルスを送受
信し、ｎ！＋＋定工不１゛に１１、複数の走査線におい
て所定数の走査線について平均をとっ）こ音響特性を測
定する。

超音波パルスを被測定物体に送信し、被測定物体から反
射された超音波エコー信号を検出することによって被測
定物体の音響特性を測定する超音波測定装置は、被測定
物体に超音波・やルスを送信し被測定物体から、反射さ
れた超音波エコー信号が所望の周波数帯域を有するよう
な超音波エコー信号を得る超音波送受信手段と、送受信
手段において得られたエコー信号から、被測定物体の所
望の被測定領域についてのエコー信号を識別し、この識
別したエコー信号から被測定領域の音響特性を測定する
測定手段と、この測定した音響特性を被測定領域に対応
した可視画像として表示する表示手段とを含む。

超音波送受信手段は、広帯域の超音波パルスを送信する
送信手段と、被測定物体からの広帯域の超音波エコー信
号を受信し、所望の単数あるいは複数の周波数帯域の信
号を通過させる帯域通過回路を有する受信手段とを含む
。

音響特性は、超音波の吸収係数９反射散乱係数および透
過散乱係数を含んだ減衰係数である。

測定手段は、被測定領域における２つの境界について測
定された所望の単一あるいは複数の周波数帯域における
エコー信号の比によって被測定領域の減衰係数を算出す
る。

測定工程は、被測定領域における２つの境界について測
定された所望の級数の周波数帯域におけるエコー信号の
比によって、被測定領域の減衰係数の周波数依存度を算
出する。

超音波送受信手段は、表示手段に表示される可視画像が
実質上複数の走査線で形成されるように被測定物体に対
して超音波パルスを送受信し、′６１１定手段は、複数
の走査線において所定数の走査線について平均をとった
音響特性を測定する。

表示手段は、所望の周波数帯域における減衰係数を所望
の色に対応して表示する。

表示手段は、減衰係数の周波数依存度を所望の色に対応
して表示する。

表示手段は、所望の周波数帯域における減衰係数と所望
の周波数帯域において帯域通過回路から出力される高い
周波数帯域の信号とを加算する。

ｌ１１１発明の詳細な説明および作用 以下第１図で、本発明の原理について詳細説明を行う。

超音波探触子４０から被測定物体１０へ送信された超音
波パルスの振幅をＶ。（ｆ）とする。但しｆは超音波の
周波数である。物体１０内の音響インピーダンスの不連
続面２０（物体１０の表面ＩＱａからの距離Ｘ””Ｘｌ
　）からのエコー信号の振幅■（ｆ、Ｘ、）は次式で与
えられる。

但しＲ（ｆ、Ｘｌ）は反射係数　ＴＸ　Ｉωは物体表面
（ｘ＝０）から不連続面２０　（ｘ＝ｘ、）までの超音
波の伝播における透過係数の積　Ｔｏ（イ）はその１ 逆の値すなわちｘ　＝　ｘ　、からｘ　＝　Ｏまでの透
過係数の積である。不連続面２０と表面との間にもいく
つかの音響不連続面が存在すると考える。

またα（ｆ、Ｘ）は吸収係数を表わしている。

（１）式の両辺の自然対数をとって変形すると次のよう
になる。

不連続面３０についても（２）式と同様の式が得られる
。

ｉｎ　［：Ｖ（ｆ、ｘ　２　）／Ｖｏ（／’））　＝　
ｉｎ　［Ｔ：’（ｎ−Ｔ汐…−Ｚｎ［Ｒ（ｆ、ｘ２）Ｉ
Ｉ（２）　−（３）よシ次式を得る。

ｚｎ［ｖ（、／’、ｘ　＋）／ｖｃＬｘ２）〕−ｔｎｃ
Ｊｌ’ｔ”’Ｃｆ＞−Ｔ”Ｖ＞’）Ｘ　＋　Ｘ２ ”−１−ｎ　Ｃ１，１（Ｊ、ｘ　＋　）／Ｒ（、ｆ　、
Ｘ　２　）ｌ）（４）式の意味するところは以下のよう
である。２つの不連続面２０および３０からのエコーの
振幅の比のｔノ然対数ｔｎｃＶ（ｆ、Ｘ、）／ＶＣｆ、
Ｘ２）〕Ｎ５、このの反射係数の比の自然対数値 ｔｎ［Ｒ（ｆ、ｘｌ）／Ｒ（ｆ、ｘ２））　、および領
域５０内での超音波の云播における透過係数に関する値
ｔｎ〔１／（Ｔｘ２Ｃｆ）・Ｔｘ１ｃ／））〕ヲ情報ト
シテ含ンテイルＸ　＋　Ｘ　２ ことになる。

生体軟組織の透過係数については未だ正確なデータはな
いが概路次のように考えることができる。生体軟組織の
平均音響インピーダンスは１、６３　Ｘ　１０６〔ｋｇ
／ｍ’ｓ：］であり、丑だ音響インピーダンスの範囲は
大略１４〜１．７　Ｘ　］、　０６Ｃｋｇ／ｍ　２・Ｓ
〕であることが知られている。透過係数の値を調べるた
めに、平面層でのモデルを用いると次のようになる。す
なわち第１９図のように、仮に互いに最も離れた値の音
響インピーダンスＺ１およびＺ２をそれぞれ有する２つ
の層１および２がある場合を考えると、Ｚｌの層」から
Ｚ２の層２への超音波の透過係数］゛１２は、層２から
層］への透過係数Ｔ２１’ｔｔ、、２Ｚ１ ２１ｚ＋ｚ １ま たとえばＺ］、〜１．．４．Ｚ２二１７とすると、Ｚ　
］、、７ 一’＝　−〜１．２１４　、’、Ｔ、２・Ｔ２．＝　１
．（１０！ｌ　”””？２・Ｔスフ１０１８Ｚ１１．／
１ 、’、２ｎ［１／ＩＩ″、２’　Ｔ２１．］　＝ｔｎ［
０，９８２］　＝−０，０１８これはｄＢ換算にすると
−０，１，５８ｄＢ　となる。実際に生体内では音響イ
ンピーダンスの差が平均的に小さいと考えられる。たと
えばＺ１＝１．５゜２２−１６とすると ｚ２／ｚ１−ｉ、ｏ６．’、ｔｎ［］、／Ｔ１２・Ｔ２
１）”−０００１ｄＢ換算すると０．００９　ｄＢとな
る。

が第２０図である。

一方、生体軟組織の吸収係数は大略０５〜２．０ｄＢ／
ｃｍ・■（２の範囲にあることが知られている。

通常使用される周波数帯である３　ＭＪ（ｚ程度では１
、　’５〜６．　ＯｄＢＡ：ｎ＋の範囲となる。従って
１．　ｔｙｎ当シの吸収による減衰と透過による減衰を
比べると透過による減衰の方は約１／］０以下〜１．／
］、　０（１以下と考えることができる。１咽当りの吸
収による減衰は０１５〜０．６　ｄＢ／ｍｍ　となり第
２０図よＩ）ｏ、ｓ６＜ｚ２乙、＜］、、１．７の範囲
であれば、透過による減衰の方が約１／］０以下と考え
ることができる。従って、生体の軟組織の平均音響イン
ピーダンス１．、６３　Ｘ　１０　に対して１４〜１．
９Ｘ１０６の範囲の軟組織との透過による減衰について
は吸収（Ｃよる減衰の約１／１０以下と推定できる。

実際の生体軟組織の透過係数を計算することは現在のと
ころ明確な理論がなくできない。しかし音響インピーダ
ンスの差が非常に小さいことを考えると、透過係数はか
なシ１に近いことが予想され、吸収係数に比べて無視で
きるものと推定される。もし、透過係数が小さく吸収係
数に対して無視できない場合にｄ５、この分が吸収係数
への誤差どして入ってくることになる。

第１表に生体組織の音響インピーダンス値を、第１１表
に吸収係数を示しである。

第　Ｉ　表 脂　肪　１３８ 肝球水晶体水様液　１５０ 眼球硝子液　１５２ 脳　１５８ 血　液　１，６］ 腎　１臓　１．６２ 人体組織（平均値）　１６３ 牌　臓　」、６４ 肝　臓　１．．６５ 筋　肉　１．７０ 肝球水晶体　１．８４ 頭がい骨　７．８０ 第　１　表 α／ｆ平均値　αガ標準偏差　周波数軸回眼球水様液、
硝子液　０１０　６〜３０血　液　０」、８　−　．１
．０ 脂　肪　０．６３　０．０７３　０８〜７．０延髄（繊
維方向）　０．８０　０．０７］、、　］、、７〜３４
脳　０．８５　０．０５（ｉ　０．９〜３．４肝　臓　
０．９４　１．０５８　０．３〜３．４腎　臓　１．０
　０．０４　０．：３〜４５を　髄　１．０　−　ｉ−
、。

延髄（横方向）　］、、２　０．０５　１−．７〜３４
筋肉（繊維方向）　１．３　０，０７　０．８〜４５心
　筋　１．８　０，１０　０．３〜４．５眼球水晶体　
２．０　−　３．：３〜１３そこで生体軟組織に限って
は次式のように反射の項と吸収の項の和か ｔｎｃＶｃｆ、Ｘ、）／Ｖ（ｆ、ｘ２）〕として力えら
れることになる。

ｔｎ［Ｖ（ｆ、Ｘｌ）／Ｖ（ｆ、Ｘ２））　−ｔｎ〔Ｒ
（ｆ、ｘｌ）／Ｒ（ｆ、ｘ２））＋１ （４）式、（５）式いずれにしてもｔｎ［ｖ（、／’、
ｘ、）／ＶＣ／’、ｘ２）〕という観測直は距離（ｘ２
−ｘ、）である領域５０の超音波の周波数ｆにおける減
衰情報（吸収。

反射、透過）を表わしていることになる。従ってこの減
衰度を単位長さ当シに換算しあらためてβ（Ｊ’、Ｘ）
とおく。

で定義できる。

現在までの非臨床的な実験によると生体軟組織の減衰度
は周波数に対して１〜２乗の依存性があるこ表が報告さ
れている。すなわちβ（ｆ、Ｘ）−β。（ｘ）’ｆｎ（
ｎ＝１〜２　）　’　（７）減衰度の周波数依存性を１
ｊｉｌｌ定するだめには２つの周波数ｆ、、ｆ２につい
て（５）式をめればよい。

Ａｎ　ＣＶＵ、、ｘ、）／Ｖ（ｆ、、ｘ２）〕＝　ｂｎ
　ＣＲ＜ｆ、、ｘ、）／Ｒ（ｆ、　、ｘ２））ｔｎ　［
■（Ｊ２．ｘ　、）／ＶＵ２　、ｘ２）：ｌ］　＝　ｔ
ｎ　ＣＲ（ｆ２．Ｘ　、）／Ｒ（ｆ２．ｘ、、）〕１ そこで両式の差（ｓ）　−（９）　、つまりｆ、とｆ２
の観測値の差分をとると次のように々る。

１ （６）式の定義によって 一β。（Ｘ）〔ｆｌ−ぢ〕　０υ すなわち周波数１１のときの減衰度β（ｆｌ、Ｘ）と周
波数ｆ２のときの減衰度β（ｆ２．　Ｘ）　の差、つ丑
り第２図に示すように減衰度の周波数依存性が測定でき
るわけである。

（６）式のように、１つの周波数ｆ１のみの測定でβ（
ｆｌ、χ）を測定することはできる。しかし第３図のよ
うに減衰度の周波数依存性が異なる組織についての倣哀
凹曲線１と２、あるい（／ｉ、伺らかの原因例えば疾患
等によって、ある組織の周波数依存性が１と２のように
変化した場合、２つ以上の周波数を使用することでこの
周波数依存性をｄ１１１定することがＢ］能となシ、組
織１と２のしＬいを表現することができるわけである。

次に上記のように定義されだβ（ｆ、Ｘ）および〔β（
ｆ、、ｘ）−β（ｆ２．ｘ）］　は生体中の吸収および
反射散乱を含んだ情報であるので、この２つの減衰機構
による関係で、正、負および零の値をとることについて
詳細に述べる。

まずβ（ｆ、Ｘ）について考える。

］ βＣｆ、Ｘ）　＝　−−ｔｎ、［Ｖ（、／’ＩＸ、）／
ＶＵ、Ｘ２）］７　Ｘｌ これを吸収と反射散乱項の関係で分析すると、次のよう
になる。

吸収項である第２項はこの場合、必ず正の値をもつ。従
ってβ（、／’、Ｘ）　の値は反射散乱の項の性質で決
定される。すなわち、 となる。

すなわちＲ（、／’、Ｘ、）　＜Ｒ（ｆ、ｘ２）で、か
つ反射散乱項の絶対値が吸収項より大きい場合にβ（、
／’、ｘ）は負の値をとる。β（ｆ、Ｘ）が零の場合は
Ｒ（ｆ、Ｘ、）　＜Ｒ（ｆ、ｘ２）で吸収項と散乱項の
絶対値が等しい場合、およびＲ（、／’、Ｘ、）−Ｒ（
ｆ、Ｘ２）で吸収が無い場合である。その他の場合には
βＣ７’、Ｘ）は正である。正の場合でＲ（、／’、Ｘ
、）−４（ｆ、ｘ２）のとき、β（、／’、Ｘ）は純粋
な吸収値を表わすことになる。

次に〔β（Ｊ、、Ｘ）−β（ｆ２．Ｘ）〕の性質につい
ても同様に考えてみる。

ｆ、　＞ｆ２とすると、通常α（ｆ、、Ｘ）＞α（ｆ２
．Ｘ）であるから、吸収項 る。従って次のようになる。

以上のように、測定物体内での超音波伝播区間内でのニ
コル信号の差分部とることで減衰度β（、／’、ｘ）　
が測定でき、さらに、２つ以上の周波数でβ（、／’、
Ｘ）　を徂１定し、その差分〔β（ｆ、、Ｘ）−β（，
７’２．Ｘ））　（２つの周波数の場合〕をとることで
、減衰度の周波数依存性が１ＦｌｌＩ定できることが示
された。

次に、従来のス波りトルノノラー法との違いについて述
べる。

従来のスペクトルカラー法では、米国特許第４．２２８
．８０４号および実開昭５８−１．８５０７に記載され
ているように、基本的には第４図のようにＪつの探触子
４０からの広帯域のエコー信号を３つのバンドパス・フ
ィルタ（ＢＰＦ）　６０ａ。

６０ｂ、６０ｃで３つの周波数帯域信号に分離し、各々
の周波数のエコー（Ｍ−シ＞を：３つのカラー（赤、青
、緑）別にカラーＣ１ζ１゛上７０で重畳しているにす
きない。この従来の方法によって３つのバンド・パス・
フィルタ６０ａ〜６’Ｏｃ（中心のｆをｆ、　、　ｆ２
．　ｆ３とする）を通過した信号は、既に本発明の原理
説明で述べた」こうに、透過係数の項を無視すれば次式
で表現できるＯ １ｎ［ＶＣ／’２．ｘ）／Ｖｏ（ｆ）〕＝ｉｎ［Ｒ（Ｊ
２．ｘ）：］−２ｆ：Ｃｒ、、、ｘ）ｄｘここでＶ。（
ｆ）は送信時の振幅であり、予め測定可能である。

いま論議を簡単にするために、第５図のように均一吸収
媒質１００の中にＩＣ７ｎ毎に均一な反射強度をもつ反
射体２００が独立にあるような系を考える。同図に矢印
で示すように探触子４０を上から下に走査して各反射体
２００から反射してくる４つのエコー信号Ｖ（ｆ、Ｘ）
（Ｘ＝１，２，３，４Ｃｒｎ）を測定する。均一吸収媒
質１００の吸収係数を１ｄＢ／Ｃｍ・Ｍｎ２．とじ、反
射強度は１とする。ｆ　＝　３　ＭＨｚ　の場合につい
て考えると３　ｄＢ／ｃｍの減衰度になる。送信振幅Ｖ
。（ト）とエコー信号振幅Ｖ（ｆ、Ｘ）　との比を縦軸
に、吸収媒質１００の距離Ｘを横＋１１１１　ＰＣとる
と、各反射体からのｔｎ［Ｖ（ｆ、Ｘ）／ＶＯ（、／’
）］の値は第６図のようになる。イ旦し、Ｘ−０のとき
の１直をＯｄＢとしている。図中のＯ印が測定値である
。

従来のスペクトルカラーθぐではこの値をそのまま輝度
変調しモニタＣＲＴ　７０上に表示していた。従って、
表示された値の輝度は第６図のように距離に従って減少
してし丑う。全く均一な吸収媒質１００にもかかわらず
表示上異った値として出力されることは、原理的に大き
な問題であると同時に、実用上は殆ど役に立たないと考
えられる。ＳＴＣ回路を用いて補正する方法も報告され
ているが、この方法はあくまで人為的な方法であり、再
現性、定量性に乏しく、従来の超音波断層装置と全く同
じ問題を生じてしまうことになシ、何ら改善の効果がな
いと言っても過旨ではない。

１つの周波数（以上の説明では：３　Ｍｌ（ｚ　）での
信号処理法に於いて以上のような原理的問題点を抱えて
いる以上、周波数を複数にしてカラー表示を行っても情
報としての再現性、定量性は乏しいと考えられる。

さて次に、本発明について述べる。既に原理説明で述べ
た如く信号処理は次式に従って行われる。

ｔｎ［Ｖ（ｆ、ｘ、）／Ｖ（ｆ、ｘ２））−４ｎ［Ｒ（
７，ｘ、）／ＩＲ（ｆ、ｘ２））＾１ つまシ、従来法との根本的な差は距離の異なる２つのエ
コーの差分［直を採用している点にある。第７図で説明
すると、測定で得られた信号４００に対して距離１ｃｍ
の時間に対応した信号４１０をつくり、この差分をとっ
たのが第８図の波形５００である。差分をとったことで
距離に関係なく出力が一定になり、すなわち同じ減衰の
物質であることを示している。上式でいえばＲ（ｆ、ｘ
＋）　−Ｒ（ｆ、ｘ２）　＝　１よシ、１ となる。すなわち波形５００の値の］／２である線５５
０が吸収係数を与えるわけで、、　３　ｄＢ／ａｎと正
確にＩ′１１１１定されていることが第８図より明らか
である。

ところで現実には、超音波探触子４０から、例えば減衰
の極めて小さい水中に向けて送信された超音波ビームは
、その探触子４０の開口、あるいは、中心周波数によっ
てその音場が変化する。音場は、近似的には、汀）９図
（Ａ）のようになり、丑だ中心軸上の強度は超音波探触
子４゜からの距離Ｘによって同（Ｂ）に示すように変化
する。なお同（Ｂ）の縦軸は、最大強度■。に対する距
離Ｘにおける強度を示している。

そこで装置の実用土はこれを較正しておかなければ正し
い測定が行なえない。すなわち、音圧の変動をあらかじ
め標準媒タノ↓でｄ（）１定し、被測定物体からのエコ
ー振幅（音月二）を標準音圧で割シ算し規格化すること
で、超音波探触子４０の音場特性の影響を除き、測定さ
れた減衰度を、より普遍的な値とすることが可能となる
。

標準媒質による測定８１次のようにして行なうのが適当
である。第１０図のように、脱気水１２中にたとえばス
テンレスの完全反射体１４を、設け、この完全反射体１
４からのエコー振幅を標準音圧とする。超音波探触子４
０と完全反射体１４の距離を相対的に変化させ、各距離
からのエコー振幅を′６１１定すれば、標準音圧曲線が
第１１図のようにめられる。さらに好ましくは第１２図
のように生体とほぼ同じ減衰特性をもつ例えばひまし油
１２　ａを脱気水１２の代わりに媒質として使用すれば
、減衰によシ超音波の平均周波数が低くなっていく影響
も除くことが可能となり、より実際的（生体に近い）な
標準音圧曲線を得るととができる。

但しここで、注意しなければならない点がいくつかある
。１つは完全反射体１４の裏面からのエコーと表面から
のエコーが時間的に重複しないように、完全反射体１４
の厚さを選択する必要がある。２つにはひ１し油１２ａ
の減衰特性は温度依存性があるので、温度管理する必要
がある。生体の減衰に近づける／こめＶ′ＣはｒＡＡ度
Ｃ：はぼ２０℃〜３０℃の間が適当である。

実用に適した装置としては、標ｆｌ、（：音圧曲線をあ
らかじめ測定し、装置内に７　’Ｉ’、’＋２させてお
くことが有利である。又再度標準−７：１圧曲線を４ｉ
１］定したい場合には、第１３図の」こうに階段状の完
全反射体１４ａを有する装置を作成すれば」：い。

すなわち超音波探触子４０を走査１ｆｔｅ　１７４１．
０４で水平走査すると、超音波探触子４０と反射体１４
ａの反射面との距離が段階的に変化する。

そこで完全反射体１４ａからのエニＩ−振幅を測定し、
順次記憶すれば標準音圧曲線を得ることが可能となる。

次に、第１４図に示す本発明の実施例について詳細に述
べる。

点線１０６の枠内は従来のＢモード断層装置の構成部分
を示し、とれは周知であるので詳細な説明は省略する。

被測定物体１０からのエコー信号は受信回路９０、対数
増幅回路（ｒｗ−、ｗ）５を通シ、検波回路１５に入力
される。検波回路１５は従来の検波回路６と違って、減
衰度を正確にめるため、雑音成分および高周波成分を除
く低域通過フィルタの役目を兼用している。

すなわち検波の時定数によシ信号を平滑化し、結果的に
信号の低域成分のみを通過させるようにする。勿論第１
５図に示すように、従来の検波回路６の出力を２つに分
けて一方をＳＴＣ回路７に入力し、他方を検波回路１５
の代りに低域通過フィルタ２３に入力させることでも、
上記機能を達成することができる。

検波回路１５あるいは低域通過フィルタ２３を通った信
号は２つに分けられ、一方はその１ま差分回路１７へ入
力され（ｔｎｖｃ、ｉ’、ｘ、）　）　、、他方は遅延
回路１６である時間遅延さぜられ差分回路１７へ入力さ
れるｔｎｖ（ｆ、Ｘｌ−１）。差分回路１７ではこの２
つの信号の差 ｔｎ［ＩＶ（ｆ、Ｘ、　、）／Ｖ（７，Ｘ、）〕　が（
則定され、出入力される。後は、従来の処理と同様であ
り、フリーズ・メモリ２１へ入力され表〉ｉ司ｑＢ　Ｉ
　３へ輝度変調されて断層像として表示される。遅延回
路１６の遅延時間は、遅延時間設定器２５によって設定
される。

この実施例によれば、差を示す差分回路１７の出力信号
は、スイッチ回路１９を通してφ変換器１１０にてディ
ノタル信号に変換され、フリーズメモリ２１に蓄積され
る。フリーズメモリ２１に格納されだ差信号は、コント
ロール回路２４の制御によりこれから読み出されて、１
）／Ａ変換器２２によりアナログ信号に変換され、映像
増幅回路１０８によってＣＲＴ々との表示部１３に輝度
変調をかけ、可視断層画像としてこれに表示される。表
示画像のフリーズは、フリーズスイッチ１８を操作する
ことによってスイッチ回路１９を切り換え、メモリ２１
の山谷が固定される。スイッチ回路１９以降の構成は従
来の部分１０６とほぼ同様である。

表示方法として種々の方法が考えられる。

第１には従来のＢモード像と本発明による減衰分布像と
を時間的に切シ替えて表示する方法、第２には２つなら
べて表示する方法、色分けをして重畳表示する方法であ
る。この第３の方法は例えば第１６図に示す構成によっ
て実現される。これは、従来のＢモード像を青系統の濃
淡画像とし、減衰分布像を赤系統の濃淡画像とするもの
である。このため、フリーズメモリ３の出力が青（Ｂ）
の信号として映像増幅回路１２２を通してカラーＣＲＴ
などのカラー表示部１３　’ａに入力され、フリーズメ
モリ２１の出力が赤（Ｒ）の信号として映像増幅回路１
２１を通してカラーＣＲＴなどのカラー表示部１３ａに
入力される。

遅延回路１６の遅延時間を遅延時間設定器２５にて外部
からコントロールすることによって減衰度を′６１１定
する単位区間の長さを変えることができる。すなわち遅
延時間を短かくすれば単位区…」は短くなり、空間分）
鮪能は向上するが、逆に局部的な減衰度が表示されてし
甘う。また遅延時間を長ぐずれば単位区１ｉ−ＥＩ　Ｕ
：長くなり空間分解能は悪くなるが、逆に組織の平均的
な減衰度が測定できるわけである。従って測定すべき対
象の大きさによってとの遅砥時間を選ぶことができる〇 さらに、方位方向すなわち走査線と直角の方向に対して
減衰度を平均化することも可能である。これは、たとえ
ば第１７図に示すように、フリーズメモリ２１の出力側
にＪ〆ＭＬだ演算回路１１２によって実現される。すカ
わち第１８八図のようにフリーズメモリ２１の出力に対
して複数の走査線１〜ｎについてツタ１定の本数（この
図では３本）毎の加算平均１直１〜ｋを演算回路１１２
で算出し、この平均１ｉｆｅを表示部１３へその所定の
本数毎に表示すれシ１：よい。この平均操作は、第１．
８　Ｂ図に示す」、うに、各走査線１〜ｎを複数回（こ
の例では；３回）ずつ重複して順次ずらせて行ない、ｎ
−２本の平均化した走査線■■■・・・を形成するよう
にしてもＪ：い。

またこの平均する走査線の数を走査線設定器３１で外部
から制御するようケこしてもよい。

なお前述した探触子４０の音場特性の較正は第２１図に
示すように、校正演算を行なう演算回路１１４と、前述
した校正データを楕円した校正用メモリ１１６とを含む
回路構成によって行なわれる。演算回路１１４は、構成
用メモリ１１６の構成テ゛−夕でフリーズメモリ２１の
信号に校正演算を行ない、こうして構成された信号が表
示部１３に表示される。なお、第１．／Ｉ図の回路のブ
ロック１０６にも同様に校正演算回路が設けられるが、
これは図示を省略しである。

次に第２２図の実施例について説明を行う。

第１４図の実施例との相違点は受信回路９０の出力をＢ
ＰＦ　（バンド・パス・フィルタ）回路１１８を通して
対数増幅回路５　ａ　（ＬＯＧ、ＡＭＰ）へ入力してい
る点にある。バンド・パス・フィルタ１１８は、第２３
図のように中上・周波数ｆ。

帯域幅Δｆのものを使用すると、この周波数帯域内の周
波数に関する減衰情報が第１４図の装置と同様な原理で
測定することができるわけである。この周波数帯域Δｆ
および中心周波数ｆｃを外Ｍ）〜から周波数帯域設定回
路２６でコントロールすることで、所望の周波数・（１
に域における減衰情報を測定することができる。表示方
法については第１４図の実施例と同様に；３つの方法が
考えられる。

次に、第２４図の実施例について説明を行う。

本実施例は前記の原理説り］でツノ１（べ／こ１１１り
減衰の周波数依存性に関する情報を測定する／こめのも
のである。ＢＰＦ　１　、１２０　ａお」：びＢＰＦ　
２　。

１２０ｂによってエコー信−シ′；娯、２つの異なる周
波数帯域に別けられ、各々対数増幅回路１２３ａおよび
１２３　ｂ、検波回路１２４ａおよび１２４ｂを通り、
差分回路１２６で差分値Ａｎ　ＣＶＣ７’　、　、　Ｘ
　）／Ｖ（、、／’２．　Ｘ　）、１１が算出される。

あとは、第１４図、第２２図の実が口例と同様な信号処
理が行われ、結局出力である表示部１３にはされた断層
像として展開されるわけである。表示方法については第
１４図の実施例と同様に３つの方法が考えられる。

次に第２５図の実施例について説明を行う。

本実施例は第２４図の実施例におけるバンド・ｉｅス・
フィルタ回路を３系統に増やした場合であり、例えばカ
ラーＣＲＴモニタ表示部１３ａの３色赤、青、緑に対応
して出力を得ることが可能となる。従って得られた断層
像の３色の各色が各周波数帯域における減衰度に対応し
ており、３色の各成分の色の強度によって出力の色が異
なってくる。例えば、第２６図に示すように、周波数の
低い方からｆ　ｃｌ　’　ｆｃ２　’　ｆｃ５と設定さ
れ、これに対応する色が赤、緑、宵とすると、各周波数
帯域成分が同程度であれば、はぼ白色となる。しかし、
たとえば高い周波数成分（、／’、）である青色が減少
してくると、表示画像は黄に近づいてくる。従ってカラ
ーＣＲＴ表示部１３ａ上の色はその捷ま減衰の周波数依
存性の情報を正確に反映しており、寸だ直観的に色の違
いによって組織の特性化を把握することか可能となる。

またこの３つの周波数帯域（ｆｃ、Ａｆ）を第２４図の
実施例と同様、各々について独立に可変とすれば、所望
の周波数帯域の組合せによるスベクｉ・ルカラー断層像
をイＳることが可能となる。

表示方法については第１４図の実施例と同様に３つの方
法が考えられる。

次に第２７図の実施例について説明を行う。

本実施例は第２５図の実施例を更に拡張した例である。

エコー信号を３つの周波数帯域ｆｃｌ　’ｆｃ２　”　
ｃ３に別け、このうちの２つの周波数帯域ｆｃ１とｆｃ
２　”　ｃ２とｆｃ３　”　ｃ３とｆｃｌの組合せにつ
いて各々の差分値をとシ、減衰の周波数依存性について
３組の情報を同ｔ１．’ｌＫ得ることが可能となる。あ
とは第２５図の実ＩＸα例と同様、例えばこの３組の減
衰情報を赤、緑、青に対応してカラーＣＲＴ表示部１３
ａへ断層像として表示すればよいわけである。丑だ、こ
の３つの周波数帯域（ｆ、Δｆ）を第２５図と同様、各
々について独立Ｋｉ’ｊｌＪ変するようにすれば、所望
の周波数帯域の絹合せによるス被りドルカラー断層像を
得ることが可能となる。

第２８図は第２７図と同様であるが周波数帯域の差分を
映像増幅回路１０８ａ〜１０８Ｃの直前で算出している
実施例である。表示方法については第１４図と同様、３
つの方法が考えられる。

次に第２９図の実施例について説明を行う。

送信回路８０より送信された駆動波が探触子４０を付勢
し、被測定物体ＩＯへ超音波・ぐルスが入射される。エ
コー信号は探触子４０で受信され受信回路９０．対数増
幅回路５、および検波回路６を通過し、第１４図の実施
例と同様、遅延回路１６および差分回路１７で減衰度が
測定される。この差信号は映像増幅回路１０８に入力さ
れ、表示部１３へ減衰度分布像として表示される。

一方検波回路６の出力は高域通過フィルタ（ＨＰＦ　）
回路１３２によって低域の周波数が除去され、高域周波
数のエコー信号、すなわち組織境界のエコー成分が相対
的に強調される。これは映像増幅回路１０８へ入力され
表示部１３へ境界エコー強調像として表示される。

以上２つの像を映像増幅回路１０８で混合し重畳表示さ
せることで、減衰とエコー強調が同時に展開された断層
像を得ることが可能となる。

さて本発明は以上説明した実施例にのみ限られるもので
はなく、例えば、複数のバンド・やス・フィルタを設け
れば対応し／（複数の周波数帯域に関する減衰情報が測
定でき、寸だ周波数に対する分Ｍ能も高くなってくる。

さらには複数の組の周波数差分情報を測定することも可
能である。また探触子をアレイ型探触子にすればリニア
およびセクタ′電子走査に」二ってリアル・タイトでの
スペクトルカラー断層像を展開表示することが可能であ
る。

以上の実施例の説明によっても明らかなように、本発明
は比較的簡単なアナログ回路によって高速に信号処理用
能なことが大きな利点であり、リアル・タイムでの処叩
にも適していると≠″　シ　７ ■１発明の具体的効果 以上のように本発明によれば被測定物体とくに生体組織
における超音波の吸収と反射、散乱による減衰度分布、
および減衰度の周波数依存性の分布を断層像として展開
表示し、これによってこれらの特性を直観的に１巴握す
ることが可能となる。さらには所望の周波数帯域での減
衰度をいわゆるスペクトルカラー像として表示でき、得
られた断層像の色については、従来のように測定系およ
び被測定物体の構造の影響を受けること々く、被測定物
体の減衰情報と正確に対応することができるリアル・タ
イムのスにクトルカラー断層像の測定およびその装置が
提供される。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は本発明の基本的原理を説明するだ
めの原理説明図、 第４図は従来技術によるカラースペクトル法の超音波測
定装置の例を示すプロ、り図、第５図ないし第８図は本
発明の超音波測定力法を単純モデルについて説１ｊ／ｌ
する説明図、第９図ないし第１３図は本装置に使用する
超音波探触子の校正方法を説明する説９１図、第１４図
は本発明による超高波ｄｌｌｌ装定の実施例を示すブロ
ック図、 第１５図ないし第１７図は、第１／１図の実施例におけ
る部分的変形実施例を示すブロック図、第１．８　Ａ図
および第１８Ｂ図は、第１７図の実施例における走査平
均値算出方法を説明する説明図、 第１９図および第２０図は、本発明の詳細な説明する説
明図、 第２１図、第２２図、第２４図、第２５図、および第２
７図ないし第２９図は、本発明のさらに他の実施例を示
す７０７２図、 第２３図および第２６図は、それぞれ第２２図および纂
２５図に示す実施例の説明に使用する周波数特性図であ
る。 主要部分の符号の説明 ３．２１　・・フリーズメモリ ５．１２３ａ　・・対数増幅器 ７　・・ＳＴＣ回路 １３．１３ａ　・・・表示部 １６　、１２８ａ・・・遅延回路 １７−　・・・差分回路 ２５　・・遅延時間設定器 ４０　・・・探触子 １０８　・・・映像増幅回路 １１４　・・・演算回路 １２０ａ　・・・帯域通過フィルタ １３２　・・・高域通過フィルタ 第１図 第２図　第３図 第４図 第５図 １１”＋１”１ 、簸２紘Ｘ 第８図 澱４Ｚｘ 第９図 第１０図 第１１図 第１２図 第１５図 第１６図 第１７図 Ｉ 第１８Ａ図 第１８８図 ０ 第１９図 第２０図 ｚ２／ｚ１

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ］　超音波パルスを、被測定物体に送信し、該被測定物
   体から反射された超音波エコー信号を検出することによ
   って該物体の音響特性を測定する超音波測定方法におい
   て、該方法は、該被測定物体に超音波パルスを送信し、
   該物体から、反射された超音波エコー信号が所望の周波
   数帯域を有するような超音波エコー信号を得る超音波送
   受信工程と、 該送受信工程において得られたエコー信号から該被測定
   物体の所望の被測定領域についてのエコー信号を識別し
   、該識別したエコー信号から該領域の音響特性を測定す
   る測定工程とを含むことを特徴とする超音波測定方法。 ２　前記超音波送受信工程は、広帯域の超音波・ぐルス
   を送信する工程と、前記被測定物体からの広帯域の超音
   波エコー信−弓を受信し所望の単数あるいは複数の周波
   数帯域に弁別する受信工程とを含むことを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の超音波測定方法。 ３、前記音響特性は、超音波の吸収係数２反射散乱係数
   および透過散乱係数を含んだ減衰係数であることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の超音波測定方法。 ４、前記測定工程は、前記被測定領域における２つの境
   界について測定された所望の周波数帯域におけるエコー
   信号の比によって該領域の減衰係数を算出することを特
   徴とする特３′１請求の範囲第３項記載の超音波測定方
   法。 ５　前記ｄ］１１定工程は、前記被測定領域における２
   つの境界について測定された所望の複数の周波数帯域に
   おけるエコー信号の比によって、該領域の減衰係数の周
   波数欧存度を算出することを特徴とする特許請求の範囲
   第３項記載の超音波測定方法。 ６、前記超音波送受信工程は、前記エコー信号から得ら
   れる前記被測定領域を示す画ｒ象が実質」二接数の走査
   線で形成されるように、該被測定物体に対して超音波パ
   ルスをツム受信し、前記測定工程は、該複数の走査線に
   おいて所定数の走査線について平均をとった音響時性を
   測定することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   超音波ｄ１１１定方法。 ７　超音波パルスを被測定物体に送信し、該被測定物体
   から反射されだ超ｊ′１波エコー信号を検出することに
   よって該物体の音響特性を６１１１定する超音波測定装
   置において、該装置は、該被測定物体に超音波・ぐルス
   を送信し、該物体から反射された超音波エコー信ひが所
   望の周波数帯域を有するような超音波ｌ１’ｊｒを得る
   超音波送受信手段と、 該送受信手段において得られたエコー信号から、該被測
   定物体の所望の被（（（ｌｊ定領領域ついてのエコー信
   号を識別し、該識別［７だエコー信号から、該・領域の
   音響特性を測定する測定手段と、該測定した音響特性を
   該領域に対応した可視画像として表示する表示手段とを
   含むことを特８　前記超音波送受信手段は、 広帯域の超音波）々ルスを送信する送信手段と、前記被
   測定物体からの広帯域の超音波エコー信号を受信し゛、
   所望の単数あるいは複数の周波数帯域の信号を通過させ
   る帯域通過回路を有する受信手段とを含むことを特徴と
   する特許請求の範囲第７項記載の超音波測定装置。 ９　前記音＃特性は、超音波の吸収係数２反射散乱係数
   および透過散乱係数を含んだ減衰係数であることを特徴
   とする特許請求の範囲第７項記載の超音波測定装置。 １０　前記測定手段は、前記被測定領域における２つの
   境界について測定された所望の単一あるいは複数の周波
   数帯域におけるエコー信号の比によって該領域の減衰係
   数を算出することを特徴とする特許請求の範囲第９項記
   載の超音波測定装置。 １１　前記測定工程は、前記被測定領域における２つの
   境界について測定された所望の複数の周波数帯域におけ
   るエコー信じの比によって、該領域の減衰係数の周波数
   依存度を算出することを特徴とする特許請求の範囲第９
   項記載の超音波測定装置。 １２　前記超音波送受信手段は、前記表示手段に表示さ
   れる可視画像が実質上複数の走査線で形成されるように
   被測定物体に対して超音波パルスを送受信し、前記測定
   手段は、該複数の走査線において所定数の走査線につい
   て平均をとった音響Ｎ件を測定することを特徴とする特
   許請求の範囲第７項記載の超音波測定装置。 ］３　前記表示手段は、前記所望の周波数帯域における
   減衰係数を所望の色に対応して表示することを特徴とす
   る特許請求の範囲第７項記載の超音波測定装置。 」４　前記表示手段−二、前記減衰係数の周波数依存度
   を所望の色に対応して表示することを特徴とする特許 定装置。 １５、前記表示手段は、前記所望の周波数帯域における
   減衰係数と前記所望の周波数帯域において、前記帯域通
   過回路から出力される高い周波数帯域の信号とを加算す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第８項記載の超音波
   測定装置。