JPS62226027A - Ultrasonic measuring instrument - Google Patents
Ultrasonic measuring instrumentInfo
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- JPS62226027A JPS62226027A JP7153786A JP7153786A JPS62226027A JP S62226027 A JPS62226027 A JP S62226027A JP 7153786 A JP7153786 A JP 7153786A JP 7153786 A JP7153786 A JP 7153786A JP S62226027 A JPS62226027 A JP S62226027A
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Landscapes
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- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明は、生体内組織の音響特性変動、とりわけ温熱療
法加温時の温度上昇に伴う音響特性変動を検出する超音
波計測装置に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to an ultrasonic measuring device for detecting changes in acoustic properties of tissue in a living body, particularly changes in acoustic properties associated with temperature rise during heating in hyperthermia therapy.
従来の技術
最近、生体内の温度計測は癌の温熱療法の温度モニタき
して必要であるため注目されている。生体内組織の種々
音響特性は温度依存性を有するため極めて重要な測定項
目となっている。その一つのパラメータである音速の温
度依存特性を利用して逆（＝温度変化を求める方法が超
音波医学会研究発表会講演論文集（４５号、２１〜２２
頁、１９８４ ）等に記載されている交差ビーム法とし
て知られている。以下、第３図を参照して交差ビーム法
について説明する。BACKGROUND OF THE INVENTION Recently, in-vivo temperature measurement has attracted attention because it is necessary for temperature monitoring in thermotherapy for cancer. Various acoustic properties of in-vivo tissues are temperature dependent, making them extremely important measurement items. A method of calculating the reverse (=temperature change) using the temperature-dependent characteristic of the speed of sound, which is one of the parameters, is published in Proceedings of the Society of Ultrasonics in Medicine Research Conference (No.
This method is known as the crossed beam method, which is described in J. P., 1984) and others. The crossed beam method will be explained below with reference to FIG.
第３図において、１，２はそれぞれ超音波の送受信を行
う超音波変換器、３は超音波変換器１゜２を所定の角度
、間隔で固定する保持器、４は被検体、５は超音波変換
器ｌのビーム方向、６は超音波変換器２のビーム方向、
Ｐはビーム方向５きビーム方向６が交差する点である。In Fig. 3, 1 and 2 are ultrasonic transducers that transmit and receive ultrasonic waves, 3 is a holder that fixes the ultrasonic transducers 1 and 2 at predetermined angles and intervals, 4 is a subject, and 5 is an ultrasonic transducer. 6 is the beam direction of the ultrasonic transducer 2,
P is the point where beam direction 5 and beam direction 6 intersect.
以上のような構成において、以下その動作について説明
する。The operation of the above configuration will be explained below.
まず超音波変換器１において駆動パルスが加えられ、被
検体４内へ超音波パルスが照射される。First, a driving pulse is applied in the ultrasonic transducer 1, and the ultrasonic pulse is irradiated into the subject 4.
超音波パルスはビーム方向５に沿って被検体４である生
体組織により散乱されながら進行する。その後、超音波
パルスは点Ｐ（二到達し、そこで散乱された超音波パフ
レスの一部はビーム方向６を逆行して超音波変換器２に
到達する。ビーム方向５゜６に沿った超音波パルスの伝
搬距離は、超音波変換器１ 、２（！：保持器３の寸法
により決まるから、超音波パルスの伝搬時間を計測する
ことにより生体内の音速を求めることが可能である。The ultrasonic pulse travels along the beam direction 5 while being scattered by the biological tissue of the subject 4 . The ultrasound pulse then reaches the point P(2), where a part of the scattered ultrasound pufflets travels backwards in the beam direction 6 and reaches the ultrasound transducer 2. Since the propagation distance of the pulse is determined by the dimensions of the ultrasonic transducers 1, 2 (!: holder 3), it is possible to determine the sound speed in the living body by measuring the propagation time of the ultrasonic pulse.
発明が解決し、ようとする問題点
しかし、以上のような構成は生体内組織の音速があらゆ
る場所で一定であるという前提のもとて音速測定が可能
であり、実際の生体のように組織に依存して音速が変化
する場合には音波ビームは複雑に屈折し、直線で伝搬径
路を近似して音速を求めることは誤差が多く意味がない
。これは加温による音速の変化が］度Ｃにつき０．１係
程度のわずかな量であり、精度の高い音速測定が要求さ
れるという理由による。又、得られた音速は超音波の伝
搬径路上の平均値に対応するものであり、局所的な温度
上昇にも吉づく局所的な音速変化も正確に求まらないと
いう問題があった。Problems to be Solved and Aimed by the Invention However, with the above configuration, it is possible to measure the sound velocity on the premise that the sound velocity in living tissue is constant everywhere, and it is possible to When the sound speed changes depending on This is because the change in sound speed due to heating is a small amount of about 0.1 factor per degree C, and highly accurate sound speed measurement is required. Furthermore, the obtained sound speed corresponds to the average value on the propagation path of the ultrasonic wave, and there is a problem in that local changes in sound speed due to local temperature rises cannot be accurately determined.
本発明は従来技術の以上のような問題点を解決するもの
で、生体のように組織に対応して音速が変化する場合に
も任意の部位における温度上昇を検出することを目的と
するものである。The present invention solves the above-mentioned problems of the prior art, and aims to detect a temperature rise at any location even when the sound speed changes depending on the tissue, such as in a living body. be.
問題点を解決するための手段
本発明は、超音波エコー信号を複数の窓区間において離
散フーリエ変換し、隣接窓区間に対応するエコーの位相
差を求め、この位相差の周波数変化率を求めるこきによ
り、被検体の音速分散の相対値を求め、この音速分散の
相対値の加温前後の変化率を求めることにより上記目的
を達成するものである。Means for Solving the Problems The present invention performs discrete Fourier transform on an ultrasound echo signal in a plurality of window sections, determines the phase difference between echoes corresponding to adjacent window sections, and determines the frequency change rate of this phase difference. The above objective is achieved by determining the relative value of the sound velocity dispersion of the subject and determining the rate of change in the relative value of the sound velocity dispersion before and after heating.
作 用
本発明は上記構成により被検体の音速分散の相対値を求
めるようにしたもので、被検体の音速分散の温度依存デ
ータをもとに、音速分散の相対値の加温前後の変化率か
ら被検体内の局所的温度上昇を推定することが可能であ
る。Function The present invention uses the above-mentioned configuration to obtain the relative value of the sound velocity dispersion of the subject. Based on the temperature-dependent data of the sound velocity dispersion of the subject, the rate of change in the relative value of the sound velocity dispersion before and after heating is calculated. It is possible to estimate the local temperature rise within the subject.
実施例
以下、図面を参照しながら本発明の実施例について説明
する。Embodiments Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
第１図は本発明の一実施例における超音波計測装置の機
能ブロック図である。FIG. 1 is a functional block diagram of an ultrasonic measuring device according to an embodiment of the present invention.
第１図において、１０は超音波変換器、１１は超音波変
換器１０を駆動するパルス駆動器、１２は発振器であり
、発振器１２の出力によりパルス駆動器１１のＲＦパル
スの几Ｆ周波数が決定される。１３は超音波変換器１０
からの受信信号を増幅するプリアンプ、１４はプリアン
プ１３の出力を増幅する可変利得アンプ、１５は可変利
得アンプエ４の利得を時間的に制御するＴｉｍｅ Ｇａ
１ｎ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ（以後ＴＧＣと略す。）
、１６はパルス駆動器１１やＴＧＣ１５の動作タイミン
グを制御するタイミング制御部、１７は可変利得アンプ
１４の出力をデジタルデータへ変換するＡ／Ｄ変換器、
１８はＡ／Ｄ変換器１７の出力を記憶するメモリ、１９
はメモリ１８ののアドレスを発生するアドレス発生器、
２ｏはタイミング制御部１６、ＴＯＣ１５、アドレス発
生器１９、等システム全体の制御を行う主制御部、２１
はメモリ１８に記憶されたデータのなかの特定の窓区間
に対応するデータを記憶するメモリ、２２は離散フーリ
エ変換を行う時に必要な係数を記憶しているリードオン
リメモリ（以後ＲＡＭと略す）、２３はメモ’） ２１
ヤＲＯＭ ２２のアドレスを発生するアドレス発生器
、２４は乗算器であり、メモリ２１とＲ，０Ｍ２２の出
力するデータの乗算を行い、その結果を前段のメモリ２
１へ戻すか、又は次段の累積加算器２５へ伝える。累積
加算器２５は乗算器２４の出力について累積加算を行う
。離散フーリエ変換の角周波数を変える度に累積加算器
２５の出力をメモリ２６゜２７へ書込む。複素フーリエ
変換の実部をメモリ２６へ、虚部をメモリ２７へ書込む
。メモリ２１．１１０Ｍ２２、アドレス発生器２３、乗
算器２４、累積加算器２５、メモリ２６ 、２７により
離散フーリエ変換部２８を構成する。２９はメモリ２６
のデータを実部、メモリ２７のデータを虚部としたとき
の複素数の偏角φを計算する演算器、３０は特定の窓区
間に対応する偏角φを記憶するメモリ、３１は前記した
特定の窓区間とは異なる窓区間に対応する偏角φを記憶
するメモリ、３２はメモＩＪ ３０ 、３１ Ｅ記憶さ
れた偏角φの差を計算して異なる窓区間同士の位相差△
φを求める演算器であり、メモリ３０ 、３１、演算器
２９ 、３２で位相差演算部３３を構成する。３４は位
相差△φを記憶するメモリ、３５はメモリ３４に記憶さ
れた位相差Δφからその局所変化率△△φを計算する演
算器、３６は局所変化率△△φを記憶するメモリ、３７
はメモリ３６に記憶された局所変化率Δ△φから周波数
変化率Ｒφを計算する演算器であり、メモＩＪ ３４
、３６、演算器３５゜３７で変化率演算部３８を構成す
る。３９は周波数変化率Ｒφを記憶するメモリ、４０は
メモリ３９に記憶されている周波数変化率から温度変化
率を計算する演算器、メモリ３９、演算器４０により温
度変化率演算部４１を構成する。４２は温度変化率を表
示する表示部、５０は被検体である。In FIG. 1, 10 is an ultrasonic transducer, 11 is a pulse driver that drives the ultrasonic transducer 10, and 12 is an oscillator.The output of the oscillator 12 determines the frequency of the RF pulse of the pulse driver 11. be done. 13 is an ultrasonic transducer 10
14 is a variable gain amplifier that amplifies the output of the preamplifier 13; 15 is a Time Ga that temporally controls the gain of the variable gain amplifier 4;
1n Compensator (hereinafter abbreviated as TGC)
, 16 is a timing control unit that controls the operation timing of the pulse driver 11 and the TGC 15, 17 is an A/D converter that converts the output of the variable gain amplifier 14 into digital data,
18 is a memory for storing the output of the A/D converter 17; 19;
is an address generator that generates the address of memory 18;
2o is a main control unit 21 that controls the entire system such as the timing control unit 16, TOC 15, address generator 19, etc.
22 is a read-only memory (hereinafter abbreviated as RAM) that stores coefficients necessary for performing discrete Fourier transform; 23 is a memo') 21
24 is a multiplier that multiplies the data output from the memory 21 and R, 0M22, and sends the result to the previous stage memory 2.
Either the value is returned to 1, or it is transmitted to the cumulative adder 25 at the next stage. A cumulative adder 25 performs cumulative addition on the output of the multiplier 24. Every time the angular frequency of the discrete Fourier transform is changed, the output of the cumulative adder 25 is written to the memories 26 and 27. The real part of the complex Fourier transform is written into the memory 26 and the imaginary part is written into the memory 27. The memory 21, 110M22, address generator 23, multiplier 24, cumulative adder 25, and memories 26 and 27 constitute a discrete Fourier transform unit 28. 29 is memory 26
30 is a memory that stores the argument angle φ corresponding to a specific window section; 31 is the specified device described above; A memory for storing the declination angle φ corresponding to a window section different from that of the window section, 32 is a memo IJ.
This is an arithmetic unit that calculates φ, and the memories 30 , 31 and the arithmetic units 29 , 32 constitute a phase difference calculation unit 33 . 34 is a memory for storing the phase difference Δφ; 35 is an arithmetic unit for calculating the local change rate Δ△φ from the phase difference Δφ stored in the memory 34; 36 is a memory for storing the local change rate Δ△φ; 37
is an arithmetic unit that calculates the frequency change rate Rφ from the local change rate Δ△φ stored in the memory 36, and the memo IJ 34
, 36, and arithmetic units 35 and 37 constitute a rate of change calculation unit 38. 39 is a memory for storing the frequency change rate Rφ; 40 is an arithmetic unit that calculates the temperature change rate from the frequency change rate stored in the memory 39; the memory 39 and the arithmetic unit 40 constitute a temperature change rate calculation unit 41. 42 is a display unit that displays the rate of temperature change, and 50 is a subject.
以上のような構成において以下その動作を説明する。The operation of the above configuration will be explained below.
まず、パルス駆動器１１により駆動された超音波変換器
１０は被検体５０内へ超音波パルスを照射する。超音波
パルスは被検体５０内の反射体Ｒ１。First, the ultrasonic transducer 10 driven by the pulse driver 11 irradiates an ultrasonic pulse into the subject 50 . The ultrasonic pulse is reflected by a reflector R1 within the subject 50.
Ｒ２により次々反射され、超音波変換器１０において受
信信号に変換される。反射体＆ 、 Ｒ２による受信波
形をり、 、 Ｒ２とし、ｈｌとＲ２の位相がどのよう
に変化しているかを以下に説明する。It is reflected one after another by R2 and converted into a received signal by the ultrasonic transducer 10. The waveform received by the reflector & R2 is assumed to be R2, and how the phases of hl and R2 change will be described below.
一般に生体組織のように周波数のほぼ１乗（二比例して
超音波の減衰が増大する場合には（１）式で示す関係が
あることがウルトラソニック イメージング： ＵＬＴ
ＲＡ８ＯＮＩＣＩＭＡＧＩＮＧ （ｖｏｌ ４．１９８
２゜第３５５頁−第３７７頁）に記載されている。In general, when the attenuation of ultrasonic waves increases in proportion to the first or second power of the frequency, such as in biological tissues, there is a relationship shown in equation (1). Ultrasonic Imaging: ULT
RA8ONICIMAGING (vol 4.198
2, pp. 355-377).
ここでω；角周波数、■（ω）；位相速度、τ；遅延時
間、β；減衰の周波数勾配である。（１１式は位相速度
Ｖ（ω）が周波数依存する、すなわち分散することを示
している。角周波数ω１とω２における位相速度の差△
Ｖは以下のように表わせる。Here, ω is the angular frequency, ■(ω) is the phase velocity, τ is the delay time, and β is the frequency gradient of attenuation. (Equation 11 shows that the phase velocity V(ω) is frequency dependent, that is, dispersed. The difference in phase velocity at angular frequencies ω1 and ω2 △
V can be expressed as follows.
△Ｖ＝Ｖ（ω２） −Ｖ（ω１）
ω２／ω１−２の場合、脂肪組織ではΔｖが１ ｍ／ｓ
ｅｃ 。△V=V(ω2) −V(ω1) In the case of ω2/ω1-2, Δv is 1 m/s in adipose tissue
ec.
筋肉では３ｒｎ／Ｓｅｃ程度になることがわかる。又減
衰の周波数勾配βが温度依存することからΔＶも温度依
存することがわかる。It can be seen that for muscle, the rate is about 3rn/Sec. Furthermore, since the frequency gradient β of the attenuation depends on temperature, it can be seen that ΔV also depends on temperature.
一方、受信波形ｈｌとＲ２の角周波数ωにおける位相差
△φは次式で表わされる。On the other hand, the phase difference Δφ at the angular frequency ω between the received waveforms hl and R2 is expressed by the following equation.
ここでパは反射体Ｒ１とＲ２の間の距離であり、この場
合、被検体内に存在するため未知の量となっている。周
波数ωをΔωだけ変化させた場合の位相差△φの変化で
ある局所変化率品φは位相速度Ｖ（ω沙変化が小さいと
して次式で近似できる。Here, Pa is the distance between the reflectors R1 and R2, and in this case, it is an unknown amount because it exists inside the subject. The local change rate product φ, which is the change in the phase difference Δφ when the frequency ω is changed by Δω, can be approximated by the following equation assuming that the phase velocity V(ωsha) change is small.
角周波数ωを大きくω１からω２まで変化させた場合の
前記局所変化率△△φの比である周波数変化率Ｒφは
となり位相速度の比となることがわかる。（５１式にお
いて未知の量である距離△Ｘが消去されていることが重
要になる。It can be seen that when the angular frequency ω is largely changed from ω1 to ω2, the frequency change rate Rφ, which is the ratio of the local change rate ΔΔφ, becomes the ratio of the phase velocities. (It is important that the distance ΔX, which is an unknown quantity, is eliminated in Equation 51.
以上のようにして、受信波形のｈｌとＲ２の位相を分析
、演算することにより、角周波数ω１とω２における位
相速度の周波数変化率Ｒφが得られることがわかる。（
Ｒφ−１）は（５）式と（２）式を用いて次式で表わさ
れるから
（Ｒφ−１）が減衰の周波数勾配βに比例する、つまり
温度依存することがわかる。このことから逆に（Ｒφ−
１）の値を被検体５０を加温する前と後で記録すること
により、βの温度依存データをもとに加温による被検体
内の温度上昇を推定することが可能になる。又、この（
Ｒφ−１）の値は、反射体Ｒ１とＲ２の距離ΔＸを用い
ずに得られており、このことは、長時間の加温の後に距
離ΔＸが変化しても構わないという利点を有する。It can be seen that by analyzing and calculating the phases of hl and R2 of the received waveform as described above, the frequency change rate Rφ of the phase velocity at the angular frequencies ω1 and ω2 can be obtained. (
Since Rφ-1) is expressed by the following equation using equations (5) and (2), it can be seen that (Rφ-1) is proportional to the frequency gradient β of attenuation, that is, it depends on temperature. From this, conversely (Rφ−
By recording the value of 1) before and after heating the subject 50, it becomes possible to estimate the temperature rise inside the subject due to heating based on the temperature dependence data of β. Also, this (
The value of Rφ-1) was obtained without using the distance ΔX between the reflectors R1 and R2, which has the advantage that the distance ΔX can change after a long period of heating.
次に、この（Ｒφ−１）の値が、第１図のブロック図に
おいてどのような過程で得られるかを以下に説明する。Next, the process by which this value of (Rφ-1) is obtained in the block diagram of FIG. 1 will be explained below.
超音波変換器１０からの受信信号はプリアンプ１３で増
幅され、さらに可変利得アンプ１４においてＴＧＣ１５
の制御のもとに増幅される。ＴＧＣ１５は被検体５０内
における超音波パルスの減衰を補償するように可変利得
アンプ１４の利得を制御する。The received signal from the ultrasonic transducer 10 is amplified by a preamplifier 13, and further amplified by a TGC 15 in a variable gain amplifier 14.
is amplified under the control of The TGC 15 controls the gain of the variable gain amplifier 14 to compensate for the attenuation of the ultrasound pulse within the subject 50.
可変利得アンプ１４の出力はＡ／Ｄ変換器１７において
デジタルなサンプルデータ列Ｘ （ｎ） ； （ｎ＝ｔ
〜Ｎ）に変換される。Ａ／Ｄ変換器１７はビット数が多
く、サンプリング速度も超音波周波数の１０倍程度以上
の高速で動作するものが望ましい。サンプルデータ列Ｘ
（１）はメモリ１８ に記憶された後、まず受信波形
ｈ１に相当する部分のデータ列Ｈ（１）〜ＨＭがメモリ
２１ へ転送される。データ列Ｈ（１）〜Ｈ□□□は（
６）式に示す公式にもとづいて離散フーリエ変換される
。The output of the variable gain amplifier 14 is converted into a digital sample data sequence X (n); (n=t
~N). It is desirable that the A/D converter 17 has a large number of bits and operates at a high sampling rate of about 10 times or more the ultrasonic frequency. sample data string
After (1) is stored in the memory 18, the data string H(1) to HM corresponding to the received waveform h1 is first transferred to the memory 21. The data string H(1) to H□□□ is (
6) Discrete Fourier transform is performed based on the formula shown in equation.
Ｚ（ｏｉ）＝ΣＨ（ｍｌ−ｅｘｐ （ｊ・ωｉ−ａＴ−
ｍ） −（６）Ｚ（ｏｉ ） ＝ Ｒ（ｏｉ ）
＋ ｊ Ｘ （ｏｉ）ここで△Ｔはサンプル時間間隔
である。Z(oi)=ΣH(ml-exp (j・ωi-aT-
m) −(6) Z(oi) = R(oi)
+ j X (oi) where ΔT is the sample time interval.
（６）式における乗算の係数ｅｘｐ （ｊ・ω１・△Ｔ
、ｋ）はＲＯＭ ２２に記憶されている。（６）式にお
けるＨ（ｋ）と係数の積は乗算器２４で、Σ演算は累積
加算器２５で実行される。離散フーリエ変換結果の実部
几（ωＩ）はメモリ２６へ、虚部Ｘ（ｏｉ）はメモリ２
７へ記憶される。ＲＯＭ ２２には窓区間の重み係数も
記憶しておいても良い。重み係数を乗じたデータ列に離
散フーリエ変換を実行した場合の効果は周知の事実であ
る。サンプルデータ列Ｘ（ｎ）からデータ列Ｈ（ｍ）の
選択は主制御部２０による窓区間の設定とそれに対応し
たアドレス発生器１９のアドレス発生（二より実行され
る。同様にして受信波形り、、 ｌ”ニー相当するデー
タ列も離散フーリエ変換され、メモＩＪ ２６ 、２７
に記憶される。次に角周波数ω！における受信波形ｈｉ
の位相φ１（ｏｉ）は演算器２９において次式のように
求まる。The multiplication coefficient exp (j・ω1・△T
, k) are stored in the ROM 22. The product of H(k) and the coefficient in equation (6) is executed by the multiplier 24, and the Σ operation is executed by the cumulative adder 25. The real part (ωI) of the discrete Fourier transform result is stored in the memory 26, and the imaginary part X(oi) is stored in the memory 2.
7 is stored. The ROM 22 may also store weighting coefficients for window sections. The effect of performing discrete Fourier transform on a data string multiplied by a weighting factor is a well-known fact. The selection of the data string H(m) from the sample data string X(n) is performed by setting the window section by the main controller 20 and generating the corresponding address from the address generator 19.Similarly, the received waveform is ,, the data string corresponding to l”knee is also subjected to discrete Fourier transform, Memo IJ 26, 27
is memorized. Next is the angular frequency ω! The received waveform hi at
The phase φ1(oi) of is determined by the arithmetic unit 29 as shown in the following equation.
φ１ （ωｘ）＝ａｒｃｔａｎ （Ｘ（ｏｉ ）／Ｒ（
ｏｉ ）） −＝ （７）位相φ１（ｏｉ）は
メモリ３０へ、受信波形ｈ２の位相φ２（ωＩ）はメモ
リ３１に記憶される。受信波形ｈ１とｈ２の角周波数ω
１における位相差Δφは、次式％式％（８）
演算器３２で計算される。この位相差Δφ（ω１）はメ
モリ３４に記憶される。この位相差△φは反射休刊ｌと
几２の間の伝播媒体の位相特性を反映するものであり、
（３）式に示した△φに相当するデータである。次に演
算器３５は（４）式と（５）式で示した角周波数ω１．
ω１＋蜘、ω２．ω２−１−ンノｌ二対応した位相差Δ
φをメモリ３４から読出し位相差の変化、即ち、局所変
化率ΔΔφを以下のように計算する。φ1 (ωx)=arctan (X(oi)/R(
oi)) -= (7) The phase φ1(oi) is stored in the memory 30, and the phase φ2(ωI) of the received waveform h2 is stored in the memory 31. Angular frequency ω of received waveforms h1 and h2
The phase difference Δφ at 1 is calculated by the calculator 32 using the following formula (8). This phase difference Δφ(ω1) is stored in the memory 34. This phase difference △φ reflects the phase characteristics of the propagation medium between reflection suspension l and 几2,
This is data corresponding to Δφ shown in equation (3). Next, the calculator 35 calculates the angular frequency ω1 as shown in equations (4) and (5).
ω1+spider, ω2. ω2-1-Nnol2 corresponding phase difference Δ
φ is read out from the memory 34 and the change in phase difference, that is, the local rate of change ΔΔφ is calculated as follows.
△△φ（ω１）＝△φ（ω１＋ｍ）−△φ（ω１）ΔΔ
φ（ω２）＝Δφ（ω２＋帥）−ムφ（ω２） ・
・・・（９）このようにして求めた△△φ（ω１）とΔ
△φ（ω２）はメモリ３６へ記憶される。メモ’Ｊ３６
Ｅ記憶された△Δφ（ωｌ）とΔΔφ（ω２）の比であ
る周波数変化率Ｒφは演算器３７で（５）式に示す除算
で求められる。比Ｒφは被検体５０の加温の各段階でメ
モリ３９ に記憶される。演算器４０はメモリ３９に記
憶されている周波数変化率Ｒφの値から（Ｒφ−１）の
値がどのように変化しているかを計算する。例えば常温
時における（Ｒφ−１）の値で加温時におけるのφ−１
）の値を除すれば（６）式より
となって減衰の周波数勾配βの温度変化が求まる。△△φ(ω1)=△φ(ω1+m)−△φ(ω1)ΔΔ
φ(ω2) = Δφ(ω2+帥)−muφ(ω2) ・
...(9) △△φ(ω1) and Δ obtained in this way
Δφ(ω2) is stored in the memory 36. Memo'J36
The frequency change rate Rφ, which is the ratio of E-stored ΔΔφ(ωl) and ΔΔφ(ω2), is determined by the calculator 37 by division shown in equation (5). The ratio Rφ is stored in the memory 39 at each stage of heating the subject 50. The arithmetic unit 40 calculates how the value of (Rφ-1) is changing from the value of the frequency change rate Rφ stored in the memory 39. For example, the value of (Rφ-1) at room temperature is φ-1 at the time of heating.
), equation (6) is obtained, and the temperature change in the frequency gradient β of the attenuation is determined.
温度変化演算部４１の結果は表示部４２に表示される。The results of the temperature change calculation unit 41 are displayed on the display unit 42.
なお（９）式で示した位相差の変化ΔΔφは非常に小さ
な量であり、精度を上げるためω１の付近の多数の異な
る周波数で△△φを計算し、その計算結果を平均して△
△φ（ωｌ）とし、△△φ（ω２）についても同様な平
均値を用いても良い。又、△φ（ω１）〜Δφ（ω１＋
Δω）の区間を直線等で近似し、その結果新たに決定さ
れた△φ（ω１）とΔφ（ω十△ω）の値を用いてΔ△
φを求める等の精度向上の手法が考えられる。Note that the change in phase difference ΔΔφ shown in equation (9) is a very small amount, so in order to improve accuracy, △△φ is calculated at many different frequencies around ω1, and the calculation results are averaged to calculate △
Δφ(ωl), and a similar average value may be used for ΔΔφ(ω2). Also, △φ(ω1) ~ Δφ(ω1+
Approximate the interval of Δω) with a straight line, etc., and use the newly determined values of Δφ(ω1) and Δφ(ω+△ω) to calculate Δ△
Possible methods to improve accuracy include determining φ.
又、超音波の送、受信を多数回繰返しアベレージングし
た結果について離散フーリエ変換を行う等の手法も可能
である。It is also possible to perform a discrete Fourier transform on the result of repeatedly averaging the transmission and reception of ultrasonic waves many times.
以上の説明から明らかなように本実施例によれば、受信
波形を複数窓区間において離散フーリエ変換することに
より、位相差演算部３３で異なる窓区間における波形の
位相差Δφを求め、更に位相差の変化である局所率化率
ΔΔφから周波数変化率Ｒφを求め、被検体内の温度上
昇にもとづく音速分散特性の変化を検出することができ
る。又、音速分散の温度依存があらかじめ知られている
場合には、温度変化を推定することもできる。又、窓区
間（二おける測定を行っているので窓区間を２次元的に
走査すれば被検体内の音度変化の２次元分布を得ること
も可能である。As is clear from the above description, according to this embodiment, by performing discrete Fourier transform on the received waveform in a plurality of window sections, the phase difference calculating section 33 calculates the phase difference Δφ between the waveforms in different window sections, and then The frequency change rate Rφ is obtained from the local rate conversion rate ΔΔφ, which is a change in the rate, and it is possible to detect a change in the sound speed dispersion characteristic based on a temperature rise inside the subject. Furthermore, if the temperature dependence of the sound velocity dispersion is known in advance, temperature changes can also be estimated. Furthermore, since measurements are taken in two window sections, it is also possible to obtain a two-dimensional distribution of sound intensity changes within the subject by scanning the window section two-dimensionally.
次に本発明の第２の実施例について説明する。Next, a second embodiment of the present invention will be described.
第２図は本発明の第２の実施例における位相差演算部と
その周辺のブロック図である。第２図において、第１図
の構成と異なる点は演算器２９ の出力に位相補正部３
８０を設け、可変利得アンプ１４の伝播遅延時間差を補
正した点である。FIG. 2 is a block diagram of a phase difference calculation section and its surroundings in a second embodiment of the present invention. In FIG. 2, the difference from the configuration in FIG. 1 is that the output of the arithmetic unit 29 is
80 is provided to correct the propagation delay time difference of the variable gain amplifier 14.
３８１はＲＯＭであり、主制御部２０が指定する可変利
得アンプの利得Ａと角周波数ωに対応した遅延位相φｄ
を出力する。演算器３８２において演算器２９が出力す
る位相φに対しＲＯＭ３８１が出力する遅延位相φｄが
減じられ、演算器３８２の出力である補正された位相φ
が、窓区間に対応してメモＩＪ ３０又は３１へ書込ま
れる。その他の構成は第１図の構成と同じである。381 is a ROM, which stores the delay phase φd corresponding to the gain A of the variable gain amplifier and the angular frequency ω specified by the main control unit 20.
Output. In the arithmetic unit 382, the delay phase φd outputted by the ROM 381 is subtracted from the phase φ outputted by the arithmetic unit 29, and the corrected phase φ which is the output of the arithmetic unit 382 is obtained.
is written to the memo IJ 30 or 31 corresponding to the window section. The rest of the configuration is the same as the configuration shown in FIG.
上記構成において、以下その動作を説明する。The operation of the above configuration will be explained below.
超音波変換器１０からの受信信号は可変利得アンプ１４
において被検体５０内における超音波の減衰を補正され
る。例えば、電圧により利得を制御される可変利得アン
プの場合にはＴＧＣ１５が時間的に変化する電圧を出力
することにより被検体５０の深部からの受信信号に対す
る利得を浅部からの受信信号に対して相対的に犬とする
手法があることは一般に知られている。しかしながら一
般にアンプの利得を変化させると同時に信号の伝播遅延
時間も変化する場合があることも知られている。The received signal from the ultrasonic transducer 10 is transmitted to a variable gain amplifier 14.
Attenuation of the ultrasound waves within the subject 50 is corrected. For example, in the case of a variable gain amplifier whose gain is controlled by a voltage, the TGC 15 outputs a voltage that changes over time, so that the gain for the received signal from the deep part of the subject 50 is changed relative to the received signal from the shallow part. It is generally known that there is a method that makes it a relative dog. However, it is generally known that when the gain of an amplifier is changed, the signal propagation delay time may also be changed.
この時間の変化は非常に小さいが、微小な音速の変化を
計測する場合には無視できない量きなる。Although this change in time is very small, it is a significant amount that cannot be ignored when measuring minute changes in the speed of sound.
離散フーリエ変換の複数の窓区間における可変利得アン
プ１４の利得とその利得に対応した伝播遅延時間から決
定される遅延位相の関係をあらかじめ計測しておくこと
により、この伝播遅延時間の影響を補正することが可能
となる。遅延時間りと遅延位相φｄの間には次式で示す
φａ＝Ｄ・ω ・・・０１）関
係があり、遅延位相は角周波数ωに大きく依存する値で
あることがわかる。この遅延位相φｄを演算器２９が出
力する位相φから減じることにより、可変利得アンプ１
４の伝播遅延時間りが受信波形の位相φに与える影響を
補正することが可能となる。By measuring in advance the relationship between the gain of the variable gain amplifier 14 in a plurality of window sections of the discrete Fourier transform and the delay phase determined from the propagation delay time corresponding to the gain, the influence of this propagation delay time is corrected. becomes possible. It can be seen that there is a relationship between the delay time and the delay phase φd as shown by the following equation: φa=D·ω...01), and the delay phase is a value that largely depends on the angular frequency ω. By subtracting this delayed phase φd from the phase φ output by the arithmetic unit 29, the variable gain amplifier 1
It becomes possible to correct the influence of the propagation delay time 4 on the phase φ of the received waveform.
以上の説明から明らかなように本実施例によれば、受信
信号に対する可変利得アンプ１４の伝播遅延時間の影響
を位相補正部３８０により補正することにより位相φの
測定精度を高めることができ、その効果は大きい。As is clear from the above description, according to this embodiment, the phase correction section 380 corrects the influence of the propagation delay time of the variable gain amplifier 14 on the received signal, thereby increasing the measurement accuracy of the phase φ. The effect is great.
発明の効果
以上のように本発明は、超音波変換器からの受信波形を
複数窓区間において離散フーリエ変換し７、フーリエ変
換した結果から位相φを求め、異なる窓区間における位
相の差Δφを求め、この位相差Δφの変化即ち局所変化
率△Δφを求め、この△Δφから周波数変化率Ｒφを求
め、被検体内の温度上昇にもとづく音速分散特性の変化
を検出することができ、被検体内の組織の位置関係が時
間的に変化している場合にもその影響を受けない測定方
法であり、癌の温熱療法等の温度モニタとしてその効果
は太きい。Effects of the Invention As described above, the present invention performs discrete Fourier transform on a received waveform from an ultrasonic transducer in multiple window sections 7, obtains the phase φ from the result of the Fourier transform, and obtains the phase difference Δφ in different window sections. , the change in this phase difference Δφ, that is, the local rate of change ΔΔφ, is determined, and the rate of frequency change Rφ is determined from this ΔΔφ. Changes in the sound velocity dispersion characteristics based on the temperature rise inside the object can be detected. This measurement method is unaffected by changes in the positional relationship of tissues over time, and is highly effective as a temperature monitor for thermotherapy for cancer.
第１図は本発明の第１の実施例における超音波計測装置
の機能ブロック図、第２図は本発明の第２の実施例にお
ける位相差演算部周辺の機能ブロック図、第３図は従来
の超音波計ｌｆＩ＋＋装置の概念図である。
１０・・・超音波変換器、１１・・・パルス駆動器、
１４・・可変利得アンプ、２８・・・離散フーリエ変換
部、３３・・位相差演算部、３８・・・変化率演算部、
４１・・温度変化率演算部。FIG. 1 is a functional block diagram of an ultrasonic measuring device according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a functional block diagram of the vicinity of a phase difference calculation unit according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a conventional FIG. 2 is a conceptual diagram of an ultrasonic meter lfI++ device. 10... Ultrasonic transducer, 11... Pulse driver,
14... Variable gain amplifier, 28... Discrete Fourier transform unit, 33... Phase difference calculation unit, 38... Rate of change calculation unit,
41...Temperature change rate calculation section.
Claims (2)
号に対する増幅器と、前記増幅器の出力を複数の窓区間
で離散フーリエ変換する離散フーリエ変換部と、前記離
散フーリエ変換部からの出力データの前記複数の窓区間
における位相差を求める位相差演算部と、前記位相差演
算部の出力データの周波数変化率を求める周波数変化率
演算部と、前記周波数変化率に基づき温度変化率を求め
る温度変化率演算部とを具備することを特徴とする超音
波計測装置。(1) an ultrasonic transducer, an amplifier for the received signal from the ultrasonic transducer, a discrete Fourier transform unit that performs discrete Fourier transform on the output of the amplifier in a plurality of window sections, and an output from the discrete Fourier transform unit a phase difference calculation unit that calculates a phase difference in the plurality of window sections of data; a frequency change rate calculation unit that calculates a frequency change rate of the output data of the phase difference calculation unit; and a temperature change rate calculation unit that calculates a temperature change rate based on the frequency change rate. An ultrasonic measuring device comprising: a temperature change rate calculating section.
レベルに対応して位相補正を行った後、その位相差を求
めるごとく構成されていることを特徴とする特許請求の
範囲第１項記載の超音波計測装置。(2) The phase difference calculation section is configured to calculate the phase difference after performing phase correction corresponding to the gain level of the amplifier for the received signal. Ultrasonic measuring device.
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61071537A JPH0789088B2 (en) | 1986-03-28 | 1986-03-28 | Ultrasonic measuring device |
| DE86309693T DE3688702T2 (en) | 1985-12-13 | 1986-12-12 | Ultrasound diagnostic device based on changes in an acoustic property. |
| US06/941,221 US4817615A (en) | 1985-12-13 | 1986-12-12 | Ultrasonic temperature measurement apparatus |
| EP86309693A EP0226466B1 (en) | 1985-12-13 | 1986-12-12 | Ultrasonic diagnostic apparatus based on variations of acoustic characteristic |
| EP90115644A EP0406915A1 (en) | 1985-12-13 | 1986-12-12 | Ultrasonic diagnostic apparatus based on variations of acoustic characteristic |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61071537A JPH0789088B2 (en) | 1986-03-28 | 1986-03-28 | Ultrasonic measuring device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62226027A true JPS62226027A (en) | 1987-10-05 |
| JPH0789088B2 JPH0789088B2 (en) | 1995-09-27 |
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ID=13463585
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61071537A Expired - Fee Related JPH0789088B2 (en) | 1985-12-13 | 1986-03-28 | Ultrasonic measuring device |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0789088B2 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008501380A (en) * | 2004-06-04 | 2008-01-24 | 北京源徳生物医学工程有限公司 | A method for measuring the body temperature of a human or animal using the ultrasonic back-calculation method |
| JP2010005271A (en) * | 2008-06-30 | 2010-01-14 | Osaka Prefecture Univ | Fatty tissue detecting method and fatty tissue detecting device |
| JP2011072584A (en) * | 2009-09-30 | 2011-04-14 | Fujifilm Corp | Ultrasonic diagnostic apparatus and ultrasonic diagnostic method |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60199429A (en) * | 1984-03-24 | 1985-10-08 | アロカ株式会社 | In vivo temperature measuring apparatus |
-
1986
- 1986-03-28 JP JP61071537A patent/JPH0789088B2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPS60199429A (en) * | 1984-03-24 | 1985-10-08 | アロカ株式会社 | In vivo temperature measuring apparatus |
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| JP2011072584A (en) * | 2009-09-30 | 2011-04-14 | Fujifilm Corp | Ultrasonic diagnostic apparatus and ultrasonic diagnostic method |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0789088B2 (en) | 1995-09-27 |
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