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JPH0216140B2 - - Google Patents
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JPH0216140B2 - - Google Patents

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JPH0216140B2
JPH0216140B2 JP58077226A JP7722683A JPH0216140B2 JP H0216140 B2 JPH0216140 B2 JP H0216140B2 JP 58077226 A JP58077226 A JP 58077226A JP 7722683 A JP7722683 A JP 7722683A JP H0216140 B2 JPH0216140 B2 JP H0216140B2
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JP
Japan
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power spectrum
calculated
moment
spectrum moment
order
Prior art date
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JP58077226A
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Kyoshi Nakayama
Akira Shinami
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、従来の方式に対して少ない演算で反
射波データの任意次数のパワースペクトラムモー
メントを得て、数々の画像表示を行なうことによ
り、実時間で生体特性を画像表示することのでき
る超音波診断装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention obtains the power spectrum moment of any order of reflected wave data with fewer calculations than the conventional method, and displays a number of images to visualize biological characteristics in real time. The present invention relates to an ultrasonic diagnostic device that can display images.

従来のいわゆるBモード像は、主として組織の
境界面しか表示できないという欠点を持つている
ため、組織の特性そのものを得るために、各部分
からの反射信号のパワースペクトラムモーメント
を表示する方式が考えられているが、その方式で
は、FFT(高速フーリエ変換)等を用いて先ずパ
ワースペクトラムを求め、それからパワースペク
トラムモーメントを算出しているので、計算量が
膨大でリアルタイム化を計ることは難しく、回略
化した場合のコストも高いものとなる。
Conventional so-called B-mode images mainly have the disadvantage of being able to display only the boundary surfaces of tissues, so a method of displaying the power spectrum moment of the reflected signal from each part has been considered in order to obtain the characteristics of the tissue itself. However, in this method, the power spectrum is first determined using FFT (Fast Fourier Transform), etc., and then the power spectrum moment is calculated, which requires a huge amount of calculation and is difficult to implement in real time. If this happens, the cost will also be high.

本発明の目的は、従来の方式に対して少ない演
算で反射波データの任意次数のパワースペクトラ
ムモーメントを得て数々の画像表示をすることに
より、実時間で生体特性を画像表示することので
きる超音波診断装置を提供するにある。
The purpose of the present invention is to obtain a power spectrum moment of an arbitrary order of reflected wave data with fewer calculations than the conventional method, and display a number of images, thereby making it possible to display biological characteristics in real time. To provide ultrasound diagnostic equipment.

第1図に本発明の一実施例装置の全構成を示
す。図において1はトランスデユーサ、2は送受
信回路、3はパワースペクトラムモーメントの検
出回路、4は送受信等のタイミング制御回路、5
は得られたモーメントによつて生体組織特性値を
演算する回路、6はフレームメモリ、7は切換ス
イツチ、8は画像デイスプレイである。
FIG. 1 shows the entire configuration of an apparatus according to an embodiment of the present invention. In the figure, 1 is a transducer, 2 is a transmitting/receiving circuit, 3 is a power spectrum moment detection circuit, 4 is a timing control circuit for transmitting/receiving, etc., and 5 is a transmitting/receiving circuit.
1 is a circuit for calculating biological tissue characteristic values based on the obtained moment, 6 is a frame memory, 7 is a changeover switch, and 8 is an image display.

生体からの反射波x(t)に、第2図に示した
時間巾Tの窓をかけた信号xT(t)のパワースペ
クトラム|XT(f)|2を求めたとする。このパワ
ースペクトラムのモーメント、すなわちパワース
ペクトラムモーメントMiは次式で定義される。
Assume that the power spectrum |X T (f)| 2 of a signal xT(t) is obtained by multiplying the reflected wave x(t) from a living body by a window of time width T shown in FIG. The moment of this power spectrum, ie, the power spectrum moment Mi, is defined by the following equation.

Mi=∫ -∞|fi|・|XT(f)|2df ……(1) (1)式で定義されたパワースペクトラムモーメン
トMiはx(t)の解析信号Z(t)=x(t)+jX^
(t)によつて再定義できる。ただしX^(t)はx
(t)のヒルベルト変換である。すなわち、前述
の窓をZ(t)にかけた信号ZT(t)のパワースペ
クトラム|ZT(f)|2を求めたとすると、 Mi=∫ -∞fi|ZT(f)|2df ……(2) となる。ここでZT(t)の自己相関関数2をRzT
(τ)とすると、 RZT(τ)=∫ -∞|ZT(f)|2ej2f〓df ∴∫ -∞fi|ZT(f)|2df =1/(j2π)i〔diRZT(τ)/dti〕〓=0………
(3) ここで第3図の直交検波出力Hc(t)、Hs(t)
をそれぞれ実部と虚部に持つ複素信号a(t)=
Hc(t)+jHs(t)に前述の窓をかてた信号aT
(t)の自己相関関数をRaT(τ)とすると、次の
関係が成り立つ。
Mi= -∞ |f i || x(t)+jX^
It can be redefined by (t). However, X^(t) is x
This is the Hilbert transform of (t). That is, if we calculate the power spectrum |Z T (f) | 2 of the signal Z T (t) by multiplying Z(t) by the window described above, then Mi=∫ -∞ f i |Z T (f) | 2 df...(2) becomes. Here, the autocorrelation function 2 of Z T (t) is defined as Rz T
(τ), then RZT(τ)=∫ -∞ |Z T (f)| 2 e j2f 〓df ∴∫ -∞ f i |Z T (f)| 2 df = 1/(j2π )i [diRZT(τ)/dti] =0 ………
(3) Here, the orthogonal detection output Hc (t), Hs (t) in Figure 3
A complex signal a(t) with real and imaginary parts, respectively, is
Signal a T obtained by adding the above-mentioned window to Hc (t) + jHs (t)
If the autocorrelation function of (t) is Ra T (τ), the following relationship holds true.

〔dnRZT(τ)/dτn〕〓=0o 〓 〓i=1 nCi(j2πν)n-i〔diRaT(τ)/dτi〕〓=0………
(4) (3)、(4)式より Mn=∫ -∞fn|ZT(f)|2df=oi=1 nCi(j2π)ν-in-i
………(5) (i) RaT(0) ここで (i) RaT (0)=〔diRaT(τ)/dτi〕〓=0 よつて第3図、第4図に示すように、反射信号
x(t)を周波数νの正弧波を用いて直交検波を
行ない、必要回微分しておき、得られたHc、
Hs、H〓c、H〓s、…を上式で定められた組み合わ
せで掛算、加算、平均を行なうことにより、R1
〜R4が求まり、(5)式よりパワースペクトラムモ
ーメントMiが得られる。
[dnRZT (τ) / dτn] =0 = o 〓 〓 i=1 nCi (j2πν) ni [diRaT (τ) / dτi] =0 ………
(4) From equations (3) and (4), Mn=∫ -∞ f n |Z T (f) | 2 df= oi=1 nCi(j2π)ν -in-i
………(5) (i) Ra T (0) where (i) RaT (0) = [diRaT(τ)/dτi] =0 Therefore, as shown in FIGS. 3 and 4, the reflected signal x(t) is subjected to orthogonal detection using a positive arc wave of frequency ν, differentiated as many times as necessary, and the obtained Hc,
By multiplying, adding, and averaging Hs, H〓c, H〓s, ... by the combination determined by the above formula, R 1
~R 4 is determined, and the power spectrum moment Mi is obtained from equation (5).

R1〜R4を求めるとき移動平均フイルタを用い
るが、これは第2図の窓を移動させてゆくことと
等価であるので、上記方式によつて各部位からの
反射波のパワースペクトラムモーメントを実時間
で算出することができた。得られたパワースペク
トラムモーメントMi、もしくはMiより算出した
生体特性値をフレームメモリに書込むことによつ
て最終的に実時間で各部位からの反射波のパワー
スペクトラムモーメント、もしくは各部位の正体
特性値を画像表示することができる。また、R0
〜R4を求める場合、すべての部分をアナログ演
算回路、デイジタル演算回路のどちらの演算回路
を用いることもできるし、両方が混在した回路も
実現可能である。また、説明においては、4次以
下のパワースペクトラムモーメントの算出しか示
していないが、同様にして5次以上のパワースペ
クトラムモーメントの算出を導びくことができ
る。
A moving average filter is used to calculate R 1 to R 4 , but this is equivalent to moving the window in Figure 2, so the power spectrum moment of the reflected wave from each part can be calculated using the above method. It was possible to calculate in real time. By writing the obtained power spectrum moment Mi or the biological characteristic value calculated from Mi to the frame memory, the power spectrum moment of the reflected wave from each part or the true characteristic value of each part is finally obtained in real time. The image can be displayed. Also, R 0
When calculating ~R 4 , it is possible to use either an analog arithmetic circuit or a digital arithmetic circuit for all parts, or it is also possible to realize a circuit in which both are mixed. Further, in the explanation, only the calculation of power spectrum moments of fourth order or lower is shown, but calculation of power spectrum moments of fifth order or higher can be derived in the same manner.

次にパワースペクトラムモーメントMiを0次
パワースペクトラムモーメントMoで割り、正規
パワースペクトラムモーメントmiを定義する。
Next, the power spectrum moment Mi is divided by the zero-order power spectrum moment Mo to define the normal power spectrum moment mi.

mi=Mi/Mo このような正規パワースペクトラムモーメント
miをフレームメモリに実時間で書込み画像表示
する。これによつて、反射波の反射レベルにかか
わらず、パワースペクトラムの分布のモーメント
が画像表示できるため、バラツキの少ない安定な
画像が期待できる。
mi=Mi/Mo Normal power spectrum moment like this
Write mi to frame memory in real time and display the image. As a result, the moment of the power spectrum distribution can be displayed as an image regardless of the reflection level of the reflected wave, so a stable image with little variation can be expected.

特に、1次正規パワースペクトラムモーメント
m1は平均周波数と等しい。生体の減衰係数は
周波数に比例するため、入射パワースペクトラム
が、ガウス分布をしているとすると、は減衰係
数傾斜に比例する。よつてすなわち正規パワー
スペクトラムmiを画像表示することによつて生
体の減衰率分布が観測することができ、診断上大
きな助けとなる。
In particular, the first normal power spectral moment
m 1 is equal to the average frequency. Since the attenuation coefficient of a living body is proportional to the frequency, if the incident power spectrum has a Gaussian distribution, the attenuation coefficient is proportional to the slope of the attenuation coefficient. Therefore, by displaying the normal power spectrum mi as an image, the attenuation rate distribution of the living body can be observed, which is of great help in diagnosis.

また、カラー合成の応用例において、パワーで
正規化しているため、色あいのみが変化してゆ
き、輝度そのものはパワーによらず一定であるよ
うな質の良い画像が得られる。
Further, in an application example of color composition, since normalization is performed by power, a high-quality image can be obtained in which only the color tone changes and the brightness itself remains constant regardless of the power.

第5図は本発明の実施例を示すもので、異なる
パワースペクトラムモーメントあるいは正規パワ
ースペクトラムモーメントにそれぞれの色を割り
あて、カラー合成しようとするものである。この
方式によつてより多くの情報を1つの画面に入れ
ることができる。図中1〜4は第1図と同一のも
の、6−1〜6−3は夫々異なる色、例えば赤
(R)、緑(G)、青(B)に対応するフレームメ
モリ、8′はRGBカラーデイスプレイである。
FIG. 5 shows an embodiment of the present invention, in which each color is assigned to different power spectrum moments or normal power spectrum moments, and color synthesis is attempted. This method allows more information to be put on one screen. In the figure, 1 to 4 are the same as in FIG. 1, 6-1 to 6-3 are frame memories corresponding to different colors, such as red (R), green (G), and blue (B), and 8' is It is an RGB color display.

第6図はさらに別の実施例を示すものである。
図中、1〜4,6−1〜6−3及び8′は第5図
と同じもの、9はパワースペクトラムモーメント
から帯域毎の成分を求める回路である。パワース
ペクトラムの3つの帯域成分W1,W2,W3をパ
ワースペクトラムモーメント、もしくは正規パワ
ースペクトラムモーメントから計算し、W1
W2,W3それぞれの色を割りあて、カラー合成し
ようとするものである。この方式によつて深さに
したがつて減衰が大きくなるのを、たとえば寒色
から暖色へと変化するようなカラー画像がつく
れ、より人の直感にうつたえる情報となる。
FIG. 6 shows yet another embodiment.
In the figure, 1 to 4, 6-1 to 6-3, and 8' are the same as those in FIG. 5, and 9 is a circuit for calculating components for each band from the power spectrum moment. Calculate the three band components W 1 , W 2 , W 3 of the power spectrum from the power spectrum moment or normal power spectrum moment, and calculate W 1 , W 2 , W 3 from the power spectrum moment or normal power spectrum moment.
It attempts to assign colors to each of W 2 and W 3 and synthesize the colors. By using this method, it is possible to create a color image in which the attenuation increases with depth, for example, from a cool color to a warm color, and the information is conveyed more intuitively to people.

以上の応用例にさらに第7図のように従来のB
モード像を合成して表示する。これによつて従来
の診断法も考慮しながら診断が進められている。
図中1〜4,6−1〜6−3及び8′は第5図と
同じもの、10はBモード像を得るための周知の
回路、11は加算回路である。
In addition to the above application example, as shown in Figure 7, the conventional B
Compose and display mode images. As a result, diagnosis is progressing while also considering conventional diagnostic methods.
In the figure, 1 to 4, 6-1 to 6-3, and 8' are the same as in FIG. 5, 10 is a well-known circuit for obtaining a B-mode image, and 11 is an addition circuit.

本発明によれば、FFT(高速フーリエ変換)等
の膨大な計算を必要とせず、最小の計算によつて
直接パワースペクトラムモーメントを算出できる
ので、わずかな回路で生体の特性を示すパワース
ペクトラムモーメントを実時間画像表示すること
が可能となる。
According to the present invention, power spectrum moments can be directly calculated with minimal calculations without the need for extensive calculations such as FFT (Fast Fourier Transform), so power spectrum moments indicating biological characteristics can be calculated with a small number of circuits. It becomes possible to display images in real time.

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

第1図は本発明の一実施例の基本構成図であ
る。第2図はパワースペクトラムモーメントの定
義の説明図で、第3図、第4図はパワースペクト
ラムモーメント検出器の構成を示す。第5図、第
6図、第7図は夫々、本発明の他の実施例の構成
図である。
FIG. 1 is a basic configuration diagram of an embodiment of the present invention. FIG. 2 is an explanatory diagram of the definition of a power spectrum moment, and FIGS. 3 and 4 show the configuration of a power spectrum moment detector. FIG. 5, FIG. 6, and FIG. 7 are block diagrams of other embodiments of the present invention.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 生体からの超音波反射信号を直交検波する手
段と、該直交検波された反射信号の実数成分と虚
数成分の各々をn回(n=1、2、………)微分
する手段と、該直交検波された反射信号の実数成
分と虚数成分および該算出された実数成分と虚数
成分のn回の微分値を用いて、超音波反射信号の
複素自己相関関数の原点における任意次数の微係
数を計算する手段と、該算出した任意次数の微係
数を使つて超音波反射信号のパワースペクトラム
モーメントを計算する手段を備え、この算出した
任意の次数のパワースペクトラムモーメントもし
くは該パワースペクトラムモーメントより算出さ
れる該生体の生体組織特性値を表示するようにし
たことを特徴とする超音波診断装置。 2 特許請求の範囲第1項において、各次数のパ
ワースペクトラムモーメントを0次のパワースペ
クトラムモーメントで割ることによつて算出した
正規パワースペクトラムモーメント、もしくはそ
れより算出した生体組織特性値を、実時間にて2
次元画像表示することを特徴とする超音波診断装
置。 3 特許請求の範囲第1項または第2項におい
て、各次数のパワースペクトラムモーメントもし
くは各次数の正規パワースペクトラムモーメント
に色を割当て、値に輝度を割当てて合成表示する
ことを特徴とする超音波診断装置。 4 特許請求の範囲第1項または第2項におい
て、求めたパワースペクトラムモーメントもしく
は正規パワースペクトラムモーメントより、各帯
域のパワーもしくは正規化されたパワーを算出
し、各帯域に、対応する色を割当てて合成表示す
ることを特徴とする超音波診断装置。 5 特許請求の範囲第1項ないし第4項のいずれ
かにおいて、得られた画像と従来のBモード画像
を合成表示することを特徴とする超音波診断装
置。
[Claims] 1. A means for orthogonally detecting an ultrasonic reflected signal from a living body, and a means for orthogonally detecting each of the real component and imaginary component of the orthogonally detected reflected signal n times (n=1, 2,...) Using means for differentiating, the real component and imaginary component of the orthogonally detected reflected signal, and the n times of differential values of the calculated real component and imaginary component, the complex autocorrelation function of the ultrasonic reflected signal is calculated at the origin. A means for calculating a differential coefficient of an arbitrary order, and a means for calculating a power spectrum moment of an ultrasonic reflected signal using the calculated differential coefficient of an arbitrary order, the calculated power spectrum moment of an arbitrary order or the power An ultrasonic diagnostic apparatus characterized by displaying biological tissue characteristic values of the living body calculated from spectral moments. 2 In claim 1, the normal power spectrum moment calculated by dividing the power spectrum moment of each order by the zero-order power spectrum moment, or the biological tissue characteristic value calculated from it, is calculated in real time. te2
An ultrasonic diagnostic device characterized by displaying dimensional images. 3. Ultrasonic diagnosis according to claim 1 or 2, characterized in that a color is assigned to the power spectrum moment of each order or a normal power spectrum moment of each order, and brightness is assigned to the value for synthetic display. Device. 4 In claim 1 or 2, the power or normalized power of each band is calculated from the determined power spectrum moment or normal power spectrum moment, and a corresponding color is assigned to each band. An ultrasonic diagnostic device characterized by synthetic display. 5. An ultrasonic diagnostic apparatus according to any one of claims 1 to 4, characterized in that an obtained image and a conventional B-mode image are displayed in a composite manner.
JP7722683A 1983-04-30 1983-04-30 Ultrasonic diagnostic apparatus Granted JPS59203549A (en)

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