JP2000325342A - 超音波診断装置 - Google Patents

超音波診断装置

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JP2000325342A
JP2000325342A JP11135479A JP13547999A JP2000325342A JP 2000325342 A JP2000325342 A JP 2000325342A JP 11135479 A JP11135479 A JP 11135479A JP 13547999 A JP13547999 A JP 13547999A JP 2000325342 A JP2000325342 A JP 2000325342A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 超音波診断装置の受信ダイナミックフィルタ
処理において、フィルタ特性のきめ細かい切換を可能に
する。 【解決手段】 切換間隔メモリ110には、フィルタ特
性の切換間隔eiの系列が設定される。切換間隔eiはメ
モリ110から1つずつ読み出され、ダウンカウンタ1
12にロードされる。ダウンカウンタ112は、ロード
した切換間隔を初期値としてダウンカウントを行う。こ
のカウンタ112でカウント値が0になったときのキャ
リーアウト信号が切換タイミング信号となる。切換タイ
ミング信号が発せられるごとに、特性指定情報メモリ1
20は保持している特性指定情報を順番に出力する。係
数データメモリ122はこの特性指定情報に対応するフ
ィルタ特性の定義情報fiを受信フィルタに供給する。
この構成によれば、各切換タイミングの切換間隔eiが
任意に指定できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は超音波診断装置に関
し、特に受信フィルタの特性を受信深さに応じてダイナ
ミックに制御するための技術に関する。
【0002】
【従来の技術】生体内での超音波の減衰率は周波数が高
くなるほど大きくなる。したがって、広帯域の超音波パ
ルスを生体内に伝播させた場合、探触子から見て浅いと
ころと深いところでは超音波のスペクトラムが異なって
くる。このため超音波診断装置では、ノイズの周波数帯
域をできるだけ適切にカットするため、従来よりエコー
受信対象点の深さに応じて受信フィルタの特性をダイナ
ミックに変化させる制御が行われている。例えば、各受
信深さにおける受信信号の中心周波数は図4に示すよう
なカーブを描くことが知られており、受信フィルタの特
性もこのカーブに沿って変化するように制御している。
【0003】近年の超音波診断装置では信号処理のデジ
タル化が進み、受信フィルタとしてFIR(非巡回)型
などのデジタルフィルタが用いられるようになってい
る。周知のようにデジタルフィルタのフィルタ特性は、
各タップのフィルタ係数の組により決定される。このよ
うなデジタル受信フィルタの特性を受信深さに応じて制
御する場合、従来は所定の間隔ごとにフィルタ特性を切
り換えるという制御を行っていた。実際は、生体内での
音波の伝搬速度をほぼ一定と仮定して、一定の時間間隔
ごとにフィルタ特性を切り換えていた。
【0004】具体的には、従来の超音波診断装置では、
例えば一定時間間隔ごとの切換タイミングにおけるフィ
ルタ係数の組を順番にメモリに格納しておき、切換タイ
ミングが来るごとにそのタイミングに対応するフィルタ
係数の組をそのメモリから読み出して受信フィルタに設
定するという構成をとっていた。この構成ではメモリに
は各切換タイミングのフィルタ特性(フィルタ係数の
組)が格納されるが、このメモリをRAMとし、メモリ
に格納するフィルタ特性の組を交換できるようにするこ
とで、フィルタ特性を多様なパターンで切り換えられる
ようにすることも行われている。
【0005】受信フィルタへの係数の設定には、フィル
タのタップ数にもよるが数十クロック程度の時間が必要
であるため、従来フィルタ特性の切換間隔は少なくとも
この係数設定の所要時間以上に設定されていた。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記従来のフィルタ特
性切換方式では、フィルタ特性の変化が緩やかな範囲
(浅いところ及び深いところ:図4参照)でも急峻な範
囲(中間深さの範囲:図4参照)でもフィルタ特性の切
換間隔が同じだった。このため、変化が急峻な範囲では
変化が緩やかな範囲よりも1回当たりのフィルタ特性の
切換幅が大きくなり、この結果、変化が急峻な範囲では
得られる画像においてフィルタ特性の差による画質の差
が目立ちやすくなる。これを避けようとすれば、変化が
急峻な範囲でもフィルタ特性の切換幅が画質に顕著な段
差を及ぼさない程度に切換間隔を短くすればよいが、そ
うすれば今度は、変化が緩やかな範囲で、フィルタ特性
を変える必要もないのに切換タイミングが来ると同じフ
ィルタ特性を再度設定し直すなどの無駄な動作が多くな
るという問題が出てくる。
【0007】また上記従来のフィルタ特性切換方式は、
フィルタ特性を一定時間間隔ごとにしか切え換えられな
いため、きめ細かい切換タイミングの制御が不可能であ
るという問題があった。このことを図5を参照して説明
する。
【0008】図5において、グラフ100は、図4に示
したカーブの一部であり、縦軸が中心周波数、横軸が深
さ(時間)を示す。横軸上の点ti(i=1,2,・・
・)は、フィルタ特性を切り換える切換タイミングを示
しており、黒丸で示した点102はそれら各切換タイミ
ングで設定されるフィルタ特性(中心周波数特性)の設
定値を示す。図示のごとく、切換タイミングは一定間隔
ごとである。グラフ105は、このような一定間隔ごと
のフィルタ設定により実現されるフィルタ特性の値の変
化を示す。フィルタ特性はあらかじめ用意された有限の
特性値から選ばれて設定されるので、離散的に変化して
いる。このように、フィルタ特性切換は一定間隔ごとに
行われるため、得られるフィルタ特性(グラフ105)
が、理想的なフィルタ特性(すなわち受信信号の特性:
グラフ100)から大きく離れてしまうことがあった
(例えばタイミングt9)。グラフ100により近くな
るようにするには、例えばタイミングs1、s2でフィル
タ特性を切り換えればよいが、従来のフィルタ特性切換
機構は一定間隔ごとにフィルタ特性を切り換える構成で
あったので、そのような任意の時点での切換はできなか
った。
【0009】このように、従来装置は、フィルタ切換タ
イミングの設定の自由度が極めて小さいため、フィルタ
特性の図4の理想カーブへの近似度が不十分となる場合
があった。
【0010】このような問題を回避するには、切換間隔
自体を十分短くすればよいわけだが、前述のようにフィ
ルタへの係数設定にはある程度の時間が必要であり、切
換間隔をこの時間より短くすることはできなかった。こ
のため、従来方式では、フィルタ特性の理想カーブへの
近似度の問題は回避困難な問題であった。
【0011】本発明は、このような問題を解決するため
になされたものであり、受信フィルタの特性の切換タイ
ミングの自由度を高め、きめ細かい特性切換を実現でき
る超音波診断装置を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る超音波診断装置は、超音波受信信号を
フィルタ処理する受信フィルタと、前記受信フィルタの
フィルタ特性を規定する1以上のフィルタ特性情報を、
前記受信フィルタに適用する順序に従って読み出し可能
なように登録した特性情報登録部と、前記特性情報登録
した各フィルタ特性ごとに、そのフィルタ特性を前記受
信フィルタに適用するタイミングを規定する情報を登録
するタイミング情報登録部と、前記タイミング情報登録
部に登録された情報に応じて、フィルタ特性を順次切り
換えるタイミングを指示する切換タイミング信号を出力
する切換タイミング指示部と、前記切換タイミング信号
に応じて前記特性情報登録部から順にフィルタ特性情報
を読み出し、前記受信フィルタのフィルタ特性をそのフ
ィルタ特性情報に従って切り換える特性切換部とを有す
ることを特徴とする。
【0013】この構成では、各フィルタ特性ごとにその
特性を受信フィルタに適用するタイミングを規定する情
報を登録したタイミング情報登録部を設け、これに登録
された情報に基づき生成される切換タイミング信号に応
じてフィルタ特性を切り換える。この構成によれば、フ
ィルタ特性を切り換えるタイミングを個々のフィルタ特
性ごとに規定できるので、従来のような一定間隔ごとの
切換ではなく、理想とする特性変化に合わせた柔軟な切
換タイミングの設定が可能となる。
【0014】この構成において、例えばタイミング情報
登録部に登録する情報としては、各フィルタ特性から次
のフィルタ特性へと切り換える切換間隔を用いることが
できる。
【0015】この場合、前記タイミング情報登録部は、
前記各切換間隔を記憶するランダムアクセスメモリと、
ユーザが選択した各切換間隔を、その適用順序に応じた
アドレス順で前記ランダムアクセスメモリに書き込む手
段とを含み、前記切換タイミング指示部は、切換間隔が
セットされ、システムクロックをカウントして前記セッ
トされた切換間隔に達すると前記切換タイミング信号を
出力するカウンタと、前記切換タイミング信号が出力さ
れると前記ランダムアクセスメモリのデータ出力アドレ
スを1データ分インクリメントし、次の切換間隔の情報
を前記カウンタにセットする手段と、を含むように構成
することができる。
【0016】本発明において切換対象となるフィルタ特
性としては、受信フィルタの通過帯域の中心周波数や、
受信フィルタの通過帯域幅などがある。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態(以下
実施形態という)について、図面に基づいて説明する。
【0018】図1は、本発明に係る超音波診断装置の受
信回路系の要部を示す図である。図1において、振動子
アレイ20は、複数の超音波振動子を含み、図示しない
送信回路系からの駆動信号に応じて超音波を送出すると
共に、送出した超音波のエコーを受信し、これを電気的
な受信信号に変換する。振動子アレイ20の各振動子の
受信信号はプリアンプ30で増幅され、整相加算部40
に入力される。整相加算部40は、受信ビームを形成す
るための回路であり、各振動子の受信信号をデジタル信
号に変換し、各々に所定の遅延を与えた上で加算し、そ
の加算結果を出力する。整相加算された受信信号は、可
変BPF(バンド・パス・フィルタ)50でフィルタ処
理され、不要な周波数成分が除去される。
【0019】この可変BPF50は、FIR(非巡回)
型のデジタルフィルタであり、各タップのフィルタ係数
(乗算係数)の設定を変更することにより様々なフィル
タ特性を得ることができる。フィルタ特性には、通過帯
域の中心周波数や帯域幅などがあり、各タップのフィル
タ係数の設定の仕方によりこれら特性を高い自由度で変
更することができる。フィルタ制御部10は、この可変
BPF50のフィルタ特性、すなわち各タップのフィル
タ係数の設定・変更を制御する手段である。
【0020】このようにして可変BPF50により取り
出された必要な帯域の信号は、信号処理系60で表示目
的に応じた信号処理(例えばドプラ断層の場合は自己相
関演算など)を施される。そして、その信号処理結果は
DSC(デジタル・スキャン・コンバータ)70に書き
込まれ、表示装置の座標系に走査変換された上で表示回
路に出力される。
【0021】このような超音波診断装置において、受信
深さに応じたダイナミックなフィルタ特性制御は、フィ
ルタ制御部10によって実行される。図2は、フィルタ
制御部10の内部構成を示す図である。
【0022】図2において、係数データメモリ122
は、本装置で使用可能なすべてのフィルタ特性の定義情
報fi(i=0,1,2,・・・,n)が記憶されたメ
モリである。フィルタ特性の定義情報fiは、可変BP
F50のフィルタ特性を定める情報であり、具体的には
可変BPF50の各タップのフィルタ係数の値の組であ
る。例えば、可変BPF50のタップ数が10の場合、
各定義情報fiはそれぞれ10個のフィルタ係数の組と
なる。係数データメモリ122は、ROM(リードオン
リーメモリ)でよい。
【0023】切換間隔メモリ110は、特許請求の範囲
のタイミング情報登録部に対応する。切換間隔メモリ1
10には、フィルタ特性の切換間隔ei(i=0,1,
2,・・・)が、出力順に従ったアドレッシングで記憶
されている。切換間隔eiは、システムクロック(CL
K)を単位とした時間間隔を表し、1バイト又は2バイ
ト程度の整数値データとして表される。切換間隔メモリ
110はRAM(ランダムアクセスメモリ)であり、記
憶された切換間隔eiのデータは必要に応じて書換可能
である。
【0024】特性指定情報メモリ120は、特許請求の
範囲の特性情報登録部に対応する。特性指定情報メモリ
120には、1ビームにおける最浅部から最深部までの
エコー受信時に使用するフィルタ特性を指示する特性指
定情報a(fi)が、出力順に従ったアドレッシングで記
憶されている。すなわち、特性指定情報メモリ120
は、係数データメモリ122に登録されたフィルタ特性
の定義情報f0〜fnのうち、受信時に使用するものを、
使用する順番に並べて記憶している。ただし、特性指定
情報メモリ120に記憶される特性指定情報a(fi)
は、定義情報fi(すなわちフィルタ係数の組)そのも
のではなく、係数データメモリ122における定義情報
fiを指し示すアドレスなどの情報である。特性指定情
報メモリ120はRAM(ランダムアクセスメモリ)で
あり、記憶された特性指定情報a(fi)のデータは必要
に応じて書換可能である。
【0025】可変BPF50のフィルタ特性は、特性指
定情報メモリ120に記憶された特性指定情報a(fi)
の順に切り換えられる。図示の例ではフィルタ特性はf
2,f5,f8,・・・の順に切り換えられることにな
る。そして、図示例ではフィルタ特性f2での受信開始
時からf5に切り換えるまでの時間間隔がe0、f5から
f8に切り換えられるまでの時間間隔がe1、などとなっ
ている。
【0026】切換間隔メモリ110は、アドレス端子
(adrs)に入力されているアドレスに対応した切換
間隔eiを出力端子(data out)から出力す
る。この出力値eiは、ダウンカウンタ112のデータ
入力端子(data)に入力される。
【0027】ダウンカウンタ112は、この出力値ei
のロードが完了すると、この値を初期値として即座にダ
ウンカウントを開始する。すなわち、ダウンカウンタ1
12は、クロック入力端子(clk)にシステムクロッ
ク(CLK;例えば20〜40MHz程度)が入力され
ており、1クロックごとに1ずつダウンカウントしてい
く。そして、カウント値が0に達すると、ダウンカウン
タ112はキャリー端子(carry out)からキ
ャリーアウト信号を出力する。このキャリーアウト信号
が、フィルタ特性の切換タイミングを示す切換タイミン
グ信号となる。この切換タイミング信号は、遅延器11
4、アップカウンタ116及び118に供給される。
【0028】アップカウンタ116は、この切換タイミ
ング信号をクロック入力端子(clk)から受け取る
と、内部のカウント値を単位量だけ増加させ、その結果
を出力端子(out)から出力する。このカウンタ11
6のカウント値は、切換間隔メモリ110の切換間隔e
iのアドレスを示しており、このカウント値の増加によ
りカウンタ116の出力は次の切換間隔eiを指し示す
ようになる。この出力は切換間隔メモリ110のアドレ
ス端子に入力され、これにより切換間隔メモリ110の
データ出力端子からは次の切換間隔のデータが出力さ
れ、ダウンカウンタ112にロードされることになる。
このような仕組みにより、切換タイミング信号が発せら
れると次の切換間隔のデータがダウンカウンタ112に
ロードされ、次のダウンカウント処理が行われることに
なる。これを繰り返すことにより、切換間隔メモリ11
0に記憶された切換間隔eiがアドレス順に順次ダウン
カウンタ112にロードされ、その切換間隔をカウント
するごとにダウンカウンタ112から切換タイミング信
号が出力される。
【0029】なお、ダウンカウンタ112が、キャリー
端子から切換タイミング信号を出力した後、次の切換間
隔データがデータ入力端子(out)に供給されるまで
には、アップカウンタ116及び切換間隔メモリ110
の動作時間分だけの遅延がある。これを補償するため、
切換タイミング信号が遅延器114によってその遅延分
だけ遅延され、ダウンカウンタ112のロードイネーブ
ル端子(load)に供給されている。これにより、切
換間隔メモリ110から出力された次の切換間隔のデー
タが正しくダウンカウンタ112にロードされることに
なる。なお、遅延器114としては、システムクロック
(CLK)をクロック入力とするDフリッププロップな
どを用いることができる。
【0030】また、アップカウンタ118は、ダウンカ
ウンタ112から出力された切換タイミング信号をクロ
ック入力端子(clk)にて受け取る。切換タイミング
信号が入力されると、アップカウンタ118は内部のカ
ウント値を単位量だけ増加させ、その結果を出力端子
(out)から出力する。アップカウンタ118のカウ
ント値は、特性指定情報メモリ120の特性指定情報a
(fi)のアドレスを示しており、このカウント値の増加
によりカウンタ118の出力は次の特性指定情報を指し
示すようになる。この出力は特性指定情報メモリ120
のアドレス端子(adrs)に入力される。
【0031】特性指定情報メモリ120は、アドレス端
子に入力された値に対応する特性指定情報a(fi)をデ
ータ出力端子(data out)から出力する。この
出力は、係数データメモリ122のアドレス端子(ad
rs)に入力される。係数データメモリ122は、アド
レス端子に入力された特性指定情報a(fi)に対応する
特性情報fi(すなわち係数セット)をデータ出力部
(data out)から出力する。係数データメモリ
122の出力は可変BPF50に入力され、この出力に
応じて可変BPF50の各タップの係数がセットされ
る。
【0032】なお、可変BPF50は、各タップの係数
群(フィルタ特性)を保持するラッチを2つ有してお
り、一方のラッチに保持された係数群を用いてフィルタ
処理を行う間に、もう一方のラッチに対して次の係数群
をセットし、これを交互に繰り返す構成となっている。
この係数群の切換のため、可変BPF50にはダウンカ
ウンタ112から切換タイミング信号が供給される。
【0033】以上説明した図2の回路構成の各部の信号
の変化は、図3のタイミングチャートに示すようにな
る。図3に示すように、フィルタ特性f2でのフィルタ
処理は切換間隔e0の期間だけ続き、この期間の間に次
のフィルタ特性f5の係数データが可変BPF50のラ
ッチに設定される。そして、フィルタ特性f2での処理
の開始から期間e0が経過すると、ダウンカウンタ11
2から切換タイミング信号が出力され、これに応じて可
変BPF50のフィルタ特性がf5に切り換えられる。
以下、同様の動作を繰り返すことにより、切換間隔メモ
リ110に記憶された切換間隔eiごとに、特性指定情
報メモリ120で指定された順にフィルタ特性fiが切
り換えられていく。
【0034】このように、本実施形態では、切換間隔メ
モリ110に、切換間隔eiの系列を設定することによ
り、各切換タイミングの間隔を基本的に自由に設定する
ことができる。すなわち、個々の切換間隔はシステムク
ロック(CLK)を単位として基本的に任意の値に設定
することができる。したがって、図4に示すような理想
カーブにおいて、フィルタ特性の変化が緩やかな部分で
はフィルタ特性の切換間隔を長くし、変化が急激な部分
ではフィルタ特性の切換間隔を短くすることができる。
したがって、フィルタ特性の全体切換回数を増やすこと
なく、フィルタ特性急変部分での切換回数を増やすこと
ができるので、その部分できめ細かいフィルタ特性切換
が可能になり、特性切換による画質の段差を低減するこ
とができる。
【0035】また、本実施形態によれば、フィルタ特性
の切換タイミングを、システムクロック(CLK)単位
で自由に決めることができるので、図4の理想カーブに
合わせたきめ細かいフィルタ特性の切換が可能になる。
すなわち、本実施形態では、図5に示したタイミングs
1やs2を切換タイミングとすることができる(これには
(s2−s1)を切換間隔としてメモリ110に設定して
おけばよい)ので、一定間隔ごとのタイミングtiでし
か特性切換ができなかった従来方式よりも、理想カーブ
により近似した特性切換が可能になる。
【0036】なお、図5からも分かるように、従来は、
フィルタ特性が同じ場合でもタイミングtiごとにフィ
ルタ特性を指定する必要があったのに対し、本実施形態
ではフィルタ特性を実際に変更する場合だけしかフィル
タ特性を指定しなくてよいので、無駄がない。したがっ
て、特性指定情報メモリ120の容量を節約することが
できる。
【0037】本実施形態では、切換間隔メモリ110及
び特性指定情報メモリ120がRAMで構成され、記憶
内容を書き換え可能になっている。超音波診断装置は、
フィルタ特性の切換パターン(図4)を複数装備してい
る。すなわち、超音波診断装置は、複数の切換パターン
の各々について、切換間隔eiの系列と特性指定情報a
(f)の系列との組を保持している。そして、診断時に
は、ユーザが選択した切換パターンの切換間隔及び特性
指定情報の系列を切換間隔メモリ110及び特性指定情
報メモリ120にそれぞれ設定し、上述の切換処理を行
う。このような構成により、様々なパターンでフィルタ
特性を切り換えることが可能になる。なお、図4、図5
では中心周波数の変化を示したが、本実施形態では可変
BPF50の通過帯域幅を変更することも当然可能であ
る。
【0038】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
従来のような一定間隔ごとの切換ではなく、理想とする
フィルタ特性変化に合わせた柔軟な切換タイミングの設
定が可能となり、超音波画像の画質向上を図ることがで
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る超音波診断装置の受信回路系の
要部を示す図である。
【図2】 フィルタ制御部の内部構成を示す図である。
【図3】 フィルタ制御部の各部の信号の変化を概略的
に示すタイミングチャートである。
【図4】 受信深さと受信信号の中心周波数との関係を
示す図である。
【図5】 従来のフィルタ特性切換方式の問題点、及び
本実施形態の方式の利点を説明するための図である。
【符号の説明】
10 フィルタ制御部、20 振動子アレイ、30 プ
リアンプ、40 整相加算部、50 可変BPF(バン
ド・パス・フィルタ)、60 信号処理系、70 DS
C(デジタルスキャンコンバータ)、110 切換間隔
メモリ、112ダウンカウンタ、114 遅延器、11
6,118 アップカウンタ、120特性指定情報メモ
リ、122 係数データメモリ。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 超音波受信信号をフィルタ処理する受信
    フィルタと、 前記受信フィルタのフィルタ特性を規定する1以上のフ
    ィルタ特性情報を、前記受信フィルタに適用する順序に
    従って読み出し可能なように登録した特性情報登録部
    と、 前記特性情報登録した各フィルタ特性ごとに、そのフィ
    ルタ特性を前記受信フィルタに適用するタイミングを規
    定する情報を登録するタイミング情報登録部と、 前記タイミング情報登録部に登録された情報に応じて、
    フィルタ特性を順次切り換えるタイミングを指示する切
    換タイミング信号を出力する切換タイミング指示部と、 前記切換タイミング信号に応じて前記特性情報登録部か
    ら順にフィルタ特性情報を読み出し、前記受信フィルタ
    のフィルタ特性をそのフィルタ特性情報に従って切り換
    える特性切換部と、 を有する超音波診断装置。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の超音波診断装置におい
    て、 前記タイミング情報登録部に登録される情報は、各フィ
    ルタ特性から次のフィルタ特性へと切り換える切換間隔
    であることを特徴とする超音波診断装置。
  3. 【請求項3】 請求項2記載の超音波診断装置におい
    て、 前記タイミング情報登録部は、 前記各切換間隔を記憶するランダムアクセスメモリと、 ユーザが選択した各切換間隔を、その適用順序に応じた
    アドレス順で前記ランダムアクセスメモリに書き込む手
    段と、 を含み、 前記切換タイミング指示部は、 切換間隔がセットされ、システムクロックをカウントし
    て前記セットされた切換間隔に達すると前記切換タイミ
    ング信号を出力するカウンタと、 前記切換タイミング信号が出力されると前記ランダムア
    クセスメモリのデータ出力アドレスを1データ分インク
    リメントし、次の切換間隔の情報を前記カウンタにセッ
    トする手段と、 を有することを特徴とする超音波診断装置。
  4. 【請求項4】 請求項1〜請求項3のいずれかに記載の
    超音波診断装置において、 前記フィルタ特性は、受信フィルタの通過帯域の中心周
    波数を含むことを特徴とする超音波診断装置。
  5. 【請求項5】 請求項1〜請求項4のいずれかに記載の
    超音波診断装置において、 前記フィルタ特性は、受信フィルタの通過帯域幅を含む
    ことを特徴とする超音波診断装置。
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