JPH0595951A - 超音波影像装置 - Google Patents
超音波影像装置Info
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- JPH0595951A JPH0595951A JP3042134A JP4213491A JPH0595951A JP H0595951 A JPH0595951 A JP H0595951A JP 3042134 A JP3042134 A JP 3042134A JP 4213491 A JP4213491 A JP 4213491A JP H0595951 A JPH0595951 A JP H0595951A
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- phasing
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
- G01S15/88—Sonar systems specially adapted for specific applications
- G01S15/89—Sonar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
- G01S15/8906—Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques
- G01S15/8909—Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques using a static transducer configuration
- G01S15/8915—Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques using a static transducer configuration using a transducer array
- G01S15/8918—Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques using a static transducer configuration using a transducer array the array being linear
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- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
- A61B8/08—Clinical applications
- A61B8/0858—Clinical applications involving measuring tissue layers, e.g. skin, interfaces
-
- G—PHYSICS
- G10—MUSICAL INSTRUMENTS; ACOUSTICS
- G10K—SOUND-PRODUCING DEVICES; METHODS OR DEVICES FOR PROTECTING AGAINST, OR FOR DAMPING, NOISE OR OTHER ACOUSTIC WAVES IN GENERAL; ACOUSTICS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G10K11/00—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound in general; Methods or devices for protecting against, or for damping, noise or other acoustic waves in general
- G10K11/18—Methods or devices for transmitting, conducting or directing sound
- G10K11/26—Sound-focusing or directing, e.g. scanning
- G10K11/34—Sound-focusing or directing, e.g. scanning using electrical steering of transducer arrays, e.g. beam steering
- G10K11/341—Circuits therefor
- G10K11/346—Circuits therefor using phase variation
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- Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】本発明は、超音波照射に従って被検査物体の断
層像を得る超音波影像装置に関し、小さなハードウェア
量に従いつつ、被検査物体中の音速の不均一性に起因す
る画像劣化を防止して高精度の画像を得るようにするこ
とを目的とする。 【構成】受信信号の位相に従って、被検査物体中の音速
の不均一性を検出する位相検出手段45が、検出対象の
受信信号と、この受信信号と同一の周波数を持つ基準信
号との相互相関値を算出する算出手段450と、算出手
段450の算出する相互相関値から受信信号の位相の乱
れ値を検出する検出手段451とを備えることで、被検
査物体中の音速の不均一性を検出するように構成する。
層像を得る超音波影像装置に関し、小さなハードウェア
量に従いつつ、被検査物体中の音速の不均一性に起因す
る画像劣化を防止して高精度の画像を得るようにするこ
とを目的とする。 【構成】受信信号の位相に従って、被検査物体中の音速
の不均一性を検出する位相検出手段45が、検出対象の
受信信号と、この受信信号と同一の周波数を持つ基準信
号との相互相関値を算出する算出手段450と、算出手
段450の算出する相互相関値から受信信号の位相の乱
れ値を検出する検出手段451とを備えることで、被検
査物体中の音速の不均一性を検出するように構成する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、超音波照射に従って被
検査物体の断層像を得る超音波影像装置に関し、特に、
小さなハードウェア量に従いつつ、被検査物体中の音速
の不均一性に起因する画像劣化を防止して、高精度の画
像を得ることができるようにする超音波影像装置に関す
るものである。
検査物体の断層像を得る超音波影像装置に関し、特に、
小さなハードウェア量に従いつつ、被検査物体中の音速
の不均一性に起因する画像劣化を防止して、高精度の画
像を得ることができるようにする超音波影像装置に関す
るものである。
【0002】医療分野等を中心にして、物体内部を可視
化する超音波影像装置が広く用いられている。この超音
波影像装置は、超音波を放射する電気音響変換素子を1
列に配設し、物体内の点から反射されてくる超音波をこ
の電気音響変換素子で検出して、遅延処理に従ってこの
検出値を整相してから加算していくことで、物体内の特
定の点にフォーカスされた影像信号を得るようにすると
ともに、超音波を放射する電気音響変換素子を走査する
ことでフォーカス点を直線上に走査したり、遅延処理を
制御することでフォーカス点を扇形に走査したりしてい
くことで、物体内部の断層像を得るようにしていく構成
を採るものである。このような構成を採るものであるこ
とから、物体内部の音速が均一でないと鮮明な画像を得
ることができなくなる。これから、超音波影像装置で
は、被検査物体中の音速の不均一性に起因する画像劣化
を防止できるようにする手段を備えていく必要がある。
化する超音波影像装置が広く用いられている。この超音
波影像装置は、超音波を放射する電気音響変換素子を1
列に配設し、物体内の点から反射されてくる超音波をこ
の電気音響変換素子で検出して、遅延処理に従ってこの
検出値を整相してから加算していくことで、物体内の特
定の点にフォーカスされた影像信号を得るようにすると
ともに、超音波を放射する電気音響変換素子を走査する
ことでフォーカス点を直線上に走査したり、遅延処理を
制御することでフォーカス点を扇形に走査したりしてい
くことで、物体内部の断層像を得るようにしていく構成
を採るものである。このような構成を採るものであるこ
とから、物体内部の音速が均一でないと鮮明な画像を得
ることができなくなる。これから、超音波影像装置で
は、被検査物体中の音速の不均一性に起因する画像劣化
を防止できるようにする手段を備えていく必要がある。
【0003】
【従来の技術】先ず最初に、特開昭53−28989号
公報や特開昭54−96286号公報に開示されている
超音波影像装置の回路構成に従って、超音波影像装置の
基本動作について説明する。
公報や特開昭54−96286号公報に開示されている
超音波影像装置の回路構成に従って、超音波影像装置の
基本動作について説明する。
【0004】図6に、この超音波影像装置の回路構成を
図示する。図中、1-i(i=1〜n)は1列に配列され
て、超音波を放射するとともに反射されてくる超音波を
検出する複数の電気音響変換素子、2は各電気音響変換
素子1-iに電気パルスを印加することで超音波放射を制
御する送信回路、3-i(i=1〜n)は電気音響変換素
子1-iの検出する反射超音波信号を増幅するプリアン
プ、4-i(i=1〜n)はLC回路により構成されて、
プリアンプ3-iの出力する電気信号を設定変更可能な遅
延量でもって遅延する小遅延線、5-i(i=1〜n)は
LC回路により構成されて、小遅延線4-iの出力する電
気信号を設定変更可能な遅延量でもって遅延する固定遅
延線、6は固定遅延線5-iの出力する電気信号を整相加
算する加算回路、7は小遅延線4-i及び固定遅延線5-i
の遅延量を管理するROM、8はROM7の管理する遅
延量に従って小遅延線4-i及び固定遅延線5-iに遅延量
を設定する制御回路である。
図示する。図中、1-i(i=1〜n)は1列に配列され
て、超音波を放射するとともに反射されてくる超音波を
検出する複数の電気音響変換素子、2は各電気音響変換
素子1-iに電気パルスを印加することで超音波放射を制
御する送信回路、3-i(i=1〜n)は電気音響変換素
子1-iの検出する反射超音波信号を増幅するプリアン
プ、4-i(i=1〜n)はLC回路により構成されて、
プリアンプ3-iの出力する電気信号を設定変更可能な遅
延量でもって遅延する小遅延線、5-i(i=1〜n)は
LC回路により構成されて、小遅延線4-iの出力する電
気信号を設定変更可能な遅延量でもって遅延する固定遅
延線、6は固定遅延線5-iの出力する電気信号を整相加
算する加算回路、7は小遅延線4-i及び固定遅延線5-i
の遅延量を管理するROM、8はROM7の管理する遅
延量に従って小遅延線4-i及び固定遅延線5-iに遅延量
を設定する制御回路である。
【0005】ここで、小遅延線4-iと固定遅延線5-iと
いう2種類の遅延手段を設けてあるのは、小遅延線4-i
でもって微小な遅延量の設定を可能にすることで、固定
遅延線5-iの遅延量の量子化を大きくしてコストの低減
を実現することにその理由がある。また、固定遅延線5
-iは、特開昭53−28989号公報で開示されている
ように、実際には、図7に示すようなタップ付きの遅延
と加算を同時に行う構成のもので用意されて、小遅延線
4-iの出力をスイッチを介してこのタップに入力してい
くことで1つだけ足りるようにするとともに、加算回路
6を省略できるようにする構成が採られている。また、
小遅延線4-iの代わりに、ミキサ等を用いる位相変換回
路が用いられることもある。
いう2種類の遅延手段を設けてあるのは、小遅延線4-i
でもって微小な遅延量の設定を可能にすることで、固定
遅延線5-iの遅延量の量子化を大きくしてコストの低減
を実現することにその理由がある。また、固定遅延線5
-iは、特開昭53−28989号公報で開示されている
ように、実際には、図7に示すようなタップ付きの遅延
と加算を同時に行う構成のもので用意されて、小遅延線
4-iの出力をスイッチを介してこのタップに入力してい
くことで1つだけ足りるようにするとともに、加算回路
6を省略できるようにする構成が採られている。また、
小遅延線4-iの代わりに、ミキサ等を用いる位相変換回
路が用いられることもある。
【0006】このように構成されるときにあって、図8
に示すように、n個備えられる電気音響変換素子1-i群
の中心点Oの真下の距離Lにある点Pにフォーカスしよ
うとする場合には、中心点Oと、中心点Oから数えてi
番目の電気音響変換素子1-iとの間の距離をXi とする
ならば、このi番目の電気音響変換素子1-iの遅延量τ
i を、
に示すように、n個備えられる電気音響変換素子1-i群
の中心点Oの真下の距離Lにある点Pにフォーカスしよ
うとする場合には、中心点Oと、中心点Oから数えてi
番目の電気音響変換素子1-iとの間の距離をXi とする
ならば、このi番目の電気音響変換素子1-iの遅延量τ
i を、
【数1】 但し、c :超音波の音速 τ0 :τi が正となるための定数 に設定して、この遅延量τi により整相されたn個の電
気音響変換素子1-iの受信信号を加算していくことで実
現されることになる。すなわち、中心点Oから数えてi
番目の電気音響変換素子1-iは、点Pとの距離が長くな
る分遅れて超音波の反射波が到達するので、その遅れ分
中心点Oよりも遅延量τi を短く設定することで整相す
るとともに、その整相された受信信号を加算していくこ
とで、点Pへのフォーカスを実現するのである。ここ
で、このXi は、
気音響変換素子1-iの受信信号を加算していくことで実
現されることになる。すなわち、中心点Oから数えてi
番目の電気音響変換素子1-iは、点Pとの距離が長くな
る分遅れて超音波の反射波が到達するので、その遅れ分
中心点Oよりも遅延量τi を短く設定することで整相す
るとともに、その整相された受信信号を加算していくこ
とで、点Pへのフォーカスを実現するのである。ここ
で、このXi は、
【数2】 但し、p:電気音響変換素子1-iのピッチ間隔 で表されるものである。
【0007】そして、超音波影像装置では、超音波を放
射検出する電気音響変換素子1-i群を走査していくこと
でフォーカス点を直線上に走査したり、遅延処理を制御
することでフォーカス点を扇形に走査したりしていくこ
とで、このようにして得られるフォーカスされた影像信
号を合成して物体内部の断層像を得るのである。
射検出する電気音響変換素子1-i群を走査していくこと
でフォーカス点を直線上に走査したり、遅延処理を制御
することでフォーカス点を扇形に走査したりしていくこ
とで、このようにして得られるフォーカスされた影像信
号を合成して物体内部の断層像を得るのである。
【0008】なお、この遅延量τi の設定は、具体的に
は、固定遅延線5-iの量子化誤差をΔτとするならば、
各固定遅延線5-iの遅延量Ti は、 Ti =int(τi /Δτ)×Δτ 但し、int:小数点以下を切り捨てた整数値 に従って設定され、一方、小遅延線4-iの遅延量t
i は、 ti =τi −Ti に従って設定されるものであって、ROM7は、予め算
出されるこれらの遅延量を管理し、制御回路8は、この
ROM7の管理する遅延量を読み出して、小遅延線4-i
及び固定遅延線5-iの遅延量をこの値に設定していくの
である。また、小遅延線4-iの代わりに位相変換回路が
用いられる場合には、この位相変換回路は、下式により
規定される位相シフト量Δφi Δφi =2πf0 ×ti 但し、f0 :超音波の中心周波数 分の位相シフト処理を実行していくことになる。
は、固定遅延線5-iの量子化誤差をΔτとするならば、
各固定遅延線5-iの遅延量Ti は、 Ti =int(τi /Δτ)×Δτ 但し、int:小数点以下を切り捨てた整数値 に従って設定され、一方、小遅延線4-iの遅延量t
i は、 ti =τi −Ti に従って設定されるものであって、ROM7は、予め算
出されるこれらの遅延量を管理し、制御回路8は、この
ROM7の管理する遅延量を読み出して、小遅延線4-i
及び固定遅延線5-iの遅延量をこの値に設定していくの
である。また、小遅延線4-iの代わりに位相変換回路が
用いられる場合には、この位相変換回路は、下式により
規定される位相シフト量Δφi Δφi =2πf0 ×ti 但し、f0 :超音波の中心周波数 分の位相シフト処理を実行していくことになる。
【0009】このように構成される超音波影像装置で
は、上述のことからも明らかなように、物体内部の音速
cが一定であることを条件としている。しかるに、人体
の組織では、筋肉や肝臓等の組織の音速が1570m/
sと速いのに対して、体表近くにある脂肪の組織の音速
は1480m/sと遅くなる。そして、この脂肪の組織
は、図9に示すように、体の位置によってその厚さが異
なっている。これから、人体を検査対象とすると、受信
波の波面がくずれてフォーカスが劣化し、鮮明な影像が
得られないという問題点がでてくることになる。
は、上述のことからも明らかなように、物体内部の音速
cが一定であることを条件としている。しかるに、人体
の組織では、筋肉や肝臓等の組織の音速が1570m/
sと速いのに対して、体表近くにある脂肪の組織の音速
は1480m/sと遅くなる。そして、この脂肪の組織
は、図9に示すように、体の位置によってその厚さが異
なっている。これから、人体を検査対象とすると、受信
波の波面がくずれてフォーカスが劣化し、鮮明な影像が
得られないという問題点がでてくることになる。
【0010】次に、この問題点の解決を図るために用い
られている従来技術について説明する。図10に、これ
らの従来技術の基本回路構成を図示する。図中、図6で
説明したものと同じものについては同一の記号で示して
ある。この回路構成から分かるように、従来技術では、
音速の不均一性に起因する影像の劣化を防止するため
に、新たに位相検出回路9を備える構成を採っている。
られている従来技術について説明する。図10に、これ
らの従来技術の基本回路構成を図示する。図中、図6で
説明したものと同じものについては同一の記号で示して
ある。この回路構成から分かるように、従来技術では、
音速の不均一性に起因する影像の劣化を防止するため
に、新たに位相検出回路9を備える構成を採っている。
【0011】この位相検出回路9は、「USP4817
614」で開示されるように、隣接する電気音響変換素
子1-iの受信信号を処理対象信号として入力として、こ
の「USP4817614」や「USP447178
5」で開示されるように、入力する2つの処理対象信号
の相互相関値を算出することで、2つの受信信号の時間
的なズレを特定して受信波の波面の乱れを検出し、「U
SP4484477」で開示されるように、この特定さ
れた時間的な変位の遅延量に従って、制御回路8に保持
される設定用の遅延量を書き換えていくことで、受信波
の波面の乱れを補正していく処理を行うものである。こ
こで、この相互相関の演算処理は、アナログ信号処理に
従って実行されることもあるが、「USP447178
5」や「USP4484477」に開示されるように、
ディジタル信号処理に従って実行されることもある。
614」で開示されるように、隣接する電気音響変換素
子1-iの受信信号を処理対象信号として入力として、こ
の「USP4817614」や「USP447178
5」で開示されるように、入力する2つの処理対象信号
の相互相関値を算出することで、2つの受信信号の時間
的なズレを特定して受信波の波面の乱れを検出し、「U
SP4484477」で開示されるように、この特定さ
れた時間的な変位の遅延量に従って、制御回路8に保持
される設定用の遅延量を書き換えていくことで、受信波
の波面の乱れを補正していく処理を行うものである。こ
こで、この相互相関の演算処理は、アナログ信号処理に
従って実行されることもあるが、「USP447178
5」や「USP4484477」に開示されるように、
ディジタル信号処理に従って実行されることもある。
【0012】図11に、この位相検出回路9の詳細な回
路構成を図示する。この図に示すように、位相検出回路
9は、プリアンプ3-iの出力する受信信号を一時的に記
憶する波形メモリ10と、波形メモリ10から隣接する
電気音響変換素子1-iの受信信号を選択して相互相関値
を算出する相互相関器11と、相互相関器11の算出す
る相互相関値の最大値を示す時間変位を検出する変位検
出器12と、変位検出器12の検出する時間変位を積算
していくことで全受信信号の遅延量を決定して制御回路
8に通知する積算器13とから構成されるものである。
なお、波形メモリ10がディジタルメモリで構成される
場合には、A/Dコンバータが必要になり、アナログメ
モリで構成される場合には、サンプル・ホールド回路が
必要となるが、これらは、波形メモリ10に含まれてい
るものとして図示するのを省略してある。
路構成を図示する。この図に示すように、位相検出回路
9は、プリアンプ3-iの出力する受信信号を一時的に記
憶する波形メモリ10と、波形メモリ10から隣接する
電気音響変換素子1-iの受信信号を選択して相互相関値
を算出する相互相関器11と、相互相関器11の算出す
る相互相関値の最大値を示す時間変位を検出する変位検
出器12と、変位検出器12の検出する時間変位を積算
していくことで全受信信号の遅延量を決定して制御回路
8に通知する積算器13とから構成されるものである。
なお、波形メモリ10がディジタルメモリで構成される
場合には、A/Dコンバータが必要になり、アナログメ
モリで構成される場合には、サンプル・ホールド回路が
必要となるが、これらは、波形メモリ10に含まれてい
るものとして図示するのを省略してある。
【0013】すなわち、この位相検出回路9は、図12
(a)に示すような規定のサンプリング時間間隔Δtで
もってサンプリングされる隣接する2つの電気音響変換
素子1-iの受信信号u1(t),u2(t)に対して、
(a)に示すような規定のサンプリング時間間隔Δtで
もってサンプリングされる隣接する2つの電気音響変換
素子1-iの受信信号u1(t),u2(t)に対して、
【数3】 但し、t1 〜t2 :演算時間範囲 で表される相互相関演算を施すことで、図12(b)に
示すように、各時間変位τi (≡Δt×i)での相互相
関値Q(τi )を算出して、この相互相関値Q(τi )
の内の最大値をとる時間変位τM を特定していくこと
で、演算対象の2つの受信信号の遅延量τM を決定して
いくとともに、この遅延量τM を積算していくことで全
受信信号の遅延量を決定して制御回路8に通知していく
のである。
示すように、各時間変位τi (≡Δt×i)での相互相
関値Q(τi )を算出して、この相互相関値Q(τi )
の内の最大値をとる時間変位τM を特定していくこと
で、演算対象の2つの受信信号の遅延量τM を決定して
いくとともに、この遅延量τM を積算していくことで全
受信信号の遅延量を決定して制御回路8に通知していく
のである。
【0014】なお、この位相検出回路9の台数は、1台
だけ備える構成を採って、この1台の位相検出回路9
が、全受信信号の遅延量を決定していくという構成を採
る場合もあるし、あるいは、電気音響変換素子1-iの台
数から“1”引いた台数備える構成を採って、各位相検
出回路9が対応の受信信号の遅延量を決定していくとと
もに、制御回路8側でこの遅延量の積算処理を実行して
いくことで全受信信号の遅延量を決定していくという構
成を採る場合もある。
だけ備える構成を採って、この1台の位相検出回路9
が、全受信信号の遅延量を決定していくという構成を採
る場合もあるし、あるいは、電気音響変換素子1-iの台
数から“1”引いた台数備える構成を採って、各位相検
出回路9が対応の受信信号の遅延量を決定していくとと
もに、制御回路8側でこの遅延量の積算処理を実行して
いくことで全受信信号の遅延量を決定していくという構
成を採る場合もある。
【0015】また、図10の従来技術では、位相検出回
路9がプリアンプ3-iの出力信号を検出対象とするもの
で示してあるが、これは、固定遅延線5-iが図7に示す
ような遅延と加算を同時に行う構成のものを用いている
ために、固定遅延線5-iから個々の遅延出力を取り出せ
ないことにその理由があるのであって、遅延だけを行う
ものを個々に備える構成を採る場合には、音速が均一で
あるときに整相されることになる固定遅延線5-iの出力
信号を検出対象とすることの方が好ましいのである。
路9がプリアンプ3-iの出力信号を検出対象とするもの
で示してあるが、これは、固定遅延線5-iが図7に示す
ような遅延と加算を同時に行う構成のものを用いている
ために、固定遅延線5-iから個々の遅延出力を取り出せ
ないことにその理由があるのであって、遅延だけを行う
ものを個々に備える構成を採る場合には、音速が均一で
あるときに整相されることになる固定遅延線5-iの出力
信号を検出対象とすることの方が好ましいのである。
【0016】その他の従来技術として、「USP483
5689」で開示されるように、直交検波を用いて音速
の不均一性に起因する影像の劣化を補正していくものが
開示されている。
5689」で開示されるように、直交検波を用いて音速
の不均一性に起因する影像の劣化を補正していくものが
開示されている。
【0017】以上に説明した従来技術の構成では、送信
の際に発生する波面の乱れを考慮していないが、この送
信の際に発生する波面の乱れの影響が小さなものである
ということは、「S.W.FLAX and M.O'DONNEL,"Phase-Abe
rration Correction Using Signals From Point Reflec
tors and Diffuse Scatterres:Basic Principles",IEEE
TRANSACTION ON ULTRASONICS,FERROELECTRICS,AND FRE
QUENCY CONTROL,VOL 35,NO.6,NOVEMBER 1988,p758-767
」で示唆されている。
の際に発生する波面の乱れを考慮していないが、この送
信の際に発生する波面の乱れの影響が小さなものである
ということは、「S.W.FLAX and M.O'DONNEL,"Phase-Abe
rration Correction Using Signals From Point Reflec
tors and Diffuse Scatterres:Basic Principles",IEEE
TRANSACTION ON ULTRASONICS,FERROELECTRICS,AND FRE
QUENCY CONTROL,VOL 35,NO.6,NOVEMBER 1988,p758-767
」で示唆されている。
【0018】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、位相
検出回路9は、音速の不均一性に起因する影像劣化を防
止のために必要とされる受信信号の遅延量を決定してい
くために、電気音響変換素子1-iの受信信号の相互相関
演算処理を実行していくことになるが、この相互相関値
は、図12(b)にも示したように、受信信号のサンプ
リング時間間隔Δtでもって求められるために、位相検
出回路9により決定される遅延量がこのΔtの誤差を含
んでしまうことになる。これから、遅延量を積算してい
くときに、この誤差が蓄積してしまうことで電気音響変
換素子1-iの受信信号の遅延量が正確に求められないこ
とになる。
検出回路9は、音速の不均一性に起因する影像劣化を防
止のために必要とされる受信信号の遅延量を決定してい
くために、電気音響変換素子1-iの受信信号の相互相関
演算処理を実行していくことになるが、この相互相関値
は、図12(b)にも示したように、受信信号のサンプ
リング時間間隔Δtでもって求められるために、位相検
出回路9により決定される遅延量がこのΔtの誤差を含
んでしまうことになる。これから、遅延量を積算してい
くときに、この誤差が蓄積してしまうことで電気音響変
換素子1-iの受信信号の遅延量が正確に求められないこ
とになる。
【0019】この問題点を解決するために、上述の「S.
W.FLAX and M.O'DONNEL 」の文献では、超音波周波数と
して3.5MHzを用いているときに、本来であれば、
20MHz程度のサンプリング周波数により規定される
遅延量精度で十分であるにもかかわらず、累積誤差を防
ぐために、受信信号を100MHzでサンプリングして
いくことで対処するという方法を開示している。しかし
ながら、このようにサンプリング周波数を高くするとい
うことは、サンプリングデータを多く採取しなければな
らず、これがために、位相検出回路9の回路規模が膨大
なものになるという問題点があった。すなわち、従来技
術では、音速の不均一性に起因する影像劣化を防止し
て、高精度の画像を得るようにするためには、膨大なハ
ードウェア量を持つ回路を要求されるという問題点があ
ったのである。
W.FLAX and M.O'DONNEL 」の文献では、超音波周波数と
して3.5MHzを用いているときに、本来であれば、
20MHz程度のサンプリング周波数により規定される
遅延量精度で十分であるにもかかわらず、累積誤差を防
ぐために、受信信号を100MHzでサンプリングして
いくことで対処するという方法を開示している。しかし
ながら、このようにサンプリング周波数を高くするとい
うことは、サンプリングデータを多く採取しなければな
らず、これがために、位相検出回路9の回路規模が膨大
なものになるという問題点があった。すなわち、従来技
術では、音速の不均一性に起因する影像劣化を防止し
て、高精度の画像を得るようにするためには、膨大なハ
ードウェア量を持つ回路を要求されるという問題点があ
ったのである。
【0020】本発明はかかる事情に鑑みてなされたもの
であって、超音波照射に従って被検査物体の断層像を得
る超音波影像装置において、小さなハードウェア量に従
いつつ、被検査物体中の音速の不均一性に起因する画像
劣化を防止して、高精度の画像を得ることができる新た
な超音波影像装置の提供を目的とするものである。
であって、超音波照射に従って被検査物体の断層像を得
る超音波影像装置において、小さなハードウェア量に従
いつつ、被検査物体中の音速の不均一性に起因する画像
劣化を防止して、高精度の画像を得ることができる新た
な超音波影像装置の提供を目的とするものである。
【0021】
【課題を解決するための手段】図1に本発明の原理構成
を図示する。図中、30は超音波検出端、40は超音波
影像装置本体である。超音波検出端30は、1列又は格
子状に配列されて、被検査物体に対して超音波を放射す
るとともに、被検査物体から反射される超音波を電気信
号に変換する複数の電気音響変換素子31-i(i=1〜
n)から構成される。
を図示する。図中、30は超音波検出端、40は超音波
影像装置本体である。超音波検出端30は、1列又は格
子状に配列されて、被検査物体に対して超音波を放射す
るとともに、被検査物体から反射される超音波を電気信
号に変換する複数の電気音響変換素子31-i(i=1〜
n)から構成される。
【0022】超音波影像装置本体40は、送信手段41
と、電気音響変換素子31-i対応に備えられる整相手段
42-i(i=1〜n)と、記憶手段43と、基準信号発
生手段44と、1つ又は複数の検出単位手段に従って構
成される位相検出手段45と、加算手段46と、表示信
号生成手段47と、表示手段48と、制御手段49とを
備える。
と、電気音響変換素子31-i対応に備えられる整相手段
42-i(i=1〜n)と、記憶手段43と、基準信号発
生手段44と、1つ又は複数の検出単位手段に従って構
成される位相検出手段45と、加算手段46と、表示信
号生成手段47と、表示手段48と、制御手段49とを
備える。
【0023】この送信手段41は、電気音響変換素子3
1-iに電気パルスを印加することで超音波放射を制御
し、整相手段42-iは、電気音響変換素子31-iの出力
する受信信号をその電気音響変換素子31-iと被検査物
体との距離に応じて遅延することで整相し、記憶手段4
3は、整相手段42-iに設定されることになる電気音響
変換素子31-iと被検査物体との距離に応じた遅延量を
管理し、基準信号発生手段44は、受信信号と同一の周
波数を持つ基準信号を発生し、位相検出手段45の検出
単位手段は、基準信号発生手段44の発生する基準信号
と、電気音響変換素子31-i又は整相手段42-iの出力
する受信信号との相互相関値を算出する算出手段450
と、算出手段450の算出する相互相関値から受信信号
の位相の乱れ値を検出する検出手段451とを備えるこ
とで、音速の不均一に起因する受信信号の位相の乱れ値
を検出し、加算手段46は、整相手段42-iの出力する
整相された受信信号を加算し、表示信号生成手段47
は、加算手段46の出力する加算信号を輝度変換するこ
とで表示信号を生成し、表示手段48は、表示信号生成
手段47により生成される表示信号を可視化し、制御手
段49は、これらの手段の制御処理を実行する。
1-iに電気パルスを印加することで超音波放射を制御
し、整相手段42-iは、電気音響変換素子31-iの出力
する受信信号をその電気音響変換素子31-iと被検査物
体との距離に応じて遅延することで整相し、記憶手段4
3は、整相手段42-iに設定されることになる電気音響
変換素子31-iと被検査物体との距離に応じた遅延量を
管理し、基準信号発生手段44は、受信信号と同一の周
波数を持つ基準信号を発生し、位相検出手段45の検出
単位手段は、基準信号発生手段44の発生する基準信号
と、電気音響変換素子31-i又は整相手段42-iの出力
する受信信号との相互相関値を算出する算出手段450
と、算出手段450の算出する相互相関値から受信信号
の位相の乱れ値を検出する検出手段451とを備えるこ
とで、音速の不均一に起因する受信信号の位相の乱れ値
を検出し、加算手段46は、整相手段42-iの出力する
整相された受信信号を加算し、表示信号生成手段47
は、加算手段46の出力する加算信号を輝度変換するこ
とで表示信号を生成し、表示手段48は、表示信号生成
手段47により生成される表示信号を可視化し、制御手
段49は、これらの手段の制御処理を実行する。
【0024】基準信号発生手段44は、位相検出手段4
5が電気音響変換素子31-iの出力する受信信号を検出
対象とするときには、検出対象の受信信号に対応付けら
れる整相手段42-iに設定されている遅延量の位相を持
つ基準信号を発生することが好ましく、また、位相検出
手段45が整相手段42-iの出力する受信信号を検出対
象とするときには、すべての検出対象の受信信号に対し
て同一の位相を持つ基準信号を発生することが好まし
い。そして、基準信号発生手段44を備えずに、加算手
段46の出力する整相加算された受信信号を基準信号と
して用いる構成が採られることがある。
5が電気音響変換素子31-iの出力する受信信号を検出
対象とするときには、検出対象の受信信号に対応付けら
れる整相手段42-iに設定されている遅延量の位相を持
つ基準信号を発生することが好ましく、また、位相検出
手段45が整相手段42-iの出力する受信信号を検出対
象とするときには、すべての検出対象の受信信号に対し
て同一の位相を持つ基準信号を発生することが好まし
い。そして、基準信号発生手段44を備えずに、加算手
段46の出力する整相加算された受信信号を基準信号と
して用いる構成が採られることがある。
【0025】
【作用】本発明では、位相検出手段45の算出手段45
0は、電気音響変換素子31-iの出力する受信信号を検
出対象とするときには、基準信号発生手段44の発生す
る基準信号と、電気音響変換素子31-iの出力する受信
信号との相互相関値を算出し、検出手段451は、この
算出された相互相関値の最大値を示す時間変位τ M を特
定していくことで、各電気音響変換素子31-iの出力す
る受信信号の持つ遅延量を特定していくとともに、この
特定した遅延量と、検出対象の受信信号に対応付けられ
る整相手段42-iに設定されている対応の遅延量(記憶
手段43の管理するもの)との差分値を算出すること
で、音速の不均一性に起因する位相の乱れの遅延量を検
出する。そして、制御手段49は、この検出手段451
の検出した位相の乱れの遅延量に従って、整相手段42
-iに設定した遅延量を補正していくように処理する。こ
こで、この処理にあって、基準信号が、検出対象の受信
信号に対応付けられる整相手段42-iに設定されている
遅延量の位相を持つように構成されているときには、検
出手段451は、差分処理を実行することなく補正対象
の遅延量を直接検出できる。
0は、電気音響変換素子31-iの出力する受信信号を検
出対象とするときには、基準信号発生手段44の発生す
る基準信号と、電気音響変換素子31-iの出力する受信
信号との相互相関値を算出し、検出手段451は、この
算出された相互相関値の最大値を示す時間変位τ M を特
定していくことで、各電気音響変換素子31-iの出力す
る受信信号の持つ遅延量を特定していくとともに、この
特定した遅延量と、検出対象の受信信号に対応付けられ
る整相手段42-iに設定されている対応の遅延量(記憶
手段43の管理するもの)との差分値を算出すること
で、音速の不均一性に起因する位相の乱れの遅延量を検
出する。そして、制御手段49は、この検出手段451
の検出した位相の乱れの遅延量に従って、整相手段42
-iに設定した遅延量を補正していくように処理する。こ
こで、この処理にあって、基準信号が、検出対象の受信
信号に対応付けられる整相手段42-iに設定されている
遅延量の位相を持つように構成されているときには、検
出手段451は、差分処理を実行することなく補正対象
の遅延量を直接検出できる。
【0026】一方、位相検出手段45の算出手段450
は、整相手段42-iの出力する受信信号を検出対象とす
るときには、基準信号発生手段44の発生する基準信号
と、整相手段42-iの出力する受信信号との相互相関値
を算出し、検出手段451は、この算出された相互相関
値の最大値を示す時間変位τM を特定していくことで、
音速の不均一性に起因する位相の乱れの遅延量を検出す
る。そして、制御手段49は、この検出手段451の検
出した位相の乱れの遅延量に従って、整相手段42-iに
設定した遅延量を補正していくように処理する。
は、整相手段42-iの出力する受信信号を検出対象とす
るときには、基準信号発生手段44の発生する基準信号
と、整相手段42-iの出力する受信信号との相互相関値
を算出し、検出手段451は、この算出された相互相関
値の最大値を示す時間変位τM を特定していくことで、
音速の不均一性に起因する位相の乱れの遅延量を検出す
る。そして、制御手段49は、この検出手段451の検
出した位相の乱れの遅延量に従って、整相手段42-iに
設定した遅延量を補正していくように処理する。
【0027】このようにして、本発明では、基準信号を
共通の基準として各整相手段42-iに設定する遅延量が
決定され、従来技術のように積算処理により遅延量を決
定していく必要がないので、整相手段42-iに設定して
いく遅延量をサンプリングによる累積誤差がない状態で
決定できるようになる。これから、被検査物体中の音速
の不均一性に起因する画像劣化を防止して、高精度の画
像を得ることができるようになるのである。
共通の基準として各整相手段42-iに設定する遅延量が
決定され、従来技術のように積算処理により遅延量を決
定していく必要がないので、整相手段42-iに設定して
いく遅延量をサンプリングによる累積誤差がない状態で
決定できるようになる。これから、被検査物体中の音速
の不均一性に起因する画像劣化を防止して、高精度の画
像を得ることができるようになるのである。
【0028】
【実施例】以下、実施例に従って本発明を詳細に説明す
る。図2に、本発明の一実施例を図示する。図中、図1
0及び図11で説明したものと同じものについては同一
の記号で示してある。ここで、この実施例では、位相検
出回路9を1台用意し、全プリンアンプ3-iの出力する
受信信号をこの位相検出回路9の波形メモリ10に記憶
して、被検査物体中の音速の不均一性に起因する遅延量
の乱れを検出していくことで、音速の不均一性に起因す
る画像劣化を補正していく構成を想定している。
る。図2に、本発明の一実施例を図示する。図中、図1
0及び図11で説明したものと同じものについては同一
の記号で示してある。ここで、この実施例では、位相検
出回路9を1台用意し、全プリンアンプ3-iの出力する
受信信号をこの位相検出回路9の波形メモリ10に記憶
して、被検査物体中の音速の不均一性に起因する遅延量
の乱れを検出していくことで、音速の不均一性に起因す
る画像劣化を補正していく構成を想定している。
【0029】この実施例と、図10及び図11で説明し
た従来技術とを比較すれば分かるように、本発明では、
被検査物体中の音速の不均一性を補正する遅延量を決定
するために、新たに基準信号発生器20を備える構成を
採るとともに、位相検出回路9が、積算器13を備えず
に、変位検出器12の検出する遅延量を制御回路8に直
接通知していく構成を採っている。
た従来技術とを比較すれば分かるように、本発明では、
被検査物体中の音速の不均一性を補正する遅延量を決定
するために、新たに基準信号発生器20を備える構成を
採るとともに、位相検出回路9が、積算器13を備えず
に、変位検出器12の検出する遅延量を制御回路8に直
接通知していく構成を採っている。
【0030】この新たに備えられる基準信号発生器20
は、電気音響変換素子1-iで受信する超音波の受信波と
同一の周波数を持つ基準信号を発生して、この発生した
基準信号を相互相関器11に入力していくよう処理する
ものである。そして、本発明の相互相関器11は、この
基準信号の入力を受けて、波形メモリ10から読み出す
受信信号とこの基準信号との相互相関値を算出し、変位
検出器12は、この相互相関器11の算出する相互相関
値の最大値を示す時間変位を検出して制御回路8に通知
していくよう処理する。
は、電気音響変換素子1-iで受信する超音波の受信波と
同一の周波数を持つ基準信号を発生して、この発生した
基準信号を相互相関器11に入力していくよう処理する
ものである。そして、本発明の相互相関器11は、この
基準信号の入力を受けて、波形メモリ10から読み出す
受信信号とこの基準信号との相互相関値を算出し、変位
検出器12は、この相互相関器11の算出する相互相関
値の最大値を示す時間変位を検出して制御回路8に通知
していくよう処理する。
【0031】この遅延量を受け取ると、制御回路8は、
従来技術と変わることない処理に従って、小遅延線4-i
に音速の不均一性を補正するための遅延量を設定してい
く。すなわち、変位検出器12から通知される遅延量
と、その通知される遅延量の受信信号に対応付けられる
ROM7の管理する対応の遅延量(〔数1〕で説明した
遅延量)との差分値を算出することで、音速の不均一性
に起因する位相の乱れの遅延量を検出して、小遅延線4
-iに設定してある遅延量をこの検出した遅延量分補正し
ていくのである。
従来技術と変わることない処理に従って、小遅延線4-i
に音速の不均一性を補正するための遅延量を設定してい
く。すなわち、変位検出器12から通知される遅延量
と、その通知される遅延量の受信信号に対応付けられる
ROM7の管理する対応の遅延量(〔数1〕で説明した
遅延量)との差分値を算出することで、音速の不均一性
に起因する位相の乱れの遅延量を検出して、小遅延線4
-iに設定してある遅延量をこの検出した遅延量分補正し
ていくのである。
【0032】このようにして、本発明では、位相検出回
路9は、図3に示すように、基準信号発生器20の発生
する基準信号を共通の基準として、各受信信号の持つ遅
延量を検出していくものであることから、従来技術のよ
うに、積算器13を備える必要がなく、累積誤差のない
状態でもって、小遅延線4-iに設定していく遅延量を決
定できるようになる。これにより、被検査物体中の音速
の不均一性に起因する画像劣化を防止して、高精度の画
像を得ることができるようになるのである。
路9は、図3に示すように、基準信号発生器20の発生
する基準信号を共通の基準として、各受信信号の持つ遅
延量を検出していくものであることから、従来技術のよ
うに、積算器13を備える必要がなく、累積誤差のない
状態でもって、小遅延線4-iに設定していく遅延量を決
定できるようになる。これにより、被検査物体中の音速
の不均一性に起因する画像劣化を防止して、高精度の画
像を得ることができるようになるのである。
【0033】この実施例では、基準信号発生器20は、
全受信信号に対して同一の位相を持つ基準信号を発生し
ていくことで説明したが、基準信号の位相を受信信号対
応に変化させて、受信信号に対応付けられるROM7の
管理する対応の遅延量となるようにと変化させる構成を
採ると、変位検出器12は、補正対象の遅延量を直接検
出できるようになり、制御回路8は、上述の差分処理を
実行しなくても済むようになる。
全受信信号に対して同一の位相を持つ基準信号を発生し
ていくことで説明したが、基準信号の位相を受信信号対
応に変化させて、受信信号に対応付けられるROM7の
管理する対応の遅延量となるようにと変化させる構成を
採ると、変位検出器12は、補正対象の遅延量を直接検
出できるようになり、制御回路8は、上述の差分処理を
実行しなくても済むようになる。
【0034】図4及び図5に、本発明の他の実施例を図
示する。この図4の実施例は、基準信号発生器20を備
えずに、加算回路6の出力する整相加算された受信信号
を基準信号として用いることで構成した実施例である。
加算回路6は、音速の不均一性が存在してもその不均一
性が小さなものである場合には、概略整相加算された受
信信号を出力していくので、その概略整相加算された受
信信号を基準信号として用いていくことで、基準信号発
生器20の省略を図ったものである。
示する。この図4の実施例は、基準信号発生器20を備
えずに、加算回路6の出力する整相加算された受信信号
を基準信号として用いることで構成した実施例である。
加算回路6は、音速の不均一性が存在してもその不均一
性が小さなものである場合には、概略整相加算された受
信信号を出力していくので、その概略整相加算された受
信信号を基準信号として用いていくことで、基準信号発
生器20の省略を図ったものである。
【0035】図5の実施例は、プリアンプ3-iの出力す
る受信信号を、A/D変換器21でディジタル値に変換
してメモリ22に積み重ねて格納していくとともに、こ
の積み重ねたディジタル値の読出位置を制御していくこ
とで遅延処理を実行していく構成を採るものに対して、
本発明を適用した実施例である。図7で説明したよう
に、小遅延線4-i及び固定遅延線5-iによる遅延構成を
採ると、現実の問題として、小遅延線4-i及び固定遅延
線5-iにより遅延された受信信号を個々に取り出すこと
ができない。これに対して、この図5のような遅延構成
を採ると、加算回路6の入力段で受信信号を取り出せる
ので、位相検出回路9は、基準信号発生器20の発生す
る基準信号に従って、補正対象の遅延量を直接検出でき
るようになるのである。これにより、制御回路8は、上
述の差分処理を実行しなくても済むようになる。
る受信信号を、A/D変換器21でディジタル値に変換
してメモリ22に積み重ねて格納していくとともに、こ
の積み重ねたディジタル値の読出位置を制御していくこ
とで遅延処理を実行していく構成を採るものに対して、
本発明を適用した実施例である。図7で説明したよう
に、小遅延線4-i及び固定遅延線5-iによる遅延構成を
採ると、現実の問題として、小遅延線4-i及び固定遅延
線5-iにより遅延された受信信号を個々に取り出すこと
ができない。これに対して、この図5のような遅延構成
を採ると、加算回路6の入力段で受信信号を取り出せる
ので、位相検出回路9は、基準信号発生器20の発生す
る基準信号に従って、補正対象の遅延量を直接検出でき
るようになるのである。これにより、制御回路8は、上
述の差分処理を実行しなくても済むようになる。
【0036】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
超音波影像装置の電気音響変換素子の受信信号の遅延量
を累積処理を行うことなく決定できるようになるので、
受信信号のサンプリング周波数を高めずに、小さなハー
ドウェア量に従いつつ、被検査物体中の音速の不均一性
に起因する画像劣化を防止して、高精度の画像を得るこ
とができるようになるのである。
超音波影像装置の電気音響変換素子の受信信号の遅延量
を累積処理を行うことなく決定できるようになるので、
受信信号のサンプリング周波数を高めずに、小さなハー
ドウェア量に従いつつ、被検査物体中の音速の不均一性
に起因する画像劣化を防止して、高精度の画像を得るこ
とができるようになるのである。
【図1】本発明の原理構成図である。
【図2】本発明の一実施例である。
【図3】本発明の検出処理の説明図である。
【図4】本発明の他の実施例である。
【図5】本発明の他の実施例である。
【図6】超音波影像装置の回路構成図である。
【図7】固定遅延線の説明図である。
【図8】遅延量の説明図である。
【図9】人体組織の説明図である。
【図10】超音波影像装置の回路構成図である。
【図11】位相検出回路の回路構成図である。
【図12】相互相関演算の説明図である。
30 超音波検出端 31 電気音響変換素子 40 超音波影像装置本体 41 送信手段 42 整相手段 43 記憶手段 44 基準信号発生手段 45 位相検出手段 46 加算手段 47 表示信号生成手段 48 表示手段 49 制御手段 450 算出手段 451 検出手段
Claims (4)
- 【請求項1】 1列又は格子状に配列されて、送信手段
により印加される電気パルスに応動して被検査物体に対
して超音波を放射するとともに、該被検査物体から反射
される超音波の受信波を電気信号に変換する複数の電気
音響変換素子(31)と、該電気音響変換素子(31)の出力す
る受信信号を該電気音響変換素子(31)と該被検査物体と
の距離に応じて遅延することで該受信信号を整相する整
相手段(42)と、該電気音響変換素子(31)又は該整相手段
(42)の出力する受信信号の位相の乱れ値を検出する位相
検出手段(45)とを備え、該位相検出手段(45)の検出値に
従って該整相手段(42)の遅延量を補正するとともに、該
整相手段(42)の出力する整相された受信信号の加算信号
を輝度変換して表示することで該被検査物体を可視化す
る超音波影像装置において、 上記位相検出手段(45)が、1つ又は複数の検出単位手段
でもって構成されて、該検出単位手段が、検出対象の受
信信号と、該受信信号と同一の周波数を持つ基準信号と
の相互相関値を算出する算出手段(450) と、 上記算出手段(450) の算出する相互相関値から受信信号
の位相の乱れ値を検出する検出手段(451) とを備えるよ
う構成されることを、 特徴とする超音波影像装置。 - 【請求項2】 請求項1記載の超音波影像装置におい
て、 基準信号は、検出単位手段が電気音響変換素子(31)の出
力する受信信号を検出対象とするときには、該受信信号
に対応付けられる整相手段(42)に設定されている遅延量
の位相を持つように構成されることを、 特徴とする超音波影像装置。 - 【請求項3】 請求項1記載の超音波影像装置におい
て、 基準信号は、検出単位手段が整相手段(42)の出力する受
信信号を検出対象とするときには、すべての検出対象の
受信信号に対して同一の位相を持つように構成されるこ
とを、 特徴とする超音波影像装置。 - 【請求項4】 請求項1記載の超音波影像装置におい
て、 基準信号として、整相加算された受信信号を用いるよう
に構成されることを、 特徴とする超音波影像装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3042134A JPH0595951A (ja) | 1991-03-08 | 1991-03-08 | 超音波影像装置 |
| DE69213279T DE69213279T2 (de) | 1991-03-08 | 1992-03-06 | Ultraschall-Bildgerät |
| US07/846,334 US5203336A (en) | 1991-03-08 | 1992-03-06 | Ultrasonic imaging apparatus |
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