JPH09220229A - 超音波診断装置 - Google Patents

超音波診断装置

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JPH09220229A
JPH09220229A JP3075696A JP3075696A JPH09220229A JP H09220229 A JPH09220229 A JP H09220229A JP 3075696 A JP3075696 A JP 3075696A JP 3075696 A JP3075696 A JP 3075696A JP H09220229 A JPH09220229 A JP H09220229A
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blood flow
wave
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達朗 馬場
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Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明の目的はバースト波を用いた場合でも位
置ずれの問題を解決する超音波診断装置を提供すること
である。 【解決手段】本発明に係る超音波診断装置は、被検体内
に超音波をバースト波として送信し、被検体内からの反
射波を受信する送受信手段と、送受信手段の出力を位相
検波する直交位相検波回路19と、直交位相検波回路1
9からのドプラ信号に対して特定の深度に相当するタイ
ミングでレンジゲートをかけるレンジゲート積分回路2
1と、レンジゲート積分回路21を通過したドプラ信号
に基づいて血流情報を取得する手段と、バースト波のバ
ースト長Cに対してC/2だけレンジゲートをかけるタ
イミングを遅延させるゲートコントローラ37とを具備
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の技術分野】本発明は、超音波をバースト波とし
て送信する超音波診断装置に関する。
【0002】
【従来の技術】超音波診断装置は、X線のような被曝の
問題が無く、またリアルタイムで断層像や血流情報を観
察できるという他のモダリティにはない優位性を備えて
いる。ところで血流情報はドプラ効果による周波数偏移
に基づいて計測される。したがって、超音波の送信周波
数を狭帯域化することが、血流情報の測定精度を向上さ
せる点で重要となる。このため近年では、特定の送信周
波数の超音波パルスを一定周期(バースト周波数)で繰
り返し送信するいわゆるバースト駆動が採用されること
がある。
【0003】しかし、このバースト波はその時間幅(バ
ースト長)が単一のパルスより長いため、単一のパルス
の場合より距離分解能が低下し、位置がずれるという反
面性がある。これは、同タイミングでプローブに到達す
る反射波には、バースト長に相当する様々な深度からの
反射波が重畳されていることに起因する。したがって、
装置側で認識している深さが、実際の深さとは相違して
しまう。
【0004】ところで、通常、断層像を得るためのBモ
ードに用いるバースト波のバースト長に対して、血流情
報を得るためのドプラモードに用いるバースト波のバー
スト長は著しく長い。例えばBモードに用いるバースト
波のバースト波数は2波であるが、ドプラモードに用い
るバースト波のバースト波数は8波以上である。したが
って、両モードのバースト長の相違に応じて、両モード
間で位置のずれ量が相違してしまい、次のような不具合
が発生する。スペクトラムドプラモードでは、断層像上
にサンプルボリュームが設定される。このサンプルボリ
ュームの位置は、断層像の座標系で求められる。求めた
サンプルボリュームの位置に対応する画素の血流速度デ
ータを用いて血流速度分布が作成される。したがって、
上記位置のずれ量の相違により、断層像上のサンプルボ
リュームと異なる位置の血流速度分布が提供されてしま
う。また、濃淡の断層像に血流速度等の2次元分布(血
流画像)をカラーで重ね合わせて表示するいわゆるカラ
ーフローマッピングモードでは、断層像と血流画像との
位置関係がずれて表示されてしまう。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上述した問
題点を解決するべくなされたもので、その目的は、バー
スト波を用いた場合でも位置ずれの問題を解決する超音
波診断装置を提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明に係る超
音波診断装置は、被検体内に超音波をバースト波として
送信し、前記被検体内からの反射波を受信する送受信手
段と、前記送受信手段の出力を位相検波する位相検波手
段と、前記位相検波手段からのドプラ信号に対して特定
の深度に相当するタイミングでレンジゲートをかけるゲ
ート手段と、前記ゲート手段を通過したドプラ信号に基
づいて血流情報を取得する手段と、前記バースト波のバ
ースト長をCとしてC/2だけ前記レンジゲートをかけ
るタイミングを遅延させる手段とを具備する。
【0007】請求項2の発明に係る超音波診断装置は、
被検体の断面を超音波のバースト波でスキャンするスキ
ャン手段と、前記スキャン手段の出力に基づいて断層像
を生成する手段と、前記スキャン手段の出力を位相検波
する位相検波手段と、前記位相検波手段からのドプラ信
号を前記バースト波のバースト長に応じたタップ長Tで
フィルタ処理するフィルタ手段と、前記フィルタ手段の
出力に基づいて2次元の血流画像を生成する血流画像生
成手段と、前記断層像と前記血流画像とを1画面に合成
して表示する手段と、前記血流画像生成手段の生成処理
のスタートタイミングを前記フィルタ手段からの出力タ
イミングに対してT/2だけ遅延させる遅延手段とを具
備する。
【0008】請求項1の発明によれば、位相検波手段か
らのドプラ信号に対してかけられるレンジゲートは、特
定の深度に相当するタイミングよりバースト波のバース
ト長Cの1/2だけ遅延される。したがって、バースト
波による位置ずれが解消され、特定の深度の血流情報を
得ることができる。
【0009】請求項2の発明によれば、2次元血流画像
生成手段の生成処理のスタートタイミングが、フィルタ
手段からの出力タイミングに同期するのではなく、それ
に対してT/2だけ遅延される。これによりフィルタ処
理のタップ長による断層像と血流画像との位置ずれが解
消される。
【0010】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明に
よる超音波診断装置の一実施の形態について説明する。 (第1実施の形態)図1は第1実施の形態に係る超音波
診断装置のブロック図である。プローブ11は、圧電セ
ラミック等の音響/電気可逆的変換素子としての圧電振
動子を有する。複数の圧電振動子が並列され、プローブ
11の先端に装備される。プローブ11には送信系13
と受信系15とが接続される。送信系13は、図示しな
いが、パルス発生器、送信遅延回路、パルスドライバと
を有する。パルス発生器は例えば5KHzのレート周波
数でレートパルスを発生する。このレートパルスはチャ
ンネル数に分配され、送信遅延回路に送られる。送信遅
延回路は、超音波をビーム状に集束し且つ送信指向性を
決定するのに必要な遅延時間を各レートパルスに与え
る。パルスドライバは、送信遅延回路からレートパルス
を受けたタイミングでプローブ11からバースト波を送
信させるために、プローブ11の圧電振動子をチャンネ
ル毎にバースト駆動する。このバースト駆動により、プ
ローブ11からは、超音波パルスが一定周期1/fb
(fb はバースト周波数)でn回繰り返し送信される。
なお、nはバースト波数と定義する。このようなn個の
超音波パルスのまとまりを、バースト波と定義する。
【0011】被検体内の音響インピーダンスの不連続面
で反射した反射波はプローブ11で受信される。プロー
ブ11からチャンネル毎に出力される受信信号は、受信
系15に取り込まれる。受信系15は、図示しないが、
プリアンプ、受信遅延回路、加算器を有する。受信信号
は、チャンネル毎にプリアンプで増幅され、チャンネル
毎に受信遅延回路により受信指向性を決定するのに必要
な遅延時間を与えられ、そして加算器で加算される。こ
れにより受信指向性に応じた方向からの反射成分が強調
される。この送信指向性と受信指向性とにより超音波送
受信の総合的な指向性が決定される。一般的には送信指
向性と受信指向性は一致される。このような送受信を総
合的指向性を変化させながら繰り返すことで1フレーム
分のスキャンがなされる。
【0012】受信系15からの出力信号は、包絡線検波
回路17と、直交位相検波回路19とに送られる。包絡
線検波回路17は受信系15からの出力信号の包絡線を
検波する。この検波信号はディジタルスキャンコンバー
タ(DSC)27を介してモニタ29にビデオ映像信号
として供給され、組織断層像(Bモード画像)としてビ
ジュアルに濃淡表示される。
【0013】直交位相検波回路19は、図示しないが、
基準信号発生器、90°移相器、2系統のミキサ、2系
統のローパスフィルタを有する。受信系15からの出力
信号は、2系統のミキサにそれぞれ取り込まれる。基準
信号発生器は、送信超音波の基本周波数f0 (例えばf
0 =3.5MHz)の基準信号を発生する。この基準信
号は、一方のミキサで受信系15からの出力信号と掛け
合わされる。また、基準信号は、90°移相器を介して
他方のミキサで受信系15からの出力信号と掛け合わさ
れる。2系統のミキサそれぞれの出力信号には高調波成
分が含まれている。この高調波成分は、ローパスフィル
タで除去される。これにより、ドプラ効果により周波数
偏移を受けた偏移周波数成分だけを有するドプラ信号が
抽出される。
【0014】レンジゲート積分回路21は、レンジゲー
トとしての機能と、積分回路としての機能とを合わせ持
つ。レンジゲート積分回路21は、直交位相検波回路1
9からのドプラ信号に対して第1の深度に相当するタイ
ミングで積分を開始し、第1の深度より深い第2の深度
に相当するタイミングで積分を終了する。積分期間以外
に供給されるドプラ信号は破棄される。これにより第1
の深度から第2の深度までの範囲のみのドプラ信号を積
分信号として検出することができる。この積分期間は、
ゲートコントローラ37により制御される。
【0015】レンジゲート積分回路21からの出力信号
には、血流成分の他に、比較的動きの遅い臓器等からの
クラッタ成分が含まれる。このクラッタ成分はハイパス
フィルタ(HPF)23で除去される。ハイパスフィル
タ23を通過した血流成分だけのドプラ信号は、周波数
解析部としての高速フーリエ変換部(FFT)25に送
られる。高速フーリエ変換部25は、血流成分だけのド
プラ信号に含まれる複数の周波数成分を分離する。高速
フーリエ変換部25の出力はディジタルスキャンコンバ
ータ27を介して、モニタ29に図3に示すようなスペ
クトラム(血流速度分布)として時間軸に沿って表示さ
れる。
【0016】モニタ29に表示された断層像には、図3
に示すように、サンプルボリュームマーカがオーバレイ
される。このオーバレイデータは、システム全体の制御
中枢としてのCPU31からのサンプルボリュームの位
置情報に基づいてグラフィックディスプレイコントロー
ラ(GDC)35により作成され、ディジタルスキャン
コンバータ27を介してモニタ29に送られる。CPU
31には入力機器としてのトラックボール33が接続さ
れ、オペレータがトラックボール33を適当に操作する
と、それに応じてサンプルボリュームマーカが断層像上
を移動するようになっている。
【0017】サンプルボリュームの位置情報は、CPU
31からゲートコントローラ37にも送られる。ゲート
コントローラ37は、この位置情報に基づいて、レンジ
ゲート積分回路21の積分期間を制御する。
【0018】次に本実施の形態の動作について説明す
る。バースト波のバースト長Cを次の(1)式で定義す
る。 C=n×(V/fb )×1/2 …(1) 但し、 n;バースト波数 V;生体内の超音波の伝搬速度(音速) fb ;超音波の送信周波数 (1)式で、1/2を乗ずるのは、位置ずれが超音波の
送信過程と受信過程とで生じるのではなく、送信過程で
のみで生じるためである。
【0019】なお、位置ずれはBモードのバースト長と
ドプラモードのバースト長との相違に起因するので、こ
の位置ずれを解消させるためには、厳密的にはバースト
長C´は(2)式に変形する必要がある。
【0020】 C´=(n−m)×(V/fb )×1/2 …(2) 但し、 m;Bモードのバースト波数 しかし、実用上は、n>>mであるので、(1)式を使
用したとしても、Bモードとドプラモードとの位置ずれ
の問題を実質的に解消することはできる。
【0021】図2は、サンプルボリューム上のラスタに
関する信号波形を模式的に示した図である。オペレータ
のトラックボール33の操作により、図3に示すように
断層像上の所望の位置にサンプルボリュームが設定され
る。このサンプルボリュームの位置情報はCPU31か
らゲートコントローラ37に供給される。ゲートコント
ローラ37は、この位置情報に基づいてレンジゲート積
分回路21を制御し、サンプルボリュームの深さに応じ
たタイミングでレンジゲートをかける。直交位相検波回
路19から当該レンジゲートの時間幅に応じた期間内に
送り込まれるドプラ信号がレンジゲート積分回路21で
積分される。
【0022】ゲートコントローラ37は、レンジゲート
をかけるタイミングを次のように設定する。このタイミ
ングは、バースト波の送信タイミングT0 を起点とした
経過時間により計られる。この経過時間はサンプルボリ
ュームの深さに基づいて決定される。従来では、レンジ
ゲートをかけるタイミングT1 は、起点T0 からサンプ
ルボリュームの深さに相当する経過時間を経たタイミン
グに設定される。
【0023】本実施の形態では、レンジゲートをかける
タイミングT2 は、起点T0 からサンプルボリュームの
深さに相当するタイミングT1 から、バースト長Cの半
分、つまりC/2の時間だけ遅延して設定される。
【0024】このようにレンジゲートをかけるタイミン
グを、サンプルボリュームの深さに相当するタイミング
からC/2の時間だけ遅延させることは、バースト長に
相当する距離dに対してd/2だけ深い位置にレンジゲ
ートをかけることと等価である。上述したように、バー
スト波ではその反射波の感度中心はd/2だけ深いとこ
ろに位置する。したがって、バースト波のバースト長
(時間幅)による位置ずれが解消され、サンプルボリュ
ームを設定した特定の深度に関する血流情報を得ること
ができる。 (第2実施の形態)図4は第2実施の形態に係る超音波
診断装置のブロック図である。プローブ51は、圧電セ
ラミック等の音響/電気可逆的変換素子としての圧電振
動子を有する。複数の圧電振動子が並列され、プローブ
51の先端に装備される。プローブ51には送信系53
と受信系55とが接続される。送信系53は、図示しな
いが、パルス発生器、送信遅延回路、パルスドライバと
を有する。パルス発生器は例えば5KHzのレート周波
数でレートパルスを発生する。このレートパルスはチャ
ンネル数に分配され、送信遅延回路に送られる。送信遅
延回路は、超音波をビーム状に集束し且つ送信指向性を
決定するのに必要な遅延時間を各レートパルスに与え
る。パルスドライバは、送信遅延回路からレートパルス
を受けたタイミングでプローブ51からバースト波を送
信させるために、プローブ51の圧電振動子をチャンネ
ル毎にバースト駆動する。このバースト駆動により、プ
ローブ51からは、超音波パルスが一定周期1/fb
(fb はバースト周波数)でn回繰り返し送信される。
なお、nはバースト波数と定義する。このようなn個の
超音波パルスのまとまりを、バースト波と定義する。
【0025】被検体内の音響インピーダンスの不連続面
で反射した反射波はプローブ51で受信される。プロー
ブ51からチャンネル毎に出力される受信信号は、受信
系55に取り込まれる。受信系55は、図示しないが、
プリアンプ、受信遅延回路、加算器を有する。受信信号
は、チャンネル毎にプリアンプで増幅され、チャンネル
毎に受信遅延回路により受信指向性を決定するのに必要
な遅延時間を与えられ、そして加算器で加算される。こ
れにより受信指向性に応じた方向からの反射成分が強調
される。この送信指向性と受信指向性とにより超音波送
受信の総合的な指向性が決定される。一般的には送信指
向性と受信指向性は一致される。このような送受信を総
合的指向性を変化させながら繰り返すことで1フレーム
分のスキャンがなされる。
【0026】受信系55からの出力信号は、包絡線検波
回路17と、直交位相検波回路59とに送られる。包絡
線検波回路17は受信系55からの出力信号の包絡線を
検波する。この検波信号はディジタルスキャンコンバー
タ(DSC)71を介してモニタ73にビデオ映像信号
として供給され、組織断層像(Bモード画像)としてビ
ジュアルに濃淡表示される。
【0027】直交位相検波回路59は、図示しないが、
基準信号発生器、90°移相器、2系統のミキサ、2系
統のローパスフィルタを有する。受信系55からの出力
信号は、2系統のミキサにそれぞれ取り込まれる。基準
信号発生器は、送信超音波の基本周波数f0 (例えばf
0 =3.5MHz)の基準信号を発生する。この基準信
号は、一方のミキサで受信系55からの出力信号と掛け
合わされる。また、基準信号は、90°移相器を介して
他方のミキサで受信系55からの出力信号と掛け合わさ
れる。2系統のミキサそれぞれの出力信号には高調波成
分が含まれている。この高調波成分は、ローパスフィル
タで除去される。これにより、ドプラ効果により周波数
偏移を受けた偏移周波数成分だけを有するドプラ信号が
抽出される。
【0028】マッチドフィルタ61は、バースト周波数
とバースト波数で決まる帯域幅に含まれる周波数成分だ
けを通過させる帯域フィルタであり、具体的な処理はバ
ースト長=タップ長となるように、タップ長を決定し、
そのタップ数分だけ移動平均をする。
【0029】マッチドフィルタ61の出力信号はカラー
フローマッピング処理系63に供給される。カラーフロ
ーマッピング処理系63は、マッチドフィルタ61の出
力信号に基づいて2次元の血流画像を生成する。血流画
像とは、平均速度画像、分散画像、パワー画像、又はこ
れらの適当な組み合わせ画像のことをいう。カラーフロ
ーマッピング処理系63は、MTIフィルタ65、高速
性を有する自己相関器等の周波数解析部67、演算部6
9を有する。MTIフィルタ65は、多数のサンプル点
各々についてマッチドフィルタ61の出力信号(ドプラ
信号)から心筋などの運動速度の遅い反射体からのクラ
ッタ成分を実時間で除去するための高速なハイパスフィ
ルタとして構成される。1本のラスタに対して、例えば
0.5mm間隔でサンプル点が設定される。MTIフィ
ルタ65の出力は周波数解析部67に送られ、そこで実
時間で周波数解析される。この解析結果は、演算部69
に供給される。演算部69は周波数解析結果に基づいて
平均速度、その速度分布の分散、反射強度に応じたパワ
ーをサンプル点毎に演算する。演算部69の出力はディ
ジタルスキャンコンバータ71を介して、図6に示すよ
うに、モニタ73に血流画像(CFM画像)としてカラ
ーで断層像に重ね合わせて表示される。
【0030】モニタ73に表示された断層像には、図6
に示すように、血流画像を表示する関心領域を表すRO
Iマーカがオーバレイされる。このオーバレイデータ
は、システム全体の制御中枢としてのCPU75からの
真のROI位置信号に対してグラフィックディスプレイ
コントローラ(GDC)79により作成され、ディジタ
ルスキャンコンバータ71を介してモニタ73に送られ
る。CPU75には入力機器としてのトラックボール7
7が接続され、オペレータがトラックボール77を適当
に操作すると、それに応じてROIマーカの位置及び範
囲が変更するようになっている。
【0031】MTIコントローラ81は、マッチドフィ
ルタ61の出力タイミングに対して、カラーフローマッ
ピング処理系63の処理開始のタイミングをマッチドフ
ィルタ61のタップ長に基づいて制御する。
【0032】次に本実施の形態の動作について説明す
る。バースト波のバースト長Cについては第1実施の形
態を参照されたい。オペレータのトラックボール77の
操作により、図6に示すように断層像上の所望の位置及
び範囲にROIが設定される。このROIの位置及び範
囲情報はCPU75からMTIコントローラ81に供給
される。
【0033】図5は、ROI内の或る1本のラスタに関
するマッチドフィルタ61の出力信号に対するMTIコ
ントローラ81からMTIフィルタ65に供給される動
作制御信号のタイミングを示す図である。MTIコント
ローラ81は、MTIフィルタ65に動作制御信号を供
給する。MTIフィルタ65は動作制御信号を受けてい
る期間、フィルタ動作を実行する。周波数解析部67、
演算部69はMTIフィルタ65からの出力を受けて波
及的に動作する。したがって、カラーフローマッピング
処理系63の処理開始のタイミングとしては、MTIフ
ィルタ65の動作開始のタイミングに依存して決まる。
【0034】マッチドフィルタ61は、CPU75の制
御により、ROI内に相当するドプラ信号だけをフィル
タ処理して通過させ、他のドプラ信号は廃棄する。MT
Iコントローラ81は、MTIフィルタ65への動作制
御信号の供給開始タイミングを制御することにより実質
的にCFM処理を開始するタイミングを次のように設定
する。従来は、このタイミングは、マッチドフィルタ6
1からの出力信号がMTIフィルタ65に供給されるタ
イミングに同期されている。本実施の形態では、このタ
イミングが、マッチドフィルタ61のタップ長Tの半
分、つまりT/2の時間だけ、マッチドフィルタ61か
らの出力信号がMTIフィルタ65に供給されるタイミ
ングに対して遅延される。タップ長Tは、上述したよう
にバースト長に応じて決定される。
【0035】マッチドフィルタ61より以降では、マッ
チドフィルタ61の最初の出力を、ROIの最浅部とし
て位置認識する。バースト波を用いる場合に不可欠のマ
ッチドフィルタ処理によると、ROIの最浅部に相当す
る信号は、マッチドフィルタ61で演算が開始されてか
らT/2の時間だけ遅延したところに位置する。したが
って、上述したようにCFM処理を開始するタイミング
T1'を、マッチドフィルタ61からの出力信号がCFM
処理系63、具体的にはMTIフィルタ65に供給開始
されるタイミングT1 からT/2の時間だけ遅延させる
ことにより、バースト波を用いる場合に不可欠のマッチ
ドフィルタ処理による断層像と血流画像との位置ずれが
解消される。本発明は上述した実施の形態に限定される
ことなくその要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施可能
である。
【0036】
【発明の効果】請求項1の発明によれば、位相検波手段
からのドプラ信号に対してかけられるレンジゲートは、
特定の深度に相当するタイミングよりバースト波の時間
幅Cに対してC/2だけ遅延される。したがって、バー
スト波のバースト長による位置ずれが解消され、特定の
深度の血流情報を得ることができる。
【0037】請求項2の発明によれば、血流画像生成手
段の生成処理のスタートタイミングが、フィルタ手段か
らの出力タイミングに同期するのではなく、T/2だけ
遅延される。これによりフィルタ手段のタップ長に応じ
た断層像と血流画像との位置ずれが解消される。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1実施の形態に係る超音波診断装置のブロッ
ク図。
【図2】第1実施の形態によるレンジゲートをかけるタ
イミングを示す図。
【図3】モニタの表示画面の一例を示す図。
【図4】第2実施の形態に係る超音波診断装置のブロッ
ク図。
【図5】第2実施の形態によるMTIフィルタの動作開
始タイミングを示す図。
【図6】モニタの表示画面の一例を示す図。
【符号の説明】
11…プローブ、 13…送信
系、15…受信系、 17…包
絡線検波回路、19…直交位相検波回路、
21…レンジゲート積分回路、23…ハイパスフィル
タ、 25…高速フーリエ変換部、27…
ディジタルスキャンコンバータ、 29…モニタ、31
…CPU、 33…トラックボ
ール、35…グラフィックディスプレイコントローラ、
37…ゲートコントローラ。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被検体内に超音波をバースト波として送
    信し、前記被検体内からの反射波を受信する送受信手段
    と、 前記送受信手段の出力を位相検波する位相検波手段と、 前記位相検波手段からのドプラ信号に対して特定の深度
    に相当するタイミングでレンジゲートをかけるゲート手
    段と、 前記ゲート手段を通過したドプラ信号に基づいて血流情
    報を取得する手段と、 前記バースト波のバースト長をCとしてC/2だけ前記
    レンジゲートをかけるタイミングを遅延させる手段とを
    具備することを特徴とする超音波診断装置。
  2. 【請求項2】 被検体の断面を超音波のバースト波でス
    キャンするスキャン手段と、 前記スキャン手段の出力に基づいて断層像を生成する手
    段と、 前記スキャン手段の出力を位相検波する位相検波手段
    と、 前記位相検波手段からのドプラ信号を前記バースト波の
    バースト長に応じたタップ長Tでフィルタ処理するフィ
    ルタ手段と、 前記フィルタ手段の出力に基づいて2次元の血流画像を
    生成する血流画像生成手段と、 前記断層像と前記血流画像とを1画面に合成して表示す
    る手段と、 前記血流画像生成手段の生成処理のスタートタイミング
    を前記フィルタ手段からの出力タイミングに対してT/
    2だけ遅延させる遅延手段とを具備することを特徴とす
    る超音波診断装置。
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