JPS6036036A - 超音波診断装置 - Google Patents

超音波診断装置

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JPS6036036A
JPS6036036A JP14408583A JP14408583A JPS6036036A JP S6036036 A JPS6036036 A JP S6036036A JP 14408583 A JP14408583 A JP 14408583A JP 14408583 A JP14408583 A JP 14408583A JP S6036036 A JPS6036036 A JP S6036036A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (a) 発明の技術分野 本発明は超音波診断装置による生体の特定部位の組織体
の運動解析や血流計測に関する。
(b) 技術の背景 近年、超音波診断装置は生体に対し無侵襲である特長か
ら医学に多く用いられるようになり、その技術も急速に
進歩した。超音波診断装置は画像診断装置と血流計測装
置に大別でき、画像診断装置は所定の指向性を有するビ
ームにて超音波バーストを送信し生体からの超音波反射
を受信し該ビームを走査しそれに同期してブラウン管等
に画像を表示するものが主体であるが、最近フェーズド
アレイアンテナの原理を適用して超音波送受信を行う変
換素子であるトランスデユーサを複数個利用してビーム
を走査する技術も拾頭してきた。血流計測装置は従来ド
プラ効果を利用したものにて、最近は複数個のトランス
デユーサを利用して2次元或は3次元の血流ベクトル計
測の研究開発が着手されてきた。
本発明は上述の技術背景を踏すえ複数のビームによる受
信信号からその信号の相関をとり生体内部の動きをベク
トルとして表示し診断情報を提供しようとするものであ
る0 (c) 従来技術と問題点 上述の如く生体内部の動きの計測はドプラ効果を利用し
たものが主体であったが、超音波受信信号の相関より血
流速度をめる下記の発明が本発明者と同じ発明者により
出願されており、本発明は下記の発明を更に改良進展さ
せたもの故、下記の発明を従来技術として以下説明する
特許願:1)?願昭56−170107出願日:昭和5
6年10月26日 発明の名称:超音波パルス流速計 発明者:雨宮慎− 従来技術として上記発明(特願昭56−170107)
の災施例を基にして以下説明する。
第1図は2本の超音波ビームを使用し血流の2次元速度
ベクトルを計測する説明図である。
it図に於て41はトランスデユーサにて説明上等価的
に41−1と41−2の2個のトランスデユーサから構
成されているものとする。44−1及び44−2?l!
一本のビームの方向を示し44−1及び44−2はわず
かな角度θで開いているものとする。夫々のビーム(以
下ビーム44−1及び44−2とする)は同一の立体角
ωなる指向性を有するものとする。44−11及び44
−12はビーム44−1吉ビーム44−2の計測対象を
含むコニカルゾーンにて計測対象を血管42−1を流れ
る血液とする。該コニカルゾーンをこ\ではサンプルボ
リウムと呼ぶことにする。サンプルボリウム44−11
及び44−12は夫々トランスデユーサ41より1なる
距離にhなる距離幅をもって存在する〇 ビームの成す角θは十分小さく、シたがってゾーン44
−11と44−12は十分接近しており該ゾーンを流れ
る血流の成る時点での速度は一定とする0血液の中で超
音波を反射するものは主として赤血球でありしたがって
超音波血流計が計測の対象にしているものは赤血球であ
るが該赤血球は血液中に均等に分散しているものではな
く多少の団塊となっている。したがって、トランスデユ
ーサ41−1或は41−2の血流の反射信号は計測対象
に十分なり得る振幅変化を有する0 上述の如き血液或は血流の性質からトランスデユーサ4
1−1及び41−2から得られる受信信号の相関をとり
出すことができ、該相関よりビームと直角方向の血流速
度成分をめることができる0この速度成分を説明上vx
とする。
従来技術では2つのビームを形成するにフェーズドアレ
イアンテナの技術を取り入れた装置を使用しているが、
等測的にはit図の2個のトランスデユーサ41−1及
び41−2により2つのビーム44−1及び44−2を
形成しているのと同等である◎したがって相関器が扱う
受信信号はビーム44−1及び44−2で得られた受信
信号にて、かつ上述のサンプルボリウム44−11及び
44−12から取り出された受信信号が相関値をめる対
象である0該サンプルボリウムからの受信43号の取り
出しは、公知の超音波撮像a術により計測対象の部位を
観測して定め、計い1り点を例えば第1図の計測点42
−3とし、計測点42−3を含む位置(サンプルポジシ
ョン)に所定の時間長を有するサンプルパルスを超音波
駆動と同期してサンプルボールド回路に入れることによ
り行われる〇ビーム44−1及び44−2に対応した上
述サンプルボールド回路の出力信号は相関器に入力し。
仮に第1図(a)の42−2に示すTIDきビーム44
−1にある血液の団塊が時間τdだけ経過した後ビーム
44−2の42−2の如く移動したとすれば、該相関器
は該τdに相当する相互相開ピーク時間差検出電圧を出
力する@一方該τdの時間に血液が移動した距離は第1
図(a)から分かる如<1.、=θが既知の値である故
容易にめられ、したがって該移動距Ateを該τdで除
算すれば血液の速度■xがめられる。以上の計算は速度
算出回路で行なわれる。
従来技術では受信信号の相関により速度を検出するのは
上述のVxのみで計測点42−3に関して言えばビーム
44−1と直交する血流速度成分であるoしたがって真
の血流速度の2次元ベクトルをめるにはビーム44−1
の方向の速度成分(Vyとする)をめる必要があるO従
来技術では該vyを公知の技術である超音波パルスドプ
ラ血流計測技術をビーム44−1に適用してめている。
かくしてVX及びvyがめられたので、それらをベクト
ル算出回路にて第1図(b)に示す如き血流の2次元速
度ベクトルV1をめ表示することができる。第1図(b
)ではV)rをドプラ血流計でめているのでvydとす
る。
上述の如く、従来技術では血流の2次元速度ベクトルを
めてはいるが、一方のベクトルVxは受信信号の相関値
よりめ他方のベクトルvyはパルスドプラ計測でめてい
る。従来のパルスドプラ計測では計測点に於ける超音波
ビームと直交する速度成分(Vx)はドプラ効果が現わ
れず原理的に不可能であり、それを受信信号の相151
値でめようとする発明は従来技術の大きな特徴であるが
、ひとつの装置に相関方式とドプラ方式を併設すること
は構成が抜雑であり高価にもなるという問題点があった
0 (d) 発明の目的 本発明は上述の従来技術の問題点に錯み、超音波ビーム
方向の速度vyも相関方式で速度計測をで 行い2次元速度ベクトルをすべl@関方式にて計測でき
る装置dにして装置を・即純化しかつ安価にし、またフ
ィルタを通用し°cm流のみでなく例えば心臓壁等の缶
体内部の動きも定量的にベクトルとして計測でき、より
高度な論断1w報を提供することを目自勺とする。
(e) 発明の構成 本発明は互にほぼ平行し近接する少なくとも2本の同一
の指向性を有するビームを以て、同時に或は父互にθ1
矩の同一繰返し周波数にて同一超音波周波数による超音
波バーストを被検体に送信し、該超音波バーストによる
該被検体からの超音波反射を該2本のビーム夫々のビー
ムζこ対応して受信して2つの受信信号を出力する超音
波送受信装置に於て、被検体の特定部位に倉わせて設定
できる所定の同一時間長にて屓定の同一サンプル周波数
を以て該2つの受信信号を夫々サンプルする2個のサン
プル回路部を有し、822本のビームの一方のビームに
対応するサンプル回路部出力データと他方のビームに対
応するサンプル回路部出力データとの2次元相互相関関
数をめる相関器を有し、該相関器出力を表示する表示部
を有する1の発明と#1の発明に上述の表示部入力信号
の低周波成分をカットする画像フィルタを該表示部入力
側に設けるか或はバイパスフィルタを上述の相IA器の
2つの入力側に夫々設ける2つの発明とより成り、本発
明により上述の目的は達成される。
(f) 発明の実施例 第2図に本発明に関連した超音波送受信装置のビームと
計測せんとする血流との13’l係図を示す〇@2図(
a)に於て、1は超音波パルスを被検体に送信しその反
射超音波を受信する被検体表面に当接せるトランスデユ
ーサにて2本のビームを形成するにトランスデユーサ1
−1及び1−2に分離して示しである。トランスデユー
サが検数のトランスデユーサを用いるフェーズドアレイ
方式の場きは、該フェーズドアレイによりビームが形成
されるのでC亥トランスデユーサ1−1及び1−2は実
効的な2個のトランスデユーサとする02本のビーム2
−1及び2−2は夫々ωなる等しい立体角を持ち、わず
かなひらき角度θで被検体に指向している。トランスデ
ユーサ1−1及び1−2は同一の繰返し周波数及び同一
の超音波周波数の超音波パルスを該ビーム方向に送受信
している。
前述の如く血液は赤血球の粗密分布の団塊を成しており
該団塊が血流計測の対象きなるものであるが、第2図の
42−2は血管42−1を矢印v、yの速度で移動する
団塊のひとつを示す@2−11及び2−21はトランス
デユーサ1より距離18なる位置で14なる区間を占め
るビーム2−1及び2−2のコニカルゾーンにてサンプ
ルボリウムとも言われているが、こ\ではゾーンと呼ぶ
ことにする。本発明による血流計測は他の超音波撮像手
段により計測対象例えば血管42−1の部位を知り、該
部位情報を以て上述のゾーン2−11及び2−21が血
管42−1を横切るようビーム2−1及び2−2とゾー
ン2−11及び2−21を設定する。該ゾーンは受信信
号の中から計測に必要な信号をのみ取り出すことを意味
し電気的には上述の43の位置と14の区間に相当する
ゲートを受信信号に掛けて行われるO 血管42−1を流れる血流はゾーン2−11とゾーン2
−22を流れ、この間は血流の速度及び血液の団塊の形
状や大きさが一定とする。換言すれば2つのゾーンが分
離できる範囲に於て一定と見做し得るに十分なだけビー
ムのひらき角度θを小さくとる0超音波が計測対象とす
る血流は上述の条件はほぼ満たされることが知られてい
るOしたがって第2図(a)に示す如くゾーン2−11
に在る血液の団塊42−2は成る時間が経過した後ゾー
ン2−21に42−百の如く存在しており、この時間と
変位が分かればxy二次元の血流速度Vxyをめること
ができる。
本発明は血流速度vxyをゾーン2−11と2−21で
得られる2組の受信信号の相関をとり該相関の時間的変
化よりめようとするものである。
相関とは2組の数の集まりの間の関連を表わす統計学上
の言葉であるが、本発明ではゾーン2−11と2−21
のアナログ受信信号を等しいサンプリング周波数でディ
ジタル化して各ゾーンのビーム方向の空間的なアドレス
化を行い、各アドレスの信号の時間変化を超音波パルス
の繰返し周波数によりめ、第3図に示す如くサンプリン
グ信号列tと繰返し周波数列nより成るアドレス空間を
ゾーン2−11 、Th 2−21に対応して2個形成
し、該空間の2組のゾーンA及びBを次式に従い演算し
相互相聞(2組の異なるデータの相間故相互相関と呼称
する)をめるものである。
・・・・・・・・ (1) (1)式に於て、 C(m +τ):相互相関関数と呼ばれゾーンA(n、
t)c!=データB (n、 t)の相互相関を示す。
n:サンプリングアドレスにて本実施例では640−ア
ドレスに分割するO t:繰返し周波数のアドレスにて本実施例では32コラ
ムアドレスに分割する。
m:相関をとるためのnのずらしの値にて(−16゜−
15,・・・・・・・・・、+15. +16)の値を
入れてnのアドレスを指定する。
τ;相関をとるためのtのずらしの値にて(−8゜−7
,・・・・・・・・・、 7.8)の値を入れてtのア
ドレスを指定する。
上述のnetの数値は相関関数の値の確度が十分得られ
またコストパフォーマンスを考えた上での演算処理能力
を配慮して設定されたものである。
上述のmとτの数値は上述の負性でアルゴリズムを考察
した上で設定されたものである。
(1)式の第1項は第3図に示す如くデータA(n。
t)を3−Lとした場合、ゾーンB (n、 t)はロ
ーアドレス16〜47.コラムアドレス8〜23で囲ま
れたデータ3−2と該データ3−1の乗加算をしたもの
であり、したがって第2項でデータ3−1をデー4 B
 (n、 t)としデータ3−2をデータA(n、t)
として乗加算を行いit項のみの相関のとり方の片寄り
を無くして公平にしたものである。換言すれば(1)式
は有限な2組のデータからより確度の高い相関(直をめ
るアルゴリズムを示している◇ (1)式の物理的意味を第2図(a)のゾーン2−11
及び2−21を中心にした説明図を第4図に示し。
以下説明する。
(L)式のnを640−アドレスに分割することは第4
図の区間14を64個にサンプリングすることを意味す
る口したがってnの1単位は14/134〔糎〕の距離
に相当する0(1)式のtの1単位は条件から繰返し周
期T〔秒〕に相当する。
今C(m2τ)がm、及びτ、にて最大値が存在したと
する0その物理的意味はゾーン2−11の成る点Apに
隼倉していたデータがmpT’(秒〕後にBp点に最も
確からしく集合していることを意味する。
ゾーン2−11と2−21との間隔をL〔糎〕としAp
点よりビーム方向に第4図1に示す如<r(糎〕の距離
をとり、APTBp間の距離を4〔糎〕とすると。
4 r=−・fp (糎) ・・・・・・・・・・・・・・
(2)4 1=(び+ 、、I/、 ・・・・・・・・・・・・・
・・(3)(2)式を(3)式に代入すると ら A=lL’+(−・fp)”)” ・・・・・・・・・
・・・(4)4 を得る。したがってC(m、τ)が最大値になる速度■
xyは I Vxy = = llt + (” 、fp)・虚、=
 (5)mpT mpT 64 となる◎(5)式で’r、 l、 Al1は既知である
故mp+τpが与えられ\ば2次元血流速度vXyがめ
られる〇 (5)式の計算は演算回路で行われ計算結果はディジタ
ルに表示することが出来るが、血流の方向と概略の大き
さは第5図(b)の如くベクトル表示すれば目視できて
診断に有効である。
第5図に於て血流方向を定める座標x+yを(a)図の
如くする。相互相関関数C(muτ)の変数m。
τりを(b)図の如く定める0すなわちmは同心円で表
わしτは半径方向に表わし実線を正、点線を負とする◎
したがって血流が(a)図のvxyの如くある場合のm
 p ” 2 *τP=3とすると、(b)図にて太い
実紳で示す如く表示され、中心点からm=2゜τ=3の
交点(矢印m p =2 *τp=3)へ向って2次元
速度ベクトルVxyが示される0 第6図に本発明の超音波診断装置の実施例を総ミング信
号を発生する〆マスタオッシレーグにて11の出力は送
信アンプト3及び1−4に送らて れ超音波駆動パルスが形成されfトランスデューサー−
1及びL−2より超音波バーストを被検体に送信する。
該2個のトランスデユーサは夫々被検体からの超音波反
射を受信して電気信号(以下受信信号と呼ぶ)に変換し
出力し、夫々受信アンプ3−1及び3−2で増幅され検
波回路4−1及び4−2で超音波キャリア周波数を検波
しA / Dコンバータ5−1及び5−2に送られる。
A/D:]ンバータ5−1及び5−2は第2図(a)に
示したゾーン2−11及び2−21を形成するゲートと
あ3図横軸tに示すサンプリングを行いアナログ受信信
号をディジタルに変換する回路である◎ゲート信号はマ
スタオッソレーダ11の出力の遅延回路12で他の超音
波画像等の手段で計測部位を決定してゲートのタイミン
グを調整する〇遅延回路12の出力はパルス発生器13
に送られ、こ\で上述と同様な手段で計測部位を含むゲ
ート長のパルスを調節して作成し、該ゲートパルスを前
述からの例に従えば32個に分割してゲーテッドサンプ
リングパルスを発生する。該ゲーテッドサンプリングパ
ルスはA/Dコンバーグ5−1及び5−2に送られる。
A/Dコンバータ5−1及び5−2の出力は2次元相互
相関器7に入力し、別にパルス発生器13からのゲート
信号やマスフォラシレー7711からの送信タイミング
信号も該相関器7に入力させて第2図(a)に示した1
3や14の演算入力を作成する〇2次元相互相関器7の
詳細は後述するとして該相関器7の出力は画像処理部9
に入力する0画像処理部9は前述の第5図(b)の画像
を表示させるための処理を行う。画像処理部9の出力は
表示部10に入力し2次元速度ベクトルを表示すると共
に速度の大きさもディジタル表示する。
第7図に2次元相互相関器7の詳細を系統りにて示す。
第7図に於て入力端7−1及び7−2には第6図に示し
たA/Dコンバータ5−1及び5−2 (7)出力であ
るゲーテッドディジタル受信信号が入力する。2本のビ
ームのゾーン2−11及び2−21(第2図(a))に
対応した該人力はRAM(ランダムアクセスメモリ)7
−3及び7−4に一旦記憶される。前述の(1)式で言
えば、RAM7−3にはA(n、t)、、RAM7−4
にはB(n、t)のデータが第3図に示すアドレスにて
記憶されるORAM7−3及び7−4のデータは予め準
備されたプログラムでMPU(マイクロプログラミング
ユニット)が 7 8ノ指令に従いにに笠アドレスコントローフの制御
で読み出され1次元相互相関器7−5に入力し、MPU
7−8の指令に従って(1)式第1項及び第2項の内側
の加算を行ってシグナルプロセッサ7−7に入力する。
シグナルプロセッサ7−7は該入力を記憶しく1)式の
第1項及び第2項の外側の加算をMPU7−8の指令に
従って行い、更に第1項と第2項を加算し2次元相互相
関の演算を行う。
該演算結果はmとτを変数として画像処理部9を経て表
示部10に速度vxyとして表示されるが、前述(5)
式のvxyの値も送信タイミング信号(入カフ−9)、
パルス発生器のゲートパルス(入カフ−1O)等を入力
またビームの開き角ωの一定値もセットしてシグナルプ
ロセッサ7−7で計算される。該計算値は表示部10の
観測によりデータの指定を行い画像処理部9を経てシグ
ナルプロセッサ7−7にフィードバックしく入カフ−1
l)該vxyO値を固定して表示部10にディジタル表
示せしめることもできるo7−11は2次元相互組入 関器7のβ力端にて画像処理部9に接続される0尚、M
PU7−8の出力*印はMPU出力が各部を指令してい
ることを示している@ 上述の総会系統図第6図の説明は第6図に示す一点鎖線
のブロック6−1.6−2及び8を経由しない流れにつ
いて行ったものであり、これは本特許請求の範囲の発明
(L)に対応する説明である06−1及び6−2はバイ
パスフィルタであり8は信号より低周波成分をカットす
る画像フィルタであっていずれも血流に診断対象を絞る
ときに用いられる。すなわち血流計測の場合には血管壁
や心壁の低周波成分を多く含んだ信号が邪魔になるため
それを除去するためである。したがって今迄述べて来た
6−1,6−2及び8を入れない扱いはむしろ血管壁や
心壁の動きを計測対象とする場合である0尚、6−1,
6−2及び8は血流計測の際すべて必要とするものでは
なく6−1及び6−2を使用するか或は8を使用するこ
とで一般には十分である。
上述の本発明の実施例では特願昭56−170107の
従来技術に準じて例を挙げ説明を行っているので、使用
した2本のビーム(第2図(a) 2−1及び2−2)
はフェーズドアレイによるビームか又は該アレイの2本
のビームを使用することを暗に前提としている0然し乍
ら本発明は必ずしもフヱーズドアレイシステムに付属す
るものではなく、心壁の運動や血流の計測専用に2木の
ビームを有する専用診断装置を作製することもでき、ま
た本発明の組合せで3本のビームを用い3次元の生体内
部の動きや血流速度の3次元ベクトルを計測する超音波
診断装置が作製できることは勿論である0(g) 発℃
の効果 本発明により、フェーズドアレイを用いる超音波撮像装
置に該アレイの2本のビームを使用して該ビームを含む
2次元の生体内部の動きや血流速度ベクトルが相関の原
理で簡単に計6111でき超音波撮像のみでなく診断装
置として機能の拡大ができ、又本発明により2本のビー
ムを使用すれば相関による2次元の生体内部の動き血流
の連動ベクトル或は本発明を3本のビームに適用して3
次元速度ベクトル計測の専用診断装置を作ることができ
る0
【図面の簡単な説明】
第を図は従来技術に係る2本の超音波ビームによる説明
図、第2図は本発明の実施例に係る2本の超音波ビーム
による説明図を示し、第3図は本発明の実施例に係る相
関関数演算のデータアドレスを示し%第4図は該相関関
数の式(1)を説明する2本のビームのゾーンを中心に
した説明図を示し。 第5図(a)及び(b)は本発明実施例の相関値の表示
に関する説明図を示し、第6シ1は本発明実施例の超音
波診断装置の総合系統図を示し、第7図は該総会系統図
の中の2次元相互相関器の内部系統一を示す〇 全図を通じ同一符号は同一対象物を示し、1と1−1と
1−2はトランデューサ、2−1及び2−2は2本の超
音波ビーム、2−11及び2−21はゾーン、5−1及
び5−2はA/Dコンバータ、7は2次元相互相開器、
9は画像処理部、10は表示部を示し、6−1と6−2
はバイパスフィルタ、8は囲周波カットの画像フィルタ
を示し、7−3と7−4はRAM、7−5は1次元相互
相関器、7−7はシグナルプロセッサ、7−6はト戚ア
ドレスコントローラ、?−[−!MPUを示す。 第1図 察2図 6をン 第3図 第4図 冒r胃〜7 a /234 :?oJ/ 第U図 (a) 情を図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)互にほぼ平行し近接する少なくとも2本の等しい
    指向性を有するビームを以て、同時に或は交互に所定の
    等しい繰返し周波数にて等しい超音波周波数による超音
    波バースト、を被検体に夫々送信し、該超音波バースト
    による該被検体からの超音波反射を該2本のビームの夫
    々のビームに対応して受信して2つの受信信号を出方す
    る超音波送受信装置に於て、被検体の特定部位に合わせ
    て設定できる所定の同一時間長にて所定の同一サンプル
    周波数を以て該2つの受信信号を夫々サンプルする2個
    のサンプル回路部を有し、該2本のビームの一方のビー
    ムに対応するサンプル回路部出力データと他方のビーム
    に対応するサンプル回路部出力データとの2次元相互相
    関関数をめる相関器を治し、該相関器出力を表示する表
    示部を有する(2)互にほぼ平行し近接する少なくとも
    2本の等しい指向性を有するビームを以て、同時に或は
    交互に所定の等しい繰返し周波数にて等しい超音波周波
    数による超音波バーストを被検体に送信し、該超音波バ
    ーストによる該被検体からの超音波反射を該2本のビー
    ムの夫々のビームに対応して受信して2つの受信信号を
    出力し、被検体の特定部位に合わせて設定できる所定の
    同一時間長にて所定の同一サンプル周波数を以て該2つ
    の受信信号を夫々−1ナンプルする2個のサンプル回路
    部を有し、該2本のビームの一方のビームに対応するサ
    ンプル回路部出力データと他方のビームに対応するサン
    プル回路部出力データとの2次元相互相関関数をめる相
    関器を有し、該相関器出力を表示する表示部を有し、該
    表示部入力信号の低周波成分をカットする画像フィルタ
    を該表示部入力側に設けるか或はバイパスフィルタを該
    相関器の2つの入力側に夫々設けることを特徴とする超
    音波診断装置。
JP14408583A 1983-08-06 1983-08-06 超音波診断装置 Granted JPS6036036A (ja)

Priority Applications (1)

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JP14408583A JPS6036036A (ja) 1983-08-06 1983-08-06 超音波診断装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6417634A (en) * 1987-07-14 1989-01-20 Yokogawa Medical Syst Pulse doppler mti apparatus
JPH05228147A (ja) * 1991-11-04 1993-09-07 General Electric Co <Ge> 流動する反射体の大きさ及び方向の表示を求める方法及びコヒーレント作像システム

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