JP2000333951A - 超音波撮像装置 - Google Patents
超音波撮像装置Info
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Abstract
の向上とが両立する超音波撮像装置を実現する。 【解決手段】 撮像範囲についての音線順次での超音波
ビームの走査を前回走査時の音線とインターレースする
音線により行う。
Description
関し、特に、撮像対象の内部を超音波ビーム(bea
m)で走査しエコー(echo)受信信号に基づいて画
像を生成する超音波撮像装置に関する。
音波ビームで走査してエコーを受信し、エコー受信信号
に基づいて画像を生成し、生成した画像を表示して診断
に供する。超音波ビームの走査は音線順次で行われ、エ
コー受信信号の形成も音線に沿って行われる。
像装置では、所定の撮像範囲についての単位時間当たり
の走査回数と音線数とは反比例するので、撮像の時間分
解能の向上と画像の空間分解能の向上は両立しないとい
う問題があった。
されたもので、その目的は、撮像の時間分解能の向上と
画像の空間分解能の向上とが両立する超音波撮像装置を
実現することである。
する第1の観点での発明は、超音波を送信する超音波送
信手段と、前記送信した超音波のエコーに基づく受信信
号を形成する受信信号形成手段と、前記形成した受信信
号に基づいて画像を生成する画像生成手段と、前記生成
した画像を表示する画像表示手段とを備えた超音波撮像
装置であって、前記超音波送信手段は、撮像範囲につい
ての音線順次での超音波ビームの走査を前回走査時の音
線とインターレースする音線により行うことを特徴とす
る超音波撮像装置である。
の発明は、前記受信信号形成手段は、前記音線ごとにそ
の両側において実質的に前記音線のピッチの1/4に相
当する距離を保つ2本の音線に沿ってそれぞれ受信信号
を形成することを特徴とする(1)に記載の超音波撮像
装置である。
の発明は、前記受信信号形成手段は、前記音線ごとにそ
の両側において実質的に前記音線のピッチの1/2に相
当する距離を保つ2本の音線上に補間受信信号を形成す
る補間手段と、前記音線ごとの受信信号および前回走査
時の受信信号から形成した対応する音線の前記補間受信
信号に基づいて合成受信信号を形成する合成受信信号形
成手段とを有することを特徴とする(1)に記載の超音
波撮像装置である。
の発明は、前記合成受信信号形成手段として重み付け加
算手段を用いることを特徴とする(3)に記載の超音波
撮像装置である。
の発明は、前記合成受信信号形成手段としてリカーシブ
フィルタを用いることを特徴とする(3)に記載の超音
波撮像装置である。
発明は、前記画像生成手段は、前記超音波ビームの1走
査ごとに前記受信信号に基づいて画像を生成する第1の
画像生成手段と、前記生成した画像において前記受信信
号に基づく画像データが存在しないピクセル位置に画像
データを補間して補間画像を生成する補間画像生成手段
と、前記生成した画像および前回走査時に得られた前記
補間画像をリカーシブフィルタで処理して画像を生成す
る第2の画像生成手段とを有することを特徴とする
(1)に記載の超音波撮像装置である。
発明は、前記リカーシブフィルタとして動き補正型のリ
カーシブフィルタを用いることを特徴とする(5)また
は(6)に記載の超音波撮像装置である。
発明は、超音波を送信し、前記送信した超音波のエコー
に基づく受信信号を形成し、前記形成した受信信号に基
づいて画像を生成し、前記生成した画像を表示する超音
波撮像方法であって、前記超音波送信を、撮像範囲につ
いての音線順次での超音波ビームの走査を前回走査時の
音線とインターレースする音線により行うことを特徴と
する超音波撮像方法である。
を前回の走査とはインターレースする音線によって行う
ことにより、撮像の時間分解能の向上と画像の空間分解
能の向上とを両立させる。
施の形態を詳細に説明する。なお、本発明は実施の形態
に限定されるものではない。図1に、超音波撮像装置の
ブロック(block)図を示す。本装置は本発明の超
音波撮像装置の実施の形態の一例である。本装置の構成
によって、本発明の装置に関する実施の形態の一例が示
される。本装置の動作によって、本発明の方法に関する
実施の形態の一例が示される。
に、本装置は超音波プローブ(probe)2を有す
る。超音波プローブ2は、撮像対象100に当接されて
超音波の送受波に使用される。超音波プローブ2は、図
示しない超音波トランスデューサアレイ(transd
ucer array)を有する。超音波トランスデュ
ーサアレイは複数の超音波トランスデューサで構成され
る。個々の超音波トランスデューサは、例えばPZT
(チタン(Ti)酸ジルコン(Zr)酸鉛(Pb))セ
ラミックス(ceramics)等の圧電材料で構成さ
れる。
ている。送受信部6は、超音波プローブ2の超音波トラ
ンスデューサアレイを駆動して超音波ビームを送信し、
また、超音波トランスデューサアレイが受波したエコー
を受信するものである。送受信部6の一例のブロック図
を図2に示す。同図に示すように、送受信部6は信号発
生回路602を有する。信号発生回路602は、パルス
(pulse)信号を所定の周期で繰り返し発生して送
波ビームフォーマ(beamformer)606に入
力する。送波ビームフォーマ606は入力信号に基づい
て送波ビームフォーミング(beamforming)
信号を生成する。送波ビームフォーミング信号は、超音
波トランスデューサアレイにおいて送信アパーチャ(a
perture)を構成する複数の超音波トランスデュ
ーサに与える複数のパルス信号であり、個々のパルス信
号には超音波ビームの方位および焦点に対応した遅延時
間が付与される。以下、送信アパーチャを送波アパーチ
ャという。
送受切換回路608を通じて送波アパーチャを構成する
複数の超音波トランスデューサに駆動信号として与えら
れる。駆動信号が与えられた複数の超音波トランスデュ
ーサはそれぞれ超音波を発生し、それら超音波の波面合
成により所定の方位への送波超音波ビームが形成され
る。送波超音波ビームは所定の距離に設定された焦点に
収束する。信号発生回路602、送波ビームフォーマ6
06、送受切換回路608および超音波プローブ2から
なる部分は、本発明における超音波送信手段の実施の形
態の一例である。
の受信アパーチャを構成する複数の超音波トランスデュ
ーサでそれぞれ受波される。以下、受信アパーチャを受
波アパーチャという。複数の超音波トランスデューサが
受波した複数のエコー受波信号は、送受切換回路608
を通じて受波ビームフォーマ610に入力される。受波
ビームフォーマ610は、エコー受信音線の方位および
エコー受信の焦点に対応した遅延を個々のエコー受波信
号に付与して加算し、所定の音線および焦点に合致した
エコー受信信号を形成する。超音波プローブ2、送受切
換回路608、受波ビームフォーマ610および後述の
音線データ形成回路802からなる部分は、本発明にお
ける受信信号形成手段の実施の形態の一例である。
ビームの方位を順次切り換えることにより音線順次の走
査を行う。受波ビームフォーマ610は、受波音線の方
位を順次切り換えることにより音線順次の受波の走査を
行う。これにより、送受信部6は例えば図3に示すよう
な走査を行う。すなわち、放射点200からz方向に延
びる超音波ビーム202が扇状の2次元領域206をθ
方向に走査し、いわゆるセクタスキャン(sector
scan)を行う。
によって行われる。その次の回のセクタスキャンは一点
差線で示す音線によって行われる。実線で示す音線と一
点差線で示す音線はインターレース(interlac
e)している。これにより、実線で示す音線を奇数番目
の音線としたとき、一点差線で示す音線は偶数番目の音
線となる。以下、奇数番目の音線による走査を奇数フィ
ールド(field)走査、偶数番目の音線による走査
を偶数フィールド走査という。
を1対として1フレーム(frame)走査が完結す
る。1フィールド当たりの音線数は1フレーム当たりの
音線の1/2となる。したがって1フィールド走査を1
フレーム走査の半分の時間で行うことができ、時間分解
能が高い撮像を行うことができる。
ンスデューサアレイの一部を用いて形成するときは、こ
のアパーチャをアレイに沿って順次移動させることによ
り、例えば図4に示すような走査を行うことができる。
すなわち、放射点200からz方向に発する超音波ビー
ム202が直線的な軌跡204上を移動することによ
り、矩形状の2次元領域206がx方向に走査され、い
わゆるリニアスキャン(linear scan)が行
われる。リニアスキャンも奇数フィールド走査と偶数フ
ィールド走査のインターレースにより行われる。
超音波送波方向に張り出した円弧に沿って形成されたい
わゆるコンベックスアレイ(convex arra
y)である場合は、リニアスキャンと同様な信号操作に
より、例えば図5に示すように、超音波ビーム202の
放射点200が円弧状の軌跡204上を移動して扇面状
の2次元領域206がθ方向に走査され、いわゆるコン
ベックススキャンが行えるのはいうまでもない。コンベ
ックススキャンも奇数フィールド走査と偶数フィールド
走査のインターレースにより行われる。
に接続されている。データ処理部8には、送受信部6か
ら、エコー受信信号が入力される。データ処理部8は、
入力されたエコーデータを処理して画像生成を行う。デ
ータ処理部8は、本発明における画像生成手段の実施の
形態の一例である。
データ形成回路802およびディジタル・スキャンコン
バータ(DSC:digital scan conv
erter)804を有する。以下、ディジタル・スキ
ャンコンバータをDSCという。音線データ形成回路8
02は、送受信部6から入力されるエコー受信信号に基
づいて音線データすなわち音線ごとのエコーデータを形
成する。音線データはDSC804に入力される。DS
C804は、スキャンコンバージョン(scan co
nversion)により、音線データを次に述べる表
示部10の表示動作に適合した画像データ配列に変換し
て出力する。
ている。表示部10は、本発明における画像表示手段の
実施の形態の一例である。表示部10は、例えばグラフ
ィックディスプレー(graphic displa
y)等で構成され、データ処理部8のから入力された画
像データに基づいて例えばBモード画像等の可視像を表
示する。
表示部10は制御部12に接続されている。制御部12
は、それら各部に制御信号を与えてその動作を制御す
る。また、被制御の各部から制御部12に状態報知信号
や応答信号等が伝えられる。制御部12による制御の下
で超音波撮像が実行される。
る。操作部14は操作者によって操作され、制御部12
に所望の指令や情報を入力するようになっている。操作
部14は、例えばキーボード(keyboard)やそ
の他の操作具を備えた操作パネル(panel)で構成
される。
波プローブ2を撮像対象100の所望の部位に当接し、
操作部14を操作して超音波撮像を行う。撮像は操作者
の指令に基づき制御部12による制御の下で行われる。
したセクタスキャンを行う。すなわち、奇数フィールド
のセクタスキャンと偶数フィールドのセクタスキャンを
交互に行う。データ処理部8は、エコーデータに基づい
て各フィールドごとにBモード画像を生成し表示部10
に表示する。
(a)に模式的に示すように、奇数音線上の画像データ
によって構成される。偶数フィールドの表示画像は、同
図の(b)に模式的に示すように、偶数音線上の画像デ
ータによって構成される。これらの画像が例えば1/1
00sec程度の周期で交互に表示されるので、観察者
の視覚上は、同図の(c)に模式的に示すように、両画
像の合成画像を見ることになる。
音線の画像データで構成される。これにより、空間分解
能の高い表示画像を得ることができる。また、各フィー
ルドの走査が1フレーム時間の半分の時間で行われる。
これにより、時間分解能が高い画像を得ることができ
る。すなわち、時間分解能の向上と空間分解能の向上が
両立する撮像を行うことができる。
を示す。同図において、受波ビームフォーマ610は、
方位の異なる2つの音線に沿ったエコー受信信号を同時
に形成するようになっている。受波ビームフォーマ61
0による2音線同時受信を図9によって説明する。図9
の(a)は奇数フィールドにおける送波音線(実線)と
受波音線(破線)の関係を示し、図9の(b)は偶数フ
ィールドにおける送波音線(実線)と受波音線(破線)
の関係を示す。
の両側で送波音線のピッチ(pitch)の1/4に相
当する距離を保つように形成される。これによって、1
音線の送波超音波ビームに対するエコーは、送波音線の
両側に1/4ピッチずつ離れた2つの音線に沿って同時
受信される。なお、送波超音波ビームとしてはある程度
幅が広いものを用い、方位の異なる2音線上の反射源か
ら十分な信号強度のエコーが得られるようにしている。
2音線同時受信を行うことにより、どちらのフィールド
においても受波音線は送波音線の2倍になり、しかも、
奇数フィールドの受波音線と偶数フィールドの受波音線
は撮像空間での位置が一致する。したがって、このよう
なエコー受信信号に基づいて生成した画像を表示部10
で表示することにより、(c)に示すように、1フレー
ム分の全音線の画像データで構成される画像が毎フィー
ルド表示される。これによって、時間分解能の向上と空
間分解能の向上を両立させた撮像を行うことができる。
また、画像表示をフリーズ(freeze)してフィー
ルド画像を表示した場合も、画像の精細度を損なうこと
がない。
の間に、図10に示すような音線データ処理回路を設け
るようにしても良い。同図に示すように、音線データ処
理回路は、音線データ補間回路102、メモリ104お
よび重み付け加算回路106を有する。音線データ補間
回路102は、本発明における補間手段の実施の形態の
一例である。重み付け加算回路106は、本発明におけ
る合成受信信号形成手段の実施の形態の一例である。ま
た、本発明における重み付け加算手段の実施の形態の一
例である。
(a)、(b)に示すように、隣り合う2つの送波音線
(実線)の中間に設定した受波音線(破線)上に、送波
音線上のエコーデータからの演算により音線データを補
間する。図11の(a)は奇数フィールドにおける補間
演算を示し、(b)は偶数フィールドにおける補間演算
を示す。奇数フィールドで求めた補間音線データの音線
は、偶数フィールドの送波音線に一致する。また、偶数
フィールドで求めた補間音線データの音線は、奇数フィ
ールドの送波音線に一致する。
ルド分記憶する。重み付け加算回路106は、音線デー
タ形成回路802から入力される音線データと、メモリ
104から1フィールド遅れで入力される補間音線デー
タとを重み付け加算する。音線データ形成回路802か
ら入力される音線データの音線は送波音線に一致してい
る。メモリ104から1フィールド遅れで入力される補
間音線データの音線は音線データ形成回路802から入
力される音線データの音線と一致する。したがって、重
み付け加算回路106により、音線を共有する現フィー
ルドの音線データと前フィールドの補間音線データの重
み付け加算が行われる。
情報が現フィールドに加味されるので合成音線データは
ノイズが低減したものとなる。また、ノイズを適切に低
減するように重み付け加算の重み係数が調節される。こ
のような合成音線データに基づく奇数フィールドの画像
と偶数フィールドの画像を交互に表示することにより、
視覚的には(c)に示すような1フレーム分の全音線の
画像データで構成される表示画像が得られる。これによ
り、時間分解能の向上と空間分解能の向上が両立し、か
つ、S/N(signal to noise rat
io)の良い撮像を行うことができる。
の間に設ける音線データ処理回路は、図12に示すよう
に構成しても良い。同図において、図10に示したもの
と同様のものは、同一の符号を付して説明を省略する。
同図に示すように、音線データ処理回路は、図10に示
した重み付け加算回路106に代えてルックアップ・テ
ーブル(LUT:look−up table)10
8、減算器110および加算器112からなる回路を有
する。以下、ルックアップ・テーブルをLUTという。
2から入力される音線データEiと、メモリ104から
1フィールド遅れで入力される補間音線データEi−1
との減算を行い、その結果をLUT108に入力する。
LUT108は入力データの関数である出力データを生
じる。LUT108の出力データは加算器112でメモ
リ104から出力された補間音線データEi−1と加算
される。これにより、加算器112の出力データEoは
次式で与えられる。
ようなデータ処理を行うメモリ104、LUT108、
減算器110および加算器112からなる回路は、いわ
ゆるリカーシブフィルタ(recursive fil
ter)と類似の機能を持つ。そこで、本書ではこの回
路をリカーシブフィルタという。このリカーシブフィル
タは、本発明におけるリカーシブフィルタの実施の形態
の一例である。
線を共有する現フィールドの音線データと前フィールド
の補間音線データを用いた(1)式のようなリカーシブ
フィルタ処理が行われる。これによって、前フィールド
で得た情報が現フィールドに加味されるので合成音線デ
ータはノイズが低減したものとなる。このような合成音
線データに基づく奇数フィールドの画像と偶数フィール
ドの画像を交互に表示することにより、視覚的には図1
1の(c)に示したような1フレーム分の全音線の画像
データで構成される表示画像が得られる。
能の向上が両立し、かつ、S/Nの良い撮像を行うこと
ができる。さらに、LUT108の入出力特性を図13
に示すようないわゆる動き補正型のものとすることによ
り、撮像対象100の動きによる残像(ラグ:lag)
を軽減し画質を向上させることができる。
iと補間音線データEi−1との相違が大きくてLUT
108の入力データの値が大きくなる範囲では、入出力
変換係数aを大きくしているので、(1)式において現
フィールドの音線データEiの影響が支配的になるとと
もに前フィールドの補間音線データEi−1の影響が減
じる。これによって、フィールド画像では、前フィール
ドの補間音線データEi−1の影響すなわちラグが抑制
される。
わりに、DSC804から出力される画像データについ
て同様なリカーシブフィルタ処理を行うことにより、同
じ効果を得ることができる。以下にそれを説明する。図
14に、DSC804の出力側に設ける画像データ処理
回路のブロック図を示す。DSC804および画像デー
タ処理回路からなる部分は、本発明における画像生成手
段の実施の形態の一例である。DSC804は、本発明
における第1の画像生成手段の実施の形態の一例であ
る。
は、画像データ補間回路132、メモリ134、LUT
138、減算器140および加算器142を有する。画
像データ補間回路132は、本発明における補間画像生
成手段の実施の形態の一例である。画像データ補間回路
132は、図15の(a)、(b)に示すように、隣り
合う2つの送波音線に相当するピクセル(pixel)
位置(実線)の中間に設定したピクセル位置(空白部)
に、送波音線上の画像データからの演算により画像デー
タを補間する。
補間演算を示し、(b)は偶数フィールドにおける補間
演算を示す。奇数フィールドで求めた補間画像データの
ピクセル位置は、偶数フィールドの送波音線上のピクセ
ル位置に一致する。また、偶数フィールドで求めた補間
画像データのピクセル位置は、奇数フィールドの送波音
線上のピクセル位置に一致する。
ルド分記憶する。減算器140は、DSC804から入
力される画像データViと、メモリ134から1フィー
ルド遅れで入力される補間画像データVi−1との減算
を行い、その結果をLUT138に入力する。LUT1
38は入力データの関数である出力データを生じる。L
UT138の出力データは、加算器142により、メモ
リ134から出力された補間画像データVi−1と加算
される。これにより、加算器142の出力データVoは
次式で与えられる。
リ134、LUT138、減算器140および加算器1
42からなる回路はリカーシブフィルタを構成する。こ
のリカーシブフィルタは、本発明における第2の画像生
成手段の実施の形態の一例である。また、本発明におけ
るリカーシブフィルタの実施の形態の一例である。
ル位置を共有する現フィールドの画像データと前フィー
ルドの補間画像データを用いた(2)式によるリカーシ
ブフィルタ処理が行われる。これによって、前フィール
ドで得た情報が現フィールドに加味されるので合成画像
データはノイズが低減したものとなる。このような合成
画像データに基づく奇数フィールドの画像と偶数フィー
ルドの画像を交互に表示することにより、視覚的には図
15の(c)に示したような1フレーム分の全ピクセル
位置の画像データで構成される表示画像が得られる。
能の向上が両立し、かつ、S/Nの良い撮像を行うこと
ができる。さらに、LUT138の入出力特性を図13
に示したいわゆる動き補正型のものとすることにより、
撮像対象100の動きによるラグを軽減し画質を向上さ
せることができる。
れば、撮像の時間分解能の向上と画像の空間分解能の向
上とが両立する超音波撮像装置を実現することができ
る。
である。
図である。
である。
である。
である。
ック図である。
模式図である。
図である。
模式図である。
部分のブロック図である。
の模式図である。
部分のブロック図である。
フである。
部分のブロック図である。
の模式図である。
Claims (7)
- 【請求項1】 超音波を送信する超音波送信手段と、 前記送信した超音波のエコーに基づく受信信号を形成す
る受信信号形成手段と、 前記形成した受信信号に基づいて画像を生成する画像生
成手段と、 前記生成した画像を表示する画像表示手段とを備えた超
音波撮像装置であって、 前記超音波送信手段は、撮像範囲についての音線順次で
の超音波ビームの走査を前回走査時の音線とインターレ
ースする音線により行う、ことを特徴とする超音波撮像
装置。 - 【請求項2】 前記受信信号形成手段は、前記音線ごと
にその両側において実質的に前記音線のピッチの1/4
に相当する距離を保つ2本の音線に沿ってそれぞれ受信
信号を形成する、ことを特徴とする請求項1に記載の超
音波撮像装置。 - 【請求項3】 前記受信信号形成手段は、 前記音線ごとにその両側において実質的に前記音線のピ
ッチの1/2に相当する距離を保つ2本の音線上に補間
受信信号を形成する補間手段と、 前記音線ごとの受信信号および前回走査時の受信信号か
ら形成した対応する音線の前記補間受信信号に基づいて
合成受信信号を形成する合成受信信号形成手段と、を有
することを特徴とする請求項1に記載の超音波撮像装
置。 - 【請求項4】 前記合成受信信号形成手段として重み付
け加算手段を用いる、ことを特徴とする請求項3に記載
の超音波撮像装置。 - 【請求項5】 前記合成受信信号形成手段としてリカー
シブフィルタを用いる、ことを特徴とする請求項3に記
載の超音波撮像装置。 - 【請求項6】 前記画像生成手段は、 前記超音波ビームの1走査ごとに前記受信信号に基づい
て画像を生成する第1の画像生成手段と、 前記生成した画像において前記受信信号に基づく画像デ
ータが存在しないピクセル位置に画像データを補間して
補間画像を生成する補間画像生成手段と、 前記生成した画像および前回走査時に得られた前記補間
画像をリカーシブフィルタで処理して画像を生成する第
2の画像生成手段と、を有することを特徴とする請求項
1に記載の超音波撮像装置。 - 【請求項7】 前記リカーシブフィルタとして動き補正
型のリカーシブフィルタを用いる、ことを特徴とする請
求項5または請求項6に記載の超音波撮像装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11146203A JP2000333951A (ja) | 1999-05-26 | 1999-05-26 | 超音波撮像装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP11146203A JP2000333951A (ja) | 1999-05-26 | 1999-05-26 | 超音波撮像装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2000333951A true JP2000333951A (ja) | 2000-12-05 |
Family
ID=15402464
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP11146203A Pending JP2000333951A (ja) | 1999-05-26 | 1999-05-26 | 超音波撮像装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2000333951A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2003164451A (ja) * | 2001-11-09 | 2003-06-10 | Kretztechnik Ag | ビーム合成方法及びシステム |
US8303506B2 (en) | 2008-06-17 | 2012-11-06 | Fujifilm Corporation | Ultrasonic diagnostic apparatus and ultrasonic imaging method and program |
KR101633715B1 (ko) * | 2016-02-24 | 2016-06-27 | (주) 성산연구소 | 빔포밍을 수행하는 방법 및 장치 |
-
1999
- 1999-05-26 JP JP11146203A patent/JP2000333951A/ja active Pending
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