JPH08182676A - 超音波診断装置 - Google Patents

超音波診断装置

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JPH08182676A
JPH08182676A JP32899094A JP32899094A JPH08182676A JP H08182676 A JPH08182676 A JP H08182676A JP 32899094 A JP32899094 A JP 32899094A JP 32899094 A JP32899094 A JP 32899094A JP H08182676 A JPH08182676 A JP H08182676A
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JP
Japan
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blood flow
ultrasonic
clutter
velocity
doppler
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JP32899094A
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English (en)
Inventor
Shuichi Kawasaki
修一 河崎
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 クラッタ成分による影響を補正し、精度良く
血流の速度を求めることのできる超音波診断装置を提供
することを目的とする。 【構成】 ドプラ検波後のドプラシフト信号からクラッ
タ成分の少なくとも一部を除去するフィルタと、クラッ
タ成分の除去されたドプラシフト信号から血流の平均速
度及び血流の分散値を算出する手段と、血流の分散値を
用いて血流の平均速度を補正する平均速度補正手段と、
この補正結果を用いて前記超音波画像に前記血流情報を
表示する手段と、を有して構成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、被検体の血流をカラー
ドプラ法を用いて画像化する超音波診断装置に係り、特
に、クラッタ成分の影響を除去する技術に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、医用診断装置の開発が進められる
中で、超音波診断装置が多く用いられている。超音波診
断装置は、超音波プローブを用いて被検体の撮影対象部
位に向けて超音波を送信し、体内組織にて反射したエコ
ー信号を受信して画像化し、診断の供するものである。
【0003】このような超音波診断装置では昨今におい
て、血流の画像を撮影するためにカラードプラ法が採用
されている。カラードプラ法は、血液の移動によるエコ
ー信号の周波数変化を用いて血液の流れ方向を判定し、
方向に応じて色分けして表示するものである。例えば、
プローブに近付く方向の場合には「赤」、遠ざかる方向
の場合には「青」というように色分けすることによっ
て、血流を表示することができる。
【0004】ところが、実際には臓器等、血液以外の組
織も存在するのでカラードプラ法を用いる際にはこれら
の成分(以下、クラッタという)を除去、或いは、クラ
ッタによる影響を補正する必要がある。
【0005】図8は、クラッタによる影響を補正する回
路を設けた従来における超音波診断装置の構成を示すブ
ロック図あり、プローブ101にて受信される超音波エ
コー信号はT/Rユニット102にて収集され、Bモー
ド検波回路103にて包絡線検波された後ディジタルス
キャンコンバータ(DSC)105に供給されテレビ信
号に変換される。また、T/Rユニット102にて収集
されたエコー信号はドプラ検波回路104にも供給さ
れ、ドプラシフト成分が検出された後、スペクトラムド
プラユニット108を介してDSC105に供給され、
更にMTIフィルタ109にてカットオフ周波数fc に
てクラッタ成分が除去された後、周波数解析回路110
に供給される。
【0006】その後、平均速度演算部111にて血流の
平均速度が求められ、パワー演算部112にて血流のパ
ワーが求められる。そして、血流の平均速度はMTIフ
ィルタのカットオフ周波数fc に所定の定数α(0<α
≦1)を乗じた周波数fc ×αにてフィルタ処理を行う
ポストフィルタ113を介してDSC105に供給され
る。また、血流のパワーもやはりDSC105に供給さ
れる。
【0007】その後、DSC105では血流のパワーが
所定値以上であるという条件、即ち、ノイズ成分ではな
いことを確認して、血流の平均速度を画像化しカラー変
換部106にて血流方向に応じた色をつけて血流画像を
表示する。
【0008】図2はクラッタ成分121と血流成分12
2のパワーを示しており、横軸は周波数である。つま
り、血流成分122(平均速度v(〜))はドプラシフ
トにより周波数が高くなっている。そこで、カットオフ
周波数fc にて低周波成分を除去すれば血流成分122
のみを取り出すことができるようになる。
【0009】ところが、心臓等、移動を伴う生体組織か
らのクラッタ成分はドプラシフト成分を有するので周波
数が変動し、例えば、図3に示すように血流成分122
の方にシフトすることがある。このような場合において
は、カットオフ周波数fc のMTIフィルタではクラッ
タ成分を全部除去することはできず、残りの成分は斜線
を付した123が存在してしまう。このため、血流の平
均速度v(〜)は真の血流成分122と残りの成分12
3との平均値となってしまい、124に示す様に平均速
度は低周波側に引っ張られてしまう。従って、血流の速
度を精度良く求めることができないという欠点がある。
【0010】特に、体表から深くなるほど反射エコーの
振幅は小さくなり、クラッタ成分の影響を受け易くな
る。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】このように、従来にお
けるカラードプラ法によれば、心臓等、移動組織による
クラッタ成分により低周波側に引っ張られてしまうので
精度良く血流速度を求めることができないという欠点が
あった。
【0012】この発明はこのような従来の課題を解決す
るためになされたもので、その目的とするところは、ク
ラッタ成分による影響を補正し、精度良く血流の速度を
求めることのできる超音波診断装置を提供することにあ
る。
【0013】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本願請求項1記載の発明は、超音波プローブから被
検体に向けて超音波信号を送信し、該被検体内にて反射
した超音波エコーを収集して画像化し、作成された超音
波画像をモニタ上に表示すると共に、前記超音波エコー
をドプラ検波して得られたドプラシフト信号に基づき血
流速度を求め、血流の方向に応じた平均周波数を輝度変
調して前記超音波画像に表示して血流方向を観察し得る
超音波診断装置において、前記ドプラ検波後のドプラシ
フト信号からクラッタ成分の少なくとも一部を除去する
フィルタと、前記クラッタ成分の除去されたドプラシフ
ト信号から少なくとも血流の平均速度及び血流の分散値
を算出する手段と、前記血流の分散値を用いて血流の平
均速度を補正する平均速度補正手段と、この補正結果を
用いて前記超音波画像に前記血流情報を表示する手段
と、を有することが特徴である。
【0014】また、本願第2の発明は、超音波プローブ
から被検体に向けて超音波信号を送信し、該被検体内に
て反射した超音波エコーを収集して画像化し、作成され
た超音波画像をモニタ上に表示すると共に、前記超音波
エコーをドプラ検波して得られたドプラシフト信号に基
づき血流速度を求め、血流の方向に応じた平均周波数を
等度変調して前記超音波画像に表示して血流方向を観察
し得る超音波診断装置において、前記ドプラシフト信号
からクラッタ成分の平均速度v1 、パワーp1を求める
手段と、前記ドプラシフト信号からクラッタ成分の少な
くとも一部を除去する第1のフィルタと、前記クラッタ
成分が除去されたドプラシフト信号から、血流の平均速
度v0 、血流のパワーp0 及び血流の分散値σを求める
手段と、以下の条件について判定を行い、(1)〜
(5)式が全て成立した際に血流速度の補正指令を出力
する手段と、 p1 ≧k1 …(1) σ≧k2 …(2) |v0 −v1 |≧k3 …(3) p0 ≧k4 …(4) v0 ≦fpc …(5) ただし、k1 〜k4 は定数,fpcは第2のフィルタのカ
ットオフ周波数で、fpc=fc ×d(fc はMTIフィ
ルタ14のカットオフ周波数、αは0<α≦1定数) 前記補正指令が出力された際に、以下の(6)式に基づ
き血流の速度補正を行う手段と、 v0 =v0 +Kσ …(6) (ここでKは定数) 前記補正された血流速度をカットオフ周波数fpcにてッ
フィルタ処理する第2のフィルタと、前記第2のフィル
タ処理後の血流速度を用いて前記超音波画像に前記血流
情報を表示する手段と、を有することを特徴とする。
【0015】
【作用】上述のごとく構成された本願請求項1記載の発
明によれば、ドプラ検波された信号からクラッタ成分を
除去し、これによって残された信号の分散値を求め、こ
の分散値が大きいときにはフィルタにより除去できなか
ったクラッタの残り成分が存在するとして、このクラッ
タの残り成分による血流速度への影響を除去するための
処理を行う。従って、クラッタの影響を受けない高精度
な血流画像を得ることができるようになる。
【0016】また、本願請求項2記載の発明によれば、
クラッタ成分の均速度v1 ,パワーp1 、及び血流の速
度v0 ,パワーp0 ,分散値σから前記した(1)〜
(5)式に基づいて血流の速度を補正するかどうかを決
め、補正を行う場合には(6)式に基づいて血流の速度
を補正する。ここで、(1)式はクラッタ成分のパワー
が所定値よりも大きいという条件で、ノイズ成分及び血
流成分と見分ける。(2)式は血流の分散値が所定値よ
りも大きいという条件により、第1のフィルタ処理後の
信号にクラッタの成分が混入しているかどうかを見分け
る。(3)式はクラッタの速度と血流の速度との差分が
小さいときは、クラッタと血流との区別が困難であるの
で補正を行わないことを決めている。(4)式は血流の
パワーが所定値よりも小さいときは、ノイズであるとし
て補正を行わない。(5)式は血流の速度が第2のフィ
ルタのカットオフ周波数よりも小さいときには、フィル
タ処理によってカットされてしまうのでこれに対応した
条件である。そして、上記の各条件が成立した際には
(6)式により血流速度を補正しクラッタにより低周波
側に引っ張られた分を戻す。
【0017】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図1は、本発明の第1実施例に係る超音波診断装
置の構成を示すブロック図である。同図に示すように、
この超音波診断装置は、被検体の体表面から被検体の体
内に向けて超音波信号を送信すると共に体内の生体組織
にて反射した超音波エコー信号を受信するプローブ1
と、このプローブ1に超音波パルスを供給すると共に受
信されたエコー信号を取り込むT/Rユニット2と、受
信されたエコー信号をBモード検波して超音波画像を作
成するBモード検波回路3と、を有している。
【0018】更に、この超音波診断装置は、受信された
エコー信号の周波数変化を解析するドプラ検波回路4
と、ドプラ検波された信号の周波数成分を解析するスペ
クトラムドプラユニット5と、自己相関回路9と、この
相関関係からクラッタの平均速度(例えば、心臓等移動
を伴う臓器の平均速度)v1 (〜)を求める平均速度演
算部7と、該クラッタのパワーP1 を求めるパワー演算
部11と、このクラッタのパワーP1 と後述するパワー
しきい値k1 との比較を行ないこの結果として得られる
補正値を出力する比較部12と、この補正値に基づき前
記クラッタの平均速度v1 を補正する補正回路13と、
を有している。
【0019】更に、前記ドプラ検波回路4にて検波され
た信号を所定のカットオフ周波数fc でフィルタ処理を
行いクラッタ成分を除去するMTIフィルタ回路14
と、フィルタ処理された信号の自己相関を演算する自己
相関回路15と、この相関関係から血流の平均速度v0
(〜)を求める平均速度演算部16と、血流のパワーを
求めるパワー演算部17と、血流の分散を求める分散演
算部18と、を有している。
【0020】更に、図5に示すように、1ラスタ上のピ
クセルをカウントすることにより収集されるエコー信号
の深さを検出するピクセルカウンタ24と、このピクセ
ルカウンタ24にて検出された深さ、及び分散演算部1
8にて求められた分散値、制御部25にて設定される係
数に応じて深さ方向の補正係数を求める深さ方向補正部
23と、この補正係数に応じて血流の平均速度v1
(〜)を補正する第1の速度補正回路19と、を有して
いる。
【0021】また、後述するように、血流の分散値σと
定数k2 との比較、クラッタ平均速度と血流平均速度と
の差分|v0 −v1 |と定数k3 との比較、血流のパワ
ーp1 と定数k4 との比較、及びクラッタ平均速度v0
とMTIフィルタのカットオフ周波数fc にα(0<α
≦1)を乗じたfpcとの比較を行う比較部22と、この
比較結果と補正回路13によるv1 (〜)の補正値及び
分散値σとに基づき前記第1の補正部19の出力を再度
補正する第2の補正部20と、この第2の補正部20の
補正結果をフィルタ処理するポストフィルタ21と、を
有している。
【0022】DSC(ディジタルスキャンコンバータ)
6は、Bモード検波回路3に出力とスペクトラムドプラ
ユニット5の出力とから超音波画像を作成してTV信号
に変換するし、また、カラー変換部7では、補正された
血流の平均速度v(〜)と血流のパワーp0 と分散値σ
とから血流の方向を判定し、超音波画像に色を付ける処
理を行う。なお、符号8はモニタである。
【0023】また、制御部25は装置全体を総括的に制
御するものであり、操作部26は操作者による入力を取
り込むものである。
【0024】このように構成された超音波診断装置にお
ける動作を以下に説明する。T/Rユニット2から超音
波パルスが出力されると、プローブ1から被検体内に向
けて超音波が照射され体内の組織間にて反射して発生す
る超音波エコーはBモード検波回路3にて包絡線検波さ
れ、超音波画像が作成される。
【0025】また、受信されたエコー信号はドプラ検波
回路4にも供給され、ドプラ検波される。そして、この
出力信号は自己相関回路9に供給され、自己相関が求め
られる。そして、平均速度演算部10にてクラッタの平
均速度v1 (〜)が求められ、パワー演算部11にてク
ラッタのパワーp1 が求められる。そして、比較部12
では制御部25から与えられるしきい値k1 とクラッタ
のパワーp1 との比較を行う。そして、補正回路13で
はこの比較の結果より、以下のようにv1 (〜)を決定
する。
【0026】p1 ≧k1 のとき、v1 (〜)=v1
(〜) (つまり補正しない) p1 <k1 のとき、v1 (〜)=0 この操作は、p1 <k1 のときは、クラッタではなく血
流またはノイズによるパワーであると見なすことができ
るからである。また、このしきい値k1 は図7に示すよ
うに、ピクセルカウンタ値、即ち、エコー信号が得られ
る深度に応じて可変とすることが望ましい。つまり、ク
ラッタ及び血流の信号は生体減衰の影響を受けるため、
図4のg1 ,g2 ,g3 に示すように深度が深くなるほ
どパワーが小さくなる。従って、ノイズであるかどうか
を判定するための基準となるしきい値k1 もこれに伴っ
て可変とするのである。なお、しきい値k1 は、例えば
血流から得られるパワー値の約2倍の大きさになるよう
設定しておくものとする。
【0027】一方、ドプラ検波回路の出力はMTIフィ
ルタ回路14にも出力され、ここで制御部25によって
決定されるカットオフ周波数fc にて低周波成分が除去
される。つまり、図2に示したように血流成分122の
みを取り出すためにクラッタ成分121を除去してい
る。そして、フィルタ処理された信号は自己相関回路1
5にて自己相関が求められ、平均速度演算部16にて血
流の平均速度v0 (〜)が求められ、パワー演算部17
にて血流のパワーp0 が求められる。更に、分散演算部
18にて血流速度の分散値σが求められる。
【0028】そして、第1の速度補正回路19では、深
さ方向補正回路23からの補正値を使用して速度の補正
を行う。深さ方向補正部23では、分散値σとピクセル
カウンタ24にて求められるエコー信号の深さ情報に基
づいて補正値K(n)*σを求め、第1の速度補正部1
9では以下の式(7)により補正値を求める。
【0029】 v0 (〜)=v0 (〜)+K(n)*σ …(7) ただし、K(n)は制御部25にて決定される深さに関
する関数であり例えば図6に示すような特性を有する。
また、nは1ラスタ当たりのピクセル数であり、ピクセ
ルカウンタ24によりカウントされる。
【0030】また、プローブ1から照射される超音波の
周波数によっても減衰が異なり、周波数が高いほど減衰
が大きくなるので周波数の要素を含め、以下の(8)式
のように補正することもできる。
【0031】
【数1】 v0 (〜)=v0 (〜)+K(n)*(f/f0 )*σ …(8) (ここでfはプローブ1から照射している周波数、fo
は基準となる周波数)ただし、上式(8)の出力v0
(〜)は21Φポストフィルタによってカットされない
程度の最低階調として出力するものとする。
【0032】そして、この補正後の平均速度v0 (〜)
は、第2の速度補正部20、及び比較部22に供給され
る。比較部22では、以下に示す4つの条件により、第
2の速度補正選択部20にて速度補正した方を選ぶか、
補正していない方を選ぶかの判定する。
【0033】(イ)第1の条件;σ≧k2 (k2 は定
数) クラッタの成分が完全に除去されないときは図3にて示
したように、血流速度の分散値が大きくなるので、分散
値σが所定の定数k2 よりも大きくなった際にクラッタ
の成分が混入していると判断し、この影響を補正するた
めの条件とする。ここで、分散演算部18の出力を0〜
σmax とすると、例えばk2 =0.8*σmax 程度に設
定するものとする。
【0034】 (ロ)第2の条件;|v0 (〜)−v1 (〜)|≧k3 この条件は、クラッタの平均速度と血流の平均速度との
差分が定数k3 よりも大きいときに補正を行うというも
のである。これは、各平均速度の差分が小さいときに
は、クラッタの影響を除去することは非常に困難である
という理由と、血流成分であると考えていたものが実際
にはクラッタであった場合の対応である。
【0035】ここで、速度演算部16の出力を0〜|V
max |とすると、例えばk3 =0.1*|Vmax |程度
に設定するものとする。
【0036】(ハ)第3の条件;p0 ≧k4 血流のパワーが小さいときには、実際には血流ではなく
ノイズ成分であると判断して補正の対象としない。
【0037】ここで、パワー演算部17の出力を0〜P
max とすると、例えばk4 =0.2×Pmax 程度に設定
するものとする。
【0038】(ニ)第4の条件;v0 (〜)≦fpc (fpcはポストフィルタ21のカットオフ周波数) fpc=fc ×d(fc :MTIフィルタカットオフ値、
0<α≦1) 血流の平均速度v0 (〜)がカットオフ周波数fpcより
も小さいときは、ポストフィルタ21によって血流信号
が除去されてしまう程度の遅い速度成分のみを補正して
表示することを目的とする。
【0039】そして、上記の4条件が成立すると、比較
部22は第2の速度補正部20に補正指令を出力する。
第2の速度補正部20は補正指令が与えられると速度補
正部19により前式(8)により補正した方を選択して
ポストフィルタ21に送る。
【0040】また、補正指令が与えられないときはその
まま第1の速度演算部16の出力をポストフィルタ21
に出力する。その後、血流の平均速度v0 (〜)は、ポ
ストフィルタ21にてフィルタ処理された後、DSC6
に供給されて、Bモード断層像、スペクトラムドプラと
共に合成され各種の補間処理が行われ超音波画像が作成
され、更に、超音波スキャンからTVスキャンに変換さ
れて後段のカラー変換部7に供給される。
【0041】そして、このカラー変換部7にて血流画像
に色彩が付けられ、モニタ8にて画面表示される。こう
して表示される超音波画像は、クラッタの影響が除去さ
れているので、血流速度、方向を高精度に表示すること
ができるのである。
【0042】このようにして、本実施例では、ドプラ検
波された信号からフィルタ処理によりクラッタの成分を
除去し、取り出された血流信号の分散値に基づいて、フ
ィルタ処理後の信号にクラッタ信号が残っているかどう
かを判定し、クラッタ信号が残っている場合には血流速
度を補正する。従って、クラッタに影響されない高精度
な血流画像を表示することができるようになる。
【0043】また応用例としてはクラックの平均周波数
及びパワーを求めずに(図9における9,10,11,
12,13のブロックなしに)血流の分散及び速度のみ
を用いても良い。
【0044】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
カラードプラ法により被検体の血流画像を表示する際
に、クラッタによる影響を防止することができるので、
精度良く血流画像を画面上に表示することができるよう
になり、診断能が著しく向上するとういう効果が得られ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に係る超音波診断装置の構成
を示すブロック図。
【図2】MTIフィルタでクラッタの信号を除去する様
子を示す説明図。
【図3】クラッタの移動により、クラッタの信号が血流
信号側にシフトした様子を示す説明図。
【図4】エコー信号が得られる深度により血流信号が減
衰する様子を示す説明図。
【図5】1つのラスタにおける体表からの深度とピクセ
ルの関係を示す説明図。
【図6】係数K(n)と深度との関係を示す説明図であ
る。
【図7】ピクセルカウンタ値とパワーしきい値との関係
を示す説明図である。
【図8】従来における超音波診断装置の構成を示すブロ
ック図である。
【符号の説明】
1 プローブ 2 T/Rユニット 3 Bモード
検波回路 4 ドプラ検波回路 5 スペクトラムドプラユニッ
ト 6 ディジタルスキャンコンバータ(DSC) 7 カラー変換部 8 モニタ 9 自己相関回路 10 平均速度演算部 11 パワー演算部 12
比較部 13 補正回路 14 MTIフィルタ 15自己
相関回路 16 平均速度演算部 17 パワー演算部 18 分散演算部 19 第1の速度補正部 20
第2の速度補正部 21 ポストフィルタ 22 比較部 23 深さ
方向補正部 24 ピクセルカウンタ 25 制御部 26 操
作部

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 超音波プローブから被検体に向けて超音
    波信号を送信し、該被検体内にて反射した超音波エコー
    を収集して画像化し、作成された超音波画像をモニタ上
    に表示すると共に、前記超音波エコーをドプラ検波して
    得られたドプラシフト信号に基づき血流速度を求め、血
    流の方向に応じた平均周波数を輝度変調して前記超音波
    画像に表示して血流方向を観察し得る超音波診断装置に
    おいて、 前記ドプラ検波後のドプラシフト信号からクラッタ成分
    の少なくとも一部を除去するフィルタと、 前記クラッタ成分の除去されたドプラシフト信号から少
    なくとも血流の平均速度及び血流の分散値を算出する手
    段と、 前記血流の分散値を用いて血流の平均速度を補正する平
    均速度補正手段と、 この補正結果を用いて前記超音波画像に前記血流情報を
    表示する手段と、 を有することを特徴とする超音波診断装置。
  2. 【請求項2】 超音波プローブから被検体に向けて超音
    波信号を送信し、該被検体内にて反射した超音波エコー
    を収集して画像化し、作成された超音波画像をモニタ上
    に表示すると共に、前記超音波エコーをドプラ検波して
    得られたドプラシフト信号に基づき血流速度を求め、血
    流の方向に応じた平均周波数を輝度変調して前記超音波
    画像に表示して血流方向を観察し得る超音波診断装置に
    おいて、 前記ドプラシフト信号からクラッタ成分の平均速度v1
    、パワーp1 を求める手段と、 前記ドプラシフト信号からクラッタ成分の少なくとも一
    部を除去する第1のフィルタと、 前記クラッタ成分が除去されたドプラシフト信号から、
    血流の平均速度v0 、血流のパワーp0 及び血流の分散
    値σを求める手段と、 以下の条件について判定を行い、以下の(1)〜(5)
    式が全て成立した際に血流速度の補正指令を出力する手
    段と、 p1 ≧k1 …(1) σ≧k2 …(2) |v0 −v1 |≧k3 …(3) p0 ≧k4 …(4) v0 ≦fpc …(5) ただし、k1 は可変定数、k2 〜k4 は定数,fpcは第
    2のフィルタのカットオフ周波数であり、 fpc=fc ×d(fc はMTIフィルタカットオフ値、
    0<α≦1) 前記補正指令が出力された際に、以下の(6)式に基づ
    き血流の速度補正を行う手段と、 v0 =v0 +Kσ …(6) (ここで、Kは定数) 前記補正された血流速度をカットオフ周波数fpcにてフ
    ィルタ処理する第2のフィルタと、 前記第2のフィルタ処理後の血流速度を用いて前記超音
    波画像に前記血流情報を表示する手段と、 を有することを特徴とする超音波診断装置。
  3. 【請求項3】 前記k1 は前記血流のパワーp0 の約2
    倍の大きさとなるように可変設定された値であり、 前記k2 は前記血流の分散値σのとる範囲を0〜σmax
    としたとき、σmax の約0.8倍の大きさに設定された
    値であり、 前記k3 は前記血流の平均速度v0 のとる範囲を0〜|
    Vmax |としたとき、|Vmax |の約0.1倍の大きさ
    に設定された値であり、 前記k4 は前記血流のパワーp0 のとる範囲を0〜pma
    x としたとき、pmaxの約0.2倍の大きさに設定され
    た値であることを特徴とする請求項2記載の超音波診断
    装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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