JP3094238B2 - 超音波診断装置 - Google Patents

超音波診断装置

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JP3094238B2
JP3094238B2 JP4731791A JP4731791A JP3094238B2 JP 3094238 B2 JP3094238 B2 JP 3094238B2 JP 4731791 A JP4731791 A JP 4731791A JP 4731791 A JP4731791 A JP 4731791A JP 3094238 B2 JP3094238 B2 JP 3094238B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、超音波を利用して被検
体の診断部位について断層像を得る超音波診断装置に関
し、特に造影剤を用いることなく被検体内の心臓や血管
及び血流等の運動部位の動きを描出可能とすると共に、
断層像内に設定した関心領域内のみについて運動状態を
描出できる超音波診断装置に関する。
【0002】
【従来の技術】被検体内の血流や心臓等を超音波を用い
てリアルタイムで画像表示する方法は、Bモード表示,
ドプラモード表示等が知られているが、最新の手法とし
て、超音波断層像間の演算により差分画像を得る試み
が、ブリティッシュ・ハート・ジャーナル59(1988年)
第12頁から第19頁(British Heart Journal 59(1988)PP
12〜19)に論じられている。この手法は、造影剤を用い
て造影剤の注入の前後の断層像間で引き算を行い、例え
ば心臓の関心領域にコントラストを付けて観察できるよ
うにするものである。
【0003】すなわち、この画像表示の方法では、図6
に示すように、まず、造影剤を被検体へ注入する以前
に、超音波断層像を例えば4フレーム取り込み、この4
フレームの画像を加算平均し、マスク像を作成し、引き
続いて、造影剤を被検体へ注入し、造影剤が診断部位へ
到達した時刻から経時的に断層像を取り込み、前記マス
ク像と造影剤注入後の各断層像との間で引き算を行って
順次差分画像を得てゆくという方法が採られている。な
お、この方法において、マスク像となる画像の各画素の
濃度は4枚のフレームの対応する画素の濃度の平均値で
ある。この理由は、差分画像にランダム・ノイズの影響
が出るのを少なくし、より良い差分画像を得るためであ
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このような従
来の超音波診断装置による画像表示においては、造影剤
を被検体の血液中に注入し、血液が移動する場所、例え
ば心室や心房をコントラストを強調して描出しようとす
るものであるため、血流が少ない部位、例えば組織その
ものの運動情報を得ることが困難であった。また、心室
や心房の内壁の運動状態は把握できるが、外壁の運動状
態は観察ができないものであった。さらに、造影剤を被
検体へ注入するため、それに耐えられない人には適用す
ることができないものであった。
【0005】さらに、図6に示すように、1枚のマスク
像の全体と、造影剤注入後の各断層像との間で引き算を
行って差分画像を得ていたので、この得られる個々の差
分画像では動きの成分のみが表示され、輪郭等の静止部
分は表示されず、診断部位の全体の中におけ運動部位の
動きの関連がわかりにくいものであった。従って、全体
を示す断層像は別個に観察しなければならず、診断がし
にくいものであった。
【0006】そこで、本発明は、このような問題点に対
処し、造影剤を用いることなく被検体内の運動部位の動
きを描出可能とすると共に、断層像内に設定した関心領
域内のみについて運動状態を描出することができる超音
波診断装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明による超音波診断装置は、被検体に超音波を
送信及び受信する超音波送受信手段と、この超音波送受
信手段からの反射エコー信号を用いて運動組織を含む被
検体内の断層像データを所定周期で繰り返して得る断層
走査手段と、この断層走査手段によって得た時系列の画
像間で差分演算を行ってそれらの差分画像データを生成
する手段と、この差分画像データ生成手段からの差分画
像データを表示する画像表示手段とを有する超音波診断
装置において、上記画像表示手段に表示される断層像中
に閉ループの任意図形から成る関心領域を設定する関心
領域設定手段を設け、この関心領域設定手段によって設
定された関心領域内の画像データ間のみで上記差分画像
データ生成手段により差分演算を行わせる処理手段を設
、上記差分画像データ生成手段で生成された関心領域
の差分画像データとこの関心領域の差分画像データを生
成するに供した断層像データから関心領域内の画像デー
タを除いた断層像データとを加算して単一像として表示
させる手段を設けたものである。
【0008】また、上記差分画像データ生成手段の出力
側に、生成された関心領域の差分画像データを記憶する
記憶手段を設けると共に、この記憶手段の出力側には、
該記憶手段からの関心領域の差分画像データと、この関
心領域の差分画像データを生成するに供した断層像デー
タから関心領域内の画像データを除いた断層像データと
を加算して単一像として表示させる手段を設けてもよ
【0009】
【作用】このように構成された超音波診断装置は、関心
領域設定手段によって、画像表示手段に表示される断層
像中に閉ループの任意図形から成る関心領域を設定し、
処理手段によって、上記関心領域設定手段によって設定
された関心領域内の画像データ間のみで差分画像データ
生成手段により差分演算を行わせ、単一像として表示さ
せる手段によって、上記差分画像データ生成手段で生成
された関心領域の差分画像データとこの関心領域の差分
画像データを生成するに供した断層像データから関心領
域内の画像データを除いた断層像データとを加算して単
一像として表示させるように動作する。これにより、被
検体の診断部位の断層像内に設定した関心領域内のみに
ついて差分画像を表示し上記断層像をバックとしてその
運動状態を描出することができる。
【0010】
【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて
詳細に説明する。図1は本発明による超音波診断装置の
実施例を示すブロック図である。この超音波診断装置
は、超音波を利用して被検体の診断部位について断層像
を得るもので、図に示すように、探触子1と、送波回路
2と、受信回路3と、ビデオ信号処理回路4と、ディジ
タルスキャンコンバータ(以下「DSC」と略称する)
5と、引算器6と、D/A変換器7と、テレビモニタ8
とを有し、さらに関心領域設定器9と、アドレス比較器
10とを備えて成る。
【0011】上記探触子1は、機械的または電子的にビ
ーム走査を行って被検体に超音波を送信及び受信するも
ので、図示省略したがその中には超音波の発生源である
と共に反射エコーを受信する振動子が内蔵されている。
送波回路2は、上記探触子1を駆動して超音波を発生さ
せるための送波パルスを生成すると共に、内蔵の送波整
相回路により送信される超音波の収束点をある深さに設
定するものである。また、受信回路3は、上記探触子1
で受信した反射エコーの信号について所定のゲインで増
幅すると共に、内蔵の受波整相回路により位相制御して
一点または複数の収束点に対して超音波ビームを形成す
るものである。さらに、ビデオ信号処理回路4は、上記
受信回路3からの受信信号を入力してゲイン補正、ログ
圧縮、検波、輪郭強調、フィルタ処理等の信号処理を行
うものである。そして、これらの探触子1と送波回路2
と受信回路3とビデオ信号処理回路4との全体で超音波
送受信手段を構成しており、上記探触子1で超音波ビー
ムを被検体の体内で一定方向に走査させることにより、
1枚の断層像を得るようになっている。
【0012】DSC5は、上記超音波送受信手段のビデ
オ信号処理回路4から出力される反射エコー信号を用い
て運動組織を含む被検体内の断層像データを超音波送波
周期で得、このデータを表示するためテレビ同期で読み
出すための手段及びシステムの制御を行うための手段と
なるもので、上記ビデオ信号処理回路4からの反射エコ
ー信号をディジタル信号に変換するA/D変換器11
と、このA/D変換器11でディジタル化された断層像
データを時系列に記憶する複数枚のフレームメモリ12
a,12b,…,12nと、これらのフレームメモリ1
2a〜12nに断層像データを書き込む際の書き込みタ
イミングを発生する超音波送波同期回路13と、上記フ
レームメモリ12a〜12nから断層像データを読み出
す際の読み出しタイミングを発生するテレビ同期回路1
4と、これらの構成要素の動作を制御するコントローラ
15とから成る。
【0013】引算器6は、上記DSC5によって得た時
系列の断層像間で計算を行ってそれらの差分画像データ
を生成する手段となるもので、上記テレビ同期回路14
からの読み出しタイミングで読み出された2枚の断層像
データ間で引き算を行うようになっており、標準ロジッ
クを使用して構成されている。
【0014】また、D/A変換器7は、上記引算器6か
ら出力された差分画像データをアナログ信号に変換する
ものである。さらに、テレビモニタ8は、上記D/A変
換器7からのビデオ信号を入力して画像として表示する
ものである。そして、上記D/A変換器7とテレビモニ
タ8とで画像表示手段を構成している。
【0015】ここで、本発明においては、上記DSC5
内のコントローラ15に関心領域設定器9が接続される
と共に、引算器6の前段にはアドレス比較器10が設け
られている。上記関心領域設定器9は、前記テレビモニ
タ8に表示される断層像中に閉ループの任意図形から成
る関心領域(図2の符号16を参照)を設定する手段と
なるもので、例えばトラックボール又はキーボード等の
入力器から成り、テレビモニタ8上にカーソルのような
マークを表示すると共にこのマークを適宜移動させて、
表示画像中に関心領域を設定するようになっている。或
いは、上記関心領域設定器9によりテレビモニタ8の表
示画像中の関心領域となる部分を直接トレースしてもよ
い。なお、上記関心領域を示すエリアの形はどのような
ものでもよいが、例えば正方形のように閉ループの図形
とする。そして、上記関心領域の設定は、コントローラ
15によって制御されるようになっている。
【0016】また、アドレス比較器10は、上記関心領
域設定器9によって設定された関心領域内の画像データ
間のみで前記引算器6により差分演算を行わせる処理手
段となるもので、DSC5内のフレームメモリ12a〜
12nに記憶された各断層像について、関心領域として
設定されたエリアのアドレスを求め、画像データの読み
出し時にアドレスを比較して上記関心領域の内と外とを
区別し、関心領域内の画像データ間のみで差分演算が行
われるように画像データを制御するようになっている。
なお、上記アドレス比較器10の動作は、コントローラ
15によって制御される。
【0017】次に、このように構成された本発明の超音
波診断装置の動作について説明する。まず、図1に示す
探触子1を被検体の診断部位に対応する位置に当接し、
該診断部位へ超音波を送信する。このとき上記探触子1
から送信される超音波は、送波回路2内の送波整相回路
によって、上記診断部位において細いビームを形成する
ようにされる。この送波ビームが診断部位に当って反射
した反射エコーは、上記探触子1によって受信され、受
信回路3内の受波整相回路で受信ビームが形成される。
そして、探触子1からは所定周期で超音波送受波方向を
順次変更して超音波の送受信が繰り返され、診断部位の
走査が行われる。
【0018】上記受信回路3から出力された受信ビーム
は、ビデオ信号処理回路4で所要の信号処理を受けた
後、反射エコー信号としてDSC5へ送出され、A/D
変換器11へ入力してディジタル信号に変換される。こ
のDSC5は、複数のラインメモリ(図示省略)を有し
ており、超音波送受波方向が変化する度にコントローラ
15の制御により切り換えて書き込みと読み出しが行わ
れ、順次入力する受信ビーム毎にディジタルの反射エコ
ー信号をフレームメモリ12a〜12nへ送る。このフ
レームメモリ12a〜12nに入力された反射エコー信
号は、コントローラ15の制御信号により第一の画像記
憶エリアとしてのフレームメモリ12aに超音波ビーム
毎にそれらの送受波方向を対応させて、1枚の断層像と
して書き込まれ第1画像が形成される。
【0019】このようにして1枚の断層像分の超音波走
査が終了すると、上記探触子1は送波回路2及び受信回
路3の制御により再び送受波方向を初期方向に戻し、超
音波の送受信を繰り返すと共に、その送受波方向を更新
して走査を行う。そして、今回収集された反射エコー信
号も上記と同様にA/D変換され、DSC5内のフレー
ムメモリ12a〜12nに送られる。このように今回の
走査で取り込まれた反射エコー信号は、コントローラ1
5の制御により第二の画像記憶エリアとしてのフレーム
メモリ12bに、1枚の断層像として書き込まれ第2画
像が形成される。
【0020】その後も前記探触子1及びDSC5は、引
き続いて断層走査を行って次なる3枚目の断層像を取り
込み、さらに上記の動作を繰り返し行って、第4画像、
…第n画像が順次形成され、それらはフレームメモリ1
2a〜12nの該当する画像記憶エリアに順次記憶され
る。そして、上記フレームメモリ12a〜12nから順
次断層像データが読み出され、そのままアドレス比較器
10及び引算器6を通過し、D/A変換器7でアナログ
信号に変換されてテレビモニタ8へ送出される。これに
より、上記テレビモニタ8には、診断部位の断層像が順
次表示されることとなる。
【0021】操作者は、テレビモニタ8に表示中の断層
像に対し、注目すべき運動部位について関心領域設定器
9を用いて関心領域を設定する。例えば、図2に示すよ
うに、テレビモニタ8の画面に表示された第1画像I1
の運動部位の周りを囲むように正方形の関心領域16を
設定する。この関心領域16の設定により、図1に示す
コントローラ15からアドレス比較器10に対して、上
記のように設定された画像に対応するフレームメモリ1
2a,12b,…のX軸、Y軸上のアドレスを出力す
る。
【0022】この状態を図3を用いて更に詳しく説明す
る。図3は図2に示す関心領域16を拡大して示すもの
で、この関心領域16はここでは正方形に設定されてい
ることから、コントローラ15は、まず原点(X0
0)のアドレスを求める。次に、上記正方形から成る
関心領域16の一辺の長さを求める。次に、この一辺の
長さと、上記原点(X0,Y0)のアドレスとから、他の
点(X1,Y0),(X0,Y1),(X1,Y1)のアドレ
スを算出する。そして、この四つの点(X0,Y0),
(X1,Y0),(X0,Y1),(X1,Y1)のアドレス
を上記アドレス比較器10へ送出する。
【0023】次に、コントローラ15の制御により、テ
レビ同期回路14から発生するクロック信号を用いて、
例えばフレームメモリ12a及び12bからそれぞれ第
1画像、第2画像を互いの画素を対応させて読み出す。
このとき、上記アドレス比較器10にもフレームメモリ
12a,12bの読み出しアドレスを出力する。これに
より、アドレス比較器10は、引き算する方の断層像、
例えば第2画像の指定されたアドレスの画素(X0
0),(X1,Y0),(X0,Y1),(X1,Y1)に
囲まれた領域内の画像データ以外は総てそのデータを零
として後続の引算器6へ出力するように、画像データを
制御する。一方、引き算される方の断層像、例えば第1
画像については通常の差分処理のときと同様に、その画
像データをそのまま引算器6へ出力するように、上記ア
ドレス比較器10は画像データを制御する。
【0024】このように画像データが制御された状態
で、上記読み出された第1画像及び第2画像のデータ
は、引算器6へ入力される。すると、上記引算器6は、
互いに対応して入力された画素のデータ毎に引き算を行
って上記第1画像と第2画像との差分データを出力する
が、前述のように、第2画像の指定されたアドレスの画
素(X0,Y0),(X1,Y0),(X0,Y1),
(X1,Y1)に囲まれた領域内の画像データ以外は総て
そのデータが零とされているので、上記4点の画素に囲
まれた領域内、すなわち関心領域16内の画像データ間
のみで差分演算が行われる。そして、この引算器6から
出力された各画素の差分データは、順次D/A変換器7
を介してテレビモニタ8へ送出される。これにより、上
記テレビモニタ8には、第1画像と第2画像との差分画
像が表示される。
【0025】上記のように差分演算された結果の画像
は、図5に示すように、第1画像I1において設定した
関心領域16内のみが上記第1画像と第2画像との間の
差分画像Isとなって表示され、その周りは元の断層像
のまま表示される。このとき、上記第1画像と第2画像
とを取り込んだ間の時間経過において、関心領域16内
の組織が運動すると、その動いた組織の部分については
第1画像と第2画像との間で画像データに差が生じ、静
止した組織の部分については両画像間で画像データは同
一であり差分データは零となり、運動組織のみが画像表
示され、静止組織の部分は何も表示されない。すなわ
ち、上記テレビモニタ8に差分画像として表示されるも
のは、第1画像を取り込んだ時から第2画像を取り込ん
だ時までに動いた部分のみが表示される。従って、この
動作により、操作者が図2に示すように設定した関心領
域16内のみについて差分画像Isが得られる。このこ
とから、図5に示すように、関心領域16の周囲の断層
像をマスク像とし、上記関心領域16内の運動部位は差
分画像として表示されるので、診断部位の全体の中にお
ける運動部位の観察がし易くなる。
【0026】なお、図1においては、差分演算に供され
る断層像データを二つともアドレス比較器10へ入力さ
せているが、これに限らず、一方の断層像データのみを
アドレス比較器10へ入力し、設定された関心領域16
内の画像データ以外は零として引算器6へ出力すると共
に、他方の断層像データは上記アドレス比較器10をバ
イパスさせて引算器6へ入力させ、互いに対応するアド
レスの画素間で引き算を行って出力するようにしてもよ
い。また、関心領域16の設定は、まず初めに通常のリ
アルタイム断層像表示を行って、注目する運動部位が最
も拡張した範囲をも包含し得るように領域設定を行い、
次いで差分画像表示のための超音波走査を行ってもよ
い。
【0027】また、上記テレビモニタ8の表示のフレー
ムレイトについては、上記運動組織の運動速度を考慮す
る必要がある。そして、テレビモニタ8の画像の標準フ
レームレイトより速い運動組織の差分画像を得るために
高フレームレイトの断層像を得るには、超音波送受信技
術として、例えば特許第1095377号の明細書(特公昭56-
20017号公報)に記載の技術を併せて用いるとよい。
【0028】図4は本発明の第二の実施例を示すブロッ
ク図である。この実施例は、図1の実施例に対して、引
算器6の出力側に、生成された関心領域16の差分画像
データを記憶する手段としてのフレームメモリ17a〜
17nを設けると共に、このフレームメモリ17a〜1
7nの出力側には、該フレームメモリ17a〜17nか
ら出力される関心領域16の差分画像データと、この関
心領域16の差分画像データを生成するに供した断層像
データから関心領域16内の画像データを除いた断層像
データとを加算する手段としての加算器18を設けたも
のである。なお、上記フレームメモリ17a〜17n及
び加算器18は、追加されたコントローラ19によって
制御される。
【0029】この第二の実施例の動作は次のようにな
る。まず、図2及び図3に示すように関心領域16を設
定するのは、前述の第一の実施例と同様に行われる。次
に、コントローラ15の制御により、例えばフレームメ
モリ12a及び12bからそれぞれ第1画像及び第2画
像を互いの画素を対応させて読み出し、次のアドレス比
較器10へ出力する。このとき、アドレス比較器10
は、引き算する方の断層像、例えば第2画像の指定され
た関心領域16内の画像データ以外は総てそのデータを
零とすると共に、引き算される方の断層像、例えば第1
画像についても指定された関心領域16内の画像データ
以外は総てそのデータを零として、後続の引算器6へ出
力する。すると、上記引算器6は、第1画像の関心領域
16内のデータと、第2画像の関心領域16内のデータ
との間で、対応する画素のデータ毎に引き算を行って、
上記関心領域16内のみの差分画像データを出力する。
この結果、次のフレームメモリ17a〜17nには、順
次生成される関心領域16の差分画像データのみが記憶
される。
【0030】次に、上記フレームメモリ17a〜17n
に記憶された差分画像データは、テレビ同期回路14の
周期で読み出され、次段の加算器18へ入力する。この
とき、DSC5内のフレームメモリ12a〜12nに記
憶された断層像データも、同じくテレビ同期回路14の
周期で読み出され、次段のアドレス比較器10へ送出さ
れる。このアドレス比較器10では、第1画像、第2画
像等において指定された関心領域16内の画像データを
常に零として、上記加算器18へ送出する。これによ
り、加算器18は、フレームメモリ17a〜17nから
の関心領域16内の差分画像データと、アドレス比較器
10からの関心領域16外の断層像データとを加算し、
この合成データをD/A変換器7を介してテレビモニタ
8へ出力する。この結果、図5に示すように、断層像
(I1)をバックとして関心領域16内に差分画像Is
が単一像として表示される。
【0031】この第二の実施例の場合は、引算器6で生
成した各差分画像のデータをフレームメモリ17a〜1
7nに記憶しておき、いつでも利用することができる。
また、上記フレームメモリ17a〜17nには、差分画
像データのみを記憶するだけであるので、その記憶容量
は小さくてよく、該フレームメモリ17a〜17nを小
形化することができる。
【0032】なお、本発明は、上記の実施例に限定され
ることなく、種々の変形が可能であることは勿論であ
る。例えば、断層像の第1画像と第2画像とで先に画像
全体の差分画像を生成し、この差分画像の関心領域のみ
を元の断層像の関心領域を除いたところへ入れて合成す
るようにしてもよい。
【0033】
【発明の効果】本発明は以上のように構成されたので、
関心領域設定手段(9)によって、画像表示手段(8)
に表示される断層像中に閉ループの任意図形から成る関
心領域16を設定し、処理手段(10)によって、上記
関心領域設定手段(9)によって設定された関心領域1
6内の画像データ間のみで差分画像データ生成手段
(6)により差分演算を行わせ、単一像として表示させ
る手段(18)によって、上記差分画像データ生成手段
(6)で生成された関心領域16の差分画像データとこ
の関心領域16の差分画像データを生成するに供した断
層像データから関心領域16内の画像データを除いた断
層像データとを加算して単一像として表示させることが
できる。これにより、被検体の診断部位の断層像内に設
定した関心領域16内のみについて差分画像Isを表示
することができ、上記断層像をバックとしてその運動状
態を描出することができる。従って、バックの断層像に
おいては輪郭等の静止部分も表示され、診断部位の全体
の中における運動部位の動きの関連が観察し易くなり、
診断が正確かつ容易となる。
【0034】また、図4に示す第二の実施例において
は、差分画像データ生成手段(6)の出力側に設けた記
憶手段(17a〜17n)により、関心領域16内の差
分画像データを順次記憶することができるので、この差
分画像と元の断層像とをいつでも任意に利用することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明による超音波診断装置の実施例を示す
ブロック図、
【図2】 表示された断層像中に関心領域を設定する状
態を示す説明図、
【図3】 上記関心領域を拡大して示す説明図、
【図4】 本発明の第二の実施例を示すブロック図、
【図5】 上記第一の実施例及び第二の実施例により表
示される画像を示す説明図、
【図6】 従来例における差分画像の表示動作を説明す
るための説明図。
【符号の説明】
1…探触子、 2…送波回路、 3…受信回路、 4…
ビデオ信号処理回路、 5…DSC、 6…引算器、
7…D/A変換器、 8…テレビモニタ、9…関心領域
設定器、 10…アドレス比較器、 12a〜12n,
17a〜17n…フレームメモリ、 16…関心領域、
18…加算器、 Is…差分画像。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 被検体に超音波を送信及び受信する超音
    波送受信手段と、この超音波送受信手段からの反射エコ
    ー信号を用いて運動組織を含む被検体内の断層像データ
    を所定周期で繰り返して得る断層走査手段と、この断層
    走査手段によって得た時系列の画像間で差分演算を行っ
    てそれらの差分画像データを生成する手段と、この差分
    画像データ生成手段からの差分画像データを表示する画
    像表示手段とを有する超音波診断装置において、上記画
    像表示手段に表示される断層像中に閉ループの任意図形
    から成る関心領域を設定する関心領域設定手段を設け、
    この関心領域設定手段によって設定された関心領域内の
    画像データ間のみで上記差分画像データ生成手段により
    差分演算を行わせる処理手段を設け、上記差分画像デー
    タ生成手段で生成された関心領域の差分画像データとこ
    の関心領域の差分画像データを生成するに供した断層像
    データから関心領域内の画像データを除いた断層像デー
    タとを加算して単一像として表示させる手段を設けた
    とを特徴とする超音波診断装置。
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