JP3378941B2 - 位置自動追尾型超音波血流計測装置 - Google Patents
位置自動追尾型超音波血流計測装置Info
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- JP3378941B2 JP3378941B2 JP2000195623A JP2000195623A JP3378941B2 JP 3378941 B2 JP3378941 B2 JP 3378941B2 JP 2000195623 A JP2000195623 A JP 2000195623A JP 2000195623 A JP2000195623 A JP 2000195623A JP 3378941 B2 JP3378941 B2 JP 3378941B2
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Description
【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は超音波診断装置、特
に反射エコー信号に基づいて生体内の血流情報を計測す
る超音波血流計測装置に係り、詳しくは血管位置の検出
と血管の自動追尾が可能で、運動中でも血管血流の計測
を実現する位置自動追尾型超音波血流計測装置に関する
ものである。 【0002】 【従来の技術】従来、医用分野で用いられている超音波
診断装置は、人体の表面に超音波送信用プローブと、受
信用プローブを測定しようとする人体の両端に配置し、
パルス発振器により送信用プローブから体内に超音波パ
ルスを送り、この超音波パルスが体内を伝播し、受信用
プローブに到達したときの状態を検知して内蔵器官部位
の断層データをリアルタイムでモニタ表示したり、また
パルスドプラ法を用いて特定血管部位の血流速度を測定
し、この速度分布や平均血流速度をモニタ表示すること
などを行っている。また、断層情報をモニタに表示する
と共に、断層情報が表示されたモニタの関心領域に血流
情報を並べて表示するようにしたものも知られている。 【0003】更に一方、超音波プローブとして広帯域化
をはかり、広い周波数領域にわたって高い信号を得るた
め複数の振動子をアレイ状に配列した超音波プローブを
用いることは特開平11−76239号公報に開示され
ている。 【0004】 【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した従来
の超音波診断装置、特に血流状態を計測する超音波血流
計測装置は、生体内の血流状態を計測するにあたり、静
止状態にあってはそれに応じた計測値が得られるとして
も、運動に伴って表皮上につけられたプローブと、生体
内部の血管との相対位置関係が変化することに対して、
位置を検出する機能を有していないため、表皮につけら
れたプローブと、生体内部の血管との相対位置関係が変
化するような場合には照射された超音波の焦点領域外に
動脈血管が移動することにより表皮上のプローブで計測
することが出来なくなるという問題があった。 【0005】更に運動に伴い表皮につけられたプローブ
と、生体内部の血管との相対位置関係の変化量を検出
し、超音波の照射位置を変えることができないために、
運動に伴う筋ポンプ現象などの影響により対象動脈血管
外の組織が運動し、音響ノイズを生じ、この影響を大き
く受けることによって計測出来ないという問題もあっ
た。 【0006】本発明は上述の如き従来の装置による問題
を解決すべく、特に新規な超音波プローブの利用を見出
すことにより計測対象血管位置の検出と、血管の自動追
尾を可能として、被験者が姿勢を変えたり運動するなど
の動きを伴ったとしても対象血管の血流を計測すること
ができ、血管性疾患の予防、早期発見などに有効ならし
めることを目的とするものである。 【課題を解決するための手段】 【0007】即ち、上記目的に適合するため本発明は、
被検体の血管内血流情報を計測する超音波血流計におい
て、振動子を縦方向に2段以上、かつ横方向に複数個直
線上に配列し、少なくとも1つの段の振動子列を計測対
象血管位置を測定する血管位置測定用となし、一方、他
の段の振動子列を血流速度検出用となした2次元アレイ
型超音波プローブと、このプローブを制御する制御手段
とを備え、前記血管位置測定用振動子列から同時刻に超
音波インパルスを発信することにより計測対象血管位置
を測定すると共に、血管位置測定用振動子列の中で該測
定によって得た血管からの反射波を受信した振動子に対
応する血流速度検出用振動子が超音波ビーム照射位置と
検出時間を可変制御することにより血管内の血流情報の
みを計測し得るように構成されている点にある。 【0008】なかでも、特に超音波プローブの具体的構
成において、横方向複数個以上で構成された超音波プロ
ーブが縦方向で上段と下段の少なくとも2段となってお
り、その1つの段、例えば下段の超音波素子を血管位置
検出用超音波送受信部とし、一方、上段の超音波素子を
血流速度検出用超音波送受信部としていることは本発明
の重要な特徴である。 【0009】 【発明の実施の形態】以下、更に添付図面にもとづいて
本発明の詳細を説明する。 【0010】図1は本発明に係る超音波血流計測装置の
概要を示し、図において1は2次元アレイ型の超音波プ
ローブ、2は超音波パルス放射後の時間の経過に対応し
た信号を出力する血流計測用トランスデューサ制御回
路、3は同じく超音波放射後の時間の経過に対応した信
号を出力する血管位置検出用トランスデューサ制御回路
であり、超音波プローブ1は図示の如く縦方向には上段
1aと下段1bの2段で、横方向には複数個が並列され
た各トランスデューサ列よりなるリニアアレイ型の超音
波プローブとなっていて、上段1aの血流計測用トラン
スデューサ列は血流計測用の制御回路2に、一方、下段
1bの血管位置検出用トランスデューサ列は血管位置検
出用の制御回路3に夫々連結されている。なお、超音波
プローブの段数及び列数は必ずしも図示例に限らず、縦
方向に3段以上、横方向に適宜の列数として構成するこ
とも可能である。 【0011】そして、超音波プローブ1は図示のように
動脈血管4に対向して配置され、上段又は下段の超音波
素子より夫々超音波パルスを矢示の如く発信し、動脈血
管4で反射してその反射波を矢示のように同じ上段又は
下段の超音波素子で受信するが、例えばプローブ1を上
腕部などの表皮部に取り付け、腕内部の上腕動脈血管を
狙うものとすると、例えば下段1bを位置検出用超音波
送受信部、上段1aを血流速度検出用超音波送受信部と
する。 【0012】図2は上記超音波プローブ1を用いて下段
1bにより血管位置の検出をする原理を示し、(イ)図
に示すように下段の超音波素子から同時刻に超音波イン
パルスを発信すると、超音波インパルスaは動脈血管4
で反射してその反射波bが矢示の如く同じ下段の超音波
素子で受信される。即ち、各素子(振動子)から発信さ
れた探信音波aは血管壁で反射し、血管径に応じた幅の
反射波bが所要の素子(振動子)に受信され、このと
き、動脈4からの反射は血管の直上の素子でのみ強く受
信され、他の素子ではほとんど受信されない。従って、
これによって血管の位置が推定できる。また、音波の進
行速度は時間と距離に比例しているため、送信時刻と受
信時刻の差が血管までの距離となる。更に(ロ)図の如
き発信された超音波パルスaは表皮で反射波形b0とし
て反射されると共に血管壁で反射されるが、血管は円筒
形の壁を持っているため、理想的には(ハ)図の如くそ
の表皮に近い側(血管前壁)とその反対側の遠い側(血
管後壁)の2つの反射波形b1,b2が確認できる。従
って、受信された2つの反射波b1,b2の差が血管径
となる。かくして、以上より、血管の位置と深さと直径
を検出することができる。 【0013】図3は上記図2における血管位置検出で得
た情報を基にして血流計測を行う原理を示しており、上
記情報を基に上段1aの超音波素子列の中で前記の血管
直上に相当する超音波素子から図3(イ)のような超音
波パルスcを表皮5を通じて発信する。発信された超音
波パルスcは血管4に至るまでの細胞組織の運動(血管
外組織の運動)と血管内を流れる血流の双方の運動速度
を反映したドップラ偏移反射を経て発信した超音波素子
で反射波dとして受信される。このとき、図3(ロ)の
ように前記図2(ハ)で得られた血管直上での受信波形
である2つの反射波b1,b2(血管径に相当)でゲー
トを掛けて取り出してやると、ゲートを掛けて取り出さ
れた波形部分w1は音波の時間距離関係から血管内部で
の反射のみを抽出することが出来る。なお、w2は血管
外組織からの超音波エコーである。以上のことから、血
管位置の検出と血管の自動追尾が可能となり、運動によ
る音響雑音を受けにくい血流計測が実現できる。 【0014】かくして、本発明は2つの異なった制御機
構を有する列上に配された超音波素子を1つのプローブ
内に構成し、列上に配された超音波素子の1群をもって
生体内の血管の位置と、深さと直径を計測し、これを基
にして他群の超音波素子を制御することにより血管内に
相当する領域からの反射音のみを抽出することによって
運動に伴う音響のノイズの影響を除去し、運動中の生体
内の血管血流の計測を実現することができる。 【0015】 【発明の効果】本発明は以上のように複数の振動子を2
段以上で、かつ2行以上の2次元アレイ状に配列した超
音波プローブであって、前記振動子の中の少なくとも1
つの段の列が計測対象血管位置を測定する血管位置測定
手段を有していると共に、前記振動子列による血管位置
測定情報によって前記振動子の中の他の段の少なくとも
1つの列が超音波ビーム照射位置と検出時間を可変制御
することにより、血管内の血流情報のみを計測できるよ
うにしたものであり、1つの段の振動子列の血管位置測
定手段の振動子から発信された音波が血管壁で反射し、
血管径に応じた幅で、かつ表皮側血管壁と内側血管壁か
らの反射波として振動子に受信されることから、血管の
位置と深さと直径を検出でき、これにもとづいて他の段
の列の対応する振動子を制御することによって血管内に
相当する領域から反射音のみを抽出することができるの
で、運動中であるとしても運動による音響雑音を除去し
て正確な生体内血管血流の計測を実現することができる
顕著な効果を有し、医療分野において動脈梗塞や閉塞・
狭窄などの血管性疾患の予防・早期発見のための運動負
荷試験等に利用でき、また、手術中の患者の血流状態モ
ニタに利用できる外、定期健康診断やリハビリなどへの
適用も考えられるなど、種々の実効が期待できる。 【0016】しかもまた、本発明は基礎医学分野におい
ては、運動中の血流の変化等の解明、運動血管性疾患・
貧血などの発生メカニズムの解明にも利用することがで
きると共に、体力医学分野においても、アスリート達の
トレーニング効果の評価や効果的トレーニングや運動に
伴う血流のダイナミクスの解明に効果的であり、日常生
活においては、健康管理や体力増進のために行う運動の
安全性の確保ならびに独居老人の生存確認などへの応用
も考えられるメリットを有している。
に反射エコー信号に基づいて生体内の血流情報を計測す
る超音波血流計測装置に係り、詳しくは血管位置の検出
と血管の自動追尾が可能で、運動中でも血管血流の計測
を実現する位置自動追尾型超音波血流計測装置に関する
ものである。 【0002】 【従来の技術】従来、医用分野で用いられている超音波
診断装置は、人体の表面に超音波送信用プローブと、受
信用プローブを測定しようとする人体の両端に配置し、
パルス発振器により送信用プローブから体内に超音波パ
ルスを送り、この超音波パルスが体内を伝播し、受信用
プローブに到達したときの状態を検知して内蔵器官部位
の断層データをリアルタイムでモニタ表示したり、また
パルスドプラ法を用いて特定血管部位の血流速度を測定
し、この速度分布や平均血流速度をモニタ表示すること
などを行っている。また、断層情報をモニタに表示する
と共に、断層情報が表示されたモニタの関心領域に血流
情報を並べて表示するようにしたものも知られている。 【0003】更に一方、超音波プローブとして広帯域化
をはかり、広い周波数領域にわたって高い信号を得るた
め複数の振動子をアレイ状に配列した超音波プローブを
用いることは特開平11−76239号公報に開示され
ている。 【0004】 【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した従来
の超音波診断装置、特に血流状態を計測する超音波血流
計測装置は、生体内の血流状態を計測するにあたり、静
止状態にあってはそれに応じた計測値が得られるとして
も、運動に伴って表皮上につけられたプローブと、生体
内部の血管との相対位置関係が変化することに対して、
位置を検出する機能を有していないため、表皮につけら
れたプローブと、生体内部の血管との相対位置関係が変
化するような場合には照射された超音波の焦点領域外に
動脈血管が移動することにより表皮上のプローブで計測
することが出来なくなるという問題があった。 【0005】更に運動に伴い表皮につけられたプローブ
と、生体内部の血管との相対位置関係の変化量を検出
し、超音波の照射位置を変えることができないために、
運動に伴う筋ポンプ現象などの影響により対象動脈血管
外の組織が運動し、音響ノイズを生じ、この影響を大き
く受けることによって計測出来ないという問題もあっ
た。 【0006】本発明は上述の如き従来の装置による問題
を解決すべく、特に新規な超音波プローブの利用を見出
すことにより計測対象血管位置の検出と、血管の自動追
尾を可能として、被験者が姿勢を変えたり運動するなど
の動きを伴ったとしても対象血管の血流を計測すること
ができ、血管性疾患の予防、早期発見などに有効ならし
めることを目的とするものである。 【課題を解決するための手段】 【0007】即ち、上記目的に適合するため本発明は、
被検体の血管内血流情報を計測する超音波血流計におい
て、振動子を縦方向に2段以上、かつ横方向に複数個直
線上に配列し、少なくとも1つの段の振動子列を計測対
象血管位置を測定する血管位置測定用となし、一方、他
の段の振動子列を血流速度検出用となした2次元アレイ
型超音波プローブと、このプローブを制御する制御手段
とを備え、前記血管位置測定用振動子列から同時刻に超
音波インパルスを発信することにより計測対象血管位置
を測定すると共に、血管位置測定用振動子列の中で該測
定によって得た血管からの反射波を受信した振動子に対
応する血流速度検出用振動子が超音波ビーム照射位置と
検出時間を可変制御することにより血管内の血流情報の
みを計測し得るように構成されている点にある。 【0008】なかでも、特に超音波プローブの具体的構
成において、横方向複数個以上で構成された超音波プロ
ーブが縦方向で上段と下段の少なくとも2段となってお
り、その1つの段、例えば下段の超音波素子を血管位置
検出用超音波送受信部とし、一方、上段の超音波素子を
血流速度検出用超音波送受信部としていることは本発明
の重要な特徴である。 【0009】 【発明の実施の形態】以下、更に添付図面にもとづいて
本発明の詳細を説明する。 【0010】図1は本発明に係る超音波血流計測装置の
概要を示し、図において1は2次元アレイ型の超音波プ
ローブ、2は超音波パルス放射後の時間の経過に対応し
た信号を出力する血流計測用トランスデューサ制御回
路、3は同じく超音波放射後の時間の経過に対応した信
号を出力する血管位置検出用トランスデューサ制御回路
であり、超音波プローブ1は図示の如く縦方向には上段
1aと下段1bの2段で、横方向には複数個が並列され
た各トランスデューサ列よりなるリニアアレイ型の超音
波プローブとなっていて、上段1aの血流計測用トラン
スデューサ列は血流計測用の制御回路2に、一方、下段
1bの血管位置検出用トランスデューサ列は血管位置検
出用の制御回路3に夫々連結されている。なお、超音波
プローブの段数及び列数は必ずしも図示例に限らず、縦
方向に3段以上、横方向に適宜の列数として構成するこ
とも可能である。 【0011】そして、超音波プローブ1は図示のように
動脈血管4に対向して配置され、上段又は下段の超音波
素子より夫々超音波パルスを矢示の如く発信し、動脈血
管4で反射してその反射波を矢示のように同じ上段又は
下段の超音波素子で受信するが、例えばプローブ1を上
腕部などの表皮部に取り付け、腕内部の上腕動脈血管を
狙うものとすると、例えば下段1bを位置検出用超音波
送受信部、上段1aを血流速度検出用超音波送受信部と
する。 【0012】図2は上記超音波プローブ1を用いて下段
1bにより血管位置の検出をする原理を示し、(イ)図
に示すように下段の超音波素子から同時刻に超音波イン
パルスを発信すると、超音波インパルスaは動脈血管4
で反射してその反射波bが矢示の如く同じ下段の超音波
素子で受信される。即ち、各素子(振動子)から発信さ
れた探信音波aは血管壁で反射し、血管径に応じた幅の
反射波bが所要の素子(振動子)に受信され、このと
き、動脈4からの反射は血管の直上の素子でのみ強く受
信され、他の素子ではほとんど受信されない。従って、
これによって血管の位置が推定できる。また、音波の進
行速度は時間と距離に比例しているため、送信時刻と受
信時刻の差が血管までの距離となる。更に(ロ)図の如
き発信された超音波パルスaは表皮で反射波形b0とし
て反射されると共に血管壁で反射されるが、血管は円筒
形の壁を持っているため、理想的には(ハ)図の如くそ
の表皮に近い側(血管前壁)とその反対側の遠い側(血
管後壁)の2つの反射波形b1,b2が確認できる。従
って、受信された2つの反射波b1,b2の差が血管径
となる。かくして、以上より、血管の位置と深さと直径
を検出することができる。 【0013】図3は上記図2における血管位置検出で得
た情報を基にして血流計測を行う原理を示しており、上
記情報を基に上段1aの超音波素子列の中で前記の血管
直上に相当する超音波素子から図3(イ)のような超音
波パルスcを表皮5を通じて発信する。発信された超音
波パルスcは血管4に至るまでの細胞組織の運動(血管
外組織の運動)と血管内を流れる血流の双方の運動速度
を反映したドップラ偏移反射を経て発信した超音波素子
で反射波dとして受信される。このとき、図3(ロ)の
ように前記図2(ハ)で得られた血管直上での受信波形
である2つの反射波b1,b2(血管径に相当)でゲー
トを掛けて取り出してやると、ゲートを掛けて取り出さ
れた波形部分w1は音波の時間距離関係から血管内部で
の反射のみを抽出することが出来る。なお、w2は血管
外組織からの超音波エコーである。以上のことから、血
管位置の検出と血管の自動追尾が可能となり、運動によ
る音響雑音を受けにくい血流計測が実現できる。 【0014】かくして、本発明は2つの異なった制御機
構を有する列上に配された超音波素子を1つのプローブ
内に構成し、列上に配された超音波素子の1群をもって
生体内の血管の位置と、深さと直径を計測し、これを基
にして他群の超音波素子を制御することにより血管内に
相当する領域からの反射音のみを抽出することによって
運動に伴う音響のノイズの影響を除去し、運動中の生体
内の血管血流の計測を実現することができる。 【0015】 【発明の効果】本発明は以上のように複数の振動子を2
段以上で、かつ2行以上の2次元アレイ状に配列した超
音波プローブであって、前記振動子の中の少なくとも1
つの段の列が計測対象血管位置を測定する血管位置測定
手段を有していると共に、前記振動子列による血管位置
測定情報によって前記振動子の中の他の段の少なくとも
1つの列が超音波ビーム照射位置と検出時間を可変制御
することにより、血管内の血流情報のみを計測できるよ
うにしたものであり、1つの段の振動子列の血管位置測
定手段の振動子から発信された音波が血管壁で反射し、
血管径に応じた幅で、かつ表皮側血管壁と内側血管壁か
らの反射波として振動子に受信されることから、血管の
位置と深さと直径を検出でき、これにもとづいて他の段
の列の対応する振動子を制御することによって血管内に
相当する領域から反射音のみを抽出することができるの
で、運動中であるとしても運動による音響雑音を除去し
て正確な生体内血管血流の計測を実現することができる
顕著な効果を有し、医療分野において動脈梗塞や閉塞・
狭窄などの血管性疾患の予防・早期発見のための運動負
荷試験等に利用でき、また、手術中の患者の血流状態モ
ニタに利用できる外、定期健康診断やリハビリなどへの
適用も考えられるなど、種々の実効が期待できる。 【0016】しかもまた、本発明は基礎医学分野におい
ては、運動中の血流の変化等の解明、運動血管性疾患・
貧血などの発生メカニズムの解明にも利用することがで
きると共に、体力医学分野においても、アスリート達の
トレーニング効果の評価や効果的トレーニングや運動に
伴う血流のダイナミクスの解明に効果的であり、日常生
活においては、健康管理や体力増進のために行う運動の
安全性の確保ならびに独居老人の生存確認などへの応用
も考えられるメリットを有している。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る超音波プローブの概要を示す説明
図である。 【図2】血管位置の検出原理を示す概要図で、(イ)は
下段の超音波素子からのパルスの発信、受信の態様を示
し、(ロ)(ハ)は各波形の態様で、(ロ)は各素子か
らの送信波形、(ハ)は血管直上での受信波形である。 【図3】血流の計測原理を示す概要図で、(イ)は上段
の超音波素子からのパルスの発信、受信の態様を、
(ロ)はゲートをかけて取り出す受信波形の態様を示
す。 【符号の説明】 1 超音波プローブ 1a 上段超音波素子(血流計測用トランスデューサ
列) 1b 下段超音波素子(血管位置検出用トランスデュー
サ列) 2 血流計測用トランスデューサ制御回路 3 血管位置検出用トランスデューサ制御回路 4 動脈血管 5 表皮部
図である。 【図2】血管位置の検出原理を示す概要図で、(イ)は
下段の超音波素子からのパルスの発信、受信の態様を示
し、(ロ)(ハ)は各波形の態様で、(ロ)は各素子か
らの送信波形、(ハ)は血管直上での受信波形である。 【図3】血流の計測原理を示す概要図で、(イ)は上段
の超音波素子からのパルスの発信、受信の態様を、
(ロ)はゲートをかけて取り出す受信波形の態様を示
す。 【符号の説明】 1 超音波プローブ 1a 上段超音波素子(血流計測用トランスデューサ
列) 1b 下段超音波素子(血管位置検出用トランスデュー
サ列) 2 血流計測用トランスデューサ制御回路 3 血管位置検出用トランスデューサ制御回路 4 動脈血管 5 表皮部
フロントページの続き
(56)参考文献 特開2000−166926(JP,A)
特開 昭59−101143(JP,A)
特開 昭59−88137(JP,A)
特開 昭59−37940(JP,A)
特開 昭58−118741(JP,A)
特開 平10−277030(JP,A)
特開 平8−52137(JP,A)
特開 平4−54945(JP,A)
特開 昭56−119237(JP,A)
(58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名)
A61B 8/00 - 8/15
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項1】被検体の血管内血流情報を計測する超音波
血流計において、振動子を縦方向に2段以上、かつ横方
向に複数個直線上に配列し、少なくとも1つの段の振動
子列を計測対象血管位置を測定する血管位置測定用とな
し、一方、他の段の振動子列を血流速度検出用となした
2次元アレイ型超音波プローブと、このプローブを制御
する制御手段とを備え、前記血管位置測定用振動子列か
ら同時刻に超音波インパルスを発信することにより計測
対象血管位置を測定すると共に、血管位置測定用振動子
列の中で該測定によって得た血管からの反射波を受信し
た振動子に対応する血流速度検出用振動子が超音波ビー
ム照射位置と検出時間を可変制御することにより血管内
の血流情報のみを計測するように構成されていることを
特徴とする位置自動追尾型超音波血流計測装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000195623A JP3378941B2 (ja) | 2000-06-29 | 2000-06-29 | 位置自動追尾型超音波血流計測装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000195623A JP3378941B2 (ja) | 2000-06-29 | 2000-06-29 | 位置自動追尾型超音波血流計測装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002011008A JP2002011008A (ja) | 2002-01-15 |
| JP3378941B2 true JP3378941B2 (ja) | 2003-02-17 |
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ID=18694263
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000195623A Expired - Fee Related JP3378941B2 (ja) | 2000-06-29 | 2000-06-29 | 位置自動追尾型超音波血流計測装置 |
Country Status (1)
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|---|---|
| JP (1) | JP3378941B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20200141730A (ko) * | 2019-06-11 | 2020-12-21 | 서강대학교산학협력단 | 혈관 위치 트래킹 장치 및 혈관 위치 트래킹 장치의 동작방법 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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2000
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