JP3665504B2 - Signal sampling device - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、原信号データ列を間引いてサンプリングし、データ数を減じたデータ列を生成する信号サンプリング装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
例えば超音波診断装置では、被検体へ超音波を送信し、被検体の各点からの反射波の強度に基づいて、断層画像を生成することが行われる。例えば、探触子から1回超音波パルスを発射することにより、超音波ビームにより走査される線上の被検体各部からの反射信号を含んだAモード信号が生成される。このAモード信号は、画面上で1本の線状の像として表され、その線上の各点は、反射信号の振幅に応じた輝度で表示される。Bモード画像と呼ばれるものは、探触子の位置や角度を順次わずかずつ動かして得られる断層画像である。このBモード画像は、Aモードが有する超音波送受波方向の軸と探触子の移動方向の軸とを有した2次元画像である。
【0003】
アナログ信号として得られる反射信号は、A/D(analog to digital)変換回路によりデジタル信号に変換され、そのデジタル信号を用いて信号処理が行われる。このA/D変換におけるサンプリングは、送信される超音波のベースバンド周波数に応じた比較的高い周波数で行われる。しかし、画像表示装置が有する画素分解能に応じた空間周波数は、A/D変換回路にて可能なサンプリングの周波数よりも低い。そのため、A/D変換回路で高い周波数でサンプリングした信号を画像表示しようとする場合、表示装置の表示ピクセル数に応じた周波数で再サンプリングする必要がある。
【0004】
従来、採られている方法では、超音波の反射信号は、A/D変換の前に、表示ピクセル数に応じた周波数をナイキスト周波数としたアンチエイリアジングフィルタに通され、その後、上述のようなサンプリング処理を施されている。このサンプリング方法としてはポイントサンプリングや最大値サンプリングがある。図6は、これら従来の方法によるサンプリング例を示す模式図である。同図(a)はA/D変換回路から再サンプリングを行う回路へ入力されるデータ列を示しており、横軸が時間軸であり、縦方向がデータ値に相当する。同図(b)(c)はそれぞれこの入力データに対するポイントサンプリング、最大値サンプリングの結果を示す図である。この例では、再サンプリングは時刻t3以降4データごとに行われる。
【0005】
同図(b)に示すポイントサンプリングでは、再サンプリングの出力タイミングである各時刻tiにおける入力データが再サンプリングの結果値として出力される。一方、同図(c)に示す最大値サンプリングでは、各時刻tiにおける再サンプリングの結果値として前回の再サンプリングタイミングより以降の入力データの最大値、すなわちti-1<t≦tiなる時間軸範囲における入力データの最大値が出力される。これら再サンプリングされたデータは、次の再サンプリングタイミングまでの間、反射信号を代表する値としてホールドされる。この再サンプリング処理により、表示装置の解像度に応じて入力データ列が間引かれ、反射信号の概略の変化が抽出される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上述の再サンプリングの方法はいずれも、元の反射信号波形と再サンプリング後の反射信号波形とのずれが大きくなってしまうという問題を有していた。
【0007】
まず、ナイキスト周波数で帯域制限を加えた後、一定の間隔で再サンプリングするだけのポイントサンプリング法では、再サンプリングのタイミング間の入力データは破棄される。つまり、超音波の送受波により得られている精細な情報が有効に利用されていない。具体的には、最大値や最小値といった入力データが再サンプリングのタイミング間に位置してしまうと、そのような反射信号の特徴を表す重要な入力データがサンプリングされないという問題があった。そのため、例えば、反射信号を輝度に変換して断層画像を生成した場合、最大値がサンプリングされないことにより画像の輝度低下が起こり、画像にむらが生じるという不都合が生じていた。
【0008】
一方、最大値サンプリング法では、各再サンプリングの間隔での入力データの最大値がホールドされるため画像の輝度低下は生じないが、図6(c)に見られるように波形が尾曳きを生じてしまう。この尾曳きは、データが最大値となるタイミングとその出力タイミングとが同期していないため、隣接する再サンプリングデータの発生時刻差とその出力間隔とが変動することに起因して生じる。この現象により、サンプリング方向の分解能が低下して、見かけ上のカットオフ周波数が本来のナイキスト周波数よりも低くなるという問題が生じていた。
【0009】
図7、図8は、上記従来の再サンプリング処理が有する問題を別の側面から理解するための説明図であり、図7は、正弦波を3つの異なる位相でポイントサンプリングした様子を示す模式図である。また図8は、正弦波を図7と同じ3つの異なる位相で最大値サンプリングした様子を示す模式図である。なお、図7(a),図8(a)は、再サンプリングタイミングが、正弦波の位相θ=90°,270°に位置する場合、図7(b),図8(b)は、θ=0°,180°である場合、図7(c),図8(c)は、θ=45°,225°である場合である。
【0010】
ポイントサンプリングに関して図7(a)に示す場合は、正弦波の極大、極小が捉えられており問題ない場合である。しかし、位相がこの位置からずれ、例えば同図(c)に示す位置となると、正弦波の振幅が過小評価されコントラストが低下する。同図(b)に示す場合は、極端な場合であって振幅が現れず平坦な信号となってしまう。
【0011】
また最大値サンプリングに関しては、いずれの位相でも正弦波の極大値は正しく捉え得るが、振幅が小さくなる。例えばここで示すように再サンプリングの周期と正弦波の周期とが同一である場合には、再サンプリング後の振幅は最大でも元の正弦波の1/2(図8(b)に示す場合)であり、極端な場合には同図(a)に示すように振幅が現れず平坦な信号となってしまう。
【0012】
これらのことより、従来の再サンプリング処理では、同一の入力データ列であっても、ホールド値の振幅が再サンプリングの位相に依存して大きく異なることが理解される。このような現象は正弦波に限らず一般の波形においても多かれ少なかれ起こるものであり、サンプリングの位相に応じて、再サンプリング後の信号波形が比較的大きな影響を受ける。そのため超音波探触子で得られる情報が画面上に忠実に再現されにくいという問題を生じていた。
【0013】
本発明は上記問題点を解消するためになされたもので、原波形の最大最小を精度良く捉え、ポイントサンプリングで生じた輝度低下を抑制することができ、かつナイキスト周波数近辺の信号を再サンプリングの位相によらず安定して捉え、最大値サンプリングで生じた分解能低下をも抑制し、再サンプリング前の原波形の特徴を良好に抽出することができる信号サンプリング装置を提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る信号サンプリング装置は、複数の区間に区切られた原信号の各区間ごとに、当該各区間に対応するサンプリング値を求める信号サンプリング装置であって、前記原信号の極値を検出する極値検出手段と、前記極値を有する前記区間に関しては当該極値に基づく値を前記サンプリング値として定めるサンプリング値決定手段とを有するものである。
【0015】
本発明によれば、極値検出手段が、各区間内で原信号が極大又は極小をとるか否かを調べる。区間内に極大点又は極小点が存在する場合には、サンプリング値決定手段は、それらいずれかの点での原信号の値、すなわち極大値又は極小値に基づいて当該区間に対応するサンプリング値を決定し出力する。よって、サンプリングにおいて原信号の極大値、極小値を反映した値が捉えられるので、コントラストの低下が生じない。また、ナイキスト周波数近辺の原信号に対しても極大、極小が捉えられることにより、原信号と同様の周波数で変動するサンプリングデータ列が得られる。ここで、原信号はアナログ信号であっても、デジタルデータ列であってもよい。また極値を有する区間に対応するサンプリング値は、区間に含まれる極値が単一の場合はその値そのものとすることできるし、その他、極値から所定の規則に基づいて算出されるものとすることもできる。また区間内に複数の極値、すなわち極大値と極小値とが同時に存在する場合には、単純に所定の一方をサンプリング値として選択することもできるし、当該区間の両端の信号値や隣接する区間の信号波形をも考慮にいれた所定の判断基準に基づいて、いずれが原信号の特徴をより好適に表すかを判断して当該好適な極値をサンプリング値として選択することもできる。
【0016】
他の本発明に係る信号サンプリング装置においては、さらに前記サンプリング値決定手段が、前記極値を有さない前記区間に関しては当該区間中の所定位置の前記原信号の値を前記サンプリング値として定めることを特徴とする。
【0017】
本発明によれば、極値が存在しない区間に対しては、サンプリング値決定手段が、当該区間内の所定位置の前記原信号の値を前記サンプリング値として定める。各区間内の一定の位置にてサンプリングを行うことにより、隣り合うサンプリング値の原信号上での時間間隔とそれらの出力タイミング差との関係が、最大値サンプリングと異なり一定に保たれる。つまり、本発明では基本的にはポイントサンプリングと同様に、原信号がサンプリングされる時刻とそれが出力されるタイミングとは同期しているので、尾曳き等の解像度の低下が抑制される。
【0018】
本発明の好適な態様は、前記サンプリング値決定手段が、前記極値を複数有する前記区間に関しては、当該区間中の所定位置の前記原信号の値を前記サンプリング値として定めるものである。
【0019】
また他の本発明の好適な態様は、前記所定位置が前記区間の一方端である信号サンプリング装置である。区間の一方端は、他の位置に比べ容易な処理で特定される点で好適である。また本発明の他の好適な態様は、前記所定位置が前記区間の中央である信号サンプリング装置である。この態様では、区間内に極値が存在しない場合のサンプリングされる原信号データの当該区間内での位置と極値が存在する場合の区間内での位置との相違が区間幅の半分以下に抑制される。
【0020】
本発明の別の好適な態様は、前記サンプリング値決定手段が、単一の極値を有する前記区間に関しては当該極値を前記サンプリング値として定めることを特徴とする信号サンプリング装置である。また他の本発明の好適な態様は、前記極値が極大値であることを特徴とする信号サンプリング装置である。さらに好適な態様は、前記サンプリング値決定手段は、前記極値に基づいて前記原信号が変形された中間信号を利用して、前記サンプリング値を定めることを特徴とする信号サンプリング装置である。
【0021】
他の本発明に係る信号サンプリング装置は、一定幅の複数区間に区切られた原信号の各区間ごとに、当該各区間に対応するサンプリング値を求める信号サンプリング装置であって、前記原信号の極値を検出する極値検出手段と、前記極値に基づいて前記原信号を変形することにより中間信号を生成する信号変換手段と、前記一定幅の間隔で前記中間信号の信号値を抽出し、抽出した中間信号の信号値のうち前記各区間内に対応する位置の信号値を、当該各区間に対応するサンプリング値とするサンプリング値決定手段とを有するものである。
【0022】
上記従来のサンプリング法ではサンプリングの位相に応じて、サンプリング後の波形に極値が好適に反映されたり、反対にサンプリング値に極値が全く反映されずサンプリング値列で表される信号波形と原信号との相違が大きくなったりすることが問題であった。本発明によれば、極値に基づいて原信号を変形して中間信号が生成される。この中間信号は、サンプリングの位相によらず極値がサンプリング値に反映されるように構成することができる。よって、サンプリング値決定手段が単純に一定間隔でのサンプリングを行っても、サンプリング値に区間内の極値が反映される。
【0023】
本発明の好適な態様は、前記中間信号が、前記一定幅を有し前記極値の位置が包含される範囲においてその信号値が当該極値に保たれることを特徴とする信号サンプリング装置である。
【0024】
本発明の他の好適な態様は、前記区間に応じた幅を有するウィンドウを前記原信号で移動させるウィンドウ設定手段を有し、前記極値検出手段は、各ウィンドウ位置において前記ウィンドウ内に含まれる前記原信号の極値を検出し、前記信号変換手段は、前記極値が検知された場合には当該極値をそのウィンドウ位置における代表値とし、前記極値が検知されない場合には前記ウィンドウ内の所定位置の原信号値を代表値とし、前記代表値によって前記中間信号が構成されることを特徴とする信号サンプリング装置である。
【0025】
本発明の別の好適な態様は、前記極値検出手段が、前記ウィンドウ内での前記原信号の変化率を検出する変化率検出手段と、前記変化率の極性が変化する位置に基づいて前記極値の位置を定める極値位置決定手段とを有することを特徴とする信号サンプリング装置である。
【0026】
【発明の実施の形態】
[実施形態1]
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。ここで述べる本発明の実施形態は、Bモード画像の表示機能を備えた超音波診断装置である。本超音波診断装置は、被検体に対し超音波探触子から発する超音波を走査し、その超音波の反射信号は表示装置の輝度に変換され画像表示される。
【0027】
図1は、本発明の実施形態である上記超音波診断装置の主要な回路構成を示すブロック図である。超音波探触子(図示せず)から出力されたアナログ信号である反射信号1は、A/D変換器2によりデジタルサンプリングされる。A/D変換器2からは、反射信号1の振幅値の変化を表す時系列デジタルデータが出力される。このA/D変換器2におけるサンプリングは、超音波の送信周波数に依存した比較的早い周波数で行われる。
【0028】
本発明に係る信号サンプリング処理部4は、A/D変換器2で生成されたデジタルデータ列を原信号として入力される。この原信号データ列は、最大値選択回路6、最小値選択回路8、データ遅延回路10、減算器12及び選択回路14にそれぞれ入力される。最大値選択回路6、最小値選択回路8には、ウィンドウ幅データが入力される。このウィンドウ幅が、再サンプリングの周期を定めるパラメータである。つまり、後述するようにこのウィンドウ幅おきの原信号データが原則として再サンプリング値として出力されるので、例えば本超音波診断装置の画像表示装置(図示せず)の画面走査のレート及びその画素分解能に応じてウィンドウ幅が定められる。
【0029】
最大値選択回路6は、ウィンドウ幅分遡った原信号データから最新の原信号データまでのうち最大の値を選択回路14へ出力する回路である。一方、最小値選択回路8は、ウィンドウ幅分遡った原信号データから最新の原信号データまでのうち最小の値を選択回路14へ出力する回路である。
【0030】
データ遅延回路10は、入力された原信号データをA/D変換器2のサンプリングクロック1周期だけ遅延させて出力することができる回路である。データ遅延回路10から出力される遅延されたデータは減算器12に入力される。
【0031】
減算器12は、遅延なしに入力された最新の原信号データとデータ遅延回路10から入力される1つ前の原信号データとの差を求め、その差の正負を表す符号データをシフトレジスタ16へ出力する。変極点検出回路18はシフトレジスタ16内の符号データの並びを監視し、ウィンドウ幅により切り出された原信号データ列中にその変化率の極性の変わり目(変極点)が存在するか否かを検知する。
【0032】
変極点検出回路18は、原信号データの増加から減少への変極点を検知すると、選択回路14に対して最大値選択回路6からの最大値データを選択するように指示する。また減少から増加への変極点が検知されると、最小値選択回路8からの最小値データを選択させる指示が出される。また、変極点が検出されない場合は、最新の原信号データを選択させる指示が出される。
【0033】
この制御信号に応じて選択回路14は、A/D変換器2から入力される最新の原信号データと、最大値選択回路6、最小値選択回路8からそれぞれ入力されるデータとの3つのデータのうちいずれかを選択して出力する。選択回路14から出力されるデータ列は、A/D変換器2の出力と同じレートである。サンプリング回路20は、この選択回路14からの早いレートのデータ列をウィンドウ幅に応じた周期で再サンプリングする回路である。
【0034】
次に、信号サンプリング処理部4の動作例を図を用いて説明する。図2は原信号データ列から選択回路14の出力である中間信号データ列が生成される過程を説明する模式図である。同図(a)〜(k)はそれぞれ横軸が時間t(右向きが正)、縦軸がデータ値D(上向きが正)の軸である。同図(a)は原信号データ列であり、同図(k)は中間信号データ列である。黒丸がデータを表す。以下、時刻tにおける原信号データ、中間信号データをそれぞれDO(t)、DP(t)で表す。同図(b)〜(j)はウィンドウ(ウィンドウ幅はここでは5データ)により切り出されたデータを黒丸で表したものである。
【0035】
ここでは、信号サンプリング処理部4の再サンプリング間隔が、原信号データ列の4データに1回である場合を説明する。すなわち信号サンプリング処理部4は、原信号データを4つごとの区間に区切り各区間ごとに1つのサンプリング値を出力する。
【0036】
本装置では、極値を検出するために隣接するデータの差分を求める。このことに起因して、処理に利用されるデータ数であるウィンドウ幅は、区間幅より1つ大きく設定される。つまり、上記再サンプリングの区間幅“4”に対応して、ここではウィンドウ幅として“5”が指定される。このウィンドウ幅に基づいて、最大値選択回路6、最小値選択回路8は、原信号データ列の最新のデータを含んで過去5データを最大値選択処理、又は最小値選択処理の対象とする。
【0037】
また、最新の原信号データを含んで過去5データから生成される符号データは4つである。よって、変極点検出回路18は、ウィンドウ幅として“5”を指定されると、シフトレジスタ16に保持される符号データのうち最も新しいものを含んで過去4つを監視する。ここで符号データは、減算器12での減算結果が正、すなわち原信号データの変化率が正(+)である場合には値“1”、反対に減算結果が負、すなわち原信号データの変化率が負(−)である場合には値“0”に定義する。この定義の下では、各符号データは1ビットで表される。シフトレジスタ16は新しい符号データが入力される場合には現存の格納内容を左シフトして、最新符号データを最下位ビットb0に格納する。変極点検出回路18は、シフトレジスタ16の下位4ビットを読み出すことにより、最新の符号データを含んだ4ビットの符号データ列“b3210”を取得する。そして、変極点検出回路18はそのビットパターンに基づいてウィンドウ内の変極点を検出する。
【0038】
例えば、符号データ列が“1111”、“0000”のときはウィンドウ内では原信号データはそれぞれ単調増加、単調減少であり、変極点を有さない。一方、符号データ列が“1110”、“1100”、“1000”の場合は、ウィンドウ内に変化率が正から負へ変化する変極点、すなわち極大点が1つだけ存在する。また、反対に符号データ列が“0001”、“0011”、“0111”の場合は、ウィンドウ内に変化率が負から正へ変化する変極点、すなわち極小点が1つだけ存在する。変極点検出回路18はこの変極点の検出結果に基づいて上述のように選択回路14を制御する。
【0039】
なお、これ以外のビットパターン、例えば“0110”等の場合は、ウィンドウ内に変極点が複数存在することになる。本装置では、この場合には、いずれの変極点を選択してサンプリングすべきかについての加重判断基準が必要である。そのような加重基準を判断する処理を行って極値を捕捉するか否かは用途に応じて任意に選択することができる。一般には再サンプリングは、このような複数の変極点が1つのウィンドウ内に発生する事象が多発するような周波数では行われないであろう。本装置では、このことを考慮して、複数の変極点が検知された場合には、変極点が存在しない場合と同様に扱うこととして処理負荷の軽減、回路構成の簡素化を図っている。
【0040】
さて、時刻t5においては、ウィンドウには時刻t1〜t5の原信号データが切り出される(図2(b))。最大値選択回路6、最小値選択回路8はそれぞれ、このウィンドウ内の最大値DO(t5)、最小値DO(t1)を出力する。データ遅延回路10は、最新の原信号データより1つ古い原信号データ、すなわちDO(t4)を出力する。減算器12は“DO(t5)−DO(t4)”を計算し、新たな符号データを生成し、シフトレジスタ16へ出力する。この時点で符号データ列は“1111”であるので、変極点検出回路18は変極点なしと判断する。そして変極点検出回路18は最新の原信号データを選択するように選択回路14を制御し、選択回路14からはDO(t5)が中間信号データDP(t5)として出力される。
【0041】
時刻t6においても、ウィンドウ内に変極点が存在しない(図2(c))。よって、時刻t5と同様の動作により、最新の原信号データDO(t6)が選択され、中間信号データDP(t6)として出力される。
【0042】
時刻t7においては、ウィンドウには時刻t3〜t7の原信号データが切り出される(図2(d))。この場合は、最新の原信号データDO(t7)として、直前のDO(t6)より小さい値が入力される。そのため、減算器12の出力は“0”に変化し、変極点検出回路18へ出力される符号データ列は“1110”となる。この符号データ列に基づいて、変極点検出回路18はウィンドウ内に極大点が存在すると判断する。そして変極点検出回路18は最大値選択回路6からの出力を選択するように選択回路14を制御する。最大値選択回路6は時刻t3〜t7での最大値DO(t6)を出力する。よって選択回路14からはこのDO(t6)が中間信号データDP(t7)として出力される。
【0043】
図2(e)、(f)に示す時刻t8、t9においては、新たに入力される原信号データによって、シフトレジスタ16に順次、符号データ“0”が入力される。これにより、符号データ列はそれぞれ“1100”、“1000”と変化するが、いずれも正から負への変極点を含む。つまり、ウィンドウ内に極大点が存在するという状態は時刻t7から変化していない。よって、これらの時刻においては、時刻t7と同様の動作により、最大値選択回路6からの出力が選択される。最大値選択回路6からは、時刻t7以降、継続してDO(t6)が出力されており、中間信号データDP(t8)、DP(t9)としてDO(t6)が連続して出力される。
【0044】
図2(g)〜(i)に示す時刻t10〜t12においては符号データ列が“0000”であるので、変極点検出回路18は、ウィンドウ内に変極点が存在しないと判断する。選択回路14は変極点検出回路18からの制御信号に基づいて、最新の原信号データを選択し、出力する。よって中間信号データDP(t10)、DP(t11)、DP(t12)としてDO(t10)、DO(t11)、DO(t12)が順に出力される。
【0045】
時刻t13においては、ウィンドウには時刻t9〜t13の原信号データが切り出される(図2(j))。この場合は、最新の原信号データDO(t13)として、直前のDO(t12)より大きい値が入力される。そのため、減算器12の出力は、それまでの“0”から“1”に変化し、変極点検出回路18へ出力される符号データ列は“0001”となる。この符号データ列に基づいて、変極点検出回路18はウィンドウ内に極小点が存在すると判断する。そして変極点検出回路18は最小値選択回路8からの出力を選択するように選択回路14を制御する。最小値選択回路8は時刻t9〜t13での最小値DO(t12)を出力する。よって選択回路14からはこのDO(t12)が中間信号データDP(t13)として出力される。
【0046】
以上の処理によって生成された中間信号データ列が図2(k)に示される。この中間信号データは、原信号データ列の極大が検知された時刻t7以降の3データに亘って原信号データの極大値DO(t6)にホールドされる。したがって、これにより、時刻t6を含めて、サンプリング区間幅と等しい4つのデータに亘ってDO(t6)がホールドされることになる。また、中間信号データは同様に、時刻t13において原信号データ列の極小が検知されると、原信号データの極小値DO(t12)にホールドされる。
【0047】
図3は、中間信号データ列から再サンプリングデータ列が生成される過程を説明する模式図である。同図(a)〜(f)はそれぞれ図2と同様、横軸が時間t、縦軸がデータ値Dに対応する。同図(a)は原信号データ列であり、比較のために示している。同図(b)は、上述した処理で生成された中間信号データ列である。この中間信号データ列を区間幅4ごとに再サンプリングする場合、そのサンプリングの位相は4通りある。同図(c)〜(f)は、この4通りの再サンプリング結果を示している。それぞれnを整数として、同図(c)は、DP(ti)(i=4n+1)をサンプリングする場合、同図(d)は、DP(ti)(i=4n)をサンプリングする場合、同図(e)は、DP(ti)(i=4n−1)をサンプリングする場合、同図(f)は、DP(ti)(i=4n−2)をサンプリングする場合を表している。
【0048】
上述したように、1ウィンドウ幅内に複数の変極点が存在しない場合にあっては、中間信号データ列は、原信号データ列の波形を基本としつつも、極値の近傍では、当該極値が再サンプリング間隔に等しい数だけ連続するように波形が変形されている。よって、中間信号データ列をいかなる位相でサンプリングしても、必ず極値がサンプリングされる。例えば、図3(c)に示す位相では、再サンプリングされた中間信号データDP(t9)が原信号データの極大値DO(t6)を有し、同様に同図(d)〜(f)ではそれぞれ再サンプリングされた中間信号データDP(t8)、DP(t7)、DP(t6)が原信号データの極大値DO(t6)を有する。
【0049】
したがって、サンプリング回路20は、単純に4データごとにサンプリングする簡単な回路構成を採ることができる。
【0050】
図4は、本装置の再サンプリング結果と従来のポイントサンプリング、最大値サンプリングの結果とを比較するために、原信号データ列の波形、及びそれぞれのサンプリング法で得られる出力波形を示した模式図である。なお、図4(a)〜(c)は、従来技術の説明で用いた図6(a)〜(c)と同一である。図4(d)が本装置による変極点検出サンプリングの結果である。本装置の出力は、時刻t9における極大値を捉えることができるとともに、最大値サンプリングのような尾曳きを生じないことが図から理解される。
【0051】
この尾曳きについて、より詳しく検討する。再サンプリングされたデータをDR(t)と表す。ここで、tは再サンプリングデータが出力されるタイミングを表し、その原信号データ中での発生タイミングではないことに留意する。最大値サンプリングでは、例えば、DR(t7)=DO(t7)、DR(t11)=DO(t9)、DR(t15)=DO(t11)である。サンプリングされたデータの出力タイミングと当該データの発生タイミングとを比較すると、最大値サンプリングでは、波形の前端側においては出力タイミングと発生タイミングとはずれないのに対し、後端側においては出力タイミングが発生タイミングよりも再サンプリング間隔と同じだけ遅延し得る。これが尾曳きという現象として認識される。
【0052】
一方、本装置のサンプリングによれば、例えば、DR(t7)=DO(t7)、DR(t11)=DO(t9)、DR(t15)=DO(t15)である。このように本装置によるサンプリングでは、基本的にサンプリングされたデータの出力タイミングと当該データの発生タイミングは波形の前端、後端ともに同期している。つまり、両位置において出力タイミングと発生タイミングとのずれに違いがない。このことが本装置のサンプリングが尾曳きを生じないことを意味している。
【0053】
図5は、本装置によって正弦波を3つの異なる位相でサンプリングした様子を示す模式図である。これは、従来のサンプリングに関する図7、図8に対応するものであり、図5(a)〜(c)はそれぞれ、再サンプリングタイミングが、正弦波の位相θ=90°,270°である場合、θ=0°,180°である場合、θ=45°,225°である場合である。この図に示されるように本装置によれば、いずれの再サンプリングの位相においても、極大値、極小値が正しく捉えられ、再サンプリング後の波形の振幅は、原信号の波形に等しい。また、サンプリング位相に無関係に常に原信号と同一周期のデータ値の変動が再現され、ナイキスト周波数に限りなく近い周波数の原信号も好適にサンプリングすることができる。
【0054】
[実施形態2]
上述の装置では、変極点検出回路18は、原信号データが増加から減少へ転ずる変極点と減少から増加へ転ずる変極点との双方を検知するように構成した。これに対応して、中間信号データ列には、原信号データ列の極大値と極小値との双方がサンプリング区間幅に亘ってホールドされた。
【0055】
これに対して、変極点検出回路18をいずれか一方の変極点のみを検出するように構成することもできる。例えば、変極点検出回路18を、原信号データが増加から減少へ転ずる変極点のみを検知するように構成した場合、中間信号データ列には極大値のみがホールドされる。この中間信号データ列を再サンプリングした結果には極大値は必ず捉えられる。一方、この構成では極小値は必ずしも捉えられる保証はない。つまり、全体として、再サンプリング値を底上げする効果が発生する。このことは、振幅が過小評価されることにはなるが、超音波画像に適用した場合、コントラストと周波数特性を適度に維持しつつ、極大値のサンプリング漏れがなく、かつ輝度が明るい方向へ引き上げられた画像が得られる。
【0056】
ここで、超音波画像は、輝度の異なる小さな点の集まりによって構造物の形状を表現するものである。その画像において、比較的一様な輝度の領域内に、明るい点と暗い点とが存在した場合、それらの周囲との輝度差が互いに同程度であっても、視覚的には暗い点の方が明るい点より目立つ性質がある。このように目立つ暗い点は、ノイズとして画像観察者の目に映り、S/N比が低下した印象を与える。
【0057】
本装置によれば、このような低輝度の点に対応する再サンプリング値の低下は抑制されるので、ノイズが目立たなくされ、超音波画像の画質の向上が図られる。
【0058】
また、反対に原信号データ列の減少から増加への変極点のみを検出する構成では、極小値は必ずサンプリングされる一方、極大値はサンプリングされる保証がなくなる。そのようなサンプリングも利用分野に応じては好適な場合がある。
【0059】
[その他、実施態様]
上述の構成では、再サンプリング区間内に極値が1つのみ存在する場合以外は、最新の原信号データがサンプリングされる。すなわち、再サンプリング区間の後端が原則としてサンプリングされ、区間内に極値が1つのみ存在する場合のみ、サンプリング位置が区間内の当該極値の位置に変更される。しかし、原則的なサンプリング位置は区間の後端に限られる必要はなく、区間の所定の位置であればよい。
【0060】
最大値サンプリングでは、極値が存在する場合に、サンプリング位置が区間の途中の点となるだけでなく、単調増加の場合は区間の後端でサンプリングされ、単調減少の場合は区間の前端でサンプリングされることとなる。このようなサンプリング位置の変動が尾曳きの原因となる。よって、サンプリング間隔が変動しないようにすることで尾曳きが防止される。本発明は、原則としてサンプリング区間内の所定位置でサンプリングすることにより、一定間隔でのサンプリングを実現し、これにより尾曳きが防止することができる。つまり、尾曳きを防止するためには、サンプリング位置が原則として区間内の一定の位置であればよく、それが端部であるかどうかには関係がない。
【0061】
また、上述の構成では、原信号データ列上を移動するウィンドウを導入した。この構成では原信号データ列と同じレートを有する中間信号データ列が一旦生成され、当該データ列が再サンプリングされた。しかし、1データずつ移動するウィンドウを用いない構成も可能である。例えば、原信号データ列を所定のサンプリング区間ごとに区切り、その各区間から直接、サンプリング値を1つ選択する構成も可能である。この構成では、区間内に極値が存在することが検知された場合には、その極値をサンプリングし、極値が存在しない場合には区間内の一定位置の原信号データをサンプリングする。
【0062】
【発明の効果】
本発明の信号サンプリング装置によれば、原信号がサンプリングの区間内で極値を生じるか否かを検知し、存在する場合にはその極値に基づいた値がサンプリングされる。これにより、原信号の極値を反映したサンプリングが行われ、コントラストの低下が生じないという効果が得られる。また、ナイキスト周波数近辺の原信号に対しても極大、極小が捉えられることにより、原信号と同様の周波数で変動するサンプリングデータ列が得られ、カットオフ周波数をナイキスト周波数にまで引き上げることができるという効果も得られる。
【0063】
また、本発明の信号サンプリング装置によれば、極値を有さないサンプリング区間に関しては当該区間中の所定位置の原信号の値がサンプリングされ、これにより尾曳き等の現象を防ぎ、解像度の低下が防止される効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施形態である上記超音波診断装置の主要な回路構成を示すブロック図である。
【図2】 原信号データ列から中間信号データ列が生成される過程を説明する模式図である。
【図3】 中間信号データ列から再サンプリングデータ列が生成される過程を説明する模式図である。
【図4】 原信号データ列の波形、従来によるサンプリング波形、及び本装置によるサンプリング波形を示した模式図である。
【図5】 本装置によって正弦波を3つの異なる位相でサンプリングした様子を示す模式図である。
【図6】 従来の方法によるサンプリング例を示す模式図である。
【図7】 正弦波を3つの異なる位相でポイントサンプリングした様子を示す模式図である。
【図8】 正弦波を3つの異なる位相で最大値サンプリングした様子を示す模式図である。
【符号の説明】
2 A/D変換器、4 信号サンプリング処理部、6 最大値選択回路、8 最小値選択回路、10 データ遅延回路、12 減算器、14 選択回路、16シフトレジスタ、18 変極点検出回路、20 サンプリング回路。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a signal sampling apparatus that generates a data sequence by thinning and sampling an original signal data sequence and reducing the number of data.
[0002]
[Prior art]
For example, in an ultrasonic diagnostic apparatus, an ultrasonic wave is transmitted to a subject, and a tomographic image is generated based on the intensity of a reflected wave from each point of the subject. For example, by emitting an ultrasonic pulse once from the probe, an A-mode signal including a reflection signal from each part of the subject on a line scanned by the ultrasonic beam is generated. The A mode signal is represented as a single linear image on the screen, and each point on the line is displayed with a luminance corresponding to the amplitude of the reflected signal. The so-called B-mode image is a tomographic image obtained by sequentially moving the position and angle of the probe little by little. This B-mode image is a two-dimensional image having an axis in the ultrasonic transmission / reception direction and an axis in the movement direction of the probe that the A mode has.
[0003]
The reflected signal obtained as an analog signal is converted into a digital signal by an A / D (analog to digital) conversion circuit, and signal processing is performed using the digital signal. Sampling in this A / D conversion is performed at a relatively high frequency corresponding to the baseband frequency of the transmitted ultrasonic wave. However, the spatial frequency corresponding to the pixel resolution of the image display device is lower than the sampling frequency possible in the A / D conversion circuit. Therefore, when an image of a signal sampled at a high frequency by the A / D conversion circuit is to be displayed, it is necessary to resample at a frequency corresponding to the number of display pixels of the display device.
[0004]
In the conventional method, the ultrasonic reflected signal is passed through an anti-aliasing filter having a frequency corresponding to the number of display pixels as a Nyquist frequency before A / D conversion. Sampling processing is applied. This sampling method includes point sampling and maximum value sampling. FIG. 6 is a schematic diagram showing an example of sampling by these conventional methods. FIG. 5A shows a data string input from the A / D conversion circuit to a circuit that performs re-sampling. The horizontal axis is the time axis, and the vertical direction corresponds to the data value. FIGS. 7B and 7C are diagrams showing the results of point sampling and maximum value sampling for the input data, respectively. In this example, resampling is time tThreeThereafter, it is performed every 4 data.
[0005]
In the point sampling shown in FIG. 5B, each time t which is the output timing of resampling.iThe input data at is output as a result of resampling. On the other hand, in the maximum value sampling shown in FIG.iThe maximum value of the input data after the previous resampling timing, that is, ti-1<T ≦ tiThe maximum value of the input data in the time axis range is output. These resampled data are held as values representative of the reflected signal until the next resampling timing. By this re-sampling process, the input data string is thinned out in accordance with the resolution of the display device, and a rough change in the reflected signal is extracted.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
Any of the above-described re-sampling methods has a problem that a deviation between the original reflected signal waveform and the reflected signal waveform after re-sampling becomes large.
[0007]
First, in a point sampling method in which band limitation is applied at a Nyquist frequency and then re-sampling is performed at regular intervals, input data between resampling timings is discarded. That is, fine information obtained by ultrasonic transmission / reception is not effectively used. Specifically, if input data such as a maximum value or a minimum value is positioned between resampling timings, there is a problem that important input data representing the characteristics of such a reflected signal is not sampled. Therefore, for example, when the tomographic image is generated by converting the reflected signal into the luminance, the maximum value is not sampled, so that the luminance of the image is lowered and the image is uneven.
[0008]
On the other hand, in the maximum value sampling method, since the maximum value of the input data at each re-sampling interval is held, the luminance of the image does not decrease, but the waveform causes tailing as seen in FIG. End up. This tailing occurs because the timing at which the data reaches the maximum value and the output timing thereof are not synchronized with each other, and the occurrence time difference between adjacent resampling data and the output interval thereof fluctuate. This phenomenon has caused a problem that the resolution in the sampling direction is lowered and the apparent cutoff frequency becomes lower than the original Nyquist frequency.
[0009]
7 and 8 are explanatory diagrams for understanding the problem of the above-described conventional resampling process from another aspect, and FIG. 7 is a schematic diagram showing a state in which a sine wave is point-sampled at three different phases. It is. FIG. 8 is a schematic diagram showing a state in which the maximum value of the sine wave is sampled at the same three different phases as in FIG. 7A and FIG. 8A show the case where the resampling timing is positioned at the phase θ of the sine wave θ = 90 ° and 270 °, FIG. 7B and FIG. In the case of = 0 ° and 180 °, FIGS. 7C and 8C show the case of θ = 45 ° and 225 °.
[0010]
The case shown in FIG. 7A regarding the point sampling is a case where the maximum and minimum of the sine wave are captured and there is no problem. However, when the phase shifts from this position, for example, at the position shown in FIG. 5C, the amplitude of the sine wave is underestimated and the contrast is lowered. The case shown in FIG. 5B is an extreme case, and the amplitude does not appear and the signal becomes flat.
[0011]
With regard to maximum value sampling, the maximum value of the sine wave can be correctly captured at any phase, but the amplitude becomes small. For example, when the re-sampling period and the sine wave period are the same as shown here, the amplitude after the re-sampling is ½ of the original sine wave at the maximum (in the case shown in FIG. 8B). In an extreme case, the amplitude does not appear as shown in FIG.
[0012]
From these facts, it is understood that in the conventional resampling process, the amplitude of the hold value varies greatly depending on the phase of resampling even for the same input data string. Such a phenomenon occurs more or less not only in a sine wave but also in a general waveform, and the signal waveform after re-sampling is relatively greatly affected according to the sampling phase. Therefore, there has been a problem that information obtained by the ultrasonic probe is difficult to be faithfully reproduced on the screen.
[0013]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and can accurately capture the maximum and minimum of the original waveform, suppress a decrease in luminance caused by point sampling, and resample a signal in the vicinity of the Nyquist frequency. It is an object of the present invention to provide a signal sampling device that can stably capture regardless of the phase, suppress a reduction in resolution caused by maximum value sampling, and can satisfactorily extract the characteristics of the original waveform before re-sampling.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
  The signal sampling device according to the present invention isFor each section of the original signal divided into multiple sections,Each sectionCorresponding toA signal sampling device for obtaining a sampling value, wherein an extreme value detecting means for detecting an extreme value of the original signal, and a sampling value determination that determines a value based on the extreme value as the sampling value for the section having the extreme value Means.
[0015]
According to the present invention, the extreme value detecting means checks whether or not the original signal has a maximum or minimum within each section. If there is a local maximum or local minimum in the section, the sampling value determining means determines the sampling value corresponding to the section based on the value of the original signal at any of those points, that is, the local maximum or local minimum. Determine and output. Therefore, since the values reflecting the maximum value and the minimum value of the original signal are captured in sampling, the contrast does not decrease. In addition, by capturing the maximum and minimum values for the original signal in the vicinity of the Nyquist frequency, a sampling data string that varies at the same frequency as the original signal can be obtained. Here, the original signal may be an analog signal or a digital data string. In addition, the sampling value corresponding to the section having the extreme value can be the value itself when there is a single extreme value included in the section, or can be calculated based on a predetermined rule from the extreme value. You can also In addition, when there are a plurality of extreme values, that is, a maximum value and a minimum value at the same time in a section, a predetermined one can be simply selected as a sampling value, or signal values at both ends of the section or adjacent to each other Based on a predetermined determination criterion that also takes into account the signal waveform of the section, it is possible to determine which of the features of the original signal is more suitably represented, and to select the preferable extreme value as the sampling value.
[0016]
In another signal sampling device according to the present invention, the sampling value determining means further determines, as the sampling value, the value of the original signal at a predetermined position in the section for the section not having the extreme value. It is characterized by.
[0017]
According to the present invention, for a section where there is no extreme value, the sampling value determining means determines the value of the original signal at a predetermined position in the section as the sampling value. By sampling at a fixed position in each section, the relationship between the time interval on the original signal of adjacent sampling values and their output timing difference is kept constant unlike the maximum value sampling. That is, in the present invention, basically, as with point sampling, the time when the original signal is sampled and the timing when it is output are synchronized with each other, so that a decrease in resolution such as tailing is suppressed.
[0018]
In a preferred aspect of the present invention, the sampling value determining means determines, as the sampling value, the value of the original signal at a predetermined position in the section for the section having the plurality of extreme values.
[0019]
Another preferred aspect of the present invention is a signal sampling device in which the predetermined position is one end of the section. One end of the section is preferable in that it is specified by an easier process than other positions. Another preferred aspect of the present invention is a signal sampling device in which the predetermined position is the center of the section. In this aspect, the difference between the position of the original signal data to be sampled when there is no extreme value in the section and the position in the section when the extreme value exists is less than half of the section width. It is suppressed.
[0020]
  Another preferred aspect of the present invention is the signal sampling apparatus, wherein the sampling value determining means determines the extreme value as the sampling value for the section having a single extreme value. In another preferred aspect of the present invention, the signal sampling apparatus is characterized in that the extreme value is a maximum value.In a further preferred aspect, the sampling value determining means determines the sampling value by using an intermediate signal obtained by modifying the original signal based on the extreme value.
[0021]
  Another signal sampling apparatus according to the present invention is as follows.For each section of the original signal divided into multiple sections of constant width, Each sectionCorresponding toA signal sampling device for obtaining a sampling value, an extreme value detection means for detecting an extreme value of the original signal, and a signal conversion means for generating an intermediate signal by transforming the original signal based on the extreme value;A sampling value that extracts a signal value of the intermediate signal at intervals of the constant width and uses a signal value at a position corresponding to the interval in the extracted signal value of the intermediate signal as a sampling value corresponding to the interval. With decision meansIt is what has.
[0022]
In the above conventional sampling method, the extreme value is suitably reflected in the waveform after sampling according to the sampling phase, or conversely, the extreme value is not reflected at all in the sampling value and the signal waveform and the original represented by the sampling value sequence are used. The problem is that the difference from the signal becomes large. According to the present invention, the intermediate signal is generated by transforming the original signal based on the extreme value. The intermediate signal can be configured such that the extreme value is reflected in the sampling value regardless of the sampling phase. Therefore, even if the sampling value determining means simply performs sampling at regular intervals, the extreme value in the section is reflected in the sampling value.
[0023]
In a preferred aspect of the present invention, the signal value is maintained at the extreme value in a range in which the intermediate signal has the constant width and the position of the extreme value is included. is there.
[0024]
Another preferable aspect of the present invention includes window setting means for moving a window having a width corresponding to the section with the original signal, and the extreme value detection means is included in the window at each window position. The extreme value of the original signal is detected, and the signal conversion means sets the extreme value as a representative value at the window position when the extreme value is detected, and within the window when the extreme value is not detected. The signal sampling apparatus is characterized in that the original signal value at a predetermined position is a representative value, and the intermediate signal is constituted by the representative value.
[0025]
In another preferred aspect of the present invention, the extreme value detection means is based on a change rate detection means for detecting a change rate of the original signal in the window, and a position where the polarity of the change rate changes. An extreme value position determining means for determining an extreme value position is a signal sampling device.
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[Embodiment 1]
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The embodiment of the present invention described here is an ultrasonic diagnostic apparatus having a B-mode image display function. The ultrasonic diagnostic apparatus scans the subject with ultrasonic waves emitted from the ultrasonic probe, and the reflected signal of the ultrasonic waves is converted into luminance of the display device and displayed as an image.
[0027]
FIG. 1 is a block diagram showing a main circuit configuration of the ultrasonic diagnostic apparatus according to an embodiment of the present invention. The reflected signal 1 that is an analog signal output from an ultrasonic probe (not shown) is digitally sampled by an A / D converter 2. The A / D converter 2 outputs time series digital data representing a change in the amplitude value of the reflected signal 1. Sampling in the A / D converter 2 is performed at a relatively fast frequency depending on the transmission frequency of the ultrasonic waves.
[0028]
The signal sampling processing unit 4 according to the present invention receives the digital data sequence generated by the A / D converter 2 as an original signal. This original signal data string is input to the maximum value selection circuit 6, the minimum value selection circuit 8, the data delay circuit 10, the subtractor 12, and the selection circuit 14, respectively. Window width data is input to the maximum value selection circuit 6 and the minimum value selection circuit 8. This window width is a parameter that determines the resampling period. That is, as will be described later, the original signal data every window width is output as a re-sampling value in principle, so that, for example, the screen scanning rate and the pixel resolution of the image display device (not shown) of the ultrasonic diagnostic apparatus The window width is determined according to.
[0029]
The maximum value selection circuit 6 is a circuit that outputs the maximum value from the original signal data traced back by the window width to the latest original signal data to the selection circuit 14. On the other hand, the minimum value selection circuit 8 is a circuit that outputs the minimum value from the original signal data traced back by the window width to the latest original signal data to the selection circuit 14.
[0030]
The data delay circuit 10 is a circuit capable of delaying the input original signal data by one sampling clock period of the A / D converter 2 and outputting the delayed signal. The delayed data output from the data delay circuit 10 is input to the subtractor 12.
[0031]
The subtractor 12 obtains a difference between the latest original signal data inputted without delay and the previous original signal data inputted from the data delay circuit 10, and sign data representing the sign of the difference is inputted to the shift register 16. Output to. The inflection point detection circuit 18 monitors the arrangement of the code data in the shift register 16 and detects whether or not the change rate polarity inflection point (inflection point) exists in the original signal data sequence cut out by the window width. To do.
[0032]
When the inflection point detection circuit 18 detects an inflection point from an increase to a decrease in the original signal data, it instructs the selection circuit 14 to select the maximum value data from the maximum value selection circuit 6. When a turning point from decrease to increase is detected, an instruction to select minimum value data from the minimum value selection circuit 8 is issued. When no inflection point is detected, an instruction to select the latest original signal data is issued.
[0033]
In response to this control signal, the selection circuit 14 has three data: the latest original signal data input from the A / D converter 2 and the data input from the maximum value selection circuit 6 and the minimum value selection circuit 8, respectively. Select one of these to output. The data string output from the selection circuit 14 has the same rate as the output of the A / D converter 2. The sampling circuit 20 is a circuit that resamples the data string at a high rate from the selection circuit 14 at a period corresponding to the window width.
[0034]
Next, an operation example of the signal sampling processing unit 4 will be described with reference to the drawings. FIG. 2 is a schematic diagram for explaining a process of generating an intermediate signal data sequence that is an output of the selection circuit 14 from the original signal data sequence. In each of FIGS. 9A to 9K, the horizontal axis is a time t (rightward is positive) and the vertical axis is a data value D (upward is positive). FIG. 4A shows an original signal data string, and FIG. 4K shows an intermediate signal data string. Black circles represent data. Hereinafter, the original signal data and the intermediate signal data at time t are respectively DO(T), DP(T). (B) to (j) in FIG. 6 represent data cut out by a window (window width is 5 data here) represented by black circles.
[0035]
Here, a case where the re-sampling interval of the signal sampling processing unit 4 is once per 4 data of the original signal data sequence will be described. That is, the signal sampling processing unit 4 divides the original signal data into four sections and outputs one sampling value for each section.
[0036]
In this apparatus, in order to detect an extreme value, a difference between adjacent data is obtained. Due to this, the window width, which is the number of data used for processing, is set to be one larger than the section width. That is, “5” is designated as the window width here, corresponding to the section width “4” of the resampling. Based on this window width, the maximum value selection circuit 6 and the minimum value selection circuit 8 make the past 5 data including the latest data of the original signal data string the targets of the maximum value selection process or the minimum value selection process.
[0037]
Further, there are four code data generated from the past five data including the latest original signal data. Therefore, when “5” is specified as the window width, the inflection point detection circuit 18 monitors the past four data including the newest code data held in the shift register 16. Here, the sign data has a value “1” when the subtraction result in the subtracter 12 is positive, that is, the change rate of the original signal data is positive (+), whereas the subtraction result is negative, that is, the original signal data When the rate of change is negative (-), the value is defined as "0". Under this definition, each code data is represented by 1 bit. When new code data is input, the shift register 16 shifts the existing stored contents to the left and converts the latest code data to the least significant bit b.0To store. The inflection point detection circuit 18 reads out the lower 4 bits of the shift register 16 to thereby obtain a 4-bit code data string “b” including the latest code data.Threeb2b1b0Then, the inflection point detection circuit 18 detects the inflection point in the window based on the bit pattern.
[0038]
For example, when the code data string is “1111” and “0000”, the original signal data is monotonically increasing and monotonically decreasing in the window, and has no inflection point. On the other hand, when the code data string is “1110”, “1100”, or “1000”, there is only one inflection point where the rate of change changes from positive to negative, that is, one local maximum point. On the other hand, when the code data string is “0001”, “0011”, or “0111”, there is only one inflection point where the rate of change changes from negative to positive, that is, a minimum point in the window. The inflection point detection circuit 18 controls the selection circuit 14 as described above based on the detection result of the inflection point.
[0039]
In the case of other bit patterns such as “0110”, a plurality of inflection points exist in the window. In this case, in this apparatus, a weighted criterion is required as to which inflection point to select and sample. Whether or not the extreme value is captured by performing the process of determining such a weighting criterion can be arbitrarily selected depending on the application. In general, resampling will not be performed at frequencies where such multiple inflection points occur in a single window. In consideration of this, in this apparatus, when a plurality of inflection points are detected, the processing load is reduced and the circuit configuration is simplified by treating them as if no inflection points exist.
[0040]
Now, time tFiveThe window contains the time t1~ TFiveAre extracted (FIG. 2B). The maximum value selection circuit 6 and the minimum value selection circuit 8 each have a maximum value D in this window.O(tFive), Minimum value DO(t1) Is output. The data delay circuit 10 has original signal data one older than the latest original signal data, that is, DO(tFour) Is output. The subtractor 12 is “DO(tFive-DO(tFour) ”Is generated, and new code data is generated and output to the shift register 16. Since the code data string is“ 1111 ”at this time, the inflection point detection circuit 18 determines that there is no inflection point. The pole detection circuit 18 controls the selection circuit 14 so as to select the latest original signal data.O(tFive) Is intermediate signal data DP(tFive) Is output.
[0041]
Time t6In FIG. 2, there is no inflection point in the window (FIG. 2C). Therefore, time tFiveBy the same operation, the latest original signal data DO(t6) And intermediate signal data DP(t6) Is output.
[0042]
Time t7The window contains the time tThree~ T7Are extracted (FIG. 2 (d)). In this case, the latest original signal data DO(t7) As the last DO(t6A smaller value is entered. Therefore, the output of the subtractor 12 changes to “0”, and the code data string output to the inflection point detection circuit 18 becomes “1110”. Based on this code data string, the inflection point detection circuit 18 determines that a local maximum point exists in the window. Then, the inflection point detection circuit 18 controls the selection circuit 14 so as to select the output from the maximum value selection circuit 6. Maximum value selection circuit 6 is time tThree~ T7Maximum value D atO(t6) Is output. Therefore, the selection circuit 14 receives this DO(t6) Is intermediate signal data DP(t7) Is output.
[0043]
Time t shown in FIGS. 2 (e) and 2 (f)8, T9In FIG. 4, code data “0” is sequentially input to the shift register 16 in accordance with newly input original signal data. As a result, the code data strings change to “1100” and “1000”, respectively, but both include inflection points from positive to negative. In other words, the state where there is a local maximum point in the window is the time t7Has not changed since. Therefore, at these times, the time t7By the same operation, the output from the maximum value selection circuit 6 is selected. From the maximum value selection circuit 6, the time t7Since then, D continuesO(t6) Is output, and intermediate signal data DP(t8), DP(t9) As DO(t6) Is output continuously.
[0044]
Time t shown in FIGS. 2 (g) to (i)Ten~ T12Since the code data string is “0000”, the inflection point detection circuit 18 determines that there is no inflection point in the window. The selection circuit 14 selects and outputs the latest original signal data based on the control signal from the inflection point detection circuit 18. Therefore, intermediate signal data DP(tTen), DP(t11), DP(t12) As DO(tTen), DO(t11), DO(t12) Are output in order.
[0045]
Time t13The window contains the time t9~ T13Original signal data is cut out (FIG. 2 (j)). In this case, the latest original signal data DO(t13) As the last DO(t12A value greater than) is entered. Therefore, the output of the subtractor 12 changes from “0” to “1” so far, and the code data string output to the inflection point detection circuit 18 becomes “0001”. Based on this code data string, the inflection point detection circuit 18 determines that a minimum point exists in the window. Then, the inflection point detection circuit 18 controls the selection circuit 14 so as to select the output from the minimum value selection circuit 8. The minimum value selection circuit 8 receives the time t9~ T13Minimum value D atO(t12) Is output. Therefore, the selection circuit 14 receives this DO(t12) Is intermediate signal data DP(t13) Is output.
[0046]
The intermediate signal data string generated by the above processing is shown in FIG. This intermediate signal data is the time t when the maximum of the original signal data string is detected.7The maximum value D of the original signal data over the following 3 dataO(t6). Therefore, this causes time t6Including four data equal to the sampling interval width DO(t6) Will be held. Similarly, the intermediate signal data is time t13When the minimum of the original signal data string is detected, the minimum value D of the original signal dataO(t12).
[0047]
FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a process in which a resampled data sequence is generated from the intermediate signal data sequence. 2A to 2F, the horizontal axis corresponds to time t and the vertical axis corresponds to the data value D, as in FIG. FIG. 4A shows an original signal data string, which is shown for comparison. FIG. 5B shows an intermediate signal data string generated by the above-described processing. When this intermediate signal data string is resampled every section width 4, there are four sampling phases. FIGS. 9C to 9F show the four types of resampling results. Each n is an integer, and FIG.P(ti) (I = 4n + 1) is sampled, FIG.P(ti) (I = 4n) is sampled, (e) in FIG.P(ti) (I = 4n-1) is sampled, FIG.P(ti) (I = 4n−2) is sampled.
[0048]
As described above, when a plurality of inflection points do not exist within one window width, the intermediate signal data sequence is based on the waveform of the original signal data sequence, but in the vicinity of the extreme value, the extreme value The waveform is modified so that is continuous by a number equal to the resampling interval. Therefore, the extreme value is always sampled regardless of the phase of the intermediate signal data string. For example, in the phase shown in FIG. 3C, the resampled intermediate signal data DP(t9) Is the maximum value D of the original signal dataO(t6), And in the same figure (d) to (f), the resampled intermediate signal data DP(t8), DP(t7), DP(t6) Is the maximum value D of the original signal dataO(t6).
[0049]
Therefore, the sampling circuit 20 can simply adopt a simple circuit configuration for sampling every four data.
[0050]
FIG. 4 is a schematic diagram showing the waveform of the original signal data sequence and the output waveform obtained by each sampling method in order to compare the re-sampling result of this apparatus with the results of conventional point sampling and maximum value sampling. It is. 4A to 4C are the same as FIGS. 6A to 6C used in the description of the prior art. FIG. 4D shows the result of inflection point detection sampling by this apparatus. The output of this device is the time t9It can be understood from the figure that the local maximum value at can be captured and that tailing like the maximum value sampling does not occur.
[0051]
This tailing will be examined in more detail. D with resampled dataRThis is expressed as (t). Note that t represents the timing at which the resampled data is output, not the generation timing in the original signal data. For maximum value sampling, for example, DR(t7) = DO(t7), DR(t11) = DO(t9), DR(t15) = DO(t11). Comparing the output timing of the sampled data with the generation timing of the data, the maximum value sampling does not deviate from the output timing and generation timing at the front end of the waveform, but the output timing occurs at the rear end It can be delayed by as much as the resampling interval from the timing. This is recognized as a phenomenon called tailing.
[0052]
On the other hand, according to the sampling of this device, for example, DR(t7) = DO(t7), DR(t11) = DO(t9), DR(t15) = DO(t15). As described above, in the sampling by this apparatus, the output timing of the sampled data and the generation timing of the data are basically synchronized with each other at the front end and the rear end of the waveform. That is, there is no difference between the output timing and the generation timing at both positions. This means that the sampling of the device does not cause tailing.
[0053]
FIG. 5 is a schematic diagram showing a state in which a sine wave is sampled at three different phases by this apparatus. This corresponds to FIGS. 7 and 8 relating to the conventional sampling, and FIGS. 5A to 5C show the case where the resampling timings are sine wave phases θ = 90 ° and 270 °, respectively. , Θ = 0 °, 180 °, and θ = 45 °, 225 °. As shown in this figure, according to this apparatus, the maximum value and the minimum value are correctly captured at any resampling phase, and the amplitude of the waveform after resampling is equal to the waveform of the original signal. In addition, the fluctuation of the data value having the same period as the original signal is always reproduced regardless of the sampling phase, and the original signal having a frequency close to the Nyquist frequency can be sampled appropriately.
[0054]
[Embodiment 2]
In the above-described apparatus, the inflection point detection circuit 18 is configured to detect both an inflection point where the original signal data changes from increase to decrease and an inflection point where the original signal data changes from decrease to increase. Correspondingly, both the maximum value and the minimum value of the original signal data sequence are held over the sampling interval width in the intermediate signal data sequence.
[0055]
On the other hand, the inflection point detection circuit 18 can be configured to detect only one of the inflection points. For example, when the inflection point detection circuit 18 is configured to detect only inflection points at which the original signal data changes from increase to decrease, only the maximum value is held in the intermediate signal data string. The maximum value is always captured in the result of re-sampling the intermediate signal data string. On the other hand, in this configuration, there is no guarantee that the minimum value is captured. That is, the effect of raising the resampling value as a whole occurs. This means that the amplitude is underestimated, but when applied to an ultrasound image, the contrast and frequency characteristics are maintained moderately while there is no maximum sampling loss and the brightness is increased in a brighter direction. The obtained image is obtained.
[0056]
Here, the ultrasonic image represents the shape of the structure by a collection of small points having different luminances. If there are bright and dark spots in a relatively uniform brightness area in the image, even if the brightness difference between them is about the same, the dark spot is visually Is more prominent than a bright spot. Such conspicuous dark spots appear as noise to the eyes of the image observer and give the impression that the S / N ratio is reduced.
[0057]
According to the present apparatus, since the decrease in the re-sampling value corresponding to such a low-brightness point is suppressed, noise is not noticeable and the image quality of the ultrasonic image is improved.
[0058]
On the other hand, in the configuration in which only the inflection point from the decrease of the original signal data string to the increase is detected, the minimum value is always sampled, but there is no guarantee that the maximum value is sampled. Such sampling may also be suitable depending on the field of use.
[0059]
[Other embodiments]
In the above-described configuration, the latest original signal data is sampled unless there is only one extreme value in the resampling interval. That is, the rear end of the re-sampling interval is sampled in principle, and only when there is only one extreme value in the interval, the sampling position is changed to the position of the extreme value in the interval. However, the basic sampling position need not be limited to the rear end of the section, but may be a predetermined position in the section.
[0060]
In the maximum value sampling, when an extreme value exists, the sampling position is not only a point in the middle of the section, but if it is monotonically increasing, it is sampled at the rear end of the section, and if it is monotonically decreasing, it is sampled at the front end of the section. Will be. Such fluctuation of the sampling position causes tailing. Therefore, tailing is prevented by preventing the sampling interval from fluctuating. In the present invention, in principle, sampling is performed at a predetermined interval by sampling at a predetermined position in the sampling section, and thus tailing can be prevented. That is, in order to prevent tailing, the sampling position may be a fixed position in the section in principle, and it does not matter whether it is an end.
[0061]
In the above configuration, a window that moves on the original signal data string is introduced. In this configuration, an intermediate signal data sequence having the same rate as the original signal data sequence is once generated, and the data sequence is resampled. However, a configuration that does not use a window that moves data one by one is also possible. For example, it is possible to divide the original signal data sequence into predetermined sampling sections and select one sampling value directly from each section. In this configuration, when it is detected that an extreme value exists in the section, the extreme value is sampled, and when no extreme value exists, the original signal data at a fixed position in the section is sampled.
[0062]
【The invention's effect】
According to the signal sampling device of the present invention, it is detected whether or not the original signal has an extreme value within the sampling interval, and if present, the value based on the extreme value is sampled. Thereby, the sampling reflecting the extreme value of the original signal is performed, and the effect that the contrast does not decrease is obtained. Also, by capturing the maximum and minimum values for the original signal near the Nyquist frequency, a sampling data string that varies at the same frequency as the original signal can be obtained, and the cut-off frequency can be raised to the Nyquist frequency. An effect is also obtained.
[0063]
Further, according to the signal sampling device of the present invention, the value of the original signal at a predetermined position in the interval is sampled for the sampling interval having no extreme value, thereby preventing a phenomenon such as tailing and lowering the resolution. The effect which is prevented is acquired.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a main circuit configuration of the ultrasonic diagnostic apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a process in which an intermediate signal data sequence is generated from an original signal data sequence.
FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a process in which a resampled data sequence is generated from an intermediate signal data sequence.
FIG. 4 is a schematic diagram showing a waveform of an original signal data sequence, a conventional sampling waveform, and a sampling waveform by this apparatus.
FIG. 5 is a schematic diagram showing a state in which a sine wave is sampled at three different phases by this apparatus.
FIG. 6 is a schematic diagram showing an example of sampling by a conventional method.
FIG. 7 is a schematic diagram showing a state in which a sine wave is point-sampled at three different phases.
FIG. 8 is a schematic diagram showing a state where a sine wave is sampled at a maximum value at three different phases.
[Explanation of symbols]
2 A / D converter, 4 signal sampling processing unit, 6 maximum value selection circuit, 8 minimum value selection circuit, 10 data delay circuit, 12 subtractor, 14 selection circuit, 16 shift register, 18 inflection point detection circuit, 20 sampling circuit.

Claims (3)

超音波を走査して得られる受信信号を原信号として、一定幅の複数区間に区切られた原信号の各区間ごとに、当該各区間に対応するサンプリング値を求める超音波診断装置であって、An ultrasonic diagnostic apparatus for obtaining a sampling value corresponding to each section for each section of the original signal divided into a plurality of sections of a certain width, using a received signal obtained by scanning ultrasound as an original signal,
前記区間に応じた幅を有するウィンドウを前記原信号で移動させるウィンドウ設定手段と、Window setting means for moving a window having a width corresponding to the section with the original signal;
各ウィンドウ位置において前記ウィンドウ内に含まれる前記原信号の極値を検出する極値検出手段と、Extreme value detection means for detecting an extreme value of the original signal included in the window at each window position;
を有し、Have
前記極値が検知された場合には当該極値をそのウィンドウ位置における代表値とし、前記極値が検知されない場合には前記ウィンドウ内の所定位置の原信号値を代表値として、各ウィンドウ位置に対応する代表値を設定し、複数のウィンドウ位置に対応した複数の代表値のうち前記各区間内に対応する位置の代表値を、当該各区間に対応するサンプリング値とする、When the extreme value is detected, the extreme value is set as a representative value at the window position, and when the extreme value is not detected, the original signal value at a predetermined position in the window is set as the representative value at each window position. A corresponding representative value is set, and a representative value at a position corresponding to each section among a plurality of representative values corresponding to a plurality of window positions is set as a sampling value corresponding to each section.
ことを特徴とする超音波診断装置。An ultrasonic diagnostic apparatus.
一定幅の複数区間に区切られた原信号の各区間ごとに、当該各区間に対応するサンプリング値を求める信号サンプリング装置であって、A signal sampling device for obtaining a sampling value corresponding to each section for each section of the original signal divided into a plurality of sections having a constant width,
前記原信号の極値を検出する極値検出手段と、Extreme value detection means for detecting an extreme value of the original signal;
前記極値に基づいて前記原信号を変形することにより中間信号を生成する信号変換手段と、Signal converting means for generating an intermediate signal by modifying the original signal based on the extreme value;
前記一定幅の間隔で前記中間信号の信号値を抽出し、抽出した中間信号の信号値のうち前記各区間内に対応する位置の信号値を、当該各区間に対応するサンプリング値とするサンプリング値決定手段と、A sampling value that extracts a signal value of the intermediate signal at intervals of the constant width and uses a signal value at a position corresponding to the interval in the extracted signal value of the intermediate signal as a sampling value corresponding to the interval. A determination means;
前記区間に応じた幅を有するウィンドウを前記原信号で移動させるウィンドウ設定手段と、Window setting means for moving a window having a width corresponding to the section with the original signal;
を有し、Have
前記極値検出手段は、各ウィンドウ位置において前記ウィンドウ内に含まれる前記原信号の極値を検出し、The extreme value detecting means detects an extreme value of the original signal included in the window at each window position,
前記信号変換手段は、前記極値が検知された場合には当該極値をそのウィンドウ位置における代表値とし、前記極値が検知されない場合には前記ウィンドウ内の所定位置の原信号値を代表値とし、前記代表値によって前記中間信号が構成されること、When the extreme value is detected, the signal converting means sets the extreme value as a representative value at the window position, and when the extreme value is not detected, the signal conversion means sets the original signal value at a predetermined position in the window as a representative value. The intermediate signal is constituted by the representative value,
を特徴とする信号サンプリング装置。A signal sampling device.
請求項2記載の信号サンプリング装置において、The signal sampling device according to claim 2, wherein
前記極値検出手段は、The extreme value detecting means includes
前記ウィンドウ内での前記原信号の変化率を検出する変化率検出手段と、Change rate detecting means for detecting a change rate of the original signal within the window;
前記変化率の極性が変化する位置に基づいて前記極値の位置を定める極値位置決定手段と、Extreme value position determining means for determining the position of the extreme value based on the position where the polarity of the rate of change changes;
を有することを特徴とする信号サンプリング装置。A signal sampling device comprising:
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