JP4365878B2 - 超音波診断装置 - Google Patents

Description

本発明は、画像データを圧縮符号化して記録または伝送する際に使用する画像圧縮装置及び画像伸長装置、並びにそれらを用いた超音波診断装置に関する。

近年、超音波を用いて対象物の画像診断を行う超音波診断装置において、プローブ（探触子）から得られた反射波信号のデータを圧縮して記録又は伝送することが検討されている。例えば、プローブから得られた反射波信号データを圧縮した後にケーブルを通して装置本体に伝送し、装置本体では逆に圧縮データを伸長して元の反射波信号データを再現し、所定の画面表示を行う。こうすることにより、伝送データ量の低減とデータの高速伝送が可能となる。

超音波診断用のプローブには様々な形状及び方式のものがあるが、図１７に示すように、超音波の走査形状が扇形になるコンベックス型のプローブが広く用いられている。図１７において、プローブ１０１から測定対象物１０２の内部へ向けて出力される超音波の走査範囲は、深度が深くなるほど広がる扇形形状となる。図１７に示すように、超音波の走査範囲において、プローブ１０１から測定対象物１０２の内部へ向けて少しずつ角度を変えて出力される超音波の直線を音響線と呼称することにする。扇形の走査範囲の左端から右端までｎ本の音響線１０３（１０３−１〜１０３−ｎ）が存在する。

図１８は、１フレーム分の反射波信号データの構造を模式的に示している。図１８に示すように、縦方向にｎ本の音響線１０３に対応する音響線データ１０４−１〜１０４−ｎが順に格納されている。それぞれのフレーム（音響線データ群）１０４において、右端に近づくほど深度が深いデータである。

図１９は、扇形の走査範囲に合わせて表示される超音波画像を模式的に示す図である。プローブから得られる反射波信号の強度を画面１０５に表示する場合に、反射信号の強度を輝度変調した超音波画像を図１９のように走査範囲に対応させた扇形領域１０６に表示する。この表示モードはＢモードと呼称されている。この表示モードでは、走査範囲と同じ扇形範囲の超音波画像が画面上に表示されるので直観的な診断を行いやすい。

このような超音波画像表示は、図１８に示したような１フレーム分の画像データを図１９に示すように扇形の表示範囲に変形してから表示することになる。このとき、表示面の画素の密度は均一であるので、図１９から分かるように、表示された画面内の音響線密度が深度によって変わることになる。音響線密度とは、音響線の総数を表示画素数で除して得られる値である。例えば、深度が最も浅い部分（扇形の中心から最も近い部分）の円弧に沿う表示画素数をｍ１とし、音響線密度をＡとすれば、Ａ＝ｎ／ｍ１である。また、深度が最も深い部分（扇形の中心から最も遠い部分）の円弧に沿う表示画素数をｍ２とし、音響線密度をＢとすれば、Ｂ＝ｎ／ｍ２である。ｍ１＜ｍ２であるから、Ａ＞Ｂとなる。このように、深度が深くなるほど（扇形の中心から離れるほど）音響線密度が低くなる。

また、静止画像データを圧縮符号化する方法として、ＪＰＥＧ方式が従来から主流となっており、超音波診断装置における反射波信号のデータ圧縮についてもＪＰＥＧ方式の適用が可能である。

図２０はＪＰＥＧ方式に代表される従来の静止画圧縮処理の概略構成を示すブロック図である。図２０において、１１はブロック分割手段、１２はＤＣＴ変換（離散コサイン変換）手段、１３は量子化手段、１４は符号化手段、１５は量子化係数出力手段である。また、図２１は図２０の画像圧縮装置における量子化係数出力手段１５の内部構成を示すブロック図である。図２１において、１８は量子化係数（量子化の細かさを示す数値）の基本となる値をブロックのサイズに合わせてテーブル化した基本量子化テーブル、１９は基本量子化テーブル１８から得られた値と予め設定されたスケールファクタ（圧縮率を調整するパラメータ）との積をとって量子化係数を出力する乗算手段である。

図２０及び図２１に示すように、入力された画像データは先ずブロック分割手段１１で８×８画素のブロックに分割される。各ブロックは、ＤＣＴ変換手段１２でＤＣＴ変換される。ＤＣＴ変換の結果出力されるＤＣＴ係数は、量子化係数出力手段１５から与えられた量子化係数にしたがって量子化手段１３で量子化され、符号化手段１４でハフマン符号化されて圧縮データとなる。

図２２は、ＪＰＥＧ方式に代表される従来の静止画伸長処理の概略ブロック図である。図２２において、３１はハフマン符号を復号する復号手段、３２は逆量子化を行う逆量子化手段、３３は逆ＤＣＴ変換を施す逆ＤＣＴ変換手段、３４は逆量子化係数出力手段である。

図２２に示すように、入力された圧縮データは復号手段３１によって復号されるとともに、逆量子化係数出力手段３４にも入力されて、逆量子化を行うための逆量子化係数が取り出される。復号手段３１から出力された復号化データは逆量子化手段３２に渡され、逆量子化手段３２は逆量子化係数出力手段３４から与えられた逆量子化係数を用いて復号化データの逆量子化を行う。その出力は逆ＤＣＴ変換手段３３に渡され、逆ＤＣＴ変換手段３３によって逆ＤＣＴ変換が施されて画像データとなる。

上記のような静止画圧縮処理及び伸長処理を行った場合、圧縮率はフレーム単位で設定可能であるが、フレーム内のある領域に着目して圧縮を行った場合、圧縮率を着目領域に合わせて低めに設定すると、非着目領域の画質が必要以上に良くなってしまう。逆に、全体の圧縮率を高めに設定した場合は、着目領域については必要十分の画質が得られないことになる。

同様に、コンベックス型プローブを使用した超音波診断装置において、画像データの圧縮及び伸長に上記の方式をそのまま適用すると、前述のような音響線密度の違いによる不都合が生じる。例えば、１フレーム内で共通の量子化テーブルを用いて画像データの圧縮符号化を行う場合に、音響線密度の高いところに合わせて圧縮率を調整すると、音響線密度の低いところでは画質が悪化してしまう。逆に、音響線密度の低いところに合わせて圧縮率を調整すると、音響線密度の高いところでは、必要以上の符号量を使用することになってしまう。

これらの問題に対処する方法として、１フレーム内で共通の圧縮率を使用するのではなく、分割されたブロック単位で圧縮率を切り替える方式がある。この方式はＪＰＥＧの拡張規格に含まれており、具体的には、ブロック単位で使用する量子化テーブルを指定し、量子化テーブルの選択情報を符号化することによってブロック単位で圧縮率を調整するものである。

また、図２１に示したように、量子化のステップ幅を調整するために量子化テーブルから得られた値にスケールファクタを乗じたものを量子化係数として量子化手段に与えているが、このスケールファクタをブロック単位で変更し、スケールファクタの値を符号化することによってブロック単位で圧縮率を調整することも可能である。

しかしながら、これらの方式では量子化テーブルの選択情報やスケールファクタなどの圧縮パラメータを符号化する必要があるので、その分だけ符号量が増えてしまい、全体としてのデータ量も増えてしまう可能性がある。

そこで、ブロック単位でのスケールファクタや量子化テーブルの選択情報と、ＤＣＴ変換後のＤＣ係数のブロック間差分であるＤＣ差分値との相関が高いことを利用して、ＤＣ差分情報とスケールファクタ情報を組み合わせて符号化することにより、必要となる圧縮パラメータを効率的に符号化することが提案されている（例えば、特開２０００―９２３３０号公報参照）。

図２３は、この方式を用いた画像データ圧縮処理装置の構成を示すブロック図である。この方式では、図２３に示すように、画像データはブロック分割手段１１、ＤＣＴ変換手段１２、量子化手段１３で処理される。量子化ステップ幅は、基本量子化テーブル１８のマトリックスにスケールファクタ算出回路８１で算出されるスケールファクタを乗じて決定される。量子化されたＡＣ成分は、ＡＣ成分符号化回路８３で符号化される。量子化されたＤＣ成分はＤＣ差分算出回路８４でＤＣ差分に変換され、さらにグループ化回路８５において、グループ番号および付加ビットに変換される。また、スケールファクタもスケールファクタ差分算出回路８２でスケールファクタ差分に変換され、さらにグループ化回路８６において、グループ番号および付加ビットに変換される。ＤＣ成分およびスケールファクタのグループ番号は、２次元ハフマン符号化回路８７で符号化され、多重化回路８８で各符号要素が多重化されて出力される。
特開２０００―９２３３０号公報

しかしながら、上記の特許文献１に記載された方式を用いても、ブロック単位の圧縮パラメータを含めて符号化する場合は、圧縮パラメータの符号量が増えてしまうことに変わりはない。このため、フレーム内で着目した部分についてブロック単位で圧縮率を変える場合は、圧縮パラメータの符号量に応じてデータ量が増えてしまう。

さらに、走査形状が扇形のプローブを使用した超音波診断装置における超音波画像データでは、音響線密度が深度によって異なるため、それに合わせて圧縮率を調整しようとするとブロックごとに圧縮率を変える必要があり、その結果、圧縮パラメータの符号量が多くなり、その分圧縮率が小さくなってしまう。

本発明は、このような従来の問題を解決するためになされたものであり、元画像の画質（分解能）がフレーム内で一定の規則性で変化する場合に、ブロック単位の圧縮パラメータを符号化することなく、フレーム内で圧縮率を変化させることが可能な超音波診断装置を提供することを目的とするものである。

本発明による超音波診断装置は、測定対象物へ超音波を送信すると共に前記測定対象物からの反射波を受信して電気信号に変換する超音波プローブと、超音波プローブから得られた反射波信号を処理して得られた超音波画像データを圧縮する画像圧縮装置と、圧縮された超音波画像データを伸長して圧縮前の超音波画像データを得る画像伸長装置とを備え、前記画像圧縮装置は、入力された画像データを複数のブロックに分割するブロック分割手段と、前記ブロックごとにＤＣＴ変換を行うＤＣＴ変換手段と、量子化の細かさを示す数値である量子化係数を出力する量子化係数出力手段と、画像データのブロックの位置に応じて一意に決まる補正値を算出する第１の補正値算出手段と、前記量子化係数出力手段から出力される量子化係数と前記第１の補正値算出手段から出力される補正値とを乗算して得られる値に基づいて前記ＤＣＴ変換されたデータを量子化する量子化手段と、量子化されたデータを符号化して圧縮データを出力する符号化手段とを有し、前記画像伸長装置は、符号化された圧縮データを復号する復号手段と、前記圧縮データから逆量子化係数を求めて出力する逆量子化係数出力手段と、画像データのブロックの位置に応じて一意に決まる補正値を算出する第２の補正値算出手段と、前記逆量子化係数出力手段から出力される量子化係数と前記第２の補正値算出手段から出力される補正値とを乗算して得られる値に基づいて前記復号手段の出力データを前記ブロックごとに逆量子化する逆量子化手段と、逆量子化されたデータを逆ＤＣＴ変換して圧縮前の画像データを出力する逆ＤＣＴ変換手段とを有することを特徴とする。

本発明の超音波診断装置によれば、画像データのブロックの位置に応じて量子化係数の値を変えることができるので、ブロックの位置に応じて圧縮率を変えることが容易であり、画像データの画質特性に応じた圧縮・伸長を行うことが容易になる。しかもブロックごとの圧縮パラメータを符号化する必要がないので符号量が多くなる（圧縮率が小さくなる）ことはない。

本発明の超音波診断装置の好ましい実施形態では、前記第１の補正値算出手段および前記第２の補正値算出手段は、前記ブロックの位置を二次元の数値で表し、前記二次元の数値から前記補正値を算出する。この構成によれば、例えば、測定対象物の深度方向のみに補正値（圧縮率）を変化させることが容易になる。その結果、画像データの画質特性に応じて一層好適に補正値（圧縮率）を変化させることが可能になる。

本発明の超音波診断装置の別の好ましい実施形態では、前記第１の補正値算出手段および第２の補正値算出手段は、前記ブロックを複数個まとめた領域内で共通の値を前記補正値として算出する。例えば４つのブロックをまとめた領域ごとに異なる補正値を算出し、同一領域内では共通の補正値とする。この構成によれば、画像データの画質特性に応じて適切に補正値（圧縮率）を変化させながら、その処理負荷を軽減することが可能になる。

本発明の超音波診断装置の更に別の好ましい実施形態では、前記第１の補正値算出手段および前記第２の補正値算出手段は、前記超音波画像データにおける測定対象物の深度方向のブロックの位置に応じて前記補正値を算出する。更に具体的な構成では、前記前記第１の補正値算出手段および前記第２の補正値算出手段は、前記超音波画像データにおける測定対象物の深度が深くなるほど該当するブロックの圧縮率が小さくなるように前記補正値を算出する。この構成によれば、超音波の走査範囲に合わせた扇形領域に超音波画像データが表示される表示モードにおける画像データの画質特性に応じた画像圧縮及び伸長を行うことができる。

本発明の超音波診断装置の更に別の好ましい実施形態では、前記第１の補正値算出手段および前記第２の補正値算出手段は、予め記憶された前記ブロックの位置と前記補正値との関係を示すテーブルを参照することにより、前記ブロックの位置に応じた前記補正値を算出する。この構成によれば、計算によって補正値を算出する場合に比べて高速で補正値を算出する（求める）ことができ、処理の負荷が軽くなる。

本発明の超音波診断装置において、前記超音波プローブから得られた超音波画像データから画像データと付加情報に分離する第１の付加情報分離手段と、前記第１の付加情報分離手段から出力された付加情報からプローブ情報を取得する第１のプローブ情報取得手段と、前記付加情報と前記画像圧縮手段により圧縮された画像データを結合する第１の付加情報結合手段と、前記第１の付加情報結合手段で結合された超音波圧縮データを画像データと付加情報に分離する第２の付加情報分離手段と、前記第２の付加情報分離手段から出力された付加情報からプローブ情報を取得する第２のプローブ情報取得手段と、前記付加情報と前記画像伸長手段により伸長された画像データを結合する第２の付加情報結合手段とを備え、前記第１の補正値算出手段は、前記画像データのブロック位置情報に加えて、前記プローブ情報から一意に決まる補正値を算出し、前記第２の補正値算出手段は、前記第１の補正値算出手段と同じ値を算出する構成にすることができる。

前記超音波プローブから得られた超音波画像データから付加情報を画像データと分離する第１の付加情報分離手段と、
更に、本発明の超音波診断装置において、前記第１の付加情報分離手段で分離された付加情報を可逆圧縮する可逆圧縮手段と、前記可逆圧縮された付加情報と前記画像圧縮手段により圧縮された画像データを結合する第１の付加情報結合手段と、前記第１の付加情報結合手段で結合された圧縮データを画像データと付加情報に分離する第２の付加情報分離手段と、前記第２の付加情報分離手段で分離された付加情報を可逆伸長する可逆伸長手段と、前記可逆伸長された付加情報と前記画像伸長手段により伸長された画像データを結合する第２の付加情報結合手段とを備えた構成にすることができる。

更に、本発明の超音波診断装置において、前記超音波プローブから得られた超音波画像データから画像データと付加情報に分離する第１の付加情報分離手段と、前記第１の付加情報分離手段から出力された付加情報からプローブ情報を取得する第１のプローブ情報取得手段と、画像圧縮時に前記プローブ情報と前記ブロック位置情報から一意に決まる補正値を算出する第１の補正値算出手段と、前記付加情報を可逆圧縮する可逆圧縮手段と、前記画像圧縮手段により圧縮された画像データを結合する第１の付加情報結合手段と、前記第１の付加情報結合手段で結合された超音波圧縮データを画像データと付加情報に分離する第２の付加情報分離手段と、前記第２の付加情報分離手段で分離された付加情報を可逆伸長する可逆伸長手段と、前記可逆伸長手段から出力された付加情報からプローブ情報を取得する第２のプローブ情報取得手段と、前記プローブ情報と前記ブロック位置情報から画像圧縮時と同じ補正値を算出する第２の補正値算出手段と、前記付加情報と前記画像伸長手段により伸長された画像データを結合する第２の付加情報結合手段とを備え、前記第１の補正値算出手段は、前記画像データのブロック位置情報に加えて、前記プローブ情報から一意に決まる補正値を算出し、前記第２の補正値算出手段は、前記第１の補正値算出手段と同じ値を算出する構成にすることができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る画像圧縮装置の概略構成を示すブロック図である。図１において、画像圧縮装置２はブロック分割手段１１、ＤＣＴ変換手段１２、量子化手段１３、符号化手段１４、量子化係数出力手段１５、補正値算出手段（第１の補正値算出手段）１６及び乗算手段１７を備えている。ブロック分割手段１１は、画像データを複数のブロックに分割する。ＤＣＴ変換手段１２は、ブロック分割手段１１より出力されたデータにＤＣＴ変換（離散コサイン変換）を施す。量子化手段１３は、ＤＣＴ変換手段１２から出力されたＤＣＴ係数を乗算手段１７の出力で除して整数化する。符号化手段１４は、量子化手段１３から出力されたデータを符号化し、圧縮データを出力する。量子化係数出力手段１５は、量子化を行うための量子化係数を出力する。補正値算出手段１６は、ブロック位置情報に基づいて量子化係数を補正する補正値αを算出する。乗算手段１７は、量子化係数出力手段１５から出力された量子化係数に補正値算出手段１６から出力された補正値αを乗算し、その結果を量子化手段１３に与える。

量子化係数出力手段１５の内部構成は、従来例の説明で図２１に示したとおりである。すなわち、量子化係数出力手段１５は、量子化係数の基本となる値をブロックのサイズに合わせてテーブル化した基本量子化テーブル１８と、このテーブルから得られる値に予め設定されたスケールファクタを乗算する乗算手段１９とを含む。乗算手段１９の出力が量子化係数として量子化係数出力手段１５の出力となる。

画像圧縮装置２に入力された画像データは、ブロック分割手段１１によって複数のブロックに分割され、このブロック単位で以降の処理が行われる。ブロック分割手段１１から出力されたブロック単位の画像データは、ＤＣＴ変換手段１２でＤＣＴ変換され、ＤＣＴ係数が出力される。ＤＣＴ変換手段１２から出力されたＤＣＴ係数は、量子化手段１３で量子化される。この際、量子化手段１３は、量子化係数出力手段１５から出力された量子化係数と補正値算出手段１６がロック位置情報から算出した補正値αとの積である乗算手段１７の出力にしたがって量子化を実行する。この量子化係数は、前述のように基本量子化テーブル１８から得られた値とスケールファクタとを乗算手段１９で乗算したものである（図２１参照）。量子化手段１３の出力データは、符号化手段１４に与えられ、ハフマン符号のような可変長符号で符号化される。符号化されたデータは、圧縮データとして画像圧縮装置２から出力される。

補正値算出手段１６が算出する補正値αは、ブロック位置に対応して一意に決まる値であればよい。図２は、図１における補正値算出手段１６の動作に関して、フレーム中のブロック位置の例を示す図である。図２の例では、フレーム２０が４行×１６桁＝６４個のブロック２１に分割されており、各ブロックは８×８＝６４個の画素から成る。それぞれのブロックに付された番号がブロック位置を表している。図３は、図２に示すブロック位置（番号）と補正値αとの関係を示すグラフである。図３において、直線Ａは、ブロック位置に応じて補正値αの値が連続的に変化（線形変化）する場合の例を示す。階段状のグラフＢは、ブロック位置に応じて補正値αが段階的に変化（非線形変化）する場合の例を示す。

このように補正値αがブロック位置から一意に決まるので、ブロックごとの補正値αや補正値αを乗算した後の量子化係数などの圧縮パラメータが圧縮データに付加されていなくても、ブロック単位で圧縮率を変えることが可能となる。

なお、図３では、フレーム２０の中央付近に相当するブロック位置の補正値αの値を１とし、ブロック位置を示す番号が大きくなるほど補正値αが大きくなるような関係の例を示した。しかし、ブロック位置と補正値αとの関係はこれらの例に限らず、ブロック位置から補正値αが一意に決まるものであればどのような関係であってもよい。

また、乗算手段１７は、必ずしも量子化係数出力手段１５の後に設ける必要はなく、量子化係数出力手段１５の中で基本量子化テーブル１８と乗算手段１９との間に設けてもよい。すなわち、基本量子化テーブル１８から得られた値にスケールファクタを乗算する前に補正値αを乗算するように構成してもよい。

（第２の実施形態）
図４は、本発明の第２の実施形態における画像伸長装置の概略構成を示すブロック図である。図４において、画像伸長装置３は、復号手段３１、逆量子化手段３２、逆ＤＣＴ変換手段３３、逆量子化係数出力手段３４、乗算手段３５及び補正値算出手段（第２の補正値算出手段）１６を備えている。復号手段３１は、符号化された圧縮データを復号する。逆量子化手段３２は、復号手段３１の出力を乗算手段３５の出力と乗算して整数化する。逆ＤＣＴ変換手段３３は、逆量子化手段３２から出力されたデータに逆ＤＣＴ変換を施す。逆量子化係数出力手段３４は、逆量子化を行うための係数を圧縮データから取り出して出力する。乗算手段３５は、逆量子化係数出力手段３４から出力された係数と補正値算出手段１６から出力された補正値αとを乗算する。補正値算出手段１６は第１の実施形態として図１を参照しながら説明したものと同一のものであり、量子化係数を補正するための補正値αをブロック位置情報に基づいて算出する。

図４に示すように、入力された圧縮データは、復号手段３１によって復号化されると共に、逆量子化係数出力手段３４にも入力されて、逆量子化を行うための逆量子化係数が取り出される。取り出された逆量子化係数は乗算手段３５に与えられ、乗算手段３５はブロック位置情報から補正値算出手段１６が算出した補正値αと逆量子化係数とを乗算する。

復号手段３１から出力された復号化データは逆量子化手段３２に渡され、逆量子化手段３２は乗算手段３５から渡された補正値αと逆量子化係数との乗算結果を用いて復号化データの逆量子化を行う。その出力は逆ＤＣＴ変換手段３３に渡され、逆ＤＣＴ変換手段３３によって逆ＤＣＴ変換が施されて画像データとなる。なお、補正値算出手段１６は、第１の実施形態による画像圧縮装置２に含まれるものと同じであるので、乗算手段３５で使用される補正値αも第１の実施形態で説明した補正値αと同じになる。また、乗算手段３５は結果的に乗算をするものであればよく、逆数をとって除算するようなものであってもよい。

このように補正値αがブロック位置から一意に決まるので、ブロックごとの補正値αの値や補正値αを乗算した後の量子化係数などの圧縮パラメータが圧縮データに付加されていなくても、ブロック単位で異なる圧縮率の圧縮画像データを正しく伸長（復元）することができる。

（第３の実施形態）
図５は、本発明の第３の実施形態に係る超音波診断装置の概略構成を示すブロック図である。図５において、超音波診断装置１は超音波プローブ４１、第１の付加情報分離手段４２、画像圧縮手段２、第１の付加情報結合手段４３、選択手段４４、第２の付加情報分離手段４５、画像伸長手段３、第２の付加情報結合手段４６及び画像表示手段４７を備えている。

超音波プローブ４１は、圧電効果を利用して超音波を発生し、測定対象物の内部へ超音波を送信すると共に、測定対象物の内部からの反射波を受信して電気信号に変換する。第１の付加情報分離手段４２は、超音波プローブ４１から入力された電気信号から超音波画像データを作成し、超音波画像データを画像データとそれ以外の付加情報とに分離し、画像データは画像圧縮手段２へ与え、付加情報は第１の付加情報結合手段４３に与える。ここで、付加情報とは、超音波画像データのうち純粋な画像データ以外の情報のことを示し、例えば、測定に使用しているプローブの情報や、フォーカス位置などの測定時パラメータなどが含まれる。画像圧縮手段２は、第１の実施形態で説明したものと同じであり、ブロック位置から一意に決まる補正値αを用いてブロック単位で圧縮率を変えることができる。第１の付加情報結合手段４３は、画像圧縮手段２で圧縮された圧縮画像データに上記の付加情報を結合し、超音波圧縮データとして出力する。

この超音波圧縮データは、超音波診断装置１から外部へ（例えば外部記憶装置へ）出力され、又はケーブルを介して超音波診断装置１の本体（表示部）へ伝送されて選択手段４４に入力される。選択手段４４は、外部から（例えば外部記憶装置から）入力される超音波圧縮データ又は第１の付加情報結合手段４３から出力された超音波圧縮データを選択して（切り換えて）第２の付加情報分離手段４５に与える。第２の付加情報分離手段４５は入力した超音波圧縮データを圧縮画像データとそれ以外の付加情報に分離し、圧縮画像データを画像伸長手段３に与え、付加情報を第２の付加情報結合手段４６に与える。

画像伸長手段３は、第２の実施形態で説明したものと同じであり、画像圧縮手段２が使用したブロック位置に応じた補正値αと同じ値を用いて、ブロック単位で変化する圧縮率の圧縮画像データの伸長処理を実行し、圧縮前の画像データを正しく復元することができる。第２の付加情報結合手段４６は、画像伸長手段３で伸長された画像データに上記の付加情報を結合し、得られた表示データを画像表示手段４７に与える。画像表示手段４７は、入力された表示データにしたがって超音波画像を画面表示する。

本実施形態の超音波診断装置１は、上記のように、超音波プローブ４１から得られた超音波画像データを一旦圧縮し、圧縮データを外部記憶装置に記憶させ、あるいはケーブルを介して伝送し、本体側で入力された圧縮データを伸長して表示画面に表示する。したがって、記憶データや伝送データの低減、すなわち記憶効率や伝送効率の向上を図ることができる。しかも、ブロックごとの圧縮パラメータを超音波圧縮データに付加する必要がないので、データ量を増やすことなくブロック単位で圧縮率を変えることができる。

なお、本実施形態では選択手段４４を設けて、外部から入力される超音波圧縮データか第１の付加情報結合手段４３から出力される超音波圧縮データのいずれか一方を選択できるように構成しているが、選択手段４４は必須ではない。第１の付加情報結合手段４３から出力された超音波圧縮データがそのまま第２の付加情報分離手段４５に入力されるように構成してもよいし、第１の付加情報結合手段４３から出力された超音波圧縮データを一旦外部に出力し外部からの超音波圧縮データを第２の付加情報分離手段４５に入力するように構成してもよい。

（第４の実施形態）
図６は、本発明の第４の実施形態に係る超音波診断装置における補正値の算出のためのフレームを示す図である。フレーム２０には、ブロック２１の位置を示す位置情報が付されている。この実施形態の超音波診断装置の基本的な構成は第３の実施形態と同じであり、補正値算出手段１６による補正値αの算出方法のみが異なる。すなわち、図１に示す補正値算出手段１６は図２に示したように補正値αの算出に使用するブロック位置情報を一次元の数値（通し番号）で管理しているが、この実施形態における補正値算出手段１６はブロック位置情報を二次元の数値で管理している。すなわち、図６に示すように、フレーム２０の各ブロック２１は、（ｘ，ｙ）座標の如く独立した２方向のパラメータでブロック位置情報が表されている。このようにすることにより、補正値算出手段１６は、例えばｘ方向とｙ方向の２つのパラメータを持つ関数を用いて補正値αを算出したり、どちらか一方向のみのパラメータに応じて補正値αを変化させたりすることが可能となる。

（第５の実施形態）
図７は、本発明の第５の実施形態に係る超音波診断装置における補正値の算出のためのブロック位置情報を示す図である。この実施形態の超音波診断装置の基本的な構成は第３の実施形態と同じであり、図１に示す補正値算出手段１６による補正値αの算出方法に特徴がある。すなわち、この実施形態における補正値算出手段１６は、フレームを分割したブロックごとに補正値αの値を変える（増加又は減少する）のではなく、複数個のブロックをまとめた領域ごとに補正値αの値を変える。つまり、同一領域内では共通の値を算出する。例えば、図７に示すように、フレーム２０において、４個のブロック２１からなる矩形の領域２２ごとに補正値αの値を変える（算出する）。このような構成とすることにより、ブロックより大きな領域単位で補正値αを算出して量子化係数を補正すればよいので、画像データの画質特性に応じて適切に補正値（圧縮率）を変化させながら、その処理負荷を軽減することが可能になる。

（第６の実施形態）
図８は、本発明の第６の実施形態に係る超音波診断装置における補正値の算出のためのブロック位置情報を示す図である。この実施形態の超音波診断装置の基本的な構成は第３の実施形態と同じであり、図１に示す補正値算出手段１６による補正値αの算出方法に特徴がある。また、この実施形態は第５の実施形態の変形例に相当するものである。すなわち、複数個のブロックをまとめて１つの領域とする際に、超音波画像データにおける測定対象物の深度が同じ複数のブロックを１つの領域にまとめる。図８の例では、フレーム２０が縦方向（行方向）に４個、横方向（列方向）に１６個、合計６４個のブロック２１に分割されている。そして、縦方向の４個のブロック２１が１つの領域２２にまとめられている。

また、図９は、図８のフレームの左上側部分を拡大した図である。各ブロック２１は８×８＝６４個の画素２４で構成され、各行の画素列が前述の音響線データ２３に相当する。すなわち、１行目の画素列は音響線データ２３−０に対応し、２行目の画素列は音響線データ２３−１に対応する。以下同様である。また、行方向では音響線データ２３−０から音響線データ２３−７までの８本が１つのブロック２１に属し、音響線データ２３−８から音響線データ２３−１５までの８本が次のブロック２２に属する。以下も同様である。列方向に関して言えば、図１８を参照して説明したように、フレーム２０の右端に近づくほど深度が深いことを意味している。

したがって、この実施形態における補正値算出手段１６は、超音波画像データにおける測定対象物の深度方向のブロックの位置に応じて補正値を変化させる（算出する）ことになる。その結果、深度に応じて圧縮率の補正をすることが可能となる。なお、図８に示す例ではフレーム２０内のブロック２１の位置情報を図２と同様に一次元の数値（通し番号）で管理しているが、図６に示した実施形態のようにブロック位置情報を二次元の数値で管理してもよい。この場合は、ｘ座標に相当する数値が同じ４個のブロックを１つの領域としてまとめればよい。これにより、深度が同じブロックを容易にまとめて一領域とし、領域ごとに補正値αを算出する処理が簡単になる。

（第７の実施形態）
図１０は、本発明の第７の実施形態に係る超音波診断装置における補正値の算出方法を例示するグラフである。この実施形態の超音波診断装置の基本的な構成は第３の実施形態と同じであり、補正値算出手段１６による補正値αの算出方法に特徴がある。また、この実施形態は第６の実施形態の具体的な構成に相当する。すなわち、この実施形態における補正値算出手段１６は、図１０のグラフ（直線）２５で示すように、深度が深くなるほど（ブロック位置を示す数値が大きくなるほど）補正値αの値を増加し、これによって深度が深くなるほど圧縮率が小さくなるようにしている。

前述のように、深度が深くなるほど超音波の走査範囲が広がる扇形の走査形状の場合は、深度が深いほど音響線密度が低くなり画質（解像度）が悪くなる。そこで、本実施形態の如く、深度が深くなるほど圧縮率が小さくなるように、深度方向のブロック位置に応じて補正値αの値を算出することにより、表示される超音波画像の画質劣化を抑えることができる。なお、図６に示したようにブロック位置情報を二次元の数値で管理する場合は、ｘ座標（深度方向）に相当する数値が大きくなるほど補正値αの値を単調増加すればよいが、図２に示したようにブロック位置情報を一次元の数値で管理する場合は、一定の間隔で（例えば１６の倍数ごとに）補正値αをリセットすることが必要である。つまり、後者の場合に、図１０における直線２５は補正値αの最小値から最大値に向かう増加が複数回繰り返される鋸歯状の線になる。

（第８の実施形態）
図１１は、本発明の第８の実施形態に係る超音波診断装置における補正値の算出方法を例示するテーブルである。この実施形態の超音波診断装置の基本的な構成は第３の実施形態と同じであり、補正値算出手段１６による補正値αの算出方法に特徴がある。すなわち、この実施形態では、図１１に示すようなブロック位置と補正値αとの関係を示すテーブル２６を予め記憶しておき、補正値算出手段１６は、このテーブル２６を参照することによってブロック位置に応じた補正値αを直ちに求める。こうすることにより、計算によって補正値を算出する場合に比べて高速で補正値を求めることができ、処理の負荷が軽くなる。また、ブロック位置と補正値αとの関係がリニアではなく、式で表すことが困難な場合に対応することができる。なお、図１１に例示したテーブルではブロック位置を一次元の数値で表しているが、図６に示した実施形態のように二次元の数値でブロック位置を表してもよい。

（第９の実施形態）
図１２は、本発明の第９の実施形態に係る超音波診断装置の概略構成を示すブロック図である。図１２において、超音波診断装置１は、超音波プローブ４１、第１の付加情報分離手段４２、画像圧縮手段２、第１の付加情報結合手段４３、選択手段４４、第２の付加情報分離手段４５、画像伸長手段３、第２の付加情報結合手段４６、画像表示手段４７、第１のプローブ情報取得手段４８及び第２のプローブ情報取得手段４９を備えている。

この実施形態は、第３の実施形態に係る超音波診断装置の構成に加えて、第１のプローブ情報取得手段４８と第２のプローブ情報取得手段４９を追加したものである。第1のプローブ情報取得手段４８は、第１の付加情報分離手段４２からの付加情報のうちプローブ種別情報を取得し、画像圧縮手段２へ与える。また、第２のプローブ情報取得手段４９は、第２の付加情報分離手段からの付加情報のうちプローブ種別情報を取得し、画像伸長手段３へ与える。

図１３は、本発明の第９の実施形態に係る画像圧縮部分の概略構成を示すブロック図である。この実施形態の画像圧縮部分の基本的な構成は第１の実施形態と同じであり、補正値算出手段１６の入力としてブロック位置情報に加えて、前記第1のプローブ情報取得手段４８からのプローブ種別情報を用いて補正値βを算出する点に特徴がある。つまり、補正値算出手段１６は、ブロック位置に応じた補正値を算出し、さらにプローブ種別に応じて補正を行った補正値βを算出する。

図１４は、本発明の第９の実施形態に係る画像伸長部分の概略構成を示すブロック図である。この実施形態の画像伸長部分の基本的な構成は第２の実施形態と同じであり、補正値算出手段１６の入力としてブロック位置情報に加えて、前記第２のプローブ情報取得手段４８からのプローブ種別情報を用いて補正値βを算出する点に特徴がある。つまり、補正値算出手段１６は、圧縮時と同様に、ブロック位置に応じた補正値を算出し、さらにプローブ種別に応じて補正を行った補正値βを算出する。

このような構成とすることにより、ブロック単位の圧縮率の変化のさせ方を、プローブ種別に応じて最適に設定することができる。

なお、本実施形態では第３の実施の形態と同様に、選択手段４４を設けて、外部から入力される超音波圧縮データか、第１の付加情報結合手段４３から出力される超音波圧縮データのいずれか一方を選択できるように構成しているが、選択手段４４は必須ではない。第１の付加情報結合手段４３から出力された超音波圧縮データがそのまま第２の付加情報分離手段４５と第２のプローブ情報取得手段４９に入力されるように構成してもよいし、第１の付加情報結合手段４３から出力された超音波圧縮データを一旦外部に出力し外部からの超音波圧縮データを第２の付加情報分離手段４５と第２のプローブ情報取得手段４９に入力するように構成してもよい。

また、本実施形態ではプローブ情報として、プローブ種別の情報を用いた例を示したが、プローブ情報はプローブ種別に限定されるものではなく、他の情報を用いても構わない。

（第１０の実施形態）
図１５は、本発明の第１０の実施形態に係る超音波診断装置の概略構成を示すブロック図である。図１５において、超音波診断装置１は超音波プローブ４１、第１の付加情報分離手段４２、画像圧縮手段２、第１の付加情報結合手段４３、選択手段４４、第２の付加情報分離手段４５、画像伸長手段３、第２の付加情報結合手段４６、画像表示手段４７、可逆圧縮手段５０及び可逆伸長手段５１を備えている。

この実施形態は、第３の実施形態に係る超音波診断装置の構成に加えて、可逆圧縮手段４９と可逆伸長手段５０を追加したものである。第1の付加情報分離手段４２は、超音波プローブ４１からの超音波画像データを画像データとそれ以外の付加情報とに分離し、画像データは画像圧縮手段２へ与え、付加情報は可逆圧縮手段５０に与える。可逆圧縮手段５０は、前記付加情報を可逆圧縮し、圧縮付加情報を第１の付加情報結合手段４３に与える。第１の付加情報結合手段４３は、画像圧縮手段２で圧縮された圧縮画像データに上記の圧縮付加情報を結合し、超音波圧縮データとして出力する。

同様に、第２の付加情報分離手段４５は、選択手段４４からの超音波圧縮データを圧縮画像データとそれ以外の圧縮付加情報とに分離し、圧縮画像データを画像伸長手段３へ与え、圧縮付加情報を可逆伸長手段５１に与える。可逆伸長手段５１は、前記圧縮付加情報を伸長し、付加情報を第２の付加情報結合手段４６に与える。第２の付加情報結合手段４６は、画像伸長手段３で伸長された画像データに上記の付加情報を結合し、得られた表示データを画像表示手段４７に与える。

このような構成とすることにより、超音波の画像データは圧縮率の高い非可逆圧縮方式で最適な圧縮を行い、付加情報は完全に元のデータに戻すことが可能な可逆圧縮方式で圧縮を行うことができる。その結果、データの性質に応じた圧縮を行い、なおかつデータ全体の圧縮率を大きくすることが可能となる。

なお、非可逆圧縮の方式としては特に指定するものではなく、辞書法などのようなデータを完全に復号できる方式であればどんなものでも構わない。

また、本実施形態では第３の実施の形態と同様に、選択手段４４を設けて、外部から入力される超音波圧縮データか、第１の付加情報結合手段４３から出力される超音波圧縮データのいずれか一方を選択できるように構成しているが、選択手段４４は必須ではない。

（第１１の実施形態）
図１６は、本発明の第１１の実施形態に係る超音波診断装置の概略構成を示すブロック図である。図１６において、超音波診断装置１は、超音波プローブ４１、第１の付加情報分離手段４２、画像圧縮手段２、第１の付加情報結合手段４３、選択手段４４、第２の付加情報分離手段４５、画像伸長手段３、第２の付加情報結合手段４６、画像表示手段４７、第１のプローブ情報取得手段４８、第２のプローブ情報取得手段４９、可逆圧縮手段５０及び可逆伸長手段５１を備えている。

この実施形態は、第１０の実施形態に係る超音波診断装置の構成に加えて、第１のプローブ情報取得手段４８と第２のプローブ情報取得手段４９を追加したものである。第1のプローブ情報取得手段４８は、第１の付加情報分離手段４２からの付加情報のうちプローブ種別情報を取得し、画像圧縮手段２へ与える。また、第２のプローブ情報取得手段４９は、可変伸長手段５１からの付加情報のうちプローブ種別情報を取得し、画像伸長手段３へ与える。

プローブ種別に応じてブロック位置からの補正値βの決定方法を変化させる手法については、第９の実施形態と同じため、ここでは省略する。

このような構成とすることにより、ブロック単位の圧縮率の変化のさせ方を、プローブ種別に応じて最適に設定することができるとともに、データの性質に応じた圧縮を行い、なおかつデータ全体の圧縮率を大きくすることが可能となる。

なお、本実施形態では第３の実施の形態と同様に、選択手段４４を設けて、外部から入力される超音波圧縮データか、第１の付加情報結合手段４３から出力される超音波圧縮データのいずれか一方を選択できるように構成しているが、選択手段４４は必須ではない。

また、本実施形態ではプローブ情報として、プローブ種別の情報を用いた例を示したが、プローブ情報はプローブ種別に限定されるものではなく、他の情報を用いても構わない。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、本発明はこれらの実施形態に限らず種々の形態で実施することができる。

本発明は、特に超音波診断装置において超音波画像を圧縮して記録または伝送し、圧縮画像を伸長して表示するような場合に好適に利用することができる。本発明によれば、元画像の画質（分解能）がフレーム内で一定の規則性で変化する場合に、ブロック単位の圧縮パラメータを符号化することなく、フレーム内で圧縮率を変化させることが可能になる。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る画像圧縮装置の概略構成を示すブロック図である。 図２は、図１における補正値算出手段の動作に関して、フレーム中のブロック位置の例を示す図である。 図３は、図２に示したブロック位置と補正値αとの関係を例示するグラフである。 図４は、本発明の第２の実施形態に係る画像伸長装置の概略構成を示すブロック図である。 図５は、本発明の第３の実施形態に係る超音波診断装置の概略構成を示すブロック図である。 図６は、本発明の第４の実施形態に係る超音波診断装置における補正値の算出のためのブロック位置情報を示す図である。 図７は、本発明の第５の実施形態に係る超音波診断装置における補正値の算出のためのブロック位置情報を示す図である。 図８は、本発明の第６の実施形態に係る超音波診断装置における補正値の算出のためのブロック位置情報を示す図である。 図９は、図８のフレームの左上側部分を拡大した図である。 図１０は、本発明の第７の実施形態に係る超音波診断装置における補正値の算出方法を例示するグラフである。 図１１は、本発明の第８の実施形態に係る超音波診断装置における補正値の算出方法を例示するテーブルである。 図１２は、本発明の第９の実施形態に係る超音波診断装置の概略構成を示すブロック図である。 図１３は、本発明の第９の実施形態に係る画像圧縮部分の概略構成を示すブロック図である。 図１４は、本発明の第９の実施形態に係る画像伸長部分の概略構成を示すブロック図である。 図１５は、本発明の第１０の実施形態に係る超音波診断装置の概略構成を示すブロック図である。 図１６は、本発明の第１１の実施形態に係る超音波診断装置の概略構成を示すブロック図である。 図１７は、超音波による扇形の走査形状の例を示す図である。 図１８は、１フレーム分の反射波信号データの構造を模式的に示す図である。 図１９は、扇形の走査範囲に合わせて表示される超音波画像を模式的に示す図である。 図２０は、従来の画像圧縮装置の構成を示すブロック図である。 図２１は、図２０の画像圧縮装置における量子化係数出力手段の内部構成を示すブロック図である。 図２２は、従来の画像伸長装置の構成を示すブロック図である。 図２３は、特許文献１の画像圧縮装置の構成例を示すブロック図である。

符号の説明

１ 超音波診断装置
２ 画像圧縮手段
３ 画像伸長手段
１１ ブロック分割手段
１２ ＤＣＴ変換手段
１３ 量子化手段
１４ 符号化手段
１５ 量子化係数出力手段
１６ 補正値算出手段
１７ 乗算手段
１８ 基本量子化テーブル
１９ 乗算手段
２０ フレーム
２１ ブロック
２２ 次のブロック
２３ 音響線データ
２４ 画素
３１ 復号手段
３２ 逆量子化手段
３３ 逆ＤＣＴ変換手段
３４ 逆量子化係数出力手段
３５ 乗算手段
４１ 超音波プローブ
４２ 第１の付加情報分離手段
４３ 第２の付加情報結合手段
４４ 選択手段
４５ 第１の付加情報分離手段
４６ 第２の付加情報結合手段
４７ 画像表示手段
４８ 第１のプローブ情報取得手段
４９ 第２のプローブ情報取得手段
５０ 可逆圧縮手段
５１ 可逆伸長手段

Claims (9)

1. 測定対象物へ超音波を送信すると共に前記測定対象物からの反射波を受信して電気信号に変換する超音波プローブと、
   超音波プローブから得られた反射波信号を処理して得られた超音波画像データを圧縮する画像圧縮装置と、
   圧縮された超音波画像データを伸長して圧縮前の超音波画像データを得る画像伸長装置とを備え、
   前記画像圧縮装置は、
   入力された画像データを複数のブロックに分割するブロック分割手段と、
   前記ブロックごとにＤＣＴ変換を行うＤＣＴ変換手段と、
   量子化の細かさを示す数値である量子化係数を出力する量子化係数出力手段と、
   画像データのブロックの位置に応じて一意に決まる補正値を算出する第１の補正値算出手段と、
   前記量子化係数出力手段から出力される量子化係数と前記第１の補正値算出手段から出力される補正値とを乗算して得られる値に基づいて前記ＤＣＴ変換されたデータを量子化する量子化手段と、
   量子化されたデータを符号化して圧縮データを出力する符号化手段とを有し、
   前記画像伸長装置は、
   符号化された圧縮データを復号する復号手段と、
   前記圧縮データから逆量子化係数を求めて出力する逆量子化係数出力手段と、
   画像データのブロックの位置に応じて一意に決まる補正値を算出する第２の補正値算出手段と、
   前記逆量子化係数出力手段から出力される量子化係数と前記第２の補正値算出手段から出力される補正値とを乗算して得られる値に基づいて前記復号手段の出力データを前記ブロックごとに逆量子化する逆量子化手段と、
   逆量子化されたデータを逆ＤＣＴ変換して圧縮前の画像データを出力する逆ＤＣＴ変換手段とを有することを特徴とする超音波診断装置。
2. 前記第１の補正値算出手段および前記第２の補正値算出手段は、前記ブロックの位置を二次元の数値で表し、前記二次元の数値から前記補正値を算出する請求項１記載の超音波診断装置。
3. 前記第１の補正値算出手段および前記第２の補正値算出手段は、前記ブロックを複数個まとめた領域内で共通の値を前記補正値として算出する請求項１又は２記載の超音波診断装置。
4. 前記第１の補正値算出手段および前記第２の補正値算出手段は、前記超音波画像データにおける測定対象物の深度方向のブロックの位置に応じて前記補正値を算出する請求項１、２又は３記載の超音波診断装置。
5. 前記第１の補正値算出手段および前記第２の補正値算出手段は、前記超音波画像データにおける測定対象物の深度が深くなるほど該当するブロックの圧縮率が小さくなるように前記補正値を算出する請求項４記載の超音波診断装置。
6. 前記第１の補正値算出手段および前記第２の補正値算出手段は、予め記憶された前記ブロックの位置と前記補正値との関係を示すテーブルを参照することにより、前記ブロックの位置に応じた前記補正値を算出する請求項１から５のいずれか１項記載の超音波診断装置。
7. 前記超音波プローブから得られた超音波画像データから画像データと付加情報に分離する第１の付加情報分離手段と、
   前記第１の付加情報分離手段から出力された付加情報からプローブ情報を取得する第１のプローブ情報取得手段と、
   前記付加情報と前記画像圧縮手段により圧縮された画像データを結合する第１の付加情報結合手段と、
   前記第１の付加情報結合手段で結合された超音波圧縮データを画像データと付加情報に分離する第２の付加情報分離手段と、
   前記第２の付加情報分離手段から出力された付加情報からプローブ情報を取得する第２のプローブ情報取得手段と、
   前記付加情報と前記画像伸長手段により伸長された画像データを結合する第２の付加情報結合手段とを備え、
   前記第１の補正値算出手段は、前記画像データのブロック位置情報に加えて、前記プローブ情報から一意に決まる補正値を算出し、
   前記第２の補正値算出手段は、前記第１の補正値算出手段と同じ値を算出する請求項１から６のいずれか１項記載の超音波診断装置。
8. 前記超音波プローブから得られた超音波画像データから付加情報を画像データと分離する第１の付加情報分離手段と、
   前記第１の付加情報分離手段で分離された付加情報を可逆圧縮する可逆圧縮手段と、
   前記可逆圧縮された付加情報と前記画像圧縮手段により圧縮された画像データを結合する第１の付加情報結合手段と、
   前記第１の付加情報結合手段で結合された圧縮データを画像データと付加情報に分離する第２の付加情報分離手段と、
   前記第２の付加情報分離手段で分離された付加情報を可逆伸長する可逆伸長手段と、
   前記可逆伸長された付加情報と前記画像伸長手段により伸長された画像データを結合する第２の付加情報結合手段とを備えた請求項１から６のいずれか１項記載の超音波診断装置。
9. 前記超音波プローブから得られた超音波画像データから画像データと付加情報に分離する第１の付加情報分離手段と、
   前記第１の付加情報分離手段から出力された付加情報からプローブ情報を取得する第１のプローブ情報取得手段と、
   画像圧縮時に前記プローブ情報と前記ブロック位置情報から一意に決まる補正値を算出する第１の補正値算出手段と、
   前記付加情報を可逆圧縮する可逆圧縮手段と、
   前記画像圧縮手段により圧縮された画像データを結合する第１の付加情報結合手段と、
   前記第１の付加情報結合手段で結合された超音波圧縮データを画像データと付加情報に分離する第２の付加情報分離手段と、
   前記第２の付加情報分離手段で分離された付加情報を可逆伸長する可逆伸長手段と、
   前記可逆伸長手段から出力された付加情報からプローブ情報を取得する第２のプローブ情報取得手段と、
   前記プローブ情報と前記ブロック位置情報から画像圧縮時と同じ補正値を算出する第２の補正値算出手段と、
   前記付加情報と前記画像伸長手段により伸長された画像データを結合する第２の付加情報結合手段とを備え、
   前記第１の補正値算出手段は、前記画像データのブロック位置情報に加えて、前記プローブ情報から一意に決まる補正値を算出し、
   前記第２の補正値算出手段は、前記第１の補正値算出手段と同じ値を算出する請求項１から６のいずれか１項記載の超音波診断装置。

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