JP4537300B2 - Ultrasonic diagnostic equipment - Google Patents
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Description
本発明は超音波診断装置に関し、特に、運動する組織を追跡するためのフレーム間における局所的なマッチング処理に関する。 The present invention relates to an ultrasonic diagnostic apparatus, and more particularly to a local matching process between frames for tracking moving tissue.
例えば心臓に対する超音波診断においては、疾病を診断するため、心臓における特定の関心部位(例えば特定の心壁部位)が心拍に従ってどのように運動するのかを解析することが求められる。そのための手法として、トラッキング処理が知られている。同処理では、一般に、時間的に隣接する2つのフレーム(画像に相当)間においてパターンマッチング等が実行される。 For example, in an ultrasound diagnosis for the heart, in order to diagnose a disease, it is required to analyze how a specific region of interest (for example, a specific heart wall region) in the heart moves according to the heartbeat. A tracking process is known as a technique for that purpose. In this process, generally, pattern matching or the like is executed between two temporally adjacent frames (corresponding to images).
具体的には、基準となる第1フレーム上において関心部位を包摂する基準エリアが設定され、それと比較される第2フレーム上において、基準エリア位置(例えば中心座標)を基準として基準エリアよりも大きな探索範囲が設定される。第2フレーム上では、探索範囲内における各位置に参照エリアが順次設定され、基準エリアと各位置の参照エリアとの間でマッチング処理(例えば相互相関演算、重心位置比較演算)が実行される。マッチング処理の結果が最良となった時点における参照エリアの位置を判定することにより、フレーム間において関心部位(基準エリア内の組織)がどの方向にどの程度運動したのかを解析できる。マッチング処理の結果が最良となった時点における参照エリアが、次のフレーム間におけるマッチング処理で、新しい基準エリア(更新後の基準エリア)とみなされ、上記同様の過程が繰り返される。これによって、最終的には、フレーム列として構成される動画像から、関心部位の運動軌跡が求められる。 Specifically, a reference area that includes a region of interest is set on the first frame serving as a reference, and is larger than the reference area on the basis of the reference area position (for example, center coordinates) on the second frame to be compared with the reference area. A search range is set. On the second frame, a reference area is sequentially set at each position in the search range, and matching processing (for example, cross-correlation calculation, centroid position comparison calculation) is performed between the reference area and the reference area at each position. By determining the position of the reference area at the time when the result of the matching process is the best, it is possible to analyze how much the region of interest (tissue in the reference area) has moved in which direction between frames. The reference area at the time when the result of the matching process becomes the best is regarded as a new reference area (updated reference area) in the matching process between the next frames, and the same process as described above is repeated. As a result, the motion trajectory of the region of interest is finally obtained from the moving image configured as a frame sequence.
特許文献1には、超音波画像のパターンマッチングにおいて、基準エリア(テンプレートエリア)のサイズを最適化することが示されているが、基準エリアの位置に応じてそのサイズを可変することについては記載されていない。特許文献2、3にも関心部位のトラッキング(追跡)が示されているが、基準エリアのサイズを可変することについては記載されていない。
従来においては、基準エリア(及び参照エリア)は一般に矩形の形状を有し、その形状及びサイズは動的に変更されていない。しかしながら、例えば、セクタ走査やコンベックス走査などにおいては、表示座標系から見て、深さ位置に応じてビーム間隔が広がり、画像の各部分がビーム走査方向に沿って流れる、つまり像歪みが生じる傾向にある。あるいは、超音波ビームプロファイル(深さ方向に変化するビーム形状)に着目すると、特にフォーカス点よりも深い側では、深さ位置が増大するほど、ビーム幅が広がる傾向にあるので、これによって、大なり小なりビーム走査方向に沿って像ボケが生じる傾向にある。一般的に見ても、ビーム走査面上における送受信環境は均一ではなく、同じ形状で同じ大きさの物体であっても、ビーム走査面上における物体位置(特に深さ位置)に応じて、見かけ上、画像化される像の形状や大きさが変動する。 Conventionally, the standard area (and the reference area) generally has a rectangular shape, and its shape and size are not dynamically changed. However, for example, in sector scanning and convex scanning, as viewed from the display coordinate system, the beam interval increases according to the depth position, and each part of the image flows along the beam scanning direction, that is, image distortion tends to occur. It is in. Alternatively, focusing on the ultrasonic beam profile (the beam shape that changes in the depth direction), the beam width tends to increase as the depth position increases, especially on the deeper side than the focus point. Image blur tends to occur along the beam scanning direction. Even in general, the transmission / reception environment on the beam scanning plane is not uniform, and even objects of the same shape and the same size appear according to the object position (especially the depth position) on the beam scanning plane. In addition, the shape and size of the image to be imaged vary.
従って、フレーム間において、各エリアのサイズを常に一定にしてマッチング処理を行うと、あるいは、全く同じ形状及び同じサイズをもった基準エリア及び参照エリアの間でマッチング処理を行うと、必ずしも良好な処理結果を得られない場合がある。寧ろ、マッチング処理の目的から見て、各エリアの形態を積極的に整合させた方がよい場合があり得る。 Therefore, if the matching process is performed with the size of each area always constant between frames, or if the matching process is performed between a reference area and a reference area having exactly the same shape and size, the processing is not necessarily good. The result may not be obtained. On the contrary, in view of the purpose of matching processing, it may be better to positively match the form of each area.
本発明の目的は、関心部位のトラッキングのためにフレーム間でマッチング処理を実行する場合において、適切なマッチング処理を行えるようにすることにある。 An object of the present invention is to enable appropriate matching processing when performing matching processing between frames for tracking a region of interest.
本発明の他の目的は、ビーム走査面上における固有事情を考慮してマッチング処理の精度を向上することにある。 Another object of the present invention is to improve the accuracy of the matching process in consideration of the unique circumstances on the beam scanning plane.
(1)本発明は、超音波ビームの繰り返し走査により得られた2つのフレーム間で関心部位をトラッキングするためのトラッキング処理部を有する超音波診断装置において、前記トラッキング処理部は、第1フレーム上において関心部位を含む基準エリアを設定する基準エリア設定手段と、第2フレーム上において、エリア位置を段階的にシフトさせながら、参照エリアを順次設定する参照エリア設定手段と、前記基準エリアと前記順次設定される参照エリアとの間でマッチング処理を順次実行するマッチング処理手段と、前記マッチング処理を順次実行した結果に基づいて、フレーム間における前記関心部位についての運動情報を得る運動情報解析手段と、前記基準エリアの位置に応じて当該基準エリアの形態が変更されるようにする形態制御手段と、を含むことを特徴とする。 (1) The present invention provides an ultrasonic diagnostic apparatus having a tracking processing unit for tracking a region of interest between two frames obtained by repeated scanning of an ultrasonic beam, wherein the tracking processing unit is on the first frame. A reference area setting means for setting a reference area including a region of interest in the second frame, a reference area setting means for sequentially setting a reference area while shifting the area position in stages on the second frame, the reference area and the sequential area Matching processing means for sequentially executing matching processing with a set reference area, and motion information analysis means for obtaining motion information about the region of interest between frames based on results of sequentially executing the matching processing; A form in which the form of the reference area is changed according to the position of the reference area Characterized in that it comprises a control means.
上記構成によれば、時間的に隣接するあるいは異なるフレーム間で、具体的には、基準エリア(画像データ)と各位置の参照エリア(画像データ)との間でマッチング処理が実行され、その結果として、関心部位の運動情報が得られる。各フレームは輝度画像あるいはドプラ画像に相当するが、後述するように、座標変換後のデータを用いてマッチング処理を行うようにしてもよいし、座標変換前のデータを用いてマッチング処理を行うようにしてもよい。また、各フレームは電子セクタ走査、電子コンベックス走査などによって形成された走査面に相当するものであるのが望ましいが、電子リニア走査などによって形成された走査面に相当するものであってもよい。マッチング処理は、2つの局所画像間における整合度合いを求め、そして最適な整合状態となる位置的関係を判定するものである。その手法としては、画像間の相関演算をあげることができ、それ以外には画像重心位置の比較(重心間距離の評価)などをあげることができる。何らかの画像特徴量の一致度合いが評価される。 According to the above configuration, the matching process is executed between temporally adjacent or different frames, specifically, between the reference area (image data) and the reference area (image data) at each position. As above, motion information of the region of interest can be obtained. Each frame corresponds to a luminance image or a Doppler image. As will be described later, matching processing may be performed using data after coordinate conversion, or matching processing may be performed using data before coordinate conversion. It may be. Each frame preferably corresponds to a scanning surface formed by electronic sector scanning, electronic convex scanning, or the like, but may correspond to a scanning surface formed by electronic linear scanning or the like. In the matching process, the degree of matching between two local images is obtained, and the positional relationship in which an optimum matching state is obtained is determined. As the method, correlation calculation between images can be given, and other than that, comparison of image centroid positions (evaluation of distance between centroids) can be given. The degree of coincidence of some image feature amount is evaluated.
上記構成においては、基準エリアの形態がその位置に応じて変更される。すなわち、従来においては基準エリアの形態がマッチング処理の進行に伴って一定であったが、本発明によれば、基準エリアの形態を動的に変更することができる。よって、基準エリアの形態を画一的に維持することに伴う問題を解消又は軽減できる。エリア変更ルールについては各種のものをあげることができ、いずれにしても、画像の特質を考慮してより適切なマッチング処理を行えるように基準エリアの形態が設定されるように構成するのが望ましい。 In the above configuration, the form of the reference area is changed according to the position. That is, in the past, the form of the reference area was constant with the progress of the matching process, but according to the present invention, the form of the reference area can be dynamically changed. Therefore, it is possible to eliminate or reduce the problems associated with uniformly maintaining the form of the reference area. There are various types of area change rules, and in any case, it is desirable to configure the reference area form so that more appropriate matching processing can be performed in consideration of image characteristics. .
基準エリアの形態としては、例えば、そのサイズ、形状などをあげることができる。サイズとしては、ビーム走査方向サイズ及びビーム深さ方向のサイズがある。例えば、基準エリアの位置に応じてそのビーム方向サイズを変更して画像上における像のボケ、流れあるいは歪みを考慮したエリア設定が行われるようにしてもよい。基準エリアの初期設定時にその形態の適応的設定が行われる他、基準エリアの更新時にも形態の適応的設定が行われるようにするのが望ましい。 Examples of the form of the reference area include its size and shape. The size includes a beam scanning direction size and a beam depth direction size. For example, the size of the beam direction may be changed according to the position of the reference area, and area setting may be performed in consideration of image blur, flow, or distortion on the image. It is desirable that the adaptive setting of the form is performed when the reference area is initially set, and the adaptive setting of the form is also performed when the reference area is updated.
後述するように、基準エリアと参照エリアは両者が比較されるという面で密接な関係を有しており、基準エリアの形態変更に際して参照エリアの形態も変更されるようにするのが望ましい。あるフレーム間で最適マッチング状態となった適合参照エリアがそのまま次のフレーム間で基準エリアとして利用されるのであれば、参照エリアの形態変更は同時に基準エリアの形態変更をもたらす。参照エリアの移動範囲を画定する探索範囲についてもその形態が動的に変更されるように構成するのが望ましい。 As will be described later, the reference area and the reference area have a close relationship in that they are compared, and it is desirable that the reference area is changed when the reference area is changed. If the matching reference area that is in an optimal matching state between certain frames is used as a reference area between the next frames as it is, the change of the reference area simultaneously changes the reference area. It is desirable that the search range that defines the movement range of the reference area is also configured so that its form is dynamically changed.
(2)望ましくは、前記マッチング処理の結果が最良となった時の参照エリアの位置が更新後の基準エリアの位置として定められ、前記基準エリアの更新時にその形態が更新される。この場合、マッチング処理の結果が最良となった適合参照エリアをそのまま更新後の基準エリアとみなすようにしてもよいし、適合参照エリアの位置だけを更新後の基準エリアの位置として引き継がせるようにしてもよい。後者の場合には、基準エリアの位置によって基準エリアの形態が更新される。 (2) Preferably, the position of the reference area when the result of the matching process is the best is determined as the position of the updated reference area, and the form is updated when the reference area is updated. In this case, the matching reference area with the best matching processing result may be regarded as the updated reference area as it is, or only the position of the matching reference area may be taken over as the position of the updated reference area. May be. In the latter case, the form of the reference area is updated according to the position of the reference area.
望ましくは、前記形態制御手段は、前記参照エリアの位置に応じて、前記参照エリアの形態が変更されるようにする。第2フレーム上に最初に参照エリアを設定する場合、その形態は、基準エリアの形態と同じにされるかあるいは参照エリアの位置を考慮してそれ独自に設定される。探索範囲内において参照エリアを移動させる場合、最初に設定された形態を維持するようにしてもよいし、よりきめ細かく移動位置に応じてその形態を変更させるようにしてもよい。 Preferably, the form control means changes the form of the reference area according to the position of the reference area. When the reference area is first set on the second frame, the form thereof is set to be the same as the form of the reference area or is set independently in consideration of the position of the reference area. When the reference area is moved within the search range, the initially set form may be maintained, or the form may be changed more finely according to the moving position.
望ましくは、前記マッチング処理手段は、前記マッチング処理に際して、前記基準エリアの形態と前記参照エリアの形態とを揃える形態補正手段を含む。基準エリアと参照エリアの形態(つまり形状やサイズ)が異なる場合、そのままマッチング処理を行うのは困難となるため、形態相違を補償するものである。例えば、倍率調整などが考えられ、その場合に、ビーム走査方向及び深さ方向の一方についてだけ倍率調整を行うようにしてもよい。但し、基準エリアと参照エリアとの間でそのままマッチング処理を行えるならば上記調整は不要となる。 Preferably, the matching processing means includes form correcting means for aligning the form of the reference area and the form of the reference area during the matching process. When the form (that is, the shape and size) of the reference area and the reference area are different, it is difficult to perform the matching process as it is, so that the form difference is compensated. For example, magnification adjustment may be considered. In that case, the magnification adjustment may be performed only in one of the beam scanning direction and the depth direction. However, if the matching process can be performed as it is between the reference area and the reference area, the above adjustment is not necessary.
望ましくは、前記超音波ビームの走査方式は、扇状のビーム走査面を形成する走査方式であり、少なくとも前記基準エリア及び前記参照エリアは、表示座標系から見て扇状又は台形の形状を有し、前記基準エリアの深さ位置に応じて前記基準エリアについての少なくともビーム走査方向サイズが変更され、且つ、前記参照エリアの深さ位置に応じて前記参照エリアについての少なくともビーム走査方向サイズが変更される。この種のビーム走査面が形成される場合、どうしても超音波画像が特に深部においてビーム走査方向に流れる傾向にある。同じサイズの物体であっても、それが存在する深さ位置によって、その物体の見え方は大なり小なり相違する。そこで、上記構成によれば、各エリアのビーム方向サイズが変更されるので、上記問題に起因するマッチング不良の問題を軽減することができる。 Preferably, the scanning method of the ultrasonic beam is a scanning method of forming a fan-shaped beam scanning surface, and at least the reference area and the reference area have a fan shape or a trapezoidal shape as viewed from a display coordinate system, At least the beam scanning direction size for the reference area is changed according to the depth position of the reference area, and at least the beam scanning direction size for the reference area is changed according to the depth position of the reference area. . When this type of beam scanning surface is formed, the ultrasonic image inevitably tends to flow in the beam scanning direction particularly in the deep part. Even if objects of the same size are present, the appearance of the objects varies depending on the depth position where the objects exist. Therefore, according to the above configuration, since the beam direction size of each area is changed, it is possible to reduce the problem of poor matching caused by the above problem.
望ましくは、前記扇状のビーム走査面における超音波ビーム間隔の広がりに応じて、前記基準エリア及び前記参照エリアにおけるビーム走査方向サイズが変更される。望ましくは、超音波ビームプロファイルに応じて、前記基準エリア及び前記参照エリアにおけるビーム走査方向サイズが変更される。 Preferably, the size of the beam scanning direction in the reference area and the reference area is changed according to the spread of the ultrasonic beam interval on the fan-shaped beam scanning surface. Preferably, the beam scanning direction size in the reference area and the reference area is changed according to the ultrasonic beam profile.
望ましくは、前記第2フレーム上において前記基準エリアよりも大きいサイズを有する探索範囲を設定する探索範囲設定手段を含み、前記探索範囲内において前記参照エリアが順次設定され、前記形態制御手段は、前記基準エリアの位置に応じて前記探索範囲の形態が変更されるようにする。 Preferably, including a search range setting means for setting a search range having a size larger than the reference area on the second frame, the reference areas are sequentially set within the search range, the form control means The form of the search range is changed according to the position of the reference area.
望ましくは、前記マッチング処理は、送受波座標系から表示座標系への座標変換が行われた後のデータに基づいて実行される。望ましくは、前記マッチング処理は、送受波座標系から表示座標系への座標変換が行われる前のデータに基づいて実行される。 Desirably, the said matching process is performed based on the data after coordinate conversion from a transmission / reception coordinate system to a display coordinate system was performed. Desirably, the said matching process is performed based on the data before coordinate conversion from a transmission / reception coordinate system to a display coordinate system is performed.
以上説明したように、本発明によれば、フレーム間において適切なマッチング処理を行える。あるいは、本発明によれば、ビーム走査面上における固有事情を考慮してマッチング処理の精度を向上できる。 As described above, according to the present invention, appropriate matching processing can be performed between frames. Alternatively, according to the present invention, it is possible to improve the accuracy of the matching process in consideration of the unique circumstances on the beam scanning plane.
以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。
図1には、本発明に係る超音波診断装置の好適な実施形態が示されており、図1はその全体構成を示すブロック図である。
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a preferred embodiment of an ultrasonic diagnostic apparatus according to the present invention, and FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration thereof.
プローブ10は体表面上に当接して用いられ、あるいは体腔内に挿入して用いられるものである。プローブ10は本実施形態において図示されていないアレイ振動子を有している。アレイ振動子は複数の振動素子からなるものである。複数の振動素子は直線的に配列されており、あるいは、円弧状に配列されている。アレイ振動子によって、超音波ビームが形成され、その超音波ビームは電子的に走査される。その電子走査方式としては電子セクタ走査、コンベックス走査、電子リニア走査などを挙げることができる。なお、プローブ10にいわゆる2Dアレイ振動子を設けることもできる。
The
送受信部12は送信ビームフォーマ及び受信ビームフォーマとして機能する。送受信部12は、送信時において複数の振動素子に対して所定の遅延関係を持った複数の送信信号を供給する。これによってアレイ振動子において送信ビームが形成される。受信時においてはアレイ振動子から出力される複数の受信信号が送受信部12に入力され、それらの受信信号に対して整相加算処理が実行される。これによって電子的に受信ビームが形成される。整相加算後の受信信号は、図1に示されるようにエコー信号処理部14及びドプラ信号処理部16に出力されている。
The transmission /
エコー信号処理部14はBモード画像、Mモード画像及びカラーフローマッピング(CFM)画像を形成するモードにおいて機能するものであり、受信信号に対して検波、対数変換、などの各処理を実行する。すなわち受信信号を輝度信号に変換する処理を実行する。これにより得られた各超音波ビームに対応するビームデータはデジタルスキャンコンバータ(DSC)20に出力される。これに伴って、各ビームデータはシネメモリ18に格納される。
The echo
シネメモリ18はリングバッファの構造を有し、フリーズ後の状態において、保存されたデータを読み出して再生するための記憶部である。このシネメモリ18を利用して所定時相の画像を表示したり、あるいは一定期間内の動画像を表示したりすることができる。シネメモリ18にはエコー信号処理部14から出力されるビームデータとともに、後に説明するドプラ信号処理部16から出力されるドプラ情報(速度情報)も格納される。その情報は超音波ビームを単位として格納されるものであり、その意味においてはビームデータである。
The
DSC20は、入力されるデータに対して座標変換、補間処理などを実行する。座標変換にあたっては、送受波座標系から表示座標系への変換を実行する。すなわち、電子セクタ走査などにおいては、各データがビームアドレスと深さアドレスとによって特定されており、一方、表示画面上においては直交座標が採用されているため、このDSC20によって座標変換が行われている。このDSC20によって超音波画像、特にBモード画像が形成され、その画像データはトラッキング処理部24に出力され、また表示処理部28へ出力されている。
The
一方、上述したドプラ信号処理部16は、受信信号に対して直交検波、自己相関演算、速度演算などを実行する。すなわち血流画像あるいは組織運動画像を形成するための信号処理を実行している。ドプラ信号処理部16から出力される信号は、上記のようにシネメモリ18に格納される他、DSC22に出力されている。DSC22は上記DSC20と同様の機能を有するものであり、DSC22の処理結果として2次元の血流画像あるいは組織画像が構築される。その画像データはトラッキング処理部26に出力される他、表示処理部28へ送られている。
On the other hand, the above-described Doppler
トラッキング処理部24とトラッキング処理部26は、入力されるデータに相違があるものの、その処理内容自体は互いに同じである。トラッキング処理部24,26は、時間的に隣接する二つのフレーム間において関心組織の運動を追跡する機能を具備する。これについては後に図2以降の各図を用いて説明する。トラッキング処理部24,26の処理結果は関心部位の運動情報を表すものであり、その情報は制御部32に送られる他、必要に応じて表示処理部28へ出力される。例えば、関心部位の動きを何らかの画像情報として表示する場合には、表示処理部28がその画像を形成する。
Although the
表示処理部28には、上述したように、Bモード画像などの輝度画像のデータ、ドプラ情報に基づく血流画像あるいは組織画像のデータが入力されている。表示処理部28は、入力された画像に対して表示処理を実行する。その表示処理はユーザによって選択されたモードに従ったものであり、例えばCFMモードが選択されている場合には、白黒のBモード画像上にカラーの血流画像が合成される。表示処理部28から出力される画像データは表示器30に送られ、表示器30の画面上には超音波画像が表示される。
As described above, luminance image data such as a B-mode image, blood flow image or tissue image data based on Doppler information is input to the
制御部32は、図1に示される各構成の動作制御を行っている。特に、制御部32はトラッキング処理部24,26の制御を行っている。制御部32には操作パネル34が接続されている。操作パネル34はキーボードやトラックボールなどを有するものであり、ユーザは、操作パネル34を利用してトラッキング処理における条件や値を入力することが可能である。
The
次に、トラッキング処理部24,26の処理内容について説明する。
Next, processing contents of the
図2にはトラッキング処理を開始する最初のフレームである初期フレーム52が示されている。トラッキング処理はシネメモリ上に格納された各フレームのデータに対して行われるものであり、具体的には時系列順で整列したフレーム列における各フレーム間において実行されるものである。リアルタイムで取得されるフレーム列に対してトラッキング処理を適用することも可能である。初期フレーム52は図示されるように扇形の形態を有している。この初期フレーム52は電子セクタ走査を行うことによって形成されたものである。初期フレーム52はユーザによって任意の時相を指定することによって選択することが可能である。初期フレーム52に対して、ユーザによって、トラッキング対象となる関心部位を指定すると、その指定された位置すなわち座標を中心として最初の基準エリアが設定される。一つの関心部位を設定するようにしてもよいし、複数の関心部位を同時に設定できるように構成してもよい。関心部位は、例えば心臓における特定の心壁部位などに設定され、例えば心筋梗塞が疑われる部位にその関心部位を設定すれば当該部位の時間的な動きをトラッキング処理によって抽出することができ、その処理結果から当該部位の運動状態を評価することが可能である。 FIG. 2 shows an initial frame 52, which is the first frame for starting the tracking process. The tracking process is performed on the data of each frame stored in the cine memory. Specifically, the tracking process is performed between the frames in the frame sequence arranged in time series order. It is also possible to apply tracking processing to a frame sequence acquired in real time. The initial frame 52 has a sector shape as shown. The initial frame 52 is formed by performing electronic sector scanning. The initial frame 52 can be selected by designating an arbitrary time phase by the user. When the user designates a site of interest to be tracked with respect to the initial frame 52, the first reference area is set around the designated position, that is, the coordinates. One region of interest may be set, or a plurality of regions of interest may be set simultaneously. The region of interest is set, for example, in a specific heart wall region in the heart. For example, if the region of interest is set in a region where myocardial infarction is suspected, the temporal movement of the region can be extracted by tracking processing. It is possible to evaluate the motion state of the part from the processing result.
本実施形態においては基準エリアが設定される位置、特に深さ位置、に応じて基準エリアのサイズが可変制御されている。具体的には、図2においてP1,P2,P3はそれぞれユーザによって指定された関心部位を表しており、それらを中心としてそれぞれ基準エリアS1,S2,S3が設定されているが、従来方法のように各基準エリアの形態あるいはサイズは同一ではなく、基準エリアの深さ位置が深くなればなるほど基準エリアのサイズが大きくなっている。すなわち、フレーム上における浅い位置に関心部位を設定した場合よりも、フレーム上における深い位置に関心部位を設定した場合の方が、基準エリアのサイズが大きくなっている。この場合において、サイズを決定する関数としては各種のものが考えられるが、例えば、超音波ビーム(送受総合ビーム)のビームプロファイルに従った関数を採用することができる。すなわち、送信フォーカス点を超えた深さにおいてはビームの広がりが顕著となるため、そのビームの広がりに応じて基準エリアのビーム走査方向サイズを増大させるものである。送信フォーカス点よりも手前側の深さ範囲においては上記のサイズを維持するようにしてもよいし、よりきめ細かく変更制御するようにしてもよい。ビームプロファイルは周知のように送信フォーカス点の深さに依存するため、ビームプロファイルに基づくサイズの可変制御が煩雑であるならば、より簡便には、走査面上におけるビーム間隔の広がりに応じて基準エリアのサイズを増大させることも可能である。図2においてはそのような条件に従ってサイズが設定された複数の基準エリアS1,S2,S3が示されている。 In the present embodiment, the size of the reference area is variably controlled in accordance with the position where the reference area is set, particularly the depth position. Specifically, in FIG. 2, P1, P2, and P3 represent regions of interest designated by the user, respectively, and reference areas S1, S2, and S3 are set around them, respectively. However, the form or size of each reference area is not the same, and the size of the reference area increases as the depth position of the reference area increases. That is, the size of the reference area is larger when the region of interest is set at a deep position on the frame than when the region of interest is set at a shallow position on the frame. In this case, various functions can be considered as the function for determining the size. For example, a function according to the beam profile of the ultrasonic beam (transmission / reception comprehensive beam) can be adopted. That is, since the beam spread becomes significant at a depth exceeding the transmission focus point, the size of the reference area in the beam scanning direction is increased according to the beam spread. In the depth range closer to the transmission focus point, the above-mentioned size may be maintained, or change control may be performed more finely. As is well known, the beam profile depends on the depth of the transmission focus point. Therefore, if variable control of the size based on the beam profile is complicated, the reference is more simply based on the spread of the beam interval on the scanning plane. It is also possible to increase the size of the area. FIG. 2 shows a plurality of reference areas S1, S2, S3 whose sizes are set according to such conditions.
また、本実施形態においては、従来のように単純な矩形の基準エリアが設定されるのではなく、扇状あるいは台形の形態をもった基準エリアS1,S2,S3が設定されている。各基準エリアの左右の側辺はビーム方向に一致しており、各基準エリアの上辺及び下辺はビーム走査方向をなす円弧に相当している。このような構成によれば、特に座標変換前においてマッチング処理を行う場合において有利となる。 In the present embodiment, a simple rectangular reference area is not set as in the prior art, but reference areas S1, S2, and S3 having a fan-shaped or trapezoidal shape are set. The left and right sides of each reference area coincide with the beam direction, and the upper and lower sides of each reference area correspond to arcs forming the beam scanning direction. Such a configuration is advantageous particularly when matching processing is performed before coordinate conversion.
初期フレーム上においていずれかの地点に基準エリアが設定されると、その初期フレームの次のフレーム(後フレーム)との間において、マッチング処理が実行される。そして、そのマッチング処理が各フレーム間ごとに繰り返し実行されることになる。 When the reference area is set at any point on the initial frame, matching processing is executed with the next frame (subsequent frame) of the initial frame. Then, the matching process is repeatedly executed for each frame.
図3には、マッチング処理の内容が概念図として示されている。(A)には前フレームの部分拡大図が示されており、(B)には後フレームの部分拡大図が示されている。前フレーム上には基準エリアSが設定されている。前フレームが初期フレームであればその基準エリアSはユーザによって設定された関心部位Pを基準として設定された初期基準エリアとなる。後に説明するように更新後の基準エリアが自動的に設定され、その基準エリアの中心位置は追跡している関心部位に相当する。(A)に示す前フレームにおいて、基準エリアSは上記のように扇状あるいは台形の形態を有しており、r方向すなわち深さ方向の幅はΔr0で表されており、ビーム走査方向の幅がΔθ0で表されている。 FIG. 3 shows the contents of the matching process as a conceptual diagram. (A) shows a partially enlarged view of the front frame, and (B) shows a partially enlarged view of the rear frame. A reference area S is set on the previous frame. If the previous frame is an initial frame, the reference area S is an initial reference area set with reference to the region of interest P set by the user. As will be described later, the updated reference area is automatically set, and the center position of the reference area corresponds to the region of interest being tracked. In the previous frame shown in (A), the reference area S has a fan-like or trapezoidal shape as described above, and the width in the r direction, that is, the depth direction is represented by Δr 0 , and the width in the beam scanning direction. Is represented by Δθ 0 .
一方、(B)に示される後フレームにおいては、基準エリアSを中心としてそのサイズよりも大きなサイズをもった探索範囲Uが設定される。そして、その探索範囲U内においてエリア位置を順次シフトさせながら参照エリアR1〜Rnが順次設定される。参照エリアの移動経路は任意に設定できるが、例えばジグザグスキャンに沿った経路上の各位置において参照エリアが設定されるようにしてもよい。図においてはR1が最初の参照エリアを示しており、Rnがn番目の最後の参照エリアを示している。いずれにしても各参照エリアと基準エリアSとの間において画像のマッチング演算が実行される。例えば、相関演算が実行され、あるいは画像重心間の距離演算が実行される。これに関する手法としては各種の公知手法をあげることができる。 On the other hand, in the subsequent frame shown in (B), a search range U having a size larger than the size around the reference area S is set. Then, the reference areas R1 to Rn are sequentially set while sequentially shifting the area position within the search range U. Although the movement route of the reference area can be set arbitrarily, for example, the reference area may be set at each position on the route along the zigzag scan. In the figure, R1 indicates the first reference area, and Rn indicates the nth last reference area. In any case, an image matching operation is executed between each reference area and the standard area S. For example, correlation calculation is performed, or distance calculation between image centroids is performed. Various known methods can be cited as methods related to this.
各参照エリアと基準エリアとの間でマッチング処理を行った結果を相互に比較し、最良のマッチングが得られた時点の参照エリア(適合参照エリア)が特定される。その適合参照エリアの位置を認識することにより、関心部位の移動ベクトルを求めることが可能となる。(B)において、例えば参照エリアRnが適合参照エリアであれば、図示のように基準エリアの中心をなす関心部位Pと参照エリアRnの中心位置Qとを結ぶベクトルVが求まる。これ自体は公知の手法である。本実施形態においては、上述したように、初期基準エリアの他に更新後の基準エリアについてもその位置に応じて形態が適応的に設定される。これに伴い、参照エリアについてもその形態、特にサイズが適応的に設定される。この場合において、探索範囲U内における各位置において設定される参照エリアの形態をそれに対比される基準エリアの形態と全く同一とすることもできるし、探索エリアU内における位置に応じて各参照エリアの形態を動的に可変することもできる。前者によれば演算量を削減でき、後者によればより背景画像に適合した、きめ細かなサイズ調整を行える。 The results of matching processing between each reference area and the reference area are compared with each other, and the reference area (conforming reference area) at the time when the best matching is obtained is specified. By recognizing the position of the relevant reference area, the movement vector of the region of interest can be obtained. In (B), for example, if the reference area Rn is an adapted reference area, a vector V connecting the site of interest P that forms the center of the reference area and the center position Q of the reference area Rn is obtained as shown in the figure. This is a known technique. In the present embodiment, as described above, the form is adaptively set according to the position of the updated reference area in addition to the initial reference area. Along with this, the form, particularly the size, of the reference area is also set adaptively. In this case, the form of the reference area set at each position in the search range U can be exactly the same as the form of the reference area to be compared thereto, or each reference area can be set according to the position in the search area U. It is also possible to dynamically change the form. According to the former, the amount of calculation can be reduced, and according to the latter, a fine size adjustment suitable for the background image can be performed.
基準エリアの形態と参照エリアの形態とが異なる場合、そのままマッチング演算を行うのが困難であれば、両者の形態を整合させる形態補正を行うのが望ましい。例えば、一方のエリア画像に対して倍率変更処理を適用し、これによって二つのエリアのサイズあるいは形態を合致させるようにすればよい。倍率の調整は、深さ方向及びビーム走査方向の両方について行うこともできるが、一方についてのみ行うこともできる。図3においては、Δr1とΔr2との対比、及び、Δθ1とΔθ2との対比から明らかなように、深さ方向及びビーム走査方向の両方向にサイズの可変が行われている。このような場合には、それぞれの方向において個別的に縮尺を調整して各参照エリアと基準エリアとが整合するようにすればよい。なお、既に説明したように、電子セクタ走査においては特にビーム走査方向に画像が流れて像が見かけ上大きく表示される傾向があるため、特にビーム走査方向についてサイズの可変を行うようにするのが望ましい。 When the form of the reference area is different from the form of the reference area, if it is difficult to perform the matching calculation as it is, it is desirable to perform form correction to match both forms. For example, the magnification changing process may be applied to one area image so that the sizes or forms of the two areas are matched. The magnification adjustment can be performed in both the depth direction and the beam scanning direction, but can be performed in only one of them. In FIG. 3, as is clear from the comparison between Δr 1 and Δr 2 and the comparison between Δθ 1 and Δθ 2 , the size is varied in both the depth direction and the beam scanning direction. In such a case, it is only necessary to adjust the scale individually in each direction so that each reference area and the reference area are aligned. As already described, in electronic sector scanning, an image tends to flow particularly in the beam scanning direction and the image appears to be displayed larger. Therefore, the size may be varied particularly in the beam scanning direction. desirable.
図4には、図1に示したトラッキング処理部24,26の動作がフローチャートとして例示されている。まず、S101では、ユーザによって基準エリア及び参照エリアについてのサイズの初期値が入力される。この初期値はサイズの動的可変にあたって基準となるものである。S102では、シネメモリから読み出された画像を画面上に表示させながらユーザによってトラッキング処理を行うべき初期フレームが選択される。そして、S103では、その初期フレームすなわち初期画像上において座標を指定することにより関心部位が指定される。
FIG. 4 illustrates the operation of the
S104では、初期フレーム上に基準エリアが設定される。具体的には、基準エリアの中心位置として関心部位が設定される。また、基準エリアのサイズは、当該基準エリアの位置に応じて可変設定される。例えば、図2に示したように深さ位置が大きくなればなるほど、特にビーム走査方向について大きなサイズが設定されるように構成するのが望ましい。 In S104, a reference area is set on the initial frame. Specifically, the region of interest is set as the center position of the reference area. The size of the reference area is variably set according to the position of the reference area. For example, as shown in FIG. 2, it is desirable that the larger the depth position is, the larger the size is set in the beam scanning direction.
S105では、前フレーム(初期フレームを含む)に対比される後フレーム上において探索範囲が設定される。この場合において、探索範囲の中心位置はS104で設定された基準エリアの位置として定められ、また探索範囲のサイズは基準エリアの位置に応じて可変設定される。すなわち、基準エリアのサイズが増大した場合には探索範囲についてもそのサイズが増大されることになる。 In S105, a search range is set on the subsequent frame compared with the previous frame (including the initial frame). In this case, the center position of the search range is determined as the position of the reference area set in S104, and the size of the search range is variably set according to the position of the reference area. That is, when the size of the reference area increases, the size of the search range also increases.
S106では、後フレーム上に参照エリアが順次設定される。その場合において、参照エリアの位置は探索範囲内において所定の経路に沿って順次設定される。参照エリアのサイズは二つの方式によって制御でき、この場合においてA方式が採用される場合には上記同様の条件に従って探索範囲内における参照エリアの位置に応じて当該参照エリアのサイズがきめ細かく調整される。一方、B方式が採用される場合には、参照エリアのサイズとしては基準エリアのサイズが採用され、参照エリアの移動に際してもそのサイズは不変となる。いずれの方式を採用するのかについては、装置の構成を考慮して定めるのが望ましく、あるいはユーザによって選択させるようにしてもよい。 In S106, reference areas are sequentially set on the subsequent frame. In this case, the position of the reference area is sequentially set along a predetermined route within the search range. The size of the reference area can be controlled by two methods. In this case, when the method A is adopted, the size of the reference area is finely adjusted according to the position of the reference area in the search range according to the same conditions as described above. . On the other hand, when the B method is adopted, the size of the reference area is adopted as the size of the reference area, and the size remains unchanged even when the reference area is moved. Which method is adopted is preferably determined in consideration of the configuration of the apparatus, or may be selected by the user.
S107においては、上記のA方式が採用される場合において、基準エリアの画像と参照エリアの画像との間において倍率の調整が行われる。すなわち二つのサイズを合致させてマッチング演算を可能にするものである。S108では、マッチング演算が実行される。特に本実施形態においてはパターンマッチング演算が実行されており、画像内容の一致度が相関値あるいは評価値として求められる。S109では、探索範囲内における全位置に参照エリアを設定したか否かが判断され、全ての位置に設定されていなければ、上記のS106からの各工程が繰り返し実行される。 In S107, when the above-described A method is adopted, the magnification is adjusted between the image in the standard area and the image in the reference area. In other words, the matching operation can be performed by matching the two sizes. In S108, a matching operation is executed. In particular, in this embodiment, pattern matching calculation is performed, and the degree of coincidence of image contents is obtained as a correlation value or an evaluation value. In S109, it is determined whether or not reference areas have been set at all positions within the search range. If not set at all positions, the processes from S106 are repeated.
一方、S109において、全ての位置について参照エリアが設定されたことが判定されると、S110においては、各参照エリアごとに求められた相関値あるいは評価値に基づいて最もマッチング結果が良好となった適合参照エリアが判定される。そしてS111においては、適合参照エリアの位置に基づいて上述したように関心部位の運動ベクトルが演算される。S112では、上記の処理を続行させるか否かが判断され、続行される場合にはS113が実行される。 On the other hand, if it is determined in S109 that the reference areas have been set for all positions, in S110, the matching result is the best based on the correlation value or evaluation value obtained for each reference area. A conforming reference area is determined. In S111, the motion vector of the region of interest is calculated as described above based on the position of the matching reference area. In S112, it is determined whether or not to continue the above processing, and if it is continued, S113 is executed.
S113においては、新しいフレーム間における前フレーム上に基準エリアが設定される。すなわち基準エリアの更新が行われる。この場合において、A方式が選択される場合には、適合参照エリアがそのまま基準エリアとみなされる。すなわち、上記のA方式においては各参照エリアのサイズが既に可変設定されているためである。一方、B方式が選択される場合には、基準エリアの位置として上記の適合参照エリアの位置が採用され、一方、基準エリアのサイズは上記条件に従って基準エリアの位置に応じて適応的に設定される。上述したように、特に基準エリアの深さ位置に応じてビーム走査方向におけるサイズが可変設定される。S113が実行された後、上記のS105が実行されることになり、それ以降の各工程が繰り返し実行される。 In S113, a reference area is set on the previous frame between new frames. That is, the reference area is updated. In this case, when the A method is selected, the conforming reference area is regarded as the standard area as it is. That is, in the above A method, the size of each reference area is already variably set. On the other hand, when the B method is selected, the position of the above-mentioned conforming reference area is adopted as the position of the reference area, while the size of the reference area is adaptively set according to the position of the reference area according to the above conditions. The As described above, the size in the beam scanning direction is variably set according to the depth position of the reference area. After S113 is executed, the above S105 is executed, and the subsequent steps are repeatedly executed.
図1に示す構成例においては、座標変換後においてトラッキング処理が行われていたが、座標変換前にトラッキング処理を行うことも可能である。すなわち、トラッキング処理部24,26の後段にDSC20,22を設けるものである。このような構成によれば、トラッキング処理は送受波座標系に従って行われることになる。
In the configuration example shown in FIG. 1, the tracking process is performed after the coordinate conversion, but the tracking process may be performed before the coordinate conversion. That is, the
具体的には、図5に示されるビームデータ列53は座標変換前の複数のビームデータ54によって構成されるものである。S10は前フレーム上に設定される基準エリアを示しており、U10は後フレーム上に設定される探索範囲を表しており、R10はその探索範囲内において設定された一つの参照エリアを示している。図示されるように、表示座標系上において扇状あるいは台形状のエリアが設定される場合、送受波座標系上においては各エリアは概念的には矩形のエリアとなり、すなわちビームアドレスと深さアドレスの双方向に整合したデータ配列となり、マッチング処理を容易に行える。この場合において、S10、S11及びS12の相互対比から明らかなように、送受波座標系上において同一形状のエリア(基準エリア)を設定したとしても表示座標系では各エリアの位置に応じてサイズが変動することになる。したがって、図5に示されるような設定方法ではかえって深い部位におけるエリアサイズが増大し過ぎてしまうような場合には、送受波座標系上では各エリアのサイズを深さ方向に応じて小さくするようにしてもよい。あるいは、より積極的に大きくするようにしてもよい。留意すべき点は、送受波座標系上においてエリアのサイズが見かけ上一定であったとしても表示座標系上においてはエリアサイズは変動するということである。したがって、いずれの座標系を基準にする場合においても上記で説明したような超音波画像固有の問題に対応した適切なエリアが設定されるようにその可変制御を行うのが望ましい。
Specifically, the beam data sequence 53 shown in FIG. 5 is composed of a plurality of
以上の実施形態においては電子セクタ走査が行われていたが、図6に示されるように電子リニア走査が行われる場合においても本発明を適用することができる。(A)には前フレームが示されており、(B)には後フレームが示されている。前フレーム上において基準エリアの幾つかの例がS4,S5,S6で示されている。それらの基準エリアにおけるx方向の幅がW4,W5,W6で表されており、y方向の幅がD4,D5,D6で表されている。ここで、D4,D5,D6は同じ大きさであるが、x方向の幅についてはW5<W4<W6という関係となる。すなわち、基準エリアの位置が深くなれば深くなるほどビーム走査方向における幅が増大されている。基準エリアが設定されると、(B)に示されるように設定された基準エリア(例えばS4)を中心として探索範囲U1が設定され、その範囲内における各位置に参照エリアが設定されることになる。そして上述同様に各参照エリアと各基準エリアとの間においてマッチング処理が実行される。上記実施形態と同様に、探索範囲U1内における参照エリアの位置に応じて参照エリアのサイズを可変設定するようにしてもよい。あるいは、適合を参照エリアが判定された後、その位置に応じて基準エリアを設定する場合に、その位置に応じたサイズを与えるようにしてもよい。 In the above embodiment, electronic sector scanning is performed. However, the present invention can also be applied to the case where electronic linear scanning is performed as shown in FIG. (A) shows the previous frame, and (B) shows the rear frame. Some examples of reference areas on the previous frame are indicated by S4, S5 and S6. The widths in the x direction in these reference areas are represented by W4, W5, and W6, and the widths in the y direction are represented by D4, D5, and D6. Here, D4, D5, and D6 have the same size, but the width in the x direction has a relationship of W5 <W4 <W6. That is, the width in the beam scanning direction increases as the position of the reference area becomes deeper. When the reference area is set, the search range U1 is set around the reference area (for example, S4) set as shown in (B), and the reference area is set at each position within the range. Become. In the same manner as described above, matching processing is executed between each reference area and each reference area. Similarly to the above embodiment, the size of the reference area may be variably set according to the position of the reference area within the search range U1. Alternatively, when the reference area is set according to the position after the reference area is determined to be compatible, a size corresponding to the position may be given.
10 プローブ、12 送受信部、18 シネメモリ、24,26 トラッキング処理部、28 表示処理部、32 制御部。 10 probe, 12 transmission / reception unit, 18 cine memory, 24, 26 tracking processing unit, 28 display processing unit, 32 control unit.
Claims (7)
前記トラッキング処理部は、
第1フレーム上において関心部位を含む基準エリアを設定する基準エリア設定手段と、
第2フレーム上において、エリア位置を段階的にシフトさせながら、参照エリアを順次設定する参照エリア設定手段と、
前記基準エリアと前記順次設定される参照エリアとの間でマッチング処理を順次実行するマッチング処理手段と、
前記マッチング処理を順次実行した結果に基づいて、フレーム間における前記関心部位についての運動情報を得る運動情報解析手段と、
前記基準エリアの位置に応じて当該基準エリアの形態が変更されるようにする形態制御手段と、
を含み、
前記超音波ビームの走査方式は、扇状のビーム走査面を形成する走査方式であり、
少なくとも前記基準エリア及び前記参照エリアは、表示座標系から見て扇状又は台形の形状を有し、
前記形態制御手段は、前記基準エリアの深さ位置が深くなればなるほど前記基準エリアについての少なくともビーム走査方向サイズを大きくする機能を備え、
前記扇状のビーム走査面における超音波ビーム間隔の広がりに応じて、前記基準エリアにおけるビーム走査方向サイズを増大し得る、
ことを特徴とする超音波診断装置。 In an ultrasonic diagnostic apparatus having a tracking processing unit for tracking a region of interest between two frames obtained by repeated scanning of an ultrasonic beam,
The tracking processing unit
Reference area setting means for setting a reference area including a region of interest on the first frame;
Reference area setting means for sequentially setting reference areas while shifting the area position in stages on the second frame;
Matching processing means for sequentially executing matching processing between the reference area and the sequentially set reference areas;
Based on the result of sequentially executing the matching process, motion information analysis means for obtaining motion information about the region of interest between frames;
Form control means for changing the form of the reference area according to the position of the reference area;
Only including,
The ultrasonic beam scanning method is a scanning method for forming a fan-shaped beam scanning surface,
At least the reference area and the reference area have a fan shape or a trapezoidal shape as viewed from the display coordinate system,
The form control means has a function of increasing at least the beam scanning direction size of the reference area as the depth position of the reference area becomes deeper,
The size of the beam scanning direction in the reference area can be increased in accordance with the spread of the ultrasonic beam interval on the fan-shaped beam scanning surface.
An ultrasonic diagnostic apparatus.
前記マッチング処理の結果が最良となった時の参照エリアの位置が更新後の基準エリアの位置として定められ、
前記基準エリアの更新時にその形態が更新される、
ことを特徴とする超音波診断装置。 The apparatus of claim 1.
The position of the reference area when the result of the matching process is the best is determined as the position of the updated standard area,
The form is updated when the reference area is updated.
An ultrasonic diagnostic apparatus.
前記形態制御手段は、前記参照エリアの深さ位置が深くなればなるほど前記参照エリアについての少なくともビーム走査方向サイズを大きくする機能を備え、
前記扇状のビーム走査面における超音波ビーム間隔の広がりに応じて、前記参照エリアにおけるビーム走査方向サイズを増大し得る、ことを特徴とする超音波診断装置。 The apparatus according to claim 1 or 2 ,
The form control means has a function of increasing at least the beam scanning direction size of the reference area as the depth position of the reference area becomes deeper,
The ultrasonic diagnostic apparatus characterized in that the size of the beam scanning direction in the reference area can be increased in accordance with the spread of the ultrasonic beam interval on the fan-shaped beam scanning surface .
前記マッチング処理手段は、前記マッチング処理に際して、前記基準エリアの形態と前記参照エリアの形態とを揃える形態補正手段を含む、
ことを特徴とする超音波診断装置。 The device according to any one of claims 1-3 .
The matching processing means includes a form correcting means for aligning the form of the reference area and the form of the reference area during the matching process.
An ultrasonic diagnostic apparatus.
前記第2フレーム上において前記基準エリアよりも大きいサイズを有する探索範囲を設定する探索範囲設定手段を含み、
前記探索範囲内において前記参照エリアが順次設定され、
前記形態制御手段は、前記基準エリアの位置に応じて前記探索範囲の形態が変更されるようにする、
ことを特徴とする超音波診断装置。 The apparatus according to any one of claims 1 to 4 ,
Search range setting means for setting a search range having a size larger than the reference area on the second frame;
The reference areas are sequentially set within the search range,
The form control means changes the form of the search range according to the position of the reference area.
An ultrasonic diagnostic apparatus.
前記マッチング処理は、送受波座標系から表示座標系への座標変換が行われた後のデータに基づいて実行される、
ことを特徴とする超音波診断装置。 The device according to any one of claims 1-5 ,
The matching process is executed based on data after coordinate conversion from the transmission / reception coordinate system to the display coordinate system is performed.
An ultrasonic diagnostic apparatus.
前記マッチング処理は、送受波座標系から表示座標系への座標変換が行われる前のデータに基づいて実行される、
ことを特徴とする超音波診断装置。
The device according to any one of claims 1-6 ,
The matching process is executed based on data before coordinate conversion from the transmission / reception coordinate system to the display coordinate system is performed,
An ultrasonic diagnostic apparatus.
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