JPH0228870B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、物理的な状態が位置によつて異な
る媒体をパルス波により極座標走査してその媒体
の状態を画像表示する画像処理装置に関する。

この種の画像処理装置の具体的な例として、セ
クタ走査型超音波診断装置が知られている。これ
は体内に発射される超音波パルスを扇状に偏向さ
せて、セクタ走査と呼ばれる極座標走査を行なつ
て体内の状態を示す断層像の画像信号を取出し表
示するもので、特に肋骨の間から超音波パルスを
発射して走査を行なえるため、主に心臓の断層像
を表示するものとして活用されている。

ところで、一般に画像処理システムにおける表
示フオーマツトとしては、テレビジヨンフオーマ
ツトが最適である。第１に、多様のテレビジヨン
関連機器を直接接続してその機能を活用でき特に
比較的安価なVTRを用いて画像を任意に記憶し
再生できる、第２にテレビジヨンモニタは多くの
分野で用いられていて表示装置としての信頼性が
高い、等がその理由である。

さて、前述した極座標走査により得られる画像
信号をテレビジヨンモニタで表示するには、走査
変換という処理が必要である。この処理を行なう
ためのスキヤンコンバータとして種々のものが考
えられているが、その一つとしてデイジタルメモ
リを画像メモリに用いたデイジタルスキヤンコン
バータについて説明する。

第１図はテレビジヨンモニタ１画面分の画像信
号データを蓄積することのできる画像メモリを模
式的に示したもので、Ｘ（行）座標とＹ（列）座標
とで表現される直交座標からなるアドレスを持つ
多数の画素領域（セル）を持つている。この場
合、テレビジヨンモニタの走査線数525本に適合
するよう、Ｘ，Ｙ両方向のセルの数は512程度と
するのが適当である。また、各セルは各画素の画
像信号データを階調表現する必要から、４ビツト
または５ビツト程度とすることが多い。

この画像メモリからのデータの読出しは、テレ
ビジヨンモニタの走査に同期し、かつこの走査と
同様な走査方式（テレビジヨン走査方式）に従つ
て行なわれる。すなわち、テレビジヨンモニタの
ある走査線上に表示すべきデータを読出すときに
は、Ｙ座標がその走査線に対応した値に固定され
た状態で、Ｘ座標がテレビジヨンモニタでの掃引
に応じて１つずつインクリメントされることによ
り、各アドレスの内容が順次読出される。このよ
うにして画像メモリから読出されたデータ列は、
Ｄ／Ａ変換器でアナログ化され、テレビジヨンモ
ニタへ入力される。なお、スキヤンコンバータと
しての機能を果たすためには、画像メモリの書込
みおよび読出し動作が見かけ上独立である必要が
あるが、これはこれらの各動作を時分割で高速に
切換えることにより達成できる。

一方、この画像メモリに書込むべき画像信号デ
ータは、極座標走査により得られる画像信号、先
の例ではセクタ走査によるパルス波の各反射信号
を、Ａ／Ｄ変換器で一定周期でサンプリングしデ
イジタル化することによつて得られる。これらの
画像信号データを画像メモリに書込むためには、
各データを書込むべきアドレス、つまりXYの両
座標を指定する必要があるが、それらのデータが
得られた極座標走査における偏向角と、そのデー
タのサンプリングの時間位置（これは反射信号を
画像信号として取出す場合、パルス波の発射時点
から反射信号が受信される迄の時間に対応する）、
つまりそのデータがその偏向角で得られた一連の
データ中の何番目のものであるかということとに
よつて、計算で求めることができる。第２図はこ
のようにして画像メモリリに画像信号データが蓄
積される様子を模式的に示したもので、斜線部が
極座標走査におけるθ_i，θ_i+1という偏向角の走査
によつて得られる画像信号データが書込まれるべ
きアドレスを示している。そして、これらの各ア
ドレスに画像信号がその振幅に応じた階調性を持
つたデータとして書込まれ、これが先に説明した
ようにテレビジヨン走査方式で読出されてテレビ
ジヨンモニタで表示される。

ここに２つの問題が生じる。第１には、画面上
で一体の斜めの線として表示されるべき部分が、
画像が画素によつて構成されることから、連続し
た一本の線としては表現されないことであり、第
２には、極座標走査のパターンが遠方ほど広がつ
てその走査線が荒くなり、画像メモリ内で画像信
号データが書込まれないアドレスが生じることで
ある。その結果として、最終的にテレビジヨンモ
ニタで表示される画像は非常に品質の悪いものと
なつてしまう。

このような問題を解決する方法として、極座標
走査の偏向角のピツチを、画像メモリ内で画像信
号データが書込まれないアドレスが生じなくなる
程度に小さくするという方法が考えられる。しか
し、この方法では一枚の画像を構成するのに必要
な時間が長くなり、そのため心臓のような速い動
きを伴なうものを画像化する場合問題となる。

この発明は上記した点に鑑みてなされたもの
で、その目的はセクタ走査等の極座標走査により
得られる画像信号を、テレビジヨンモニタ上に高
品質の画像として表示できる画像処理装置を提供
するにある。

この発明は、極座標走査における各偏向角の間
の角度に対応する画像メモリのアドレスに、その
角度をはさむ極座標走査における２つの偏向角に
対応する画像信号データの少なくとも一方から求
めた補間データを書込むことによつて、等価的に
極座標走査の偏向角のピツチを小さくするように
したものである。この場合、補間データの書込み
は極座標走査における１つの偏向角についての走
査時間より極めて短時間で行なえるので、一枚の
画像を構成するのに必要な時間を長くすることな
く、画質を向上させることができる。

以下、この発明を実施例により詳細に説明す
る。

第３図はこの発明をセクタ走査型超音波診断装
置に適用した一実施例を示したものである。図に
おいて、１は超音波プローブであり、多数の超音
波振動子を一列に配列したアレイ振動子によつて
構成されている。この各振動子を駆動するタイミ
ングをコントロールすることによつて、超音波プ
ローブから体内に発射される超音波パルスのビー
ムが扇状に偏向され、いわゆるセクタ走査が行な
われる。送受信回路２は超音波プローブ１の各振
動子をシステムコントローラ８からの、超音波パ
ルスの発射タイミングを決める一定周期のパルス
信号と偏向角を決めるデータとに従つて駆動する
とともに、各振動子で受波された体内各部からの
反射波を電気信号に変換し、画像信号として取出
す。

超音波プローブ１の１回の超音波パルスの発射
によつて送受信回路２から取出される一連の反射
波信号（画像信号）は、Ａ／Ｄ変換器３において
システムコントローラ８からのサンプリングクロ
ツクパルスに従い逐次一定の周期でサンプリング
されて、デイジタル化される。

このＡ／Ｄ変換器３でデイジタル化された画像
信号データは、後で詳述する補間処理部４を経
て、システムコントローラ８の制御下で、画像メ
モリ５に順次書込まれ蓄積される。この場合、前
述したように１つ１つの画像信号データが書込ま
れる画像メモリ５内の直交座標からなるアドレス
は、そのデータが得られるときの極座標走査（セ
クタ走査）における偏向角と、Ａ／Ｄ変換器３で
のサンプリングの時間位置とによつて決まり、そ
れらのアドレス情報はシステムコントローラ８か
ら画像信号データの入力に同期して画像メモリ５
に与えられる。

この画像メモリ５の内容は、テレビジヨン走査
方式によつて読出される。すなわち、全てのアド
レスの内容が画像信号データの有無に関係なく順
次読出される。こうして画像メモリ５から読出さ
れた画像信号データは、システムコントローラ８
の制御下でＤ／Ａ変換器６でアナログ化され、さ
らにシステムコントローラ８から供給されるテレ
ビジヨン走査のための同期信号と混合された後、
テレビジヨンモニタ７に供給される。こうしてテ
レビジヨンモニタ７で体内の状態を示す画像、す
なわちセクタ走査による断層像が表示される。

第４図に、この発明の要部である補間処理部４
の具体的な構成例を示す。図において、端子T₁
にはＡ／Ｄ変換器３からの画像信号データが入力
される。この画像信号データは、端子T₂を介し
てシステムコントローラ８により制御されるコン
トローラ１８の制御下で、デマルチプレクサ１１
により３つのバツフアメモリ１２，１３，１４に
振り分けられる。これにより、バツフアメモリ１
２，１３，１４には、それぞれセクタ走査におけ
るある３つの偏向角に対応する一連の画像信号デ
ータが全て蓄積される。すなわち、第５図に模式
的に示すように、Ａ／Ｄ変換器３からはセクタ走
査（極座標走査）により得られた実線で示す偏向
角に対応する画像信号データが出力され、これら
の画像信号データの間的にほぼ連続して得られる
３つの偏向角に対応する画像信号データがそれぞ
れバツフアメモリ１２，１３，１４に蓄積される
のである。これらのバツフアメモリ１２，１３，
１４の内容は、書込み時の２倍の速度で読出され
る。なお、これらの書込みおよび読出しは、コン
トローラ１８によつて行なわれる。バツフアメモ
リ１２，１３，１４から読出されたデータは、第
１セレクタ１５と加算平均部１６とに入力され
る。第１のセレクタ１５は、コントローラ１８の
制御のもとにバツフアメモリ１２，１３，１４い
ずれか１つの出力データを選択し、加算平均部１
６はコントローラ１８の制御のもとにバツフアメ
モリ１２，１３，１４のいずれか２つの出力デー
タを選択して、その加算平均値を算出する。すな
わち、加算平均部１６は補間データ作成手段を構
成しており、第５図に示すようにセクタ走査にお
ける各偏向角（実線で示す）に対応する画像信号
データから、各偏向角の間の角度（破線で示す）
に対応する画像信号データを補間データとして求
める。そして、第１のセレクタ１５および加算平
均部１６の出力データは、第２のセレクタ１７に
供給される。第２のセレクタ１７はコントローラ
１８の制御のもとに、第１のセレクタ１５および
加算平均部１６のいずれか一方の出力データを選
択して、画像メモリ５へ供給する。

次に、この補間処理部４の全体的な動作を説明
する。デマルチプレクサ１１は、セクタ走査の偏
向角の異なる一連の画像信号データが入力される
毎に切換わり、そのデータをバツフアメモリに１
２→１３→１４→１２→１３→１４→…の順で供
給する。そのとき、デマルチプレクサ１１からデ
ータが入力されない状態にある２つのバツフアメ
モリは、読出し状態にあり、加算平均部１６はこ
れら２つのバツフアメモリの出力データを同時に
受取つて、それらの加算平均値を逐次算出する。
これら２つのバツフアメモリからのデータの読出
しは、書込み状態にある他の１つのバツフアメモ
リがある偏向角で得られた画像信号データ全部を
書込む間に、２回連続して行なわれる。このと
き、第１のセレクタ１５は読出し状態にある２つ
のバツフアメモリの出力データのうち、先に書込
まれた方のデータを選択する。一方、第２のセレ
クタ１７はセクタ走査の偏向角が変化する周期の
１／２の周期で切換わる。

すなわち、あるとき例えばバツフアメモリ１３
が書込み状態にあつたとすると、その間にバツフ
アメモリ１４，１２の内容が同時に２回ずつ読出
されるが、その場合１回目の読出し時にはバツフ
アメモリ１４の出力データが第１のセレクタ１５
を経て第２のセレクタ１７から出力され、２回目
の読出し時には加算平均部１６で求められたバツ
フアメモリ１４，１２の出力データの加算平均値
が補間データとして第２のセレクタ１７から出力
される。従つて、セクタ走査におけるある偏向角
で得られた画像信号データをａ、次の偏向角で得
られたデータをｂ、さらに次の偏向角で得られた
データをｃとすると、第２のセレクタ１７からは
ａ、（ａ＋ｂ）／２、ｂ、（ｂ＋ｃ）／２、ｃの順
序でデータが出力される。

このとき、画像メモリ５には、セクタ走査によ
つて元々得られたデータａ，ｂ，ｃは、勿論それ
ぞれの偏向角に対応したアドレスに書込まれる
が、補間データであるデータ（ａ＋ｂ）／２、
（ｂ＋ｃ）／２も、それぞれａ，ｂに対応する２
つの偏向角の中間の角度に対応したアドレスおよ
びｂ，ｃに対応する２つの偏向角の中間の角度に
対応するアドレスに書込まれる。

このような補間処理を行なうことによつて、テ
レビジヨンモニタ７で表示される画像は、セクタ
走査の遠方かつ側方の部分においてもボケを生じ
ることがなくなり、全体として非常に高品質で見
易いものとなる。

また、この場合バツフアメモリ１２，１３，１
４からのデータの読出しは、書込み速度の２倍で
行なわれ、画像メモリ５にもそれに応じた速度で
データが書込まれるので、補間処理によつて画像
メモリ５に書込むデータの数が２倍となつても、
一枚の画像を構成するのに必要な時間はこのよう
な補間処理を行なわない場合と比べて長くなるこ
とはない。従つて、心臓のような速い動きを伴な
う媒体の状態を画像表示する場合でも、歪を最小
限に抑えることができる。

なお、上記実施例においてはセクタ走査におけ
る各偏向角の相互間の角度に対応する補間データ
の列の数、換言すればセクタ走査の走査線相互間
に補間する走査線の数を１本としたが、セクタ走
査の偏向角のピツチが大、つまり走査線の密度が
低いときには、補間する走査線の数を２本以上と
すると、より効果的である。その場合、補間デー
タは単なる加算平均値でなく、その補間すべき角
度方向をはさむ２つの偏向角に対応する画像信号
データの偏向角に対する重み付け加算によつて得
るのが適当である。

また、この発明において補間データは必らずし
も加算平均や重み付け加算といつた偏向角に対す
る線形近似によつて得る必要はなく、補間データ
を書込むべきアドレスに対応する角度をはさむ２
つの偏向角に対応する画像信号データのいずれか
一方と同一データを補間データとしてもよい。こ
のようにすると画質は若干劣下するが、補間処理
部は大幅に簡略化することができ、コスト的に有
利となる。

また、補間処理部は補間しようとする角度方向
のすべての領域に対応するアドレスに補間データ
を書込む必要はなく、セクタ走査の中心点から所
定距離以上離れた、データの欠如の著しい領域に
対応するアドレスにのみ補間データを書込むもの
であつてもよい。

この発明はセクタ走査型超音波診断装置に限定
されるものではなく、一般に極座標走査により得
た画像信号をデイジタルスキヤンコンバータを介
してテレビジヨンモニタで画像表示するものに適
用が可能である。

以上説明したように、この発明によればセクタ
走査等の極座標走査によつて得られる画像信号を
直交座標からなるアドレスを持つ画像メモリに蓄
積した後、テレビジヨン走査方式で読出してテレ
ビジヨンモニタに表示する場合、特に極座標走査
の遠方に対応する部分で走査が荒くなることによ
つて生じるデータの欠如を補間することによつ
て、一枚の画像を構成するに要する時間を長くす
ることなく、高品質の画像を表示することができ
る。また、この発明では極座標走査で得られた画
像信号データはそのまま画像メモリに書込み、そ
れに加えて極座標走査における各偏向各の間の角
度に対応する画像信号データを補間データとして
作成し、それを画像メモリの対応するアドレスに
書込むことによつて、画像メモリの上で補間処理
を行なうため、演算により求めるべき画像信号デ
ータは極座標走査における各偏向角の間の角度に
対応する画像信号データ（補間データ）のみであ
るから、直交座標位置の全ての画素の画像情報
（画像メモリ内の全ての画像情報）を演算により
求める方式に比較して演算量が格段に少ない。

また、補間データとしての画像信号データの作
成には、補間データを必要とする角度をはさむ２
つの偏向角に対応する画像信号データの少なくと
も一方を用いればよいから、１つの補間データを
得るのに必要な演算量（ハードウエア）も少なく
ても済む。

従つて、この発明は処理速度が速いので、実時
間処理が要求される超音波診断装置に特に好適で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は直交座標構成の画像メモリを模式的に
示す図、第２図は上記画像メモリにセクタ走査に
おける２本の走査線の画像信号データが書込まれ
る様子を示す図、第３図はこの発明の一実施例に
係る画像処理装置の構成を示す図、第４図は同実
施例における補間処理部の具体的な構成例を示す
図、第５図は同実施例においてＡ／Ｄ変換器から
得られるセクタ走査における各偏向角の画像信号
データと第４図の加算平均部で作成される補間デ
ータとの関係を模式的に示す図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 物理的な状態が位置によつて異なる媒体をパ
   ルス波により極座標走査して画像信号を得る手段
   と、 前記画像信号をサンプリングしてデイジタル化
   し画像信号データを出力するＡ／Ｄ変換器と、 前記画像信号データを前記極座標走査における
   パルス波の偏向角と前記サンプリングの時間位置
   とに基いて決定される直交座標からなるアドレス
   に蓄積しかつその内容がテレビジヨン走査方式で
   読出される画像メモリと、 前記極座標走査における各偏向角の間の角度に
   対応する画像信号データを、該角度をはさむ２つ
   の偏向角に対応する前記Ａ／Ｄ変換器からの画像
   信号データの少なくとも一方から補間データとし
   て求める補間データ作成手段と、 前記画像メモリのアドレスのうち、前記極座標
   走査における各偏向角に対応するアドレスには前
   記Ａ／Ｄ変換器から出力される画像信号データを
   書込み、前記極座標走査における各偏向角の間の
   角度に対応するアドレスには前記補間データを書
   込む手段と、 前記画像メモリより読出される画像信号データ
   をアナログ化するＤ／Ａ変換器と、 このＤ／Ａ変換器の出力を受けて前記媒体の状
   態を画像表示するテレビジヨンモニタと を備えたことを特徴とする画像処理装置。 ２ 前記補間データ作成手段は、前記極座標走査
   における各偏向角の間の角度に対応する画像信号
   データを、該角度をはさむ２つの偏向角に対応す
   る画像信号データから直線近似により補間データ
   として求めるものである特許請求の範囲第１項記
   載の画像処理装置。 ３ 前記補間データ作成手段は、前記補間データ
   を書込むべきアドレス対応する角度をはさむ極座
   標走査における２つの偏向角に対応する画像信号
   データのいずれか一方と同一データを補間データ
   とするものである特許請求の範囲第１項記載の画
   像処理装置。 ４ 前記補間データを書込む手段は、前記極座標
   走査における各偏向角の間の角度に対応するアド
   レスのうち、前記極座標走査の中心点から所定距
   離以上離れた領域に対応するアドレスにのみ前記
   補間データを書込むものである特許請求の範囲第
   １項〜第３項のいずれかに記載の画像処理装置。