JPH0315753B2 - - 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、超
音波診断装置が知られている。これは体内を超音
波パルスにより走査し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ある。この超
音波診断装置によつて体内の状態を画像化する場
合には、どの部位を画像化するかによつてそれに
適した超音波の走査方式が採用される。例えば、
心臓にはセクタスキヤン方式、腹部にはリニアス
キヤン方式またはコンタクトコンパウンドスキヤ
ン方式、前立腺にはラジアルスキヤン方式がそれ
ぞれ一般に採用されている。多目的超音波診断装
置といわれるものは一台の装置でこれら複数の走
査方式を切換えて行なうことのできるものであ
る。その場合、画像の表示方法としては、コンタ
クトパウンドスキヤンの場合には画像信号をテレ
ビジヨン走査方式に変換するためのアナログスキ
ヤンコンバータが従来より使われてきたが、リニ
アおよびセクタスキヤンの場合にも最近ではスキ
ヤンコンバータによつて画像信号をチレビジヨン
走査方式に変換して表示することが多くなつてき
ている。そして、これらのスキヤンコンバータと
しては、画像信号を一旦デイジタル化し画像メモ
リに蓄積して走査変換を行なうというデイジタル
スキヤンコンバータが採用されている。この方式
には、チラツキのない走査線の荒さの目立たない
画像が得られる。画像メモリに画像データが蓄積
されているので超音波パルスによる走査をやめて
も静止画像として画像を表示しつづけることがで
きる。比較的安価なVTRを用いて超音波画像を
任意に録画し再生できる、デイジタル画像処理が
行なえる，等多くの特長がある。

この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
は各画像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。

一方、この画像メモリに書込むべき画像信号デ
ータは、超音波パルス走査により得られる画像信
号（反射信号）を、Ａ／Ｄ変換器で一定周期でサ
ンプリング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Ｘ，Ｙの両座標を指定する必要があるが、そ
れらはそ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に画
像信号データが蓄積される様子を、セクタスキヤ
ンの場合について模式的に示したもので、斜線部
がセクタスキヤンにおけるθ_i，θ_i+1という傾向角
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続出されて
テレビジヨンモニタで表示される。

なお動画像を表示するためには、画像メモリ内
のデータは常に新しいものと書き替えられなけれ
ばならない。またチラツキのない画像を表示する
ためには、テレビジヨン走査に合わせて画像メモ
リから常にデータが読出されている必要がある。
このことは画像メモリの書込みと読出しが見かけ
上独立行なわれることが必要であるが、これは書
込みと読出しを時分割で高速に切換えて行なうこ
とにより実現できる。そころで各走査方式におい
て画像信号データを画像メモリに書込む場合に
は、それぞれの走査方式に応じて異なつたアドレ
スのコントロールが必要となる。以下ではリニア
スキヤン、セクタスキヤン、およびコンタクトパ
ウンドスキヤンの三つの走査方式を例にとつて、
各場合に必要となる画像メモリのアドレスコント
ロール機能の一例について述べる。なお、一回の
超音波パルスの発射で得られる一連の画像信号デ
ータのうち、最も反射時間の短いものを書込むべ
きアドレスのＸおよびＹ座標をそれぞれXO，
YOと表わし、これらをスタートアドレスと呼ぶ
ことにする。

（リニアスキヤンの場合）ただし、超音波パル
スの進行方向とテレビジヨンの走査線が直交する
ように画像を表示するものとする。

(1) 超音波パルスの発射位置に関係なく常に一定
のYOを画像メモリに与える。

(2) 超音波パルスの１回の発射ごとにXOの値を
１づつ増加させて画像メモリに与える。

(3) 超音波パルスの進行方向で連続するデータを
１つ書き込むごとにＹ座標を１ずつ増加させ
る。

（セクタスキヤンの場合） (1) 超音波パルスをどの方向に発射して得られた
データであるかには無関係にスタートアドレス
として常に一定の値のXO，YOを与える。

(2) 超音波パルスの発射の回数をカウンタで数え
一回の走査が終了したときそのカウンタをリセ
ツトする。

(3) 上記カウンタの値にもとづき、それに対応し
たＲＭのアドレスから超音波の偏向角データ
を読み出す。

(4) 上記偏向角データをもとに超音波パルスの進
行方向で続する各データを書込むべきアドレス
を順次求めそれを画像メモリに与える。

（コンタクトパウンドスキヤンの場合） (1) プローブの位置データをもとにスタートアド
レスXO，YOを求めそれらを回転メモリに与
える。

(2) プローブの角度データとスタートアドレス
XO，YOとをもとに超音波パルスの進行方向
で連続する各データを書込むべきＸ，Ｙアドレ
スを求めそれらを画像メモリに与える。

１台のデイジタルコンバータで上記３種の走査
方式による画像の走査変換を行なうときは、その
画像メモリのアドレスコントロール機能として上
記３種を備えている必要があり、その一つの実現
方法としては各走査方式専用のアドレスコントロ
ール部を備えていて、走査方式に応じてそれらを
切換えるという方法が考えられる。

しかし、このような方法をとつたとすると、ア
ドレスコントロール部の全体の規模は非常に大き
いものとなつてしまう。またある程度の共通化に
よつて規模の縮小も可能であるが、その場合には
システムが複雑となつてしまう。超音波の走査方
式は上記の３種類だけではなく、それ以上の走査
方式に対しても走査変換が行なえるようなものと
しようとするとさらに回路規模は大きくなり、ま
た複雑さも増す。

この発明は上記のように画像メモリのアドレス
コントロール部の規模および複雑さを増加させる
ことなく、多種類の走査方式による画像信号デー
タを画像メモリに書込む手段を実現し、それらの
画像をテレビモニタに表示できる画像処理装置を
提供することを目的とする。以下この発明を多目
的超音波診断装置に適用した場合の一実施例につ
いて第３図を参照した説明する。

この装置は３種類の方式で超音波を走査させる
ことができ、各走査方式で使用する３種類の超音
波プローブ、つまりリニアスキヤンプローブ１、
セクタスキヤンプローブ２、コンパクトコンパウ
ンドスキヤンのためのシングルプローブ３をもつ
ている。リニアスキヤンプローブ１はその振動子
が直線的に配列されていて、それらが順次選択さ
れて超音波パルスの発射および受波を行なうこと
で超音波のパルスの直線状走査（リニアスキヤ
ン）を行なう。各振動子は送受信部４のコントロ
ールにより所定の順序およびタイミングで選択さ
れる。

セクタスキヤンプローブ２はリニアスキヤンプ
ローブ１と同様複数の振動子で構成されている
が、各振動子はある位相差をもつて同時に駆動さ
れる。この位相差をコントロールすることによつ
てこのプローブ２から発射される超音波パルスの
偏向角を決めることができ、扇形走査（セクタス
キヤン）が可能となる。シングルプローブ３は単
一の超音波振動子によつて構成され、その位置お
よび角度を検出するためのアームに装備されてい
る。このプローブ３を手動により生体表面にそつ
て移動させたときの位置および角度の情報は上記
のアームからポテンシヨメータと伝達され、その
電気信号は位置検出部５において処理され、マイ
クロコンピユータ１２が読取り可能な状態とな
る。送受信部４は超音波パルスの送信および受信
という二つの機能をもち、どのプローブを選択す
るかはマイクロコンピユータ１２の指示にもとづ
いて行なう。超音波パルスの発射のタイミングは
タイミングコントローラ７からのタイミングパル
スに同期して行なう。プローブからの受信信号は
送受信回路４において高周波増幅回路で必要なレ
ベルにまで増幅され、その後検波、平滑されて、
画像信号となる。Ａ／Ｄ変換器６はタイミングコ
ントローラ７によつて与えられるサンプリングパ
ルスによつて送受信部４からの画像信号をサンプ
リングし、さらにそれをデイジタル化する。これ
らは画像信号データとして画像メモリ８に書込ま
れる。そのときのアドレスは後で詳述するアドレ
スコントロール部９によつて与えられる。画像メ
モリ８の書込みおよび読出しは、先に述べた方法
により見かけ上独立に行なわれている。その読出
しはテレビジヨン走査方式で行なわれており、読
出されたデータはＤ／Ａ変換器１０でアナログ化
された後、テレビジヨンモニタ１１に入力され超
音波画像として表示される。なお、テレビジヨン
同期信号はタイミングコントローラ７で発生して
おり、それはＤ／Ａ変換器１０において画像信号
と混合される。

次にこの発明に特に関連したアドレスコントロ
ール部９とマイクロコンピユータ１２について詳
細に説明する。第４図はアドレスコントロール部
３９の具体的な構成例を示したものである。ただ
し、データの読出しに関する部分はこの発明と直
後の関係はないので省略している。

スタートアドレスレジスタであるXOレジスタ
２１およびYOレジスタ２５は、マイクロコンピ
ユータ１２によつて与えられる書込みスタートア
ドレスであるXO，YOのデータを一時的に保持
するためのものである。これら２つのデータは最
初の画像信号データが画像メモリ８に入力された
とき、累積加算器２３，２７にそれぞれ移され、
スタートアドレスが設定される。これらの累積加
算器２３，２７の出力データはＸ，Ｙ座標からな
るアドレスデータとして画像メモリ８に与えられ
る。

第１および第２の三角関数レジスタである
COSレジスタ２２およびSINレジスタ２６は、マ
イクロコンピユータ１２によつて与えられる超音
波偏向角の余弦および正弦の各データをそれぞれ
保持するためのもので、一回の超音波パルスの発
射で得られる一連の画像信号データがすべて画像
メモリ８に書込まれる間に、累積加算器２４，２
８にそれぞれ与えられている。累積加算器２４，
２８は、画像メモリ８のスタートアドレスXO，
YOが設定されそこに画像信号データが書込まれ
た後動作を開始し、画像信号データが画像メモリ
８に与えられるのにクロツクが入力されることに
より、正弦および余弦データをそれぞれ累積加算
してゆく。これらの累積加算器２４，２８の各キ
ヤリはそれぞれ累積加算器２３，２７に入力され
ており、累積加算器２３，２７はキヤリが入るご
とにもとのデータに加算してゆく。例えばSINレ
ジスタ２６にその各ビツトがすべて１であるよう
なデータが設定されたとすると、累積加算器２８
からは１回加算するごとにキヤリが立ち、それが
累積加算器２７のデータに加算される。つまり、
この場合、画像メモリ８に画像信号データが書込
まれるアドレスのＹ座標は、データの書込みごと
に順次１づつ増加するとになる。また、SINレジ
スタ２６に設定されるデータのビツトがすべて０
であると、加算によつてキヤリが立つたことはな
いから、各画像信号データが書込まれるアドレス
のＹ座標は常に一定となる。一方、ＣＳレジス
タ２２およびSINレジスタ２６にそれぞれ偏向角
の余弦および正弦のデータを設定したときには、
画像メモリ８の書込みアドレスはスタートアドレ
スから出発して順次その方向にアドレスが移動し
ていく。つまり一回の超音波パルスの発射で得ら
れる一連の画像信号データを画像メモリ８に書込
む場合、スタートアドレスをXOレジスタ２１お
よびYOレジスタ２５に、偏向角の余弦、正弦デ
ータをＣＳレジスタ２２およびSINレジスタ２
６にそれぞれ設定することにより、超音波パルス
を発射したときの位置および方向に対応した画像
メモリ８における位置および方向に画像信号デー
タを書込むことができる。

第５図のフローチヤートは、画像メモリ８に一
枚分の画像信号データを書込む時のマイクロコン
ピユータ１２およびタイミングコントロール７に
よるアドレスコントロール部９に対する制御の手
順を示している。

まず、マイクロコンピユータ１２によつて、
XOレジスタ２１およびYOレジスタ２５に書込
みスタートアドレスXO，YOのデータがそれぞ
れセツトされ（ステツプS1）、COSレジスタ２２
およびSINレジスタ２６に偏向角の余弦および正
弦のデータがセツトされる（ステツプS2）。

XOレジスタ２１およびYOレジスタ２５にセ
ツトされた書込みアドレスXO，YOのデータは、
１回の超音波パルスの発射により得られる一連の
画像信号データのうち最初のデータが画像メモリ
８に入力されるタイミングで、タイミングコント
ローラ７からの制御により、累積加算器２３，２
７にそれぞれ転送される（ステツプS3）。一方、
COSレジスタ２２およびSINレジスタ２６にセツ
トされた偏向角の余弦および正弦データは、タイ
ミングコントローラ７からの制御により累積加算
器２４，２８にそれぞれ転送される（ステツプ
S4）。

累積加算器２４，２８は前述のように画像メモ
リ８の書込み動作に同期してタイミングコントロ
ーラ７からクロツクが入力される毎に、偏向角の
余弦および正弦データをそれぞれ累積加算する。
累積加算器２４，２８の出力データは、累積加算
器２３，２７にそれぞれ入力される。累積加算器
２３，２７は前述のように累積加算器２４，２８
からキヤリが入力される毎に累積加算を行なうこ
とにより、画像メモリ８の書込みアドレスデータ
を発生する。

このような動作により、画像メモリ８に１回の
超音波パルスの発射によつて得られ一連の画像信
号データが全て書込まれると、ステツプS1に再
び戻り、一枚分の画像信号データが画像メモリ８
に書込まれるまでS1〜S4の手順が繰り返される。
なお、１回の超音波パルスの発射によつて得られ
れる一連の画像信号データの書込みが終了したか
どうかの判定（ステツプS5）と、一枚分の画像
信号データの書込みが終了したかどうかの判定
（ステツプS6）は、マイクロコンピユータ１２に
よつて行われる。

前述したようにXOレジスタ２１およびYOレ
ジスタ２５にセツトされる書込みスタートアドレ
スXO，YOのデータが、COSレジスタ２２およ
びSINレジスタ２６にセツトされるデータ（偏向
角の余弦および正弦のデータ）の値に応じて、累
積加算器２３，２７から画像メモリ８に与えられ
るアドレスデータの変化の態様が異なる。これに
より、XOレジスタ２１、YOレジスタ２５、
COSレジスタ２２およびSINレジスタ２６にセツ
トされるデータに応じて、リニアスキヤン、セク
タスキヤンおよびコンタクトコンパウンドスキヤ
ン等のいずれかのスキヤン方式に対応した書込み
動作を行うことができる。

先に述べたように、リニアスキヤンの場合に
は、３つのアドレスコントロール機能が必要であ
るが、それらはアドレスコントロール部９とマイ
クロコンピユータ１２とにより実現できる。ま
た、セクタスキヤンの場合には、画像メモリ８に
入力される画像信号データが何番目の超音波パル
スの発射により得られたものかによつて、必要な
偏向角の余弦、正弦データをレジスタ２２，２６
に設定するが、それはマイクロコンピユータ１２
がタイミングコントローラ７が出力する超音波パ
ルスの発射に同期したパルスを検出して、それを
カウントすることにより可能である。さらにコン
タクトコンパウンドスキヤンの場合には、プロー
ブ３の位置および角度のデータが位置検出部５に
よりマイクロコンピユータ１２に与えられるか
ら、マイクロコンピユータ１２はそれらをもとに
アドレスコントロール部９に必要なデータを与え
ることができる。また、これら３つのスキヤン以
外のラジアルスキヤン、アークスキヤン等による
画像信号データもマイクロコンピユータ１２の動
作、つまりそのプログラムを変えることによつて
画像メモリ８に書込むことができる。

なお、マイクロコンピユータ１２のかわりに大
形コンピユータまたはミニコンピユータを使用す
ることも可能であるが、コストおよび物理的大き
さの点でマイクロコンピユータを使用する方が明
らかに有利である。

以上説明したように、本発明によれば特に画像
メモリのアドレスコントロール部が非常に単純な
ハードウエア構成にもかかわらず、超音波の異な
る走査方式に基く画像をテレビモニタに表示する
ことができる。

【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スキヤ
ンにおける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
同実施例におけるアドレスコントロール部の具体
的な構成例を示す図、第５図は同アドレスコント
ロール部を制御する手順を説明するためのフロー
チヤートである。

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
   ルス波によりそれぞれ異なる走査方式で走査して
   画像信号を出力する複数の走査手段と、 これらの走査手段より出力される前記画像信号
   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パルス波の発射位置
   と偏向角および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、 この画像メモリから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からなる
   画像処理装置において、 前記パルス波の１回の発射により得られる一連
   の画像信号データのうちの最初のデータが書込ま
   れるべき前記画像メモリのアドレスの直交座標を
   それぞれ示すアドレスデータを保持する第１およ
   び第２のスタートアドレスレジスタと、 前記パルス波の偏向角の余弦および正弦データ
   をそれぞれ保持する第１および第２の三角関数レ
   ジスタと、 前記余弦および正弦データを前記画像メモリに
   前記一連の画像信号データの各データが書込まれ
   る毎にそれぞれ累積加算し、それらの累積加算結
   果を前記第１および第２のスタートアドレスレジ
   スタにそれぞれ保持されたアドレスデータに累積
   加算することによつて、前記一連の画像信号デー
   タの各データが書込まれるべきアドレスの直交座
   標をそれぞれ示すアドレスデータを前記画像メモ
   リに与える手段と、 前記パルス波の発射位置と発射方向とからスタ
   ートアドレスデータと前記偏向角の余弦および正
   弦データを求め、スタートアドレスデータを前記
   スタートアドレスレジスタに、余弦および正弦デ
   ータを前記第１および第２の三角関数レジスタに
   それぞれ設定する手段と を備えたことを特徴とする画像処理装置。